JPH0349177B2 - - Google Patents

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JPH0349177B2
JPH0349177B2 JP58033168A JP3316883A JPH0349177B2 JP H0349177 B2 JPH0349177 B2 JP H0349177B2 JP 58033168 A JP58033168 A JP 58033168A JP 3316883 A JP3316883 A JP 3316883A JP H0349177 B2 JPH0349177 B2 JP H0349177B2
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JP
Japan
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magnetic field
ion
deflection
ions
deflection magnetic
Prior art date
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Application number
JP58033168A
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Japanese (ja)
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JPS59160949A (en
Inventor
Hisashi Matsuda
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DENSHI KAGAKU KK
Original Assignee
DENSHI KAGAKU KK
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Publication date
Application filed by DENSHI KAGAKU KK filed Critical DENSHI KAGAKU KK
Priority to JP58033168A priority Critical patent/JPS59160949A/en
Publication of JPS59160949A publication Critical patent/JPS59160949A/en
Publication of JPH0349177B2 publication Critical patent/JPH0349177B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28Static spectrometers

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の属する技術分野〕 本発明はイオンの質量を測定する質量分析装置
に関する。特に、加速されたイオン流を狭いスリ
ツトに通し、さらに偏向磁場を通過させてイオン
検出器で捕え、この偏向磁場の強さを変化させる
ことによりイオンの質量を分析する磁場型質量分
析装置に関する。 〔従来技術の説明〕 磁場型質量分析装置では、イオン源のスリツト
幅をs、イオン検出器のスリツト幅をd、質量分
散係数をAγ、像倍率をAx、収差による像の拡が
りをΔとすると、その分解能R(=M/ΔM)は、
一般に R=Aγ/Ax・s+Δ+d ……(1) により与えられる。イオンを効率よく検出するに
はd=Ax・s+Δとする。分解能Rを高くする
には、(1)式で分子を大きくし、分母を小さくする
ように各定数をさだめなければならないが、イオ
ン源のスリツト幅sを小さくすると、感度が低下
する。したがつて、(1)式の分母を小さくするに
は、像倍率Axを小さくし、同時に収差Δを小さ
くすることが望ましい。 一方、イオン源のスリツトから放出されたイオ
ン流は、偏向磁場を通過するが、イオン流は進む
に従つて発散し、その幅が大きくなる。これに対
して、分析すべきイオンの質量が大きいと、磁場
を強力にする必要があり、このために磁極間隔を
小さくしなればならない。従来装置では、イオン
流は軌道平面に垂直な方向(y方向)には、5〜
15mmの幅に設定されるが、被測定イオンの分子量
が数千に達するような高分子を測定するには、磁
場強度を高めるために磁極間隔をさらに狭くしな
ければならず、イオン流の一部分しか利用できな
いことになる。 本出願の出願人は、これを改良するために、特
許出願(特願昭56−118645、昭和56年7月29日出
願、以下単に先願という。)をした。これは、イ
オン源のスリツトと偏向磁場との間に、通過する
イオン流に対してその軌道平面に垂直な方向には
集束性を与え、その動径方向には発散性を与える
静電四極レンズを複数個間隔をあけて配置する構
造のものである。これにより偏向磁場を作る磁極
間隔を小さくして、同時に検出感度および分解能
を向上させることができた。 発明者はこの技術をさらに研究した結果次のよ
うなことがわかつた。すなわち、偏向磁場の磁極
間隔を小さくすると、この偏向磁場を通過した後
のイオン流が発散する。これを集束し、同時に二
重収束の条件を満たすためにトロイダル電極を用
い、この中にイオン流を通過させて集束性を与え
ることがよいことは前記先願明細書に記述した。
ところが、トロイダル電極は装置として工作する
ときには、その工作性が極めて悪く、実用的な商
品とするにはコストが高くなつてしまう。 このため、トロイダル電極に代えて円筒電極を
設けて、偏向磁場を通過した後のイオン流をこの
