JPH0352180B2 - - Google Patents
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- JPH0352180B2 JPH0352180B2 JP56118645A JP11864581A JPH0352180B2 JP H0352180 B2 JPH0352180 B2 JP H0352180B2 JP 56118645 A JP56118645 A JP 56118645A JP 11864581 A JP11864581 A JP 11864581A JP H0352180 B2 JPH0352180 B2 JP H0352180B2
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- ions
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/28—Static spectrometers
- H01J49/30—Static spectrometers using magnetic analysers, e.g. Dempster spectrometer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/28—Static spectrometers
- H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
- H01J49/326—Static spectrometers using double focusing with magnetic and electrostatic sectors of 90 degrees
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Description
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。 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A〓、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＝A〓／Axｓ＋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＝Axｓ＋Δとする。分解能Ｒを高くするに
は、(1)式で分子を大きく、分母を小さくなるよう
に各定数を定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、イオン源から引き
出されるイオン量が少なくなり、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、偏向磁場を通過させるが、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
を小さくさせなければならない。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。 本発明はこれを改良するもので、イオン流の軌
道平面に垂直な方向の幅を小さくし、偏向磁場を
作る磁極間隔を小さくすることができるととも
に、イオン流をその動径方向に発散させて、検出
感度および測定精度を高くすることができる装置
を提供することを目的とする。 本発明は、イオン源スリツトと偏向磁場の間
に、通過するイオン流の軌道平面に垂直な方向に
集束性を与え、そのイオン流の動径方向には発散
性を与える複数個の静電四極レンズを備えたこと
を特徴とする。 この静電四極レンズは、適当な間隔をおいて配
置される２個であることが望ましい。 また、この静電四極レンズの電界の強さ、偏向
磁場の偏向角、偏向磁場に入射するイオン流の角
度等を変化させたり、あるいは偏向磁場の境界面
を曲面にすることにより、偏向磁場内で、イオン
流に立体二次収束性を与えることが望ましい。 さらに、偏向磁場を通過したイオン流を通過さ
せるトロイダル電場を設け、イオン流に立体二次
二重収束性を与えることができる。 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、図では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ところは、スリ
ツト４と偏向磁場７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集束性を
与え、その動径方向に発散性を与えるように設定
されるところにある。 第２図はこの静電四極レンズ５（または６）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
の縦割りの円筒形状であつて、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１１から２個のポテンシオメータ１
２および１３により正負の電圧が印加される。 静電四極レンズ６について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。 このように構成された装置の定性的な動作原理
を第３図に示す図面を参照して説明する。第３図
はイオン流の流れを示す説明図である。第３図ａ
で、左端はスリツト４であり、ここから放出され
るイオンのうち、スリツト４の中心点０からこの
系の軸に対して、角度β0で放出されるものと、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。上端y0から平行に
放出されたイオンは、偏向磁場７を通り抜ける
が、中心０から角度β0で放出されたイオンは、偏
向磁場７すなわち磁極間隔を通過することができ
ない状態を示す。 かりに第３図ｂに示すように、スリツト４と偏
向磁場７の間に１個の短い静電四極レンズ５を置
き、中心０から角度β0で放出されたイオンが、系
の軸に平行になるように制御すると、このイオン
