JPH07130327A - Laser ionized neutral particle mass spectrograph and laser ionized neutral particle mass spectrometry - Google Patents

Laser ionized neutral particle mass spectrograph and laser ionized neutral particle mass spectrometry

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JPH07130327A
JPH07130327A JP5272247A JP27224793A JPH07130327A JP H07130327 A JPH07130327 A JP H07130327A JP 5272247 A JP5272247 A JP 5272247A JP 27224793 A JP27224793 A JP 27224793A JP H07130327 A JPH07130327 A JP H07130327A
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JP
Japan
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neutral particle
laser light
mass
laser
ionization
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JP5272247A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Azuma
康弘 東
Tetsuya Maruo
哲也 丸尾
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a laser inoized neutral particle mass spectrograph and a laser ionized neutral particle mass spectrometry that can quantitatively determine the mass of a sample highly accurately. CONSTITUTION:The spatial shape of a pulse laser 18 generated from a pulse laser generator 17 is changed through the variable opening width 19 of a slit 20. A neutral particle 16 from a neutral particle generator 15 is ionized by radiating the pulse laser of changed spatial shape on the neutral particle, and a light excited ion 22 is thus generated. The mass of the light excited ion is separated by a mass spectrograph 24, and the mass-separated ion is detected by an ion detector 25.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被分析物の中性粒子に
パルスレーザを照射し、発生した光励起イオンの質量ス
ペクトルを測定するレーザイオン化中性粒子質量分析装
置およびレーザイオン化中性粒子質量分析方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser ionization neutral particle mass spectrometer and laser ionization neutral particle mass for irradiating a neutral particle of an analyte with a pulsed laser to measure a mass spectrum of photoexcited ions generated. Regarding analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体試料の代表的な微量分析法として
は、イオンビームにより表面からスパッタされる二次イ
オンを検出する二次イオン質量分析法がある。しかし、
二次イオンは発生効率が極めて低く、かつ元素依存性が
大きいため、二次イオン強度が試料中の元素濃度に比例
せず、定量性に問題がある。これに対し、二次イオンと
同時にスパッタされる中性粒子量は二次イオンに比べて
量が圧倒的に多く、もともとの元素濃度に比例するた
め、それを検出する中性粒子質量分析法は定量性の良い
分析法である。特に、中性粒子を高輝度レーザによりイ
オン化して質量分析するレーザイオン化中性粒子質量分
析法は、イオン化効率が良い方法として知られている。
深さ方向分析の可能なレーザイオン化中性粒子質量分析
装置として、レーザイオン化中性粒子質量分析装置(特
開平3−291559号公報)がある。以下に、この装
置の原理構成を説明する。
2. Description of the Related Art As a typical trace analysis method for a solid sample, there is a secondary ion mass spectrometry method for detecting secondary ions sputtered from the surface by an ion beam. But,
Since secondary ions have extremely low generation efficiency and large element dependence, secondary ion strength is not proportional to the element concentration in the sample, and there is a problem in quantification. On the other hand, the amount of neutral particles sputtered at the same time as secondary ions is overwhelmingly larger than that of secondary ions, and is proportional to the original element concentration, so neutral particle mass spectrometry that detects it is This is a highly quantitative analysis method. In particular, the laser ionization neutral particle mass spectrometry method, in which neutral particles are ionized by a high-intensity laser and subjected to mass analysis, is known as a method with good ionization efficiency.
As a laser ionization neutral particle mass spectrometer capable of depth direction analysis, there is a laser ionization neutral particle mass spectrometer (JP-A-3-291559). The principle configuration of this device will be described below.