中に通過させ、二重収束(方向とエネルギーの収
束)を行わせることを試みた。しかし、当然のこ
とながら、円筒電極はイオン流の動径方向には集
束性を与えることができるが、その軌道平面に垂
直な方向には集束性を与えることができないの
で、これだけでは不十分であつた。 〔発明の目的〕 本発明は、工作に有利な円筒電極を用いて、偏
向磁場を通過したイオン流を集束させる効率のよ
い質量分析装置を提供することを目的とする。 〔発明の特徴〕 本発明は、 イオン源スリツトと偏向磁場との間に、通過す
るイオン流に対してその軌道平面に垂直な方向に
は集束性を与え、その動径方向には発散性を与え
る静電四極レンズが複数個間隔をあけて配置され
た構造であつて、 偏向磁場を通過したイオン流に対して動径方向
収束とエネルギー収束の二重集束を与える偏向電
場として円筒電場を設け、 さらにこの円筒電場と偏向磁場との中間に、こ
の円筒電場を通過するイオン流に対してその軌道
平面に垂直な方向に集束性を与える別の静電四極
レンズを設けたことを特徴とする。 〔実施例による説明〕 次に実施例図面を参照して、本発明をさらに詳
しく説明する。 第1図は本発明の第一実施例を示す装置構成図
である。イオン源1には、イオン化室2と複数の
加速電極3があり、加速されたイオン流がイオン
源スリツト4から放出される。このイオン流は2
個の静電四極レンズ5,6の中を通過して、偏向
磁場7に入射する。この偏向磁場7の中でイオン
流は偏向され、検出器スリツト8を通過するもの
が、イオン検出器9に捕捉される。この偏向磁場
7は、外部からその磁場の強さを変化できるよう
に構成されていて(図示せず。)、検出器スリツト
8の位置は固定されている。また偏向磁場7に入
射するイオンの運動エネルギーが一定であるよう
にイオン流が加速される。偏向磁場7に入射する
イオンは、質量によつてその運動量が相違するの
で、質量によつて異なる角度の偏向を受ける。し
たがつて、偏向磁場7の強さを変化させると、イ
オン検出器9に捕捉されるイオンは質量の異なる
ものになつて、イオンの質量を分析することがで
きる。 なお、この図の各装置は真空中に配置されるも
のであつて、真空隔壁は図から省かれている。 この装置で本発明の特徴とする第一点は、イオ
ン源スリツト4と偏向磁場7との間に、静電四極
レンズ5および6が備えられたところにあり、し
かも、この静電四極レンズ5および6が、通過す
るイオン流に対して、その軌道平面に垂直な方向
には集束性を与え、その動径方向には発散性を与
えるように設定されるところにある。 さらに本発明の特徴とする第二点は、偏向磁場
7を通過したイオ流に動径方向の収束とエネルギ
ー収束の二重集束の条件を満たすために、円筒電
場11を通過させるところにある。この円筒電場
11は2個の同心円状の円筒電極11A,11B
により形成される。 さらに本発明の特徴とする第三点は、円筒電場
11と偏向磁場7との中間に、この円筒電場11
に入射するイオン流に対して、その軌道平面に垂
直な方向に集束性を与える別の静電四極レンズ1
2を設けたところにある。 第2図はこの静電四極レンズ5の断面構造およ
びこれに電位を与える電気回路の構成例を示す図
である。静電四極レンズ5は、イオン流の通過す
る方向に垂直な断面(第1図AAに示す断面)を
とると、第2図に示すように、4個の縦割りの円
筒形電極からなり、イオン流の軌道平面に垂直な
方向(y方向)の対向する電極には正電位が印加
され、イオン流の動径方向(x方向)の対向する
電極には負電位が印加される。4個の電極の内接
円の半径をr0とすると、この例では各電極の外径
は1.13r0に設計されている。中点が接地された電
源14から2個のポテンシオメータ15および1
6により静電四極レンズ5に正負の電圧が印加さ
れる。 静電四極レンズ6および12も同様の構造で同
様に電圧が与えられる。その電圧は等しくするこ
ともでき、別に設定することもできる。 第3図は円筒電極11Aおよび11BのBB断
面構造図である。 このように構成された装置の定性的な動作原理
を第4図に示すイオン軌道図を参照して説明す
る。第4図で、左端はイオン源スリツト4であ
り、ここから放出されるイオンのうち、イオン源
スリツト4の中心点からこの系の軸に対して、角
度β0で放出されるものと、イオン源スリツト4の
上端y0からこの系の軸に対して平行に放出される
ものとを特に示す。 第4図に示すように、2個の静電四極レンズ5
および6を、イオン源スリツト4と偏向磁場7と
の間に配置して、その電位と間隔または位置を適
当に調節すると、中心点から角度β0で放出された
イオンも、上端y0から平行に放出されたイオン
も、ともに偏向磁場7を通過させることができ
る。 すなわち、前記二つのイオンがイオン源スリツ
ト4を通過したイオンの角度および位置について
の上限とすると、この範囲内の全てのイオンは、
磁極に衝突することなく有効に利用することがで
きることになる。このことは逆に、イオン流の幅
が狭くなるので、磁極の間隔を小さくして磁場を
強くすることができることを示す。 また、このような静電四極レンズ5,6は、イ
オン流の動径方向(x方向)については、イオン
流を発散させる作用がある。これにより、イオン
源1が等価的に偏向磁場7に接近したように、ス
リツト4の虚像がつくられるので、質量分析装置
の像倍率Axを小さくし、分解能Rを向上させる
ことができる。 ところが、偏向磁場7に入射するイオン流を上
記方法によつて集束させると、偏向磁場の出射点
からイオン流は次第にy方向に発散することにな
る。これに対して、別の静電四極レンズ12を設
けて、これを集束させるように作用させる。 このように構成することにより、イオン流は偏