は偏向磁場７を通過するが、上端y0から平行に放
出されたイオンは磁極に衝突して偏向磁場７を通
過することができない。 次に第３図ｃに示すように、２個の静電四極レ
ンズ５および６を、スリツト４と偏向磁場７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０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について、磁
極に衝突することなく有効に利用することができ
るようになる。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。 また、このような静電四極レンズは、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、イオン源が等
価的に偏向磁場に接近したように、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。 ここで２個の静電四極レンズ５，６とその間の
距離について考えると、第１図に戻つて、２個の
静電四極レンズ５，６が等しいものであるとする
と、スリツト４を出て光軸に平行に走るイオンが
レンズ６を出た後に、第３図ｃのように、斜上方
に向つて磁場内でy0より細くなるためには、イオ
ン流はL2の半分より手前で光軸と交叉しなけれ
ばならない。すなわち、レンズ５の焦点は1/2L2
より短くなければならないから、 cot（QK・QL）／QK＜1/2L2 である。ここでQLはrnを単位として測つたレン
ズ長、QKはレンズの強さを与える定数で、イオ
ン加速電圧をＵレンズ印加電圧を±Ｖ、電極内接
円の半径をr0とすれば QK＝√V/U・１／r0 により与えられる。また、長さについては全て偏
向磁場７の軌道半径により基準化されている。 ２個の静電四極レンズ５，６が等しくないとき
には、上記QKについて幾何平均値で考えればよ
い。 上記と同様の作用は、静電四極レンズの長さが
十分に長ければ、１個のレンズでも行わせること
ができる。第４図はこの例であつて、スリツト４
と偏向磁場７との間に１個の長い静電四極レンズ
５を配置したものである。この場合には静電四極
レンズ５はかなり長いレンズ長であることが必要
である。その他の構造は第１図の実施例と同様で
ある。 第５図は長い１個の静電四極レンズについての
動作説明図であつて、第３図で説明したものと同
様に、スリツト４の中心０から角度β0で放出され
るイオンと、スリツト４の上端y0から系に平行に
放出されるイオンについて、その通路を図示した
ものである。レンズ長が長いとき、この二つのイ
オン通路はともに偏向磁界７を通過するように構
成することができる。 このレンズ長QLについては、 ｜QL・QK｜＞π である。 上記例の他にも、静電四極レンズを３個以上配
置しても、等価な構成を得て、同様に実施するこ
とができる。 第６図は本発明の第二実施例の構造図である。
この例は、偏向磁場７と検出器スリツト８との間
に、トロイダル電場１５を配置したものであつ
て、これによりイオン流に対して方向収束とエネ
ルギ収束とがともに与えられて、いわゆる立体二
次二重収束が行われることになる。１６はスリツ
トである。この結果、イオン検出器９に到達する
イオンのエネルギ収束性がよくなり、効果的な分
析を行うことができる。第７図はそのイオン軌道
図である。 さらに、第８図または第９図に例示するよう
に、偏向磁場の境界面を曲面に形成するあるいは
偏向磁場の境界面が光軸に対して角度を持つよう
に形成する等により、二次の収差係数を小さくし
て、立体二次収束性を持たせることができる。 次に、本発明実施例装置による具体的な数値を
入れた設計例および二次収差係数を示す。第１表
のａ、ｂ、ｄ、ｅおよびｆは、第１図に示す本発
明実施例装置の設計例である。第１表のｃは静電
四極レンズを１個だけ使用した第４図の構造につ
いての具体例である。第１表のｇは従来例構造に
よる比較例であり、第１図で静電四極レンズ５お
よび６を省いた構造による。この例でも長さにつ
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。 この表の各記号は次のとおりである。 φn：磁場によるイオンビームの偏向角（゜） rn：磁場内でのイオンビームの軌道半径 R1：入射点における磁場の端面の曲率半径 ε1：磁場へのイオンビームの入射角（゜） ε2：磁場から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 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：磁場出口から検出器スリツトまでの距離 AX：像倍率 A〓：質量分散係数 A〓〓、Ayy、A〓〓、A〓〓：二次収差係数 Ay：ｙによる像のｙ方向への拡がり係数 A〓：βによる像のｙ方向への拡がり係数
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。 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A〓、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＝A〓／Axｓ＋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＝Axｓ＋Δとする。分解能Ｒを高くするに
は、(1)式で分子を大きく、分母を小さくなるよう
に各定数を定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、イオン源から引き
出されるイオン量が少なくなり、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、偏向磁場を通過させるが、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