【0003】図6は、上述した従来のレーザイオン化中
性粒子質量分析装置の構成を示す図である。図6におい
て、イオンビーム発生装置1は、連続一次イオンビーム
2を発生する。ついで、連続イオンビーム2を静電レン
ズ3を用いて集束した後、走査電極4により振動させ、
固体試料5の表面を走査しながら衝撃を与える。連続一
次イオンビーム2の衝撃により中性粒子6が固体試料5
の表面からスパッタリングされる。上記中性粒子6は、
パルスレーザ発生器7から発生したパルスレーザ光8を
レンズ9で集光した焦点の付近でイオン化され、光励起
イオン10となる。上記光励起イオン10は引出し電極
11により引き出され、磁場や電場を利用した質量分析
器12によって質量分離された後、イオン検出器13で
電気パルス化され、パルス計数器14で計数される。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the conventional laser ionization neutral particle mass spectrometer described above. In FIG. 6, the ion beam generator 1 generates a continuous primary ion beam 2. Then, after focusing the continuous ion beam 2 using the electrostatic lens 3, it is vibrated by the scanning electrode 4,
An impact is given while scanning the surface of the solid sample 5. Neutral particles 6 are solid sample 5 due to the impact of continuous primary ion beam 2.
Is sputtered from the surface. The neutral particles 6 are
The pulsed laser light 8 generated from the pulsed laser generator 7 is ionized in the vicinity of the focus focused by the lens 9 to become photoexcited ions 10. The photoexcited ions 10 are extracted by the extraction electrode 11, mass-separated by the mass analyzer 12 using a magnetic field or an electric field, and then converted into electric pulses by the ion detector 13 and counted by the pulse counter 14.

【0004】上記のような従来の装置においては、パル
スレーザ光8の空間形状は一定の形状に固定されてい
る。
In the conventional device as described above, the spatial shape of the pulse laser beam 8 is fixed to a constant shape.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、パ
ルスレーザ8の空間形状は一定であるものの、被分析物
の種類ごとに中性粒子6のイオン化断面積が異なるた
め、中性粒子6がイオン化されて光励起イオン10とな
る割合は異なる。したがって、従来技術では同じ量の被
分析物を定量する場合でも光励起イオン10の強度に差
が生じるために、被分析物の量と光励起イオンの強度と
の間に比例関係が成り立たず、高い精度で定量を行うこ
とは困難であった。
In the above-mentioned prior art, although the spatial shape of the pulse laser 8 is constant, the ionization cross-section of the neutral particles 6 is different depending on the type of analyte, so that the neutral particles 6 are different. The proportion of photoexcited ions 10 that are ionized differs. Therefore, in the prior art, even when the same amount of the analyte is quantified, the intensity of the photoexcited ion 10 is different, so that the proportional relationship is not established between the amount of the analyte and the intensity of the photoexcited ion, and the accuracy is high. It was difficult to quantify.

【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、被分析物の量を高い精度で定
量することができるレーザイオン化中性粒子質量分析装
置およびレーザイオン化中性粒子質量分析方法を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above,
An object of the invention is to provide a laser ionization neutral particle mass spectrometer and a laser ionization neutral particle mass spectrometry method capable of quantifying the amount of an analyte with high accuracy.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレーザイオン化中性粒子質量分析装置は、
パルスレーザ光を発生し、該パルスレーザ光を真空中で
被分析物の中性粒子に照射することにより該中性粒子を
イオン化して光励起イオンを発生させるパルスレーザ発
生器、前記光励起イオンを質量分離する質量分析器、お
よび該質量分析器により質量分離されたイオンを検出す
るイオン検出器を有するレーザイオン化中性粒子質量分
析装置であって、前記パルスレーザ発生器から発生する
パルスレーザ光の空間形状を変化させるように変化する
開口幅を有するスリット手段を有することを要旨とす
る。
In order to achieve the above object, the laser ionization neutral particle mass spectrometer of the present invention comprises:
A pulse laser generator for generating pulsed laser light and irradiating the neutral particles of the analyte in vacuum with the pulsed laser light to ionize the neutral particles to generate photoexcited ions, wherein the photoexcited ions are mass-produced. A laser ionization neutral particle mass spectrometer having a mass analyzer for separation, and an ion detector for detecting ions mass-separated by the mass analyzer, the space of pulsed laser light generated from the pulsed laser generator. The gist is to have slit means having an opening width that changes so as to change the shape.

