JPH05174783A - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置

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JPH05174783A
JPH05174783A JP3357907A JP35790791A JPH05174783A JP H05174783 A JPH05174783 A JP H05174783A JP 3357907 A JP3357907 A JP 3357907A JP 35790791 A JP35790791 A JP 35790791A JP H05174783 A JPH05174783 A JP H05174783A
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JP
Japan
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ion
slit
pulse
ion beam
mass
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Pending
Application number
JP3357907A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasufumi Tanaka
靖文 田中
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
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Publication date
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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
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/40Time-of-flight spectrometers
    • H01J49/401Time-of-flight spectrometers characterised by orthogonal acceleration, e.g. focusing or selecting the ions, pusher electrode

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 質量分析で多種質量イオン混合ビームから質
量走査をしないで一度に質量スペクトルを測定する。 【構成】 一定電圧で加速したイオンビームをパルス状
に変調して放出して放出点から離れた位置に配置された
偏向電極7の間を通過させ、この電極に上記したイオン
ビームのパルス変調と同期して鋸歯状の電圧を印加し、
この鋸歯状に変化する電場へのイオンの到達時刻の差
で、重いイオン程強い電場の作用を受けることで分散さ
れたイオンビームを位置分解能を有するイオン検出器8
で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は質量分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】質量分析には従来3種類の方法が用いら
れていた。その一つは磁場を用いるもので、イオンビー
ムを磁場で偏向させスリットを用いて特定質量を取出し
検出するもので、磁場強度或はイオン加速電圧を変える
ことにより質量走査を行って質量スペクトルのデータを
得る。他の一つは四重極電極を用いるもので、四重極に
印加する直流および高周波の各電圧を変えることで質量
走査を行って質量スペクトルのデータを得る。更に他の
一つは飛行時間型と云われるもので、イオンをパルス状
に放出し、このイオン放出と同期して計時動作を開始
し、イオンが検出器で検出された時点で計時動作を停止
させ、そのときの時間値を記憶させる。この動作を多数
回のパルス状イオン放出について行うと、イオンが放出
さてれから検出される迄の時間は一定加速電圧のもとで
は質量が大きい程おそいから、多数回の測定で時間にた
いするイオン検出頻度のヒストグラムが得られて、これ
が質量スペクトルとなる。
【0003】上述した3種の方法のうち磁場を用いるも
のと四重極電極を用いるものは質量走査を行ってスペク
トルデータを得るので、或る質量のイオンを検出してい
る間は他の質量のイオンは分析上利用されず無駄になっ
ていて、従って感度が低く、所望のS/N比で測定結果
を得るには時間がかゝると云う問題があった。3番目の
飛行時間型はイオンの一回のパルス状放出において、検
出器に入射するイオンが一個以下であるようにパルス
幅,イオン強度を設定しておく必要があり、計時動作は
nsのオーダの刻みで行う必要があって高度の技術を要
し装置が高価である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は質量走査を行
わないで一度に質量スペクトル全体のデータを得ること
ができ、また従来の飛行時間型のような高度の技術を必
要としない質量分析装置を提供しようとするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】一定加速電圧で加速され
たイオンビームをパルス変調して放出させる手段と、こ
のパルス変調されたイオンビームをはさんで対向させた
偏向電極と、この電極間を通過したイオンを検出する位
置分解能を有するイオン検出器と、上記イオンビームの
パルス変調と同期させて上記偏向電極間に鋸歯状電圧を
印加する手段とによって質量分析装置を構成した。
【0006】
【作用】一定電圧で加速されたイオンの速度はイオン質
量によって異なり、質量の大なるイオン程遅い。従って
パルス変調されたイオンがイオンビームをはさむ電極間
に到達する時刻は重いイオン程おそくなり、また電極間
を通過するのに要する時間も長い。他方電極間電圧はイ
オンビームのパルス変調と同期させて鋸歯状に変化して
いるので、重いイオン程強い電場の中を長時間かけて横
切ることになり、軽いイオンより偏向角が大きくなる。
従って位置分解能を有するイオン検出器表面にはイオン