向磁場7で極めて狭い間隔を通過した後に、無駄
なく集束されてイオン検出器9に捕捉されること
になる。 さらに、この第一実施例装置では、静電四極レ
ンズ6と偏向磁場7との間に、静電八極レンズ1
8を設けて、イオン流に生じる三次収差を減少さ
せるように構成したところに特徴がある。 第5図はこの静電八極レンズ18のCC断面構
造図である。半径r0(磁場半径rmで基準化された
値)の仮想の円筒に外接するように、8個の円筒
電極19がイオン流方向に長手方向になるように
構成される。各電極には交互に+Vおよび−Vの
電位が印加される。 第1図に示す第一実施例は、偏向磁場7の偏向
角を50度、円筒電場11の偏向角を105度とした
ものである。また、この例では偏向磁場7の出射
点に、イオンビームに垂直な平面に対して磁場の
境界面が20度だけ傾斜するように出射角を設けて
ある。これはイオン流の集束位置を適当なところ
に合わせ系全体の収差を小さく抑える効果があ
る。 第6図は本発明第二実施例装置の構造図であ
る。この例は、静電四極レンズ5および6を設
け、円筒電場11を設け、さらにその円筒電場1
1の前に別の静電四極レンズ12を設けた構造で
あるが、偏向磁場7の偏向角度を30度とし、円筒
電場11の偏向角度を70度に設定したところに特
徴がある。これは偏向磁場7の偏向角をできる限
り小さくして、偏向磁場7を作るための磁石を小
型にすることを併せて図つたものである。またこ
の例では、偏向磁場7の入射角および出射角をそ
れぞれ24度に設定してある。 次に、本発明による具体的な数値を入れた実施
例および収差係数を示す。第1表の(a)および(b)
は、第1図に示す本発明第一実施例装置の数値で
ある。第1表の(c)は第6図に示す本発明第二実施
例装置の構造についての具体例である。長さにつ
いては全て偏向磁場7の曲率半径rnで基準化され
た値を用いる。
[Technical Field to Which the Invention Pertains] The present invention relates to a mass spectrometer that measures the mass of ions. In particular, it relates to a magnetic field type mass spectrometer that passes an accelerated ion stream through a narrow slit, passes through a deflection magnetic field, captures it with an ion detector, and analyzes the mass of the ions by changing the strength of the deflection magnetic field. [Description of Prior Art] In a magnetic field mass spectrometer, the slit width of the ion source is s, the slit width of the ion detector is d, the mass dispersion coefficient is Aγ, the image magnification is Ax, and the image spread due to aberration is Δ. , its resolution R (=M/ΔM) is
Generally, it is given by R=Aγ/Ax・s+Δ+d...(1). To detect ions efficiently, d=Ax·s+Δ. In order to increase the resolution R, each constant must be set such that the numerator and denominator in equation (1) are made large and small, but if the slit width s of the ion source is made small, the sensitivity decreases. Therefore, in order to reduce the denominator of equation (1), it is desirable to reduce the image magnification Ax and at the same time reduce the aberration Δ. On the other hand, the ion stream emitted from the slit of the ion source passes through the deflection magnetic field, but as the ion stream advances, it diverges and its width increases. On the other hand, if the mass of the ions to be analyzed is large, the magnetic field needs to be made stronger, and therefore the magnetic pole spacing must be made smaller. In the conventional device, the ion flow is in the direction perpendicular to the orbital plane (y-direction).