【0008】また、本発明のレーザイオン化中性粒子質
量分析方法は、真空中でパルスレーザ光によりイオン化
された被分析物の中性粒子を質量分離し検出するレーザ
イオン化中性粒子質量分析方法であって、前記パルスレ
ーザ光はスリットを通過したパルスレーザ光とし、該ス
リットの開口幅を変化させて該パルスレーザ光の空間形
状を変化させ、該変化後の所定の時間内に検出されるパ
ルスレーザ光によりイオン化された被分析物の中性粒子
強度を測定することを要旨とする。
Further, the laser ionization neutral particle mass spectrometry method of the present invention is a laser ionization neutral particle mass spectrometry method for mass-separating and detecting neutral particles of an analyte ionized by pulsed laser light in a vacuum. The pulsed laser light is a pulsed laser light that has passed through a slit, the opening width of the slit is changed to change the spatial shape of the pulsed laser light, and a pulse detected within a predetermined time after the change. The gist is to measure the neutral particle intensity of the analyte ionized by the laser light.

【0009】更に、本発明のレーザイオン化中性粒子質
量分析方法は、真空中でパルスレーザ光によりイオン化
された被分析物の中性粒子を質量分離し検出するレーザ
イオン化中性粒子質量分析方法であって、前記パルスレ
ーザ光はスリットを通過したパルスレーザ光とし、前記
イオン化された中性粒子の検出強度の、前記スリットの
開口幅に対する依存性を測定し、前記中性粒子のイオン
化断面積を得た後、該イオン化断面積により前記検出強
度を補正することを要旨とする。
Furthermore, the laser ionization neutral particle mass spectrometry method of the present invention is a laser ionization neutral particle mass spectrometry method for mass-separating and detecting neutral particles of an analyte ionized by pulsed laser light in a vacuum. The pulsed laser light is a pulsed laser light that has passed through a slit, and the dependence of the detected intensity of the ionized neutral particles on the opening width of the slit is measured to determine the ionization cross-sectional area of the neutral particles. After obtaining, the gist is to correct the detection intensity by the ionization cross section.

【0010】[0010]

【作用】本発明のレーザイオン化中性粒子質量分析装置
では、開口部が変化するスリット手段によりパルスレー
ザ発生器から発生するパルスレーザ光の空間形状を変化
させ、この空間形状の変化したパルスレーザ光を被分析
物の中性粒子に照射して光励起イオンを発生させ、該光
励起イオンを質量分離し、この質量分離したイオンを検
出している。
In the laser ionization neutral particle mass spectrometer of the present invention, the spatial shape of the pulsed laser light generated from the pulsed laser generator is changed by the slit means whose opening is changed, and the pulsed laser light whose spatial shape is changed is changed. Are irradiated to neutral particles of the analyte to generate photoexcited ions, the photoexcited ions are mass-separated, and the mass-separated ions are detected.

【0011】また、本発明のレーザイオン化中性粒子質
量分析方法では、スリットの開口幅を変化させて該パル
スレーザ光の空間形状を変化させ、該変化後の所定の時
間内に検出されるパルスレーザ光によりイオン化された
被分析物の中性粒子強度を測定する。
Further, in the laser ionization neutral particle mass spectrometry method of the present invention, the opening width of the slit is changed to change the spatial shape of the pulsed laser light, and the pulse detected within a predetermined time after the change. The neutral particle intensity of the analyte ionized by the laser light is measured.

