JPH0366778B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0366778B2
JPH0366778B2 JP55058920A JP5892080A JPH0366778B2 JP H0366778 B2 JPH0366778 B2 JP H0366778B2 JP 55058920 A JP55058920 A JP 55058920A JP 5892080 A JP5892080 A JP 5892080A JP H0366778 B2 JPH0366778 B2 JP H0366778B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
electric field
slit
mass spectrometer
ion beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP55058920A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56156663A (en
Inventor
Takehiro Takeda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP5892080A priority Critical patent/JPS56156663A/en
Publication of JPS56156663A publication Critical patent/JPS56156663A/en
Publication of JPH0366778B2 publication Critical patent/JPH0366778B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/20Magnetic deflection

Description

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

本発明は二重収束型質量分析装置に関する。 二重収束型質量分析装置は通常同心電場を用い
たエネルギー分析部と偏向用磁界による質量分析
部とよりなつている。こゝで同心電場はその共通
軸に垂直な断面内でのみ考えるときはエネルギー
に関して収束作用を持つ(一点から出るイオンビ
ームのうち同一エネルギーを持つものが一点に集
まる)が、今考えた断面に対し垂直な方向のビー
ムの広がりに対しては収束作用を持たないため質
量分析装置としての感度が充分でない。そこで感
度の向上と分解能の向上(イオン光学的な収差の
低減)を目指すためにトロイダル電場をエネルギ
ー分析部に用いることが提案された。本発明はこ
のエネルギー分析部にトロイダル電場を用いた質
量分析装置の改良に関するものである。 第1図にトロイダル電場をエネルギー分析部に
用いた質量分析装置の構成の概略を示す。A,B
がトロイダル電極であり、第2図にその斜視図を
示す。1はイオン源スリツトであつて、これがイ
オン光学上のイオン源になる。イオンビームはト
ロイダル電場内の電界(単にトロイダル電界と云
う)によつて略直角に偏向されて或る一定エネル
ギーを持つたイオンが点2に収束し、これが質量
分散用の偏向磁界Mに対するイオン光学上のイオ
ン源となり、イオンビームは偏向磁界Mによつて
更に略直角に曲げられて或る質量を有するイオン
が出射スリツト3上に収束せられる。この型の二
重収束型質量分析装置は既に種々検討されて基本
的構成は略定まつたものとなつている。それは第
1図に示すようにイオンビームはエネルギー分析
部、質量分析部の各々において直角に偏向され、
イオンビームは偏向磁界に対し斜め入射、斜め出
射となるように偏向磁界の形が定められ、かつト
ロイダル電界への入口と出口の各面が図の紙面に
垂直な面内で凹状に曲つたものとなつている。こ
のような構成が感度が高くしかも分解能の高い質
量分析装置が得られる型と認められているのであ
る。 しかし上述した第1図の構成を採用するにして
も実際に質量分析装置を設計する場合には大へん
多くのイオン光学上の因子の値を決定しなければ
ならない。このため例えば特開昭51−93279号等
においてこれらの因子の決定の指針を与える数値
の一つの組合せが提案されている。 さて第1図の構成で設計上決定すべきイオン光
学上の因子の決定は仮に電子計算機を駆使して各
因子の適当な値飛びのあらゆる数値の組合せにつ
いてイオン軌道の追跡をすれば、それによつて最
適の各因子の数値の組合せがある範囲に決定でき
る。さらにスリツト3上のイオン像の収差が単一
ではなく種々な収差が混合しているので、どのよ
うな収束状態を最良とするか(もつと具体的には
種々な収差のうち何れを最小とすべきか)によつ
て色々な選択が可能となる。従つて第1図の構成
が良好な結果の得られる基本型であるとしても、
具体的な設計に当つてはなお多くの指針が必要で
あり、前述した特開昭51−93279号もそのような
指針の一つであり、本発明もまた第1図の構成に
基いて質量分析装置の設計を行うときの一つの指
針を与えるものである。 第3図で01はイオン光学上のイオン源の中心
で第1図のスリツト1の中心であり、03は第1
図の出射スリツト3の中心を示し、Zは第1図の
構成におけるイオン光学系の光軸で便宜上直線化
してある。スリツト1,3は何れも図のy軸方向
に延びている。スリツト1の幅はせまく、実際上
イオン源はy軸に沿う直線と考えてよい。スリツ
ト1上のy点の近軸イオンビームによるスリツト
3上の理想像点をy′とし、y点を出た一本のイオ
ン軌道のスリツト3を含む面との交点y″点のy′点
からのx方向のいずれをΔとする。スリツト3は
y軸方向に長く、y軸方向のずれは一応無害とみ
てよいからx方向のずれΔのみを考える。Δは一
般的に次のように表わせる。 Δrm{|Aαα・α2|+|Aαδ・α×δ| +|Aδδ・δ2|+|Ayy(y+ym)2| +|Ayβ(yo/rm)β|+|Aββ・β2|} 上式で、 rm:イオン光軸の偏向磁界中の曲率半径第1図
のrm α:イオン軌道のy点におけるx軸方向の振れ角 β:イオン軌道のy点におけるy軸方向の振れ角 δ:イオンエネルギーの中心値からのずれ また右下に添字のついた各Aは2次収差係数呼
び例えばAααはイオン源におけるイオンビーム
のx方向(水平面内)の広がり角の収差量Δへの
寄与を与えるもので、この絶対値が小さければイ
オンビームの広がり角を大きくしても良好な収束
が得られると云うことになる。 トロイダル電界を用い電界の入口、出口の面を
凹面にし、偏向磁界に対する入出射を斜入出射に
する第1図の構成は上述した各収差係数を全般的
に小さくするもので、例えば前述特開昭51−
93279号に提案された各イオン光学因子の数値組
合せはトロイダル電界の入口面のみを凹面(出口
面は平面)としたものに比し、Aαα、Aαδ、Aββ
が小さくなつている。これはイオン源から出るイ
オンビームの発散度合を比較的大きく採れる(ビ
ームの広がり角α、βに関係した収差係数が小さ
いから)ことを意味している。 本発明の主たる目的は上述した収差係数のうち
特にAyy、Ayβ、Aββを小さくすることによつて
第1図におけるスリツト1の高さを高くできるよ
うにしようとするものであり、スリツト1の高さ
を高く採れることによつて質量分析の感度が高め
られることになる。 本発明は第1図に示した各イオン光学因子に関