The width is set to 15 mm, but in order to measure polymers with molecular weights of ions reaching several thousand, the magnetic pole spacing must be narrower to increase the magnetic field strength, and a portion of the ion flow is It will only be available. The applicant of the present application filed a patent application (Japanese Patent Application No. 118645/1983, filed on July 29, 1981, hereinafter simply referred to as the earlier application) in order to improve this. This is an electrostatic quadrupole lens that is placed between the slit of the ion source and the deflection magnetic field, giving the passing ion stream a focusing property in the direction perpendicular to its trajectory plane and a diverging property in its radial direction. It has a structure in which multiple pieces are arranged at intervals. This made it possible to reduce the spacing between the magnetic poles that create the deflection magnetic field, and at the same time improve detection sensitivity and resolution. As a result of further research into this technology, the inventor found the following. That is, when the magnetic pole spacing of the deflecting magnetic field is made small, the ion flow after passing through the deflecting magnetic field diverges. It was described in the specification of the prior application that in order to focus the ions and simultaneously satisfy the double focusing conditions, it is preferable to use a toroidal electrode and pass the ion flow through the toroidal electrode to provide focusing properties.
However, when the toroidal electrode is manufactured into a device, its workability is extremely poor, and the cost becomes too high to make it into a practical product. For this reason, an attempt was made to provide a cylindrical electrode in place of the toroidal electrode and allow the ion stream to pass through it after passing through the deflection magnetic field, thereby achieving double focusing (direction and energy focusing). However, as a matter of course, this is not sufficient because the cylindrical electrode can provide focusing in the radial direction of the ion flow, but cannot provide focusing in the direction perpendicular to the trajectory plane. It was hot. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide an efficient mass spectrometer that uses a cylindrical electrode that is easy to work with and focuses an ion flow that has passed through a deflection magnetic field. [Features of the Invention] The present invention provides a method between the ion source slit and the deflection magnetic field, which gives the passing ion flow a focusing property in a direction perpendicular to its trajectory plane and a divergent property in its radial direction. It has a structure in which multiple electrostatic quadrupole lenses are arranged at intervals, and a cylindrical electric field is provided as a deflection electric field to provide double focusing of radial direction convergence and energy convergence to the ion flow that has passed through the deflection magnetic field. , Further, between this cylindrical electric field and the deflection magnetic field, another electrostatic quadrupole lens is provided which gives focusing property to the ion flow passing through this cylindrical electric field in a direction perpendicular to its orbit plane. . [Description by Example] Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings of the example. FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. The ion source 1 includes an ionization chamber 2 and a plurality of acceleration electrodes 3, and an accelerated ion stream is emitted from an ion source slit 4. This ion flow is 2
The light passes through the electrostatic quadrupole lenses 5 and 6 and enters the deflection magnetic field 7. The ion stream is deflected in this deflecting magnetic field 7, and those passing through the detector slit 8 are captured by the ion detector 9. This deflection magnetic field 7 is configured so that its strength can be changed from the outside (not shown), and the position of the detector slit 8 is fixed. Further, the ion flow is accelerated so that the kinetic energy of the ions incident on the deflection magnetic field 7 is constant. Ions that enter the deflection magnetic field 7 have different momentum depending on their mass, so they are deflected at different angles depending on their mass. Therefore, when the strength of the deflection magnetic field 7 is changed, the ions captured by the ion detector 9 have different masses, and the masses of the ions can be analyzed. Note that each device in