【0012】更に、本発明のレーザイオン化中性粒子質
量分析方法では、パルスレーザ光はスリットを通過した
パルスレーザ光とし、該パルスレーザ光によりイオン化
された中性粒子の検出強度のスリットの開口幅に対する
依存性を測定し、中性粒子のイオン化断面積を得た後、
イオン化断面積により検出強度を補正する。
Further, in the laser ionization neutral particle mass spectrometry method of the present invention, the pulsed laser light is pulsed laser light that has passed through the slit, and the opening width of the slit at the detection intensity of the neutralized particles ionized by the pulsed laser light. After measuring the dependence on and obtaining the ionization cross section of neutral particles,
The detection intensity is corrected by the ionization cross section.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1は、本発明の第1の実施例に係わるレ
ーザイオン化中性粒子質量分析装置の構成を示す図であ
る。図1において、中性粒子発生装置15から中性粒子
16を発生させる。一方、パルスレーザ発生器17から
発生したパルスレーザ18の一部は、開口幅19が可変
であるスリット20を通過して、レンズ21で集光さ
れ、中性粒子16に照射される。中性粒子16はパルス
レーザ18の焦点付近において、イオン化され光励起イ
オン22となる。光励起イオン22は電圧が印加された
引出し電極23により引き出され、磁場や電場を利用し
た質量分析器24によって質量分離される。質量分析器
24によって質量分離された光励起イオン22は、イオ
ン検出器25で電気パルス化され、パルス計数器26で
計数される。本実施例では、スリット20の開口幅19
を変化させることによって、パルスレーザ18の空間形
状を変化させ、光励起イオン22の強度の開口幅19に
対する依存性を測定することができる。
FIG. 1 is a view showing the arrangement of a laser ionization neutral particle mass spectrometer according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, neutral particles 16 are generated from a neutral particle generator 15. On the other hand, a part of the pulse laser 18 generated from the pulse laser generator 17 passes through the slit 20 having a variable opening width 19, is condensed by the lens 21, and is irradiated on the neutral particles 16. The neutral particles 16 are ionized near the focal point of the pulse laser 18 to become photoexcited ions 22. The photoexcited ions 22 are extracted by the extraction electrode 23 to which a voltage is applied, and are mass-separated by the mass analyzer 24 using a magnetic field or an electric field. The photoexcited ions 22 mass-separated by the mass analyzer 24 are converted into electric pulses by the ion detector 25 and counted by the pulse counter 26. In this embodiment, the opening width 19 of the slit 20 is
Can be changed to change the spatial shape of the pulse laser 18, and the dependence of the intensity of the photoexcited ions 22 on the aperture width 19 can be measured.

【0015】次に、図2を参照して、第2の実施例につ
いて説明する。図2において、イオンビーム発生装置2
7から一次イオンビーム28を発生させる。ついで、イ
オンビーム28を静電レンズ29を用いて集束した後、
走査電極30により振動させ、固体試料31の表面を走
査しながら衝撃させる。この操作により中性粒子32が
固体試料31の表面から放出される。一方、パルスレー
ザ発生器33から発生したパルスレーザ34の一部は、
開口幅35が可変であるスリット36を通過して、レン
ズ37で集光され固体試料31の直上に達する。中性粒
子32はパルスレーザ34が集光された領域において、
イオン化され光励起イオン38となる。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the ion beam generator 2
A primary ion beam 28 is generated from 7. Then, after focusing the ion beam 28 using the electrostatic lens 29,
It is vibrated by the scanning electrode 30, and the surface of the solid sample 31 is scanned and impacted. By this operation, the neutral particles 32 are released from the surface of the solid sample 31. On the other hand, a part of the pulse laser 34 generated from the pulse laser generator 33 is
The light passes through a slit 36 having a variable opening width 35, is condensed by a lens 37, and reaches directly above the solid sample 31. In the area where the pulse laser 34 is focused, the neutral particles 32 are
The photoexcited ions 38 are ionized.

【0016】光励起イオン38は電圧が印加された引出
し電極39により引き出され、磁場や電場を利用した質
量分析器40によって質量分離される。質量分析器40
によって質量分離された光励起イオン38は、イオン検
出器41で電気パルス化され、パルス計数器42で計数
される。本実施例では、スリット36の開口幅35を変
化させることによって、固体試料31の直上に達するパ
ルスレーザ34の空間形状を変化させ、光励起イオン3
8の強度の開口幅35に対する依存性を測定することが
できる。
The photoexcited ions 38 are extracted by an extraction electrode 39 to which a voltage is applied, and are mass separated by a mass analyzer 40 using a magnetic field or an electric field. Mass spectrometer 40
The photoexcited ions 38 subjected to the mass separation are pulsed by the ion detector 41 and counted by the pulse counter 42. In the present embodiment, by changing the opening width 35 of the slit 36, the spatial shape of the pulse laser 34 reaching directly above the solid sample 31 is changed, and the photoexcited ions 3 are generated.
The dependence of the intensity of 8 on the opening width 35 can be measured.

