JPH0610609Y2

JPH0610609Y2 - 飛行時間型質量分析器のイオン・パルス発生装置

Info

Publication number: JPH0610609Y2
Application number: JP1986047886U
Authority: JP
Inventors: 多見男吉田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2001-03-28
Also published as: JPS62158755U

Description

【考案の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本考案は、飛行時間型質量分析器に利用されるイオン・
パルス発生装置に関する。

＜従来の技術＞比較的分子量の大きな分子に対する質量分析器において
は、質量分析器のイオン放射電極の表面に保持された試
料物質に、別に設けた補助的なイオン発生装置より放射
される高速イオン、または、この高速イオンの衝突によ
って高速に加速された中性原子を衝突させ、同試料物質
の構成分子を分子イオン化させる方法がとられる。

ところで、質量分析器が飛行時間型である場合には、イ
オン放射電極からの試料イオンの放射はパルス的である
ことが必要で、分解能もパルス幅によって決まる（パル
ス幅が小さい程、分解能が大きくなる）。従って、上記
の補助的なイオン発生装置は、イオン・パルス発生装置
として構成されていなければならない。このようなイオ
ン・パルス発生装置には第５図または第６図に示すよう
な装置がある。

第５図に示す装置は、イオン・ガン５１とイオン偏向電
極５２より成り、偏向電極５２に電圧が印加されていな
い間は、イオン・ガン５１より放射されたイオン・ビー
ム５４はそのままＳの方向に直進しているが、同電極５
２に同図に示すようなパルス電圧５３を印加すると、そ
の間だけイオン・ビーム５４は下向きに曲げられ、電極
５５に設けられたスリットまたはメッシュ５５の部分を
貫通して、ターゲットである質量分析器のイオン放射電
極（図示せず）の方向Ｔ_１に向って直進する。

また、第６図に示す装置は、イオン・ガン５１、ＣＲＴ
の電子ビーム偏向電極と同様な２組のイオン偏向電極５
２ａと５２ｂ、および障壁電極５５より成り、同障壁電
極５５の中心には細孔５６が設けられている。このよう
な構成で電極５２ａおよび５２ｂに、それぞれ、第７図
（Ａ）に示すパルス電圧５３ａおよび同図（Ｂ）に示す
パルス電圧５３ｂ（または５３ｃ）を印加する。電極５
２ａの電圧が負の値にある間は、イオン・ガン５１から
放射されたイオン・ビーム５４は下向きに偏向され障壁
電極５５のＢ点に照射されているが、パルス５３ａの立
ち上りにより同ビーム５４の照射点は、障壁電極５５の
細孔部５６を通過してＡ点に移る。その後、同パルス５
３ａの立ち下りによりビーム５４の照射点は再びＢ点に
戻るが、電極５２ｂに、パルス５３ａの立ち下り部分を
カバーしてパルス５３ｂ（または５３ｃ）が印加される
ので、ビーム照射点がＡからＢに戻る過程でビームは障
壁電極５５の細孔５６を回避する。このようにしてイオ
ン・ビーム５４は、その照射点がＢからＡへ移る過程に
おいてのみ、即ち、パルス５３ａの立ち上り過程におい
てのみ障壁電極５５の細孔５６を通過し、第７図(c)に
示すようなパルス状のイオン・ビーム５７としてＴ_２の
方向に直進し、ターゲットである質量分析器のイオン放
射電極（図示せず）を照射する。

なお、この第６図の装置において、偏向電極５２ｂを設
け、そこにパルス電圧５３ｂ（または５３ｃ）を印加す
るのは、偏向電極５２ｂに印加されたパルス５３ａの立
ち下り部分で、イオン・ビームの照射点が障壁電極５５
の細孔５６を通過し、第７図(c)に点線で示したイオン
・ビームのパルス５８ができるのを防ぐためである。若
し、時間的に非常に近傍した２つのパルス５７と５８が
相ついで質量分析器のイオン放射電極に照射されると、
質量分析スペクトルの信号は、これら両パルス間の時間
差だけずれた２つスペクトル信号の重ね合わせとなり、
スペクトルの解析ができなくなる。

＜考案が解決しようとする問題点＞従来技術による上述のようなパルス・イオン発生装置の
うち、第５図に示した装置では、パルス化されたイオン
・ビームの方向Ｔ_１を正確にターゲットの方向に保持す
るためには、偏向電極５２に高い工作精度が要求され、
また、同電極に印加すべきパルス電圧５３の高さも厳密
に所定の値に保たなければならず、このため高精度のパ
ルス電圧電源が必要となる。