を小さくさせなければならない。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。 本発明はこれを改良するもので、イオン流の軌
道平面に垂直な方向の幅を小さくし、偏向磁場を
作る磁極間隔を小さくすることができるととも
に、イオン流をその動径方向に発散させて、検出
感度および測定精度を高くすることができる装置
を提供することを目的とする。 本発明は、イオン源スリツトと偏向磁場の間
に、通過するイオン流の軌道平面に垂直な方向に
集束性を与え、そのイオン流の動径方向には発散
性を与える複数個の静電四極レンズを備えたこと
を特徴とする。 この静電四極レンズは、適当な間隔をおいて配
置される２個であることが望ましい。 また、この静電四極レンズの電界の強さ、偏向
磁場の偏向角、偏向磁場に入射するイオン流の角
度等を変化させたり、あるいは偏向磁場の境界面
を曲面にすることにより、偏向磁場内で、イオン
流に立体二次収束性を与えることが望ましい。 さらに、偏向磁場を通過したイオン流を通過さ
せるトロイダル電場を設け、イオン流に立体二次
二重収束性を与えることができる。 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、図では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ところは、スリ
ツト４と偏向磁場７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集束性を
与え、その動径方向に発散性を与えるように設定
されるところにある。 第２図はこの静電四極レンズ５（または６）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
の縦割りの円筒形状であつて、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１１から２個のポテンシオメータ１
２および１３により正負の電圧が印加される。 静電四極レンズ６について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。 このように構成された装置の定性的な動作原理
を第３図に示す図面を参照して説明する。第３図
はイオン流の流れを示す説明図である。第３図ａ
で、左端はスリツト４であり、ここから放出され
るイオンのうち、スリツト４の中心点０からこの
系の軸に対して、角度β0で放出されるものと、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。上端y0から平行に
放出されたイオンは、偏向磁場７を通り抜ける
が、中心０から角度β0で放出されたイオンは、偏
向磁場７すなわち磁極間隔を通過することができ
ない状態を示す。 かりに第３図ｂに示すように、スリツト４と偏
向磁場７の間に１個の短い静電四極レンズ５を置
き、中心０から角度β0で放出されたイオンが、系
の軸に平行になるように制御すると、このイオン
は偏向磁場７を通過するが、上端y0から平行に放
出されたイオンは磁極に衝突して偏向磁場７を通
過することができない。 次に第３図ｃに示すように、２個の静電四極レ
ンズ５および６を、スリツト４と偏向磁場７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０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について、磁
極に衝突することなく有効に利用することができ
るようになる。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。 また、このような静電四極レンズは、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、イオン源が等
価的に偏向磁場に接近したように、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。 ここで２個の静電四極レンズ５，６とその間の
距離について考えると、第１図に戻つて、２個の
静電四極レンズ５，６が等しいものであるとする
と、スリツト４を出て光軸に平行に走るイオンが
レンズ６を出た後に、第３図ｃのように、斜上方
に向つて磁場内でy0より細くなるためには、イオ
ン流はL2の半分より手前で光軸と交叉しなけれ
ばならない。すなわち、レンズ５の焦点は1/2L2
より短くなければならないから、 cot（QK・QL）／QK＜1/2L2 である。ここでQLはrnを単位として測つたレン
ズ長、QKはレンズの強さを与える定数で、イオ
ン加速電圧をＵレンズ印加電圧を±Ｖ、電極内接
円の半径をr0とすれば QK＝√V/U・１／r0 により与えられる。また、長さについては全て偏
向磁場７の軌道半径により基準化されている。 ２個の静電四極レンズ５，６が等しくないとき
には、上記QKについて幾何平均値で考えればよ
い。 上記と同様の作用は、静電四極レンズの長さが
十分に長ければ、１個のレンズでも行わせること
ができる。第４図はこの例であつて、スリツト４
と偏向磁場７との間に１個の長い静電四極レンズ
５を配置したものである。この場合には静電四極
レンズ５はかなり長いレンズ長であることが必要
である。その他の構造は第１図の実施例と同様で
ある。 第５図は長い１個の静電四極レンズについての
動作説明図であつて、第３図で説明したものと同
様に、スリツト４の中心０から角度β0で放出され
るイオンと、スリツト４の上端y0から系に平行に
放出されるイオンについて、その通路を図示した
ものである。レンズ長が長いとき、この二つのイ
オン通路はともに偏向磁界７を通過するように構
成することができる。 このレンズ長QLについては、 ｜QL・QK｜＞π である。 上記例の他にも、静電四極レンズを３個以上配
置しても、等価な構成を得て、同様に実施するこ
とができる。 第６図は本発明の第二実施例の構造図である。
この例は、偏向磁場７と検出器スリツト８との間
に、トロイダル電場１５を配置したものであつ