this figure is placed in a vacuum, and the vacuum partition wall is omitted from the figure. The first feature of the present invention in this device is that electrostatic quadrupole lenses 5 and 6 are provided between the ion source slit 4 and the deflection magnetic field 7; and 6 are set so as to give convergence to the passing ion flow in the direction perpendicular to the orbital plane and divergence in the radial direction. Furthermore, the second feature of the present invention is that the ion flow that has passed through the deflection magnetic field 7 is passed through a cylindrical electric field 11 in order to satisfy the double focusing conditions of radial direction convergence and energy convergence. This cylindrical electric field 11 is generated by two concentric cylindrical electrodes 11A and 11B.
formed by Furthermore, the third feature of the present invention is that the cylindrical electric field 11 is
Another electrostatic quadrupole lens 1 that provides focusing to the ion stream incident on the ion stream in a direction perpendicular to its trajectory plane.
It is located where 2 was set up. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of this electrostatic quadrupole lens 5 and a configuration example of an electric circuit that applies a potential to it. The electrostatic quadrupole lens 5 consists of four vertically divided cylindrical electrodes as shown in FIG. 2 when taken in a cross section perpendicular to the direction in which the ion flow passes (the cross section shown in FIG. A positive potential is applied to electrodes facing each other in a direction perpendicular to the trajectory plane of the ion flow (y direction), and a negative potential is applied to electrodes facing each other in the radial direction (x direction) of the ion flow. Assuming that the radius of the inscribed circle of the four electrodes is r 0 , the outer diameter of each electrode is designed to be 1.13r 0 in this example. Two potentiometers 15 and 1 from a power supply 14 whose midpoint is grounded
6 applies positive and negative voltages to the electrostatic quadrupole lens 5. The electrostatic quadrupole lenses 6 and 12 have a similar structure and are similarly applied with a voltage. The voltages can be equal or set separately. FIG. 3 is a BB sectional structural diagram of the cylindrical electrodes 11A and 11B. The qualitative operating principle of the apparatus constructed in this way will be explained with reference to the ion trajectory diagram shown in FIG. In Fig. 4, the left end is the ion source slit 4, and among the ions emitted from this, the ions emitted at an angle β 0 from the center point of the ion source slit 4 to the axis of this system, and the ions The emission parallel to the axis of the system from the upper end y 0 of the source slit 4 is shown in particular. As shown in FIG. 4, two electrostatic quadrupole lenses 5
and 6 are placed between the ion source slit 4 and the deflection magnetic field 7 , and the potential, spacing, or position of the ions are adjusted appropriately . Both ions emitted can also be passed through the deflection magnetic field 7. That is, if the angle and position of the two ions passed through the ion source slit 4 are set as the upper limit, all ions within this range are
This means that it can be used effectively without colliding with the magnetic poles. Conversely, this shows that since the width of the ion flow becomes narrower, the magnetic field can be strengthened by reducing the spacing between the magnetic poles. Furthermore, such electrostatic quadrupole lenses 5 and 6 have the effect of diverging the ion flow in the radial direction (x direction) of the ion flow. Thereby, a virtual image of the slit 4 is created as if the ion source 1 were equivalently close to the deflection magnetic field 7, so that the image magnification Ax of the mass spectrometer can be reduced and the resolution R can be improved. However, when the ion flow incident on the deflection magnetic field 7 is focused by the above method, the ion flow gradually diverges in the y direction from the exit point of the deflection magnetic field. In contrast, another electrostatic quadrupole lens 12 is provided and serves to focus this. With this configuration, after the ion flow passes through an extremely narrow interval by the deflection magnetic field 7, it is efficiently focused and captured by the ion detector 9. Furthermore, in this first embodiment device, an electrostatic octupole lens 1 is provided between the electrostatic quadrupole lens 6 and the deflection magnetic field 7.