一方、第６図に示した装置では、上述のように、第７図
(c)に点線で示したイオン・ビームのパルス５８の放射
を防ぐために、余分な偏向電極５２ｂと、それに印加す
べきパルス電圧５３ｂ（または５３ｃ）（第７図（Ｂ）
参照）を供給する電源が必要であり、装置の機械的，電
気的構成が複雑である。

本考案は、以上の従来の問題点を解消すべくなされたも
ので、その目的とするところは、装置の機械的、電気的
構成を複雑にすることなく、飛行時間型質量分析器の質
量分解能を向上させることが可能なイオン・パルス発生
装置を提供することにある。

＜問題点を解決するための手段＞上記の目的を達成するため、本考案装置は、イオン発生
源，イオン加速電源ならびにイオン・ビーム収束用電磁
レンズ系を有するイオン・ガンと、このイオン・ガンか
ら放射されるイオン・ビームの進路を偏向する偏向電極
および電圧印加手段と、その偏向イオン・ビームのう
ち、所定の方向に進行するイオン・ビームのみを通過さ
せる孔が穿たれた障壁電源を備えているとともに、上記
電圧印加手段は、偏向電極に、急・緩の電圧変動を所定
周期でくり返すビーム偏向電圧を印加するよう構成さ
れ、かつ、そのビーム偏向電圧の変動の１周期におい
て、電圧が急な変化を示す過程で偏向イオン・ビームが
障壁電極の孔に位置した第１の時点から、その印加電圧
が緩やかな変化を示す過程で偏向イオン・ビームが障壁
電極の孔に位置する第２の時点までの時間間隔を、当該
飛行時間型質量分析器の質量分析スペクトル測定時間よ
りも長く設定し得るように構成したことによって特徴づ
けられる。

＜作用＞急・緩の変動をくり返す偏向電圧を偏向電極に印加して
イオン・ビームを走査すると、その印加電圧が急激な変
化を示す過程で、イオン・ビームが障壁電極の孔に位置
したときにパルス（第１）が出射し、この後に電圧が緩
やかな変化を示す過程で、同様にしてパルス（第２）が
出射するわけであるが、その第１のパルスと第２のパル
スとの出射の時間間隔を、飛行時間型質量分析器の質量
分析スペクトル測定時間よりも長くなるように設定して
おくことで、それらの２つの出射パルスのうち、パルス
幅の狭い第１のパルスのみが質量分析スペクトル信号の
生成に寄与し、その次に出射する第２のパルスが質量分
析スペクトル測定に悪影響を及ぼすことがなくなる。

＜実施例＞以上に本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案実施例の構成を示す図である。同図にお
いて１点鎖線で囲まれた部分１は、イオン生成室１１
と、イオン加速電極１２、および、イオン・ビーム収束
用レンズ系１３から成るイオン・ガンであり、イオン生
成室では通常クセノンまたはアルゴンの陽イオンがつく
られる。イオン・ガン１から放射されるイオン・ビーム
５は、イオン・ビームに対する偏向電極２を通り、中央
に細孔４を有する障壁電極３の方に進行する。

以上の構成において、偏向電極２に第１図に示すように
バイアス電圧Vbを与えた状態で、同電極２の端子２ａ
に、例えば第２図に示すような変動電圧Ｖ_１を加える
と、Ｖ_１＝２Vb（第２図（Ａ）のｐ点）のときイオン・
ビーム５は下向きに強い偏向力を受けて障壁電極３のＰ
点を照射するが、Ｖ_１がゼロ（第２図（Ａ）のｑ点）に
なるとビームの照射点は障壁電極３上のＱ点に移る。電
圧Ｖ_１が急速に、Ｖ_１＝２VbよりＶ_１＝０に変化する過
程でＶ_１＝Vbの状態（第２図（Ａ）のｒ点）が実現する
が、その時イオン・ビーム５は偏向を受けることなく直
進し、第２図(b)の２１に示すようなビーム・パルスと
して障壁電極３の細孔４を通過して、ターゲットである
質量分析器のイオン放射電極Ｔを照射する。このとき、
ビーム・パルス２１の幅はビーム偏向電圧Ｖ_１の変化速
度と、障壁電極３の細孔４の大きさによって決まるが、
高分解能質量分析器に要求される１０ｎsec程度のパル
ス幅を得ることは容易である。