ビームが質量分散されて入射し、イオン検出器出力はそ
のまゝが質量スペクトルのデータとなる。
【0007】
【実施例】図1に本発明の一実施例装置を示す。図で1
はイオン源、2はイオン引出し電極、3はイオン加速電
極である。イオン加速電極3には図2Aに示すようにパ
ルス状に加速電圧が印加される。4はチョッピング電極
で直流バイアス電圧が印加してある。通常はイオンビー
ムIを図点線のように偏向させており、パルス発生器G
より出力される図2Aのパルスの立上りにより遅延回路
D1を介してワンショット回路P1がトリガはされチョ
ッピング電極4には図2Bに示すように図2Aのパルス
の存在期間中に同パルスより幅のせまい負パルスが印加
され、一時的にチョッピング電極間電圧が0になって、
この期間イオンビームが直進してスリット5の小孔を通
過するは。即ちチョッピング電極4とスリット5とでイ
オンビームのパルス変調手段が構成されている。イオン
ビームがスリット5を通過している期間の前後ではイオ
ンビームはスリット5に入射しており、これは全イオン
検出信号として制御およびデータ処理装置6に取り込ま
れる。この構成ではイオンは図2Aのパルスの存在期間
中のみイオン源から引き出され、引き出されたイオンの
うち図2Bのパルスの存在期間中のみイオンビームがス
リット5の右側の空間に送出される。実際に測定に有効
なのは図2Bのパルス期間中のイオンであるが、このパ
ルスとパルスとの間の期間はイオンはイオン源1内およ
びイオン引出し電極2周辺に空間電荷として保持されて
おり、これが図2Aのパルス期間中に引き出され測定に
対して有効利用されるのである。従って生成イオンの利
用効率を重視しなければ、加速電極3には常時加速電圧
を印加しておいてもよいのである。
【0008】図2Bのパルス期間中にスリット5の右側
の空間に放出されたイオンビームは直進して偏向電極7
の間を通り、イオン検出器8に入射することになるが、
こゝで対向している電極7間には図2Dに示す鋸歯状電
圧が印加される。この電圧は図2Aの立ち下がりが遅延
回路D2を介して鋸歯状波発振器9にトリガをかけるこ
とによって発生され、図2Bのパルスの立下りより時間
dだけ遅れてスタートするものである。この時間遅れd
は例えば一番軽いイオン例えば陽子がスリット5を通っ
てから電極7の前縁(左端)に到達する迄の時間よりわ
ずか短く設定してある。このためこれより重いイオンは
遅れ時間dより更に遅れて電極7間に入射し、重い粒子
程電極7間電場が強くなっている所を通過することにな
る。一定加速電圧のイオンは電極7間の電圧が一定のと
きは、質量の大小に関せず同じ軌道を画いて同じ角度だ
け偏向されて質量分析はできないが、電極間電圧が経時
的に変化しているので、重い粒子程強い電場の中を遅い
速度まつり長時間電界の影響を受けて通過するので、軽
いイオンより偏向角が大きくなる。
【0009】イオン検出器8は多数の単位検出素子をア
レー状に並べて位置分解能およびデータ蓄積作用を有す
るので、図2の鋸歯状電圧が存在しない間に同検出器の
単位素子の出力を制御データ処理装置6に取込みメモリ
10の上記各単位素子対応アドレスに加算して書込み、
この動作を繰り返すと、メモリ10では図2の鋸歯状電
圧の一周期毎のスペクトルデータが積算されて行く。従
って所望のS/N比になる迄メモリ10でのデータの蓄
積を行って、一回の測定動作を終わる。
【0010】上述実施例ではスリット5から電極7の中
央までの距離Lを65mm、電極7の幅および対向距離
を共に10mm、電極7の中央から検出器8表面までの
距離Kを25mmとした。また鋸歯状波のピーク電圧は
50V、イオン加速電圧を1KVとし、検出しようとす
る最大質量数を100amuとすると、図2Bのパルス
の立下りから鋸歯状波の終端(最大値50Vの点)まで
の時間は2.049μsとなる。このとき100amu
のイオンの検出器8上の中心からの偏位量dsは0.1
359mmとなり、質量と検出器8上の偏位量との関係
は図3に示すような直線となる。図2の波形の周期は
0.4881MHz以下であればよい。
【0011】図4は位置分解能を有するイオン検出器の
一例で、単位素子の幅1μmの半導体放射線検出器のア
レーであり、81が検出部、82が増幅部、83は波形
整形用(検出部81の出力パルスをレベル選別してノイ
ズパルスを除くため)のコンパレータ部、84はパルス
カウンタで、これらの各部がLSI化されてイオン検出
器8となっている。しかし位置分解能を有するイオン検
出器としてはこの型に限られない。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、質量走査をしないで質
量スペクトル全体のデータが得られるので、イオンの利
用効率が良く、従って感度良好で短時間でスペクトルデ
ータが得られるので、高速で変化している試料の経時的
な分析が容易となり、従来の飛行時間型に比しイオンビ
ームの一変調パルス毎に多数のイオンの同時検出が可能
なので、S/Nが良く、しもか装置構成に格別の高度技
術を必要とせず、安価で磁場型より軽量である等多大の
特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例装置の側面図
【図2】同実施例で用いられる各種電圧の波形図
【図3】同実施例装置の特性グラフ
【図4】同実施例におけるイオン検出器の構造図
【符号の説明】
1 イオン源 3 イオン加速電極 4 チョッピング電極 5 スリット 6 制御データ処理装置 7 偏向電極 8 イオン検出器 9 鋸歯波発振器 10 メモリ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定加速電圧で加速されたイオンビーム
    をパルス変調して放出させる手段と、このパルス変調さ
    れたイオンビームをはさんで対向させた偏向電極と、こ
    の電極間を通過したイオンを検出する位置分解能を有す
    るイオン検出器と、上記イオンビームのパルス変調と同
    期させて上記偏向電極間に鋸歯状電圧を印加する手段と
    よりなる質量分析装置。
JP3357907A 1991-12-25 1991-12-25 質量分析装置 Pending JPH05174783A (ja)

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