8 is provided to reduce third-order aberrations that occur in the ion flow. FIG. 5 is a CC cross-sectional structural diagram of this electrostatic octupole lens 18. Eight cylindrical electrodes 19 are configured to extend in the longitudinal direction in the ion flow direction so as to circumscribe a virtual cylinder with a radius r 0 (a value standardized by the magnetic field radius rm). Potentials of +V and -V are alternately applied to each electrode. In the first embodiment shown in FIG. 1, the deflection angle of the deflection magnetic field 7 is 50 degrees, and the deflection angle of the cylindrical electric field 11 is 105 degrees. Further, in this example, the output point of the deflection magnetic field 7 is set at an output angle such that the boundary surface of the magnetic field is inclined by 20 degrees with respect to a plane perpendicular to the ion beam. This has the effect of adjusting the focus position of the ion stream to an appropriate location and suppressing aberrations of the entire system. FIG. 6 is a structural diagram of an apparatus according to a second embodiment of the present invention. In this example, electrostatic quadrupole lenses 5 and 6 are provided, a cylindrical electric field 11 is provided, and the cylindrical electric field 1
The structure is such that another electrostatic quadrupole lens 12 is provided in front of the cylindrical electric field 1, and the feature is that the deflection angle of the deflection magnetic field 7 is set to 30 degrees, and the deflection angle of the cylindrical electric field 11 is set to 70 degrees. This is intended to reduce the deflection angle of the deflection magnetic field 7 as much as possible, and also to downsize the magnet for creating the deflection magnetic field 7. Further, in this example, the incident angle and the exit angle of the deflection magnetic field 7 are each set to 24 degrees. Next, examples with specific numerical values and aberration coefficients according to the present invention will be shown. (a) and (b) of Table 1
are the numerical values of the apparatus of the first embodiment of the present invention shown in FIG. (c) of Table 1 is a specific example of the structure of the device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. For all lengths, values standardized by the radius of curvature r n of the deflection magnetic field 7 are used.

【表】【table】

【表】 この表の各記号は次のとおりである。 φm:偏向磁場によるイオンビームの偏向角
(°) φe:円筒電場によるイオンビームの偏向角(°) rm:磁場内でのイオンビームの軌道半径 re:電場内でのイオンビームの軌道半径 Rm1:入射点における磁場端面の曲率半径 Rm2:出射点における磁場端面の曲率半径 ε1:磁場へのイオンビームの入射角(°) ε2:磁場へのイオンビームの出射角(°) QK1:第一の静電四極レンズの電位傾度を示す定
数 QK2:第二の静電四極レンズの電位傾度を示す定
数 QK3:第三の静電四極レンズの電位傾度を示す定
数 QL:静電四極レンズの長さ L1:イオン源スリツトからQ1レンズまでの距離 L2:Q1レンズからQ2レンズまでの距離 L3:Q2レンズから磁場入口までの距離 L4:磁場出口からQ3レンズまでの距離 L5:Q3レンズから電場入口までの距離 L6:電場出口から検出器スリツトまでの距離 Ax:像倍率 Aγ:質量分散係数 Aαα,Aαδ,Aδδ,Ayy,Ayβ,Aββ:二次収差
係数 Ay:yによる像のy方向への拡がり係数 Aβ:βによる像のy方向への拡がり係数 第1表最下段のgは磁極内のイオン流の最大拡
がり幅である。この表からわかるように、本発明
によれば、質量分散係数と像倍率の比Aγ/Axは
かなり大きく、g(mm)は従来例装置に比べて小
さくなる。したがつて感度がよく、偏向磁場の強
力な装置が得られる。 さらに静電八極レンズ18の作用について実施
例数値で説明すると、各電極に交互に印加する電
位を+V、−V、イオンの加速電圧をU、電極内
接円半径をr0(磁場半径rmで基準化した値)とす
るとき k=2V/Ur0 として三次収差係数Aααα、Aααδ、Aαδδ、Aδδ
δ
を求めると、第2表のようになる。この例ではレ
ンズの長さL8は0.2rmである。