【0017】次に、図3を参照して、第3の実施例につ
いて説明する。図3において、イオンビーム発生器58
からの一次イオンビーム43は静電レンズ59で集束さ
れ、走査電極60で振動されて、固体試料44の表面を
走査しながら衝撃する。そして、一次イオンビーム43
の衝撃により固体試料44の表面から中性粒子45が放
出される。一方、パルスレーザ発生器46から発生した
パルスレーザ47の一部は、開口幅48が可変であるス
リット49を通過して、固体試料44の直上に達する。
中性粒子45は、パルスレーザ47の一部によりイオン
化され光励起イオン50となる。光励起イオン50は引
出し電極61で引き出され、質量分析器62で質量分離
され、イオン検出器63で電気パルス化され、パルス計
数器56で計数される。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, an ion beam generator 58
The primary ion beam 43 from the above is focused by the electrostatic lens 59, vibrated by the scanning electrode 60, and strikes while scanning the surface of the solid sample 44. Then, the primary ion beam 43
Neutral particles 45 are released from the surface of the solid sample 44 by the impact of. On the other hand, a part of the pulse laser 47 generated from the pulse laser generator 46 passes through the slit 49 having the variable opening width 48 and reaches immediately above the solid sample 44.
The neutral particles 45 are ionized by a part of the pulse laser 47 to become photoexcited ions 50. The photoexcited ions 50 are extracted by the extraction electrode 61, mass-separated by the mass analyzer 62, converted into electric pulses by the ion detector 63, and counted by the pulse counter 56.

【0018】本実施例では、スリット49の可動部51
はパルスモータ52に取り付けられており、コンピュー
タ53によりパルスモータ52を動作させるための電気
信号54をパルスコントローラ55に送り、パルスコン
トローラ55によりパルスモータ52を動作させること
によって、スリット49の可動部51を移動させ、開口
幅48を変化させることができる。
In this embodiment, the movable portion 51 of the slit 49 is
Is attached to the pulse motor 52, the electric signal 54 for operating the pulse motor 52 is sent to the pulse controller 55 by the computer 53, and the pulse motor 52 is operated by the pulse controller 55. Can be moved to change the opening width 48.

【0019】所定の時間内にパルス計数器56で計数さ
れた光励起イオン50は、電気信号57としてコンピュ
ータ53に取り込まれ、光励起イオン50の強度の開口
幅48に対する依存性を自動的に測定することができ
る。
The photoexcited ions 50 counted by the pulse counter 56 within a predetermined time are taken into the computer 53 as an electric signal 57, and the dependence of the intensity of the photoexcited ions 50 on the aperture width 48 is automatically measured. You can

【0020】図4は、69Gaの中性粒子について、Kr
Fエキシマレーザでイオン化した場合に、光励起イオン
強度のスリットの開口幅依存性を測定した例である。こ
の実験におけるレーザの波長λ=248nmは、光子の
エネルギーにして5.0eVに相当し、一方のGaのイ
オン化エネルギーは、6.0eVであるので、Gaのイ
オン化に必要な光子数nは、n=2となる。すなわち、
この例では、Gaのイオン化に必要な光子数nは2であ
るので、図8の領域イにあたる領域では、光励起イオン
強度は開口幅の2n−1=3乗に比例する。この実験で
は、λ=248nm、f=30cm、A=15mm、∫
{T(t)}n dt=6.7nsであり、図8の点ロに
あたる点において、BGa=0.6mm、FGa=3.8×
1023-1であるから、
FIG. 4 shows Kr for 69 Ga neutral particles.
This is an example of measuring the dependence of the photoexcited ion intensity on the opening width of the slit when ionized by an F excimer laser. The laser wavelength λ = 248 nm in this experiment corresponds to a photon energy of 5.0 eV, and the Ga ionization energy is 6.0 eV. Therefore, the number n of photons required for Ga ionization is n. = 2. That is,
In this example, the number n of photons required for ionization of Ga is 2. Therefore, in the region corresponding to the region A in FIG. 8, the photoexcited ion intensity is proportional to the 2n-1 = 3th power of the aperture width. In this experiment, λ = 248 nm, f = 30 cm, A = 15 mm, ∫
{T (t)} n dt = 6.7 ns, and at the point corresponding to point B in FIG. 8, B Ga = 0.6 mm and F Ga = 3.8 ×
Since it is 10 23 s -1 ,