して、 0.9≦re/rm≦1.2 85°≦φe≦92° 85°≦φm≦92° 0.8≦RE1/re≦2.0 0.5≦RE2/re≦1.2 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re/Re0.5 の範囲を提案するものである。なおle″、lm′、
lm″は上記因子を決めると、軌道計算から決まつ
て来る。下記の表は本発明の一実施例を示す。
The present invention relates to a dual focus mass spectrometer. A double focusing mass spectrometer usually consists of an energy analysis section using a concentric electric field and a mass analysis section using a deflection magnetic field. When concentric electric fields are considered only within a cross section perpendicular to their common axis, they have a convergence effect on energy (ion beams emitted from one point with the same energy converge at one point), but in the cross section just considered, On the other hand, since it does not have a focusing effect on the spread of the beam in the vertical direction, it does not have sufficient sensitivity as a mass spectrometer. Therefore, it was proposed to use a toroidal electric field in the energy analysis section in order to improve sensitivity and resolution (reduce ion optical aberrations). The present invention relates to an improvement of a mass spectrometer using a toroidal electric field in the energy analysis section. Figure 1 schematically shows the configuration of a mass spectrometer using a toroidal electric field in the energy analysis section. A, B
is a toroidal electrode, and FIG. 2 shows a perspective view thereof. Reference numeral 1 denotes an ion source slit, which serves as an ion source in terms of ion optics. The ion beam is deflected approximately at right angles by the electric field within the toroidal electric field (simply referred to as the toroidal electric field), and the ions with a certain energy converge at point 2. The ion beam is further bent at a substantially right angle by the deflecting magnetic field M, and ions having a certain mass are focused onto the exit slit 3. Various studies have already been conducted on this type of double convergence mass spectrometer, and the basic configuration has been approximately determined. As shown in Figure 1, the ion beam is deflected at right angles in each of the energy analyzer and mass analyzer.
The shape of the deflection magnetic field is determined so that the ion beam enters and exits the deflection magnetic field obliquely, and the entrance and exit surfaces of the toroidal electric field are concavely curved in a plane perpendicular to the plane of the figure. It is becoming. Such a configuration is recognized as a type that can provide a mass spectrometer with high sensitivity and high resolution. However, even if the configuration shown in FIG. 1 is adopted, when actually designing a mass spectrometer, it is necessary to determine the values of a large number of ion optical factors. For this reason, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 51-93279 proposes a combination of numerical values that provides guidelines for determining these factors. Now, the ion optical factors that should be determined in the design of the configuration shown in Figure 1 can be determined by using an electronic computer to trace ion trajectories for all combinations of numerical values with appropriate jumps in each factor. Therefore, the optimal combination of numerical values for each factor can be determined within a certain range. Furthermore, since the aberration of the ion image on the slit 3 is not a single aberration but a mixture of various aberrations, what is the best convergence state (more specifically, which of the various aberrations is minimized? Various choices are possible depending on whether it should be done or not. Therefore, even if the configuration shown in FIG. 1 is a basic model that yields good results,