て、これによりイオン流に対して方向収束とエネ
ルギ収束とがともに与えられて、いわゆる立体二
次二重収束が行われることになる。１６はスリツ
トである。この結果、イオン検出器９に到達する
イオンのエネルギ収束性がよくなり、効果的な分
析を行うことができる。第７図はそのイオン軌道
図である。 さらに、第８図または第９図に例示するよう
に、偏向磁場の境界面を曲面に形成するあるいは
偏向磁場の境界面が光軸に対して角度を持つよう
に形成する等により、二次の収差係数を小さくし
て、立体二次収束性を持たせることができる。 次に、本発明実施例装置による具体的な数値を
入れた設計例および二次収差係数を示す。第１表
のａ、ｂ、ｄ、ｅおよびｆは、第１図に示す本発
明実施例装置の設計例である。第１表のｃは静電
四極レンズを１個だけ使用した第４図の構造につ
いての具体例である。第１表のｇは従来例構造に
よる比較例であり、第１図で静電四極レンズ５お
よび６を省いた構造による。この例でも長さにつ
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。 この表の各記号は次のとおりである。 φn：磁場によるイオンビームの偏向角（゜） rn：磁場内でのイオンビームの軌道半径 R1：入射点における磁場の端面の曲率半径 ε1：磁場へのイオンビームの入射角（゜） ε2：磁場から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 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：磁場出口から検出器スリツトまでの距離 AX：像倍率 A〓：質量分散係数 A〓〓、Ayy、A〓〓、A〓〓：二次収差係数 Ay：ｙによる像のｙ方向への拡がり係数 A〓：βによる像のｙ方向への拡がり係数
【表】
【表】
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（軌道半径0.2ｍ．イオン原スリ
ツトｙ方向の長さ５mm．イオン流のｙ方向への傾
き角を0.01ラジアンとするとき）。第１表からわ
かるように、質量分散係数と像倍率の比（第(1)式
参照）、 A〓／AX は従来例装置ｇの５〜７倍の大きさになり、ｇ
（mm）は、従来例装置ｇの場合の約40〜60％にな
つていることがわかる。これにより測定感度を高
くすることができるとともに、偏向磁場を強力に
することができる。 第２表にトロイダル電場を含む本発明実施例装
置の設計例および二次収差係数を示す。第２表(a)
〜(e)はいずれも第６図に示す構造のもので、特に
第２表(c)(d)および(e)では、偏向磁場の境界面に曲
率を設けずに、二次収差が小さくなるように設計
した例である。また第２表(f)は従来例構造による
比較例であつて、第６図の装置から、静電四極レ
ンズ５および６を取除いた場合を示す。 いずれの場合も長さは偏向磁場の曲率半径rnで
基準化された値である。 Rn1：入射点における磁場端面の曲率半径 Rn2：出射点における磁場端面の曲率半径 φe：電場によるイオンビームの偏向角（゜） re：電場内でのイオンビームの軌道半径 C1、C2：トロイダル電場係数 Re1：入射点における電場端面の曲率半径 Re2：出射点における電場端面の曲率半径 QL：Ｑレンズの長さ L4：磁場出口から、電場入口までの距離 L5：電場出口から、検出器スリツトまでの距離 A〓〓：ビームのｘ方向への開き角に関係した二次
収差係数 A〓〓：ビームのｘ方向への開き角とビームのエネ
ルギーの拡がりに関係した二次収差係数 A〓〓：ビームエネルギーの拡がりに関係した二次
収差係数 Ayy、Ay〓、A〓〓：ビームのｙ方向への拡がりに関
係した二次収差係数
拡がり幅である（軌道半径0.2ｍ．イオン原スリ
ツトｙ方向の長さ５mm．イオン流のｙ方向への傾
き角を0.01ラジアンとするとき）。第１表からわ
かるように、質量分散係数と像倍率の比（第(1)式
参照）、 A〓／AX は従来例装置ｇの５〜７倍の大きさになり、ｇ
（mm）は、従来例装置ｇの場合の約40〜60％にな
つていることがわかる。これにより測定感度を高
くすることができるとともに、偏向磁場を強力に
することができる。 第２表にトロイダル電場を含む本発明実施例装
置の設計例および二次収差係数を示す。第２表(a)
〜(e)はいずれも第６図に示す構造のもので、特に
第２表(c)(d)および(e)では、偏向磁場の境界面に曲
率を設けずに、二次収差が小さくなるように設計
した例である。また第２表(f)は従来例構造による
比較例であつて、第６図の装置から、静電四極レ
ンズ５および６を取除いた場合を示す。 いずれの場合も長さは偏向磁場の曲率半径rnで
基準化された値である。 Rn1：入射点における磁場端面の曲率半径 Rn2：出射点における磁場端面の曲率半径 φe：電場によるイオンビームの偏向角（゜） re：電場内でのイオンビームの軌道半径 C1、C2：トロイダル電場係数 Re1：入射点における電場端面の曲率半径 Re2：出射点における電場端面の曲率半径 QL：Ｑレンズの長さ L4：磁場出口から、電場入口までの距離 L5：電場出口から、検出器スリツトまでの距離 A〓〓：ビームのｘ方向への開き角に関係した二次
収差係数 A〓〓：ビームのｘ方向への開き角とビームのエネ
ルギーの拡がりに関係した二次収差係数 A〓〓：ビームエネルギーの拡がりに関係した二次
収差係数 Ayy、Ay〓、A〓〓：ビームのｙ方向への拡がりに関
係した二次収差係数
【表】
【表】
第２表最下段のｇは第１表と同様に、磁極内の
イオン流の最大拡がり幅である。この第２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A〓／AXはかなり大きく、ｇ（mm）は従
来例装置ｆ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。 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るの
で、偏向磁場を作る磁極間隔を小さくし、同時に