【数1】σGa=(λ2 2 /ABGaGan /∫{T(t)}n dt=4×10-50 cm4 s と求められる。## EQU1 ## σ Ga = (λ 2 f 2 / AB Ga F Ga ) n / ∫ {T (t)} n dt = 4 × 10 -50 cm 4 s.

【0021】図5(a)は、Gaが含まれる半導体試料
について、イオンビームでスパッタすることによって、
表面から試料を削ってゆき、被分析物であるGaの中性
粒子を発生させ、該中性粒子をパルスレーザによってイ
オン化して生じた光励起イオンのうち検出された光励起
イオン強度を、削られた深さに対してプロットしたもの
である。図4に関係して求められたσGaを使って、補正
係数kGaを、 kGa=vGa/(m’・σGa・B2n-1) にしたがって求めることができ、このkGaを用いてGa
の濃度cGaはcGa=kGa・IGaにしたがって求められ
る。この補正を用いることによって、図5(a)から図
5(b)で表されるGa濃度の深さ方向分布が得られ
る。
FIG. 5 (a) shows that a semiconductor sample containing Ga is sputtered by an ion beam,
The sample was scraped from the surface to generate neutral particles of Ga as an analyte, and the photoexcited ion intensity detected among photoexcited ions generated by ionizing the neutral particles by a pulse laser was scraped. It is plotted against depth. Using σ Ga obtained in relation to FIG. 4, the correction coefficient k Ga can be obtained according to k Ga = v Ga / (m ′ · σ Ga · B 2n-1 ), and this k Ga Using Ga
The concentration c Ga of is calculated according to c Ga = k Ga · I Ga . By using this correction, the Ga concentration distribution in the depth direction shown in FIGS. 5A to 5B is obtained.

【0022】図7は、被分析物の光励起イオンの強度と
濃度との関係を従来の方法による場合と本発明による場
合について示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the intensity and concentration of photoexcited ions of the analyte in the case of the conventional method and in the case of the present invention.

【0023】図7に示すように、従来法では一定のパル
スレーザの空間形状であっても、被分析物の種類によっ
てそれぞれの被分析物の中性粒子のイオン化断面積が異
なるためにイオン化される割合に差が生じ、被分析物i
の量ci と光励起イオンの強度Ii との間に比例関係が
成立せず、高精度な定量分析ができなかった。しかし、
上記で説明したように開口幅が可変であるスリットを用
いて、パルスレーザ光の空間形状を変化させたときの光
励起イオンの強度Ii の開口幅Bに対する依存性を測定
することによって、被分析物iの中性粒子のイオン化断
面積σi を求め、σi を求めてあらかじめ補正係数ki
を求めておき、この補正係数ki によって光励起イオン
の強度Ii を補正すれば、補正された光励起イオンの強
度ki ・Ii から被分析物の量ci が求められる。この
ことを図8を用いて説明する。
As shown in FIG. 7, in the conventional method, even if the spatial shape of the pulsed laser is constant, the ionization cross-sections of the neutral particles of each analyte are different depending on the type of the analyte, so that they are ionized. Difference occurs in the
A proportional relationship was not established between the amount c i and the intensity I i of the photoexcited ion, and highly accurate quantitative analysis could not be performed. But,
As described above, the slit having a variable opening width is used to measure the dependence of the intensity I i of the photoexcited ion on the opening width B when the spatial shape of the pulsed laser light is changed. seeking ionization cross section sigma i neutrals things i, advance correction coefficient seeking sigma i k i
If the intensity I i of the photoexcited ion is corrected by this correction coefficient k i , the amount c i of the analyte can be obtained from the corrected intensity k i · I i of the photoexcited ion. This will be described with reference to FIG.