Many guidelines are still required for specific design, and the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-93279 is one such guideline. This provides one guideline when designing an analytical device. In Figure 3, 01 is the center of the ion source on the ion optics and the center of slit 1 in Figure 1, and 03 is the center of the slit 1 in Figure 1.
The center of the exit slit 3 in the figure is shown, and Z is the optical axis of the ion optical system in the configuration of FIG. 1, which is straightened for convenience. Both slits 1 and 3 extend in the y-axis direction in the figure. The width of the slit 1 is narrow, and the ion source can actually be thought of as a straight line along the y-axis. The ideal image point on the slit 3 by the paraxial ion beam at the y point on the slit 1 is y', and the y' point is the intersection y'' of the single ion trajectory exiting the y point with the plane including the slit 3. Let Δ be any direction in the x direction from It can be expressed as: Δrm{|Aαα・α 2 |+|Aαδ・α×δ| +|Aδδ・δ 2 |+|Ayy(y+ym) 2 | +|Ayβ(yo/rm)β|+|Aββ・β 2 |} In the above formula, rm: radius of curvature of the ion optical axis in the deflection magnetic field rm in Figure 1 α: deflection angle in the x-axis direction at the y-point of the ion trajectory β: deflection in the y-axis direction at the y-point of the ion trajectory Angle δ: deviation from the central value of ion energy Also, each A with a subscript at the bottom right is a secondary aberration coefficient. For example, Aαα is the aberration amount Δ of the spread angle of the ion beam in the x direction (in the horizontal plane) at the ion source. This gives a contribution of The configuration shown in FIG. 1, in which the incidence and exit of the deflection magnetic field is oblique incidence and exit, is to reduce the above-mentioned aberration coefficients overall.
The numerical combinations of each ion optical factor proposed in No. 93279 are different from those in which only the entrance surface of the toroidal electric field is concave (the exit surface is flat), and Aαα, Aαδ, Aββ
is getting smaller. This means that the degree of divergence of the ion beam emitted from the ion source can be relatively large (because the aberration coefficient related to the beam spread angles α and β is small). The main purpose of the present invention is to increase the height of the slit 1 in FIG. 1 by reducing Ayy, Ayβ, and Aββ among the above-mentioned aberration coefficients. The sensitivity of mass spectrometry can be increased by obtaining a high amount of light. In the present invention, regarding each ion optical factor shown in FIG. The following ranges are proposed: 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re/Re0.5. In addition, le″, lm′,
lm'' is determined from trajectory calculation once the above factors are determined. The table below shows one embodiment of the present invention.