[Table] The symbols in this table are as follows. φm: Deflection angle of ion beam due to deflection magnetic field (°) φe: Deflection angle of ion beam due to cylindrical electric field (°) rm: Radius of orbit of ion beam in magnetic field re: Radius of orbit of ion beam in electric field Rm 1 : Radius of curvature of the magnetic field end face at the point of incidence Rm 2 : Radius of curvature of the end face of the magnetic field at the exit point ε 1 : Incident angle of the ion beam into the magnetic field (°) ε 2 : Output angle of the ion beam into the magnetic field (°) QK 1 : Constant QK that indicates the potential gradient of the first electrostatic quadrupole lens 2 : Constant QK that indicates the potential gradient of the second electrostatic quadrupole lens 3 : Constant that indicates the potential gradient of the third electrostatic quadrupole lens Q L : Static Length of electric quadrupole lens L 1 : Distance from ion source slit to Q 1 lens L 2 : Distance from Q 1 lens to Q 2 lens L 3 : Distance from Q 2 lens to magnetic field entrance L 4 : From magnetic field exit Distance to Q 3 lens L 5 : Distance from Q 3 lens to electric field entrance L 6 : Distance from electric field exit to detector slit Ax: Image magnification Aγ: Mass dispersion coefficient Aαα, Aαδ, Aδδ, Ayy, Ayβ, Aββ : Secondary aberration coefficient Ay: Coefficient of spread of image in the y direction due to y Aβ: Coefficient of spread of image in the y direction due to β g in the bottom row of Table 1 is the maximum spread width of the ion flow within the magnetic pole. As can be seen from this table, according to the present invention, the ratio Aγ/Ax between the mass dispersion coefficient and the image magnification is considerably large, and g (mm) is smaller than that of the conventional device. Therefore, a device with good sensitivity and a strong deflection magnetic field can be obtained. Furthermore, to explain the action of the electrostatic octupole lens 18 using numerical values, the potential applied alternately to each electrode is +V, -V, the ion acceleration voltage is U, and the radius of the inscribed circle of the electrode is r 0 (magnetic field radius rm When k=2V/Ur 0 , the third-order aberration coefficients Aααα, Aααδ, Aαδδ, Aδδ
δ
The result is as shown in Table 2. In this example, the lens length L 8 is 0.2rm.

〔効果の説明〕[Explanation of effects]

以上述べたように、本発明によれば、静電四極
レンズによりイオン流をその軌道面に垂直な方向
には集束させ、その動径方向には発散させて、イ
オン流を偏向させる偏向磁場の磁極間隔を小さく
し、検出の感度および測定の分散能を向上させ
る。特に、偏向磁場を通過したイオン流を集束さ
せる偏向電場として円筒電場を用い、かつイオン
流の軌道平面に垂直な方向に集束性を与える静電
四極レンズをこの円筒電場の前に設けることによ
り、そのイオンの収束性を向上させ収差を小さく
抑えることができるため、分析の精度および効率
を向上させることができる。また、円筒電場を形
成する円筒電極はトロイダル電極に比べてその工
作が格段に容易であるため、製造コストを低く抑
えることができる。
As described above, according to the present invention, the electrostatic quadrupole lens focuses the ion flow in the direction perpendicular to its orbital plane and diverges it in the radial direction, thereby creating a deflection magnetic field that deflects the ion flow. Reduce the magnetic pole spacing to improve detection sensitivity and measurement dispersion. In particular, by using a cylindrical electric field as a deflection electric field to focus the ion flow that has passed through the deflection magnetic field, and by providing an electrostatic quadrupole lens in front of this cylindrical electric field to provide focusing in a direction perpendicular to the trajectory plane of the ion flow, Since the convergence of the ions can be improved and aberrations can be kept small, the precision and efficiency of analysis can be improved. Further, since the cylindrical electrode that forms the cylindrical electric field is much easier to work with than the toroidal electrode, manufacturing costs can be kept low.