ところで、ビーム・パルス２１の照射を受けた後、質量
分析器の方は、所定の測定時間Ｔｍ（通常１msec）を要
して一連のスペクトル信号を測定する。従って、ビーム
偏向電圧Ｖ_１がゼロから２Vbに戻る過程で再びＶ_１＝Ｖ
ｂが実現される、第２図（Ａ）におけるｓ点と、同図
（Ａ）のｒ点との時間間隔Ｔ_０＞Ｔｍに選んでおけば、
上記ｓ点に対して放射される。第３図の２２で示すビー
ム・パルスは、質量分析スペクトルの測定に全く影響を
およぼすことはない。

また、本考案におけるビーム偏向電圧Ｖ_１の波形は、上
記Ｔ_０＞Ｔｍの条件が満足される限り、第２図（Ａ）に
示すような波形に限定されることはなく、例えば第３図
に示すような鋸歯状波形またはその他の波形であってよ
いことは勿論である。なお、第２図（Ａ）または第３図
に示すような電圧波形は、例えばサイラトロンを用いた
回路等、既知の電子回路により容易に得ることができる
ので、その生成に関する詳細は省略する。

ところで、本考案によるイオン・パルス発生装置は、第
４図に示すような、パルス状の高速中性原子ビームを発
生させる装置として変形実施することもできる。同図に
よれば、上記実施例における障壁電極３の細孔４から出
力されるイオン・ビームのパルスを低圧のガス室４１に
導き、そこで中性原子に衝突させる。この衝突により右
方向へ運動量を得た中性原子は中性原子ビーム５ａとな
ってガス室４１より右方のターゲット（図示せず）に向
って直進する。同ガス室４１を通過したイオン・ビーム
は偏向電極４２によってその進路を曲げられ、その先に
設けられたイオン・コレクタ（図示せず）に回収され
る。

＜考案の効果＞以上説明したように、本考案のイオン・パルス発生装置
によれば、偏向電極に、所定周期で急・緩の変動をくり
返すビーム偏向電圧を印加するとともに、その急・緩の
変動の１周期において発生する２つのパルスの時間間隔
を、飛行時間型質量分析器の質量分析スペクトル測定時
間よりも長く設定するので、パルス幅の狭いイオン・パ
ルスの発生が可能になるとともに、その幅の狭いパルス
の次に発生するパルスによる質量分析スペクトル測定へ
の悪影響もなくすことができる結果、飛行時間型質量分
析器の質量分解能を高めることができる。しかも、その
ような高質量分解能を、パルス発生装置の機械的・電気
的構成を複雑にすることなく、容易にかつ低コストで達
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の構成を示す図である。第２図
（Ａ）は上記本考案実施例に用いるイオン・ビーム偏向
電圧の波形を示す図である。第２図（Ｂ）は上記本考案
実施例の作用説明図である。第３図は本考案の他の実施
例に用いるイオン・ビーム偏向電圧の波形を示す図であ
る。第４図は本考案の変形実施例の構成を示す図であ
る。第５図および第６図は従来技術によるイオン・パル
ス発生装置の構成を示す図である。第７図は第６図に示
した装置の作用説明図である。１……イオン・ガン２……イオン・ビーム偏向電極３……障壁電極１１……イオン発生源１２……イオン加速電極１３……イオン・ビーム収束用レンズ系

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】飛行時間型質量分析器に使用されるイオン
・パルス発生装置であって、イオン発生源，イオン加速
電極ならびにイオン・ビーム収束用電磁レンズ系を有す
るイオン・ガンと、このイオン・ガンから放射されるイ
オン・ビームの進路を偏向する偏向電極および電圧印加
手段と、その偏向イオン・ビームのうち、所定の方向に
進行するイオン・ビームのみを通過させる孔が穿たれた
障壁電極を備えているとともに、上記電圧印加手段は、
上記偏向電極に、急・緩の電圧変動を所定周期でくり返
すビーム偏向電圧を印加するよう構成され、かつそのビ
ーム偏向電圧の急・緩の変動の１周期において、電圧が
急な変化を示す過程で偏向イオン・ビームが上記障壁電
極の孔に位置した第１の時点から、その印加電圧が緩や
かな変化を示す過程で偏向イオン・ビームが上記障壁電
極の孔に位置する第２の時点までの時間間隔を、当該飛
行時間型質量分析器の質量分析スペクトル測定時間より
も長く設定し得るよう構成されていることを特徴とする
飛行時間型質量分析器のイオン・パルス発生装置。