【表】 上の各値を用いたときの収差係数の値を下に示
す。 Aαα=−0.002 Aαδ=−0.021 Aδδ=−0.033 Ayy=−0.011 Ayβ=0.125 Aββ=−1.799 これを前記特開昭51−93279号のものと比較す
るとAyy及びAyβに関して改善の著しいことが判
る。上記実施例で、 α=1/300(ラジアン)、β=1/1000(ラジア
ン)、δ=0.1%、y=1mm、スリツト1の幅1μ とすると前述Δの計算値は0.56μとなる。 各因子の値が判明している他の二つの例と本発
明の上記実施例について数値的な比較を以下に示
す。
[Table] The aberration coefficient values when using each value above are shown below. Aαα=−0.002 Aαδ=−0.021 Aδδ=−0.033 Ayy=−0.011 Ayβ=0.125 Aββ=−1.799 Comparing this with that of JP-A No. 51-93279, it can be seen that there is a significant improvement in Ayy and Ayβ. In the above embodiment, if α=1/300 (radian), β=1/1000 (radian), δ=0.1%, y=1 mm, and the width of slit 1 is 1 μ, the calculated value of Δ is 0.56 μ. A numerical comparison of the above embodiment of the present invention with two other examples in which the values of each factor are known is shown below.

【表】【table】

【表】 上記その1の例で本発明と大きく異つているの
は磁場の形状であるが、Ayyは約5倍になつてお
り、△は1.4倍になつている。その2の例ではそ
の1の場合よりEp1が更に小さくなつており(本
発明約30°、その1は10°)、Ayyは約18倍、Δは
2.3倍になつている。 本発明によれば上述したように入射スリツト1
の高さを高くした場合の収差の大きさが小さいの
で高分解能、高感度の二重収束型質量分析計が得
られる。
[Table] In the first example above, the shape of the magnetic field is largely different from that of the present invention; Ayy is approximately 5 times larger, and △ is 1.4 times larger. In example 2, Ep1 is even smaller than in case 1 (approximately 30° in the present invention, 10° in case 1), Ayy is approximately 18 times, and Δ is
It has increased by 2.3 times. According to the invention, as described above, the entrance slit 1
Since the magnitude of aberration is small when the height is increased, a double convergence mass spectrometer with high resolution and high sensitivity can be obtained.

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

第1図は二重収束型質量分析装置の平面図、第
2図は上記装置における同心二重トロイダル電極
の斜視図、第3図は上記質量分析装置のイオン光
学系の座標軸を示す斜視図である。 1……イオン源としての入射スリツト、A,B
……トロイダル電極、3……イオン出射スリツ
ト。
Fig. 1 is a plan view of a double focusing mass spectrometer, Fig. 2 is a perspective view of the concentric double toroidal electrode in the above device, and Fig. 3 is a perspective view showing the coordinate axes of the ion optical system of the above mass spectrometer. be. 1...Incidence slit as ion source, A, B
...Toroidal electrode, 3...Ion exit slit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオンビームを85°〜92°に偏向させるトロイ
ダル電場と、同電場を出たイオンビームを更に
85°〜92°に偏向させる一様なる偏向磁界とよりな
り、イオンビームは上記偏向磁界に対し斜めに入
射し斜めに出射するようになつており、各部寸法
割合及び角度が次の範囲に設定された二重収束型
質量分析装置。 0.9≦re/rm≦1.2 0.8≦RE1/re≦2.0 0.5≦RE2/re≦1.2 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re/Re0.5
[Claims] 1. A toroidal electric field that deflects the ion beam between 85° and 92°, and a toroidal electric field that deflects the ion beam after leaving the same electric field.
A uniform deflection magnetic field is used to deflect the beam from 85° to 92°, and the ion beam enters and exits obliquely with respect to the deflection magnetic field, and the dimensional ratios and angles of each part are set within the following ranges. Double convergence mass spectrometer. 0.9≦re/rm≦1.2 0.8≦RE1/re≦2.0 0.5≦RE2/re≦1.2 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re/Re0.5
JP5892080A 1980-05-01 1980-05-01 Double focusing mass spectrometer Granted JPS56156663A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5892080A JPS56156663A (en) 1980-05-01 1980-05-01 Double focusing mass spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5892080A JPS56156663A (en) 1980-05-01 1980-05-01 Double focusing mass spectrometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56156663A JPS56156663A (en) 1981-12-03
JPH0366778B2 true JPH0366778B2 (en) 1991-10-18

Family

ID=13098254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5892080A Granted JPS56156663A (en) 1980-05-01 1980-05-01 Double focusing mass spectrometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS56156663A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103367091B (en) * 2013-07-17 2014-06-18 中国科学院地质与地球物理研究所 Inert gas magnetic type mass spectrometer and design method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51121390A (en) * 1975-04-14 1976-10-23 Barian Matsuto Gmbh Quantity analyzer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51121390A (en) * 1975-04-14 1976-10-23 Barian Matsuto Gmbh Quantity analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
JPS56156663A (en) 1981-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0737536A (en) Electronic energy filter for image formation
US5146133A (en) Electron gun for color cathode ray tube
JPH0352180B2 (en)
JPH01213950A (en) Mass analyzer and ms/ms device using same
JPH0366778B2 (en)
US3774026A (en) Ion-optical system for mass separation
US4710672A (en) Picture display device
JP3400284B2 (en) Omega energy filter and electron microscope incorporating the filter
US3944827A (en) Virtual image type double focusing mass spectrometer
JP3397347B2 (en) Omega filter
JPH11260312A (en) Omega type energy filter
JP3981414B2 (en) Energy filter, transmission electron microscope and method for filtering energy
JPS6134836A (en) Electron gun for color picture tube
JPH09213263A (en) Omega type energy filter
JPS6110939B2 (en)
US3585384A (en) Ionic microanalyzers
US4427885A (en) Double focussing mass spectrometer
JP3034878B2 (en) Electron gun for color picture tube
JPS61248349A (en) Mass analyzer
JPS6121796Y2 (en)
JPH026187B2 (en)
JPS6210852A (en) Mass analysis optical system
JPH09213250A (en) Deflection device for charged particle beam
Chavet Ion-optical system for mass separation
JPH0463506B2 (en)