【0024】図8は、光励起イオンの強度の開口幅に対
する依存性について、理論的に予想される曲線を示した
ものである。図8の領域イにおいて、被分析物iの光励
起イオンの強度Ii と、被分析物iの量ci と、被分析
物iの中性粒子のイオン化断面積σi と、被分析物iの
中性粒子の速度vi と、スリットを通過するレーザの光
子束Fと、開口幅Bとの間には、 Ii =m・ci ・σi ・Fn ・Bn-1 /vi の関係が成立する。ここで、nは被分析物iの中性粒子
1個をイオン化するのに必要である光子の最小個数で、
mは比例定数である。さらにFはBに比例することか
ら、 Ii =m’・ci ・σi ・B2n-1/vi の関係が成立する。ここで、m’は比例定数である。v
i は他の方法によって求められるので、Ii からci
求めるには、σi とm’を求めればよい。
FIG. 8 shows theoretically expected curves for the dependence of the intensity of photoexcited ions on the aperture width. In region a of FIG. 8, the photoexcited ion intensity I i of the analyte i, the amount c i of the analyte i, the ionization cross-section σ i of neutral particles of the analyte i, and the analyte i. Between the velocity v i of the neutral particles, the photon flux F of the laser passing through the slit, and the aperture width B, I i = m · c i · σ i · F n · B n-1 / v The relationship of i is established. Where n is the minimum number of photons required to ionize one neutral particle of the analyte i,
m is a proportional constant. Further, since F is proportional to B, the following relationship holds: I i = m ′ · c i · σ i · B 2n-1 / v i . Here, m ′ is a proportional constant. v
Since i is obtained by another method, σ i and m ′ may be obtained to obtain c i from I i .

【0025】スリットのもう一方の開口幅をA、レーザ
の波長をλ、レンズの焦点距離をfとし、レーザ光強度
の時間分布をT(t)とする。T(t)は規格化されて
おり、その最大値は1である。図8の点ロにおける開口
幅Bの値をBi 、レーザの光子束をFi とすれば、
The other opening width of the slit is A, the wavelength of the laser is λ, the focal length of the lens is f, and the time distribution of the laser light intensity is T (t). T (t) is standardized and its maximum value is 1. If the value of the aperture width B at point B in FIG. 8 is B i and the photon flux of the laser is F i ,

【数2】σi ・(ABi i /λ2 2 n ・∫{T
(t)}n dt=1 の関係が成立する。積分はレーザパルス1個の発光時間
にわたって行う。したがってσi は、
[Formula 2] σ i · (AB i F i / λ 2 f 2 ) n · ∫ {T
(T)} n dt = 1. The integration is performed over the emission time of one laser pulse. Therefore σ i is

【数3】σi =(λ2 2 /ABi i n /∫{T
(t)}n dt によって与えられる。ここで、λ、f、Aは実験条件で
決まり、T(t)は他の測定によって求められるので、
図8に示したような測定結果から、Bi とFi の値を求
めれば、σi を求められる。
## EQU3 ## σ i = (λ 2 f 2 / AB i F i ) n / ∫ {T
(T)} n dt. Here, λ, f, and A are determined by experimental conditions, and T (t) is obtained by another measurement.
If the values of B i and F i are obtained from the measurement results as shown in FIG. 8, σ i can be obtained.