検出の感度および測定の精度を向上させることが
できる。磁極間隔を小さくすることにより磁場を
強力にすることができ、質量の大きいイオン、す
なわち高い分子量のイオンについても分析が可能
になり、装置の適用領域が拡大される。本発明を
実施するために付加される装置は比較的簡単なも
のであつて、安価である。
イオン流の最大拡がり幅である。この第２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A〓／AXはかなり大きく、ｇ（mm）は従
来例装置ｆ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。 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るの
で、偏向磁場を作る磁極間隔を小さくし、同時に
検出の感度および測定の精度を向上させることが
できる。磁極間隔を小さくすることにより磁場を
強力にすることができ、質量の大きいイオン、す
なわち高い分子量のイオンについても分析が可能
になり、装置の適用領域が拡大される。本発明を
実施するために付加される装置は比較的簡単なも
のであつて、安価である。
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図は本発明の定性的な動
作原理を説明するためのイオン軌道図。第４図は
１個の長い静電四極レンズを用いた場合の構成
図。第５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６図は本発明第二実施例装
置の構成図。第７図はそのイオン軌道図。第８図
および第９図は偏向磁場の境界面についての構成
例を示す図。 １……イオン源、４……スリツト、５，６……
静電四極レンズ、７……偏向磁場、９……イオン
検出器、１５……トロイダル電極。
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図は本発明の定性的な動
作原理を説明するためのイオン軌道図。第４図は
１個の長い静電四極レンズを用いた場合の構成
図。第５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６図は本発明第二実施例装
置の構成図。第７図はそのイオン軌道図。第８図
および第９図は偏向磁場の境界面についての構成
例を示す図。 １……イオン源、４……スリツト、５，６……
静電四極レンズ、７……偏向磁場、９……イオン
検出器、１５……トロイダル電極。
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、 前記スリツトと前記偏向磁場の間に、 通過するイオン流の軌道平面に垂直な方向に集
束性を与えそのイオン流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
されたことを特徴とする質量分析装置。 ２ 静電四極レンズが２個であつて、その相互間
隔L2が L2＞2cot（QK・QL）／QK である特許請求の範囲第２項に記載の質量分析装
置。ただし QLは静電四極レンズの長さ、 QKは静電四極レンズの強さを表わす定数 であつて、 イオン加速電圧をＵ レンズ印加電圧を±Ｖ 電極内接円の半径をr0 とするとき で与えられ、長さについては全て偏向磁場の軌道
半径rnで基準化されている。 ３ 静電四極レンズの電界の強さ、偏向磁場の偏
向角、偏向磁場に入射するイオン流の角度、およ
び偏向磁場の境界面の曲率のいずれか一以上を変
化させて偏向磁場内のイオン流に立体二次収束性
を与える特許請求の範囲第１項または第２項のい
ずれかに記載の質量分析装置。 ４ 偏向磁場とイオン検出器との間に、トロイダ
ル電場を備えた特許請求の範囲第１項ないし第３
項のいずれかに記載の質量分析装置。 ５ トロイダル電場について、トロイダル電場半
径、トロイダル電場係数、およびトロイダル電極
境界面の曲率のいずれか一以上を変化させてトロ
イダル電場内のイオン流に立体二次二重収束性を
与える特許請求の範囲第４項に記載の質量分析装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56118645A JPS5819848A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 質量分析装置 |
| US06/402,257 US4480187A (en) | 1981-07-29 | 1982-07-27 | Mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56118645A JPS5819848A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5819848A JPS5819848A (ja) | 1983-02-05 |
| JPH0352180B2 true JPH0352180B2 (ja) | 1991-08-09 |
Family
ID=14741677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56118645A Granted JPS5819848A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 質量分析装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4480187A (ja) |
| JP (1) | JPS5819848A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59215650A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-05 | Jeol Ltd | 質量分析装置 |