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

第1図は本発明第一実施例装置の構成図。第2
図は静電四極レンズの断面構造および電圧印加回
路の一例を示す図。第3図は円筒電場の断面構造
図。第4図はその定性的な動作原理を説明するた
めのイオン軌道図。第5図は静電八極レンズの断
面構造図。第6図は本発明第二実施例装置の構成
図。 1……イオン源、4……イオン源スリツト、
5,6……静電四極レンズ、7……偏向磁場、検
出器スリツト、9……イオン検出器、11……円
筒電場、12……別の静電四極レンズ、18……
静電八極レンズ。
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus according to a first embodiment of the present invention. Second
The figure shows an example of the cross-sectional structure of an electrostatic quadrupole lens and a voltage application circuit. Figure 3 is a cross-sectional structural diagram of a cylindrical electric field. FIG. 4 is an ion trajectory diagram for explaining the qualitative principle of operation. FIG. 5 is a cross-sectional structural diagram of an electrostatic octupole lens. FIG. 6 is a configuration diagram of an apparatus according to a second embodiment of the present invention. 1...Ion source, 4...Ion source slit,
5, 6... Electrostatic quadrupole lens, 7... Deflection magnetic field, detector slit, 9... Ion detector, 11... Cylindrical electric field, 12... Another electrostatic quadrupole lens, 18...
Electrostatic octupole lens.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 加速されたイオンを放出するイオン源と、 このイオン源から放出されるイオンが通過する
スリツトと、 このスリツトを通過したイオンに偏向を与える
偏向磁場と、 この偏向磁場を通過したイオンを検出するイオ
ン検出器と を備え、 前記スリツトと前記偏向磁場との間に、通過す
るイオン流に対してその軌道平面に垂直な方向に
は集束性を与えその動径方向には発散性を与える
静電四極レンズが複数個間隔を開けて配置され、 前記偏向磁場と前記イオン検出器との間に通過
するイオン流に対してその動径方向に集束性を与
える偏向電場を備え、 前記偏向磁場の強さを変化させることにより前
記イオン検出器に到達するイオンの質量分析を行
う質量分析装置において、 前記偏向電場は円筒形状であり、 前記偏向電場と前記偏向磁場との中間に、通過
するイオン流に対してその軌道平面に垂直な方向
に集束性を与える別の静電四極レンズを設けたこ
とを特徴とする質量分析装置。 2 偏向磁場の入射点よりイオン源よりの位置
に、イオン流の三次収差を減少させるための静電
八極レンズを備えた特許請求の範囲第1項記載の
質量分析装置。
[Claims] 1. An ion source that emits accelerated ions, a slit through which the ions emitted from the ion source pass, a deflection magnetic field that deflects the ions that have passed through the slit, and a deflection magnetic field that deflects the ions that have passed through the slit. and an ion detector for detecting passing ions, and between the slit and the deflecting magnetic field, the passing ion flow is provided with focusing property in a direction perpendicular to its trajectory plane and in its radial direction. A plurality of electrostatic quadrupole lenses providing divergence are arranged at intervals, and a deflection electric field is provided to provide focusing in the radial direction of the ion flow passing between the deflection magnetic field and the ion detector. , in a mass spectrometer that performs mass analysis of ions reaching the ion detector by changing the strength of the deflection magnetic field, wherein the deflection electric field has a cylindrical shape, and the deflection electric field is located between the deflection electric field and the deflection magnetic field. , a mass spectrometer comprising another electrostatic quadrupole lens that provides focusing to a passing ion stream in a direction perpendicular to its trajectory plane. 2. The mass spectrometer according to claim 1, further comprising an electrostatic octupole lens for reducing third-order aberration of the ion flow at a position closer to the ion source than the point of incidence of the deflection magnetic field.
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