| US4556794A (en) * | 1985-01-30 | 1985-12-03 | Hughes Aircraft Company | Secondary ion collection and transport system for ion microprobe |
| GB8812940D0 (en) * | 1988-06-01 | 1988-07-06 | Vg Instr Group | Mass spectrometer |
| GB8813149D0 (en) * | 1988-06-03 | 1988-07-06 | Vg Instr Group | Mass spectrometer |
| US5335675A (en) * | 1988-11-15 | 1994-08-09 | Family Health International | Stress-softened elastomeric films, articles, and method and apparatus for making such films and articles |
| US5313061A (en) * | 1989-06-06 | 1994-05-17 | Viking Instrument | Miniaturized mass spectrometer system |
| DK0748249T3 (da) * | 1994-02-28 | 2009-11-09 | Analytica Of Branford Inc | Multipolionguide for massespektrometri |
| US8847157B2 (en) | 1995-08-10 | 2014-09-30 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Multipole ion guide ion trap mass spectrometry with MS/MSn analysis |
| US6043488A (en) * | 1997-08-18 | 2000-03-28 | The Perkin-Elmer Corporation | Carrier gas separator for mass spectroscopy |
| JP3048146B1 (ja) * | 1999-02-18 | 2000-06-05 | 科学技術振興事業団 | アイソトポマ―質量分析装置 |
| KR100538813B1 (ko) * | 2004-07-31 | 2005-12-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | 트랜지스터 파라미터의 균일도 확보를 위한 이온주입 장치및 그를 이용한 이온주입 방법 |
| US20080116390A1 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Pyramid Technical Consultants, Inc. | Delivery of a Charged Particle Beam |
| CN102737952B (zh) * | 2012-07-02 | 2015-07-15 | 西北核技术研究所 | 高丰度灵敏度的磁场-四极杆级联质谱装置及方法 |
| CN102751163B (zh) * | 2012-07-02 | 2015-07-15 | 西北核技术研究所 | 一种提高磁质谱丰度灵敏度的装置及方法 |
| GB2546967B (en) * | 2016-01-27 | 2020-04-15 | Thermo Fisher Scient Bremen Gmbh | Quadrupole mass spectrometer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4927280A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-11 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3405363A (en) * | 1962-01-22 | 1968-10-08 | Varian Associates | Method of and apparatus for deflecting beams of charged particles |
| US3524056A (en) * | 1968-01-05 | 1970-08-11 | Atomic Energy Commission | Double focusing spectrograph employing a rotatable quadrupole lens to minimize doppler broadening |
| JPS5240393A (en) * | 1975-09-26 | 1977-03-29 | Hitachi Ltd | Mass spectrometer |
| US4174479A (en) * | 1977-09-30 | 1979-11-13 | Boerboom Anne J H | Mass spectrometer |
-
1981
- 1981-07-29 JP JP56118645A patent/JPS5819848A/ja active Granted
-
1982
- 1982-07-27 US US06/402,257 patent/US4480187A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4927280A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-11 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4480187A (en) | 1984-10-30 |
| JPS5819848A (ja) | 1983-02-05 |
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