【0026】m’を求めるには既知量の被分析物sを用
意して、図8に示したような測定を行う。被分析物sに
ついて図8と同様の測定結果が得られ、点ロにあたる点
における開口幅Bs とFs の値から、イオン化断面積σ
s
In order to obtain m ', a known amount of the analyte s is prepared and the measurement as shown in FIG. 8 is performed. The same measurement result as in FIG. 8 was obtained for the analyte s, and the ionization cross-section σ was obtained from the values of the opening widths B s and F s at the point B.
s

【数4】σs =(λ2 2 /ABs s n /∫{T
(t)}n dt によって求めた後、領域イの任意の開口幅Bにおいて、
光励起イオンの強度Isと、濃度既知の濃度cs と、他
の測定から求められる中性粒子の速度vs を用いて、
m’は m’=vs /(cs σs 2n-1)・Is によって求められ、被分析物iの補正係数ki を、 ki =vi /(m’・σi ・B2n-1) にしたがって求めることができる。このki によって、
未知量の被分析物iの光励起イオンの強度Ii を補正す
ると、ci =ki ・Ii から被分析物の量ci を正確に
定量することができる。
## EQU4 ## σ s = (λ 2 f 2 / AB s F s ) n / ∫ {T
(T)} n dt, and then at an arbitrary aperture width B of region a,
Using the intensity I s of the photoexcited ion, the known concentration c s, and the velocity v s of neutral particles obtained from other measurements,
m ′ is obtained by m ′ = v s / (c s σ s B 2n−1 ) · I s , and the correction coefficient k i of the analyte i is k i = v i / (m ′ · σ i · B 2n-1 ). By this k i ,
When the intensity I i of the photoexcited ion of the unknown amount of the analyte i is corrected, the amount c i of the analyte can be accurately quantified from c i = k i · I i .

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
開口部が変化するスリット手段によりパルスレーザ発生
器から発生するパルスレーザ光の空間形状を変化させ、
この空間形状の変化したパルスレーザ光を被分析物の中
性粒子に照射して光励起イオンを発生させ、該光励起イ
オンを質量分離し、この質量分離したイオンを検出して
いるので、パルスレーザ光の空間形状を変化させた時の
光励起イオンの強度の測定結果から中性粒子のイオン化
断面積を求めることができ、この中性粒子のイオン化断
面積を用いて予め補正係数を求めておき、この補正係数
によって光励起イオンの強度を測定することにより補正
された光励起イオンの強度から未知の被分析物の量を求
めることができ、被分析物の量を高い精度で定量するこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
The spatial shape of the pulsed laser light generated from the pulsed laser generator is changed by the slit means whose opening changes.
The pulsed laser light is irradiated because the pulsed laser light with the changed spatial shape is applied to the neutral particles of the analyte to generate photoexcited ions, and the photoexcited ions are mass-separated and the mass-separated ions are detected. The ionization cross section of neutral particles can be obtained from the measurement result of the intensity of photoexcited ions when the spatial shape of is changed, and the correction coefficient is obtained in advance using the ionization cross section of this neutral particle. By measuring the intensity of the photoexcited ion by the correction coefficient, the amount of the unknown analyte can be obtained from the intensity of the photoexcited ion corrected, and the amount of the analyte can be quantified with high accuracy.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係わるレーザイオン化
中性粒子質量分析装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser ionization neutral particle mass spectrometer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係わるレーザイオン化
中性粒子質量分析装置の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser ionization neutral particle mass spectrometer according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例に係わるレーザイオン化
中性粒子質量分析装置の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a laser ionization neutral particle mass spectrometer according to a third embodiment of the present invention.

【図4】測定された光励起イオン強度のスリット開口幅
依存性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the slit aperture width dependence of the measured photoexcited ion intensity.

【図5】光励起イオン強度から本発明の補正を経て被分
析物の量を求めた例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the amount of the analyte is obtained from the photoexcited ion intensity through the correction of the present invention.

【図6】従来のレーザイオン化中性粒子質量分析装置の
構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional laser ionization neutral particle mass spectrometer.

【図7】被分析物の光励起イオンの強度と濃度との関係
を従来の方法による場合と本発明による場合について示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the intensity and concentration of photoexcited ions of an analyte in the case of a conventional method and the case of the present invention.

【図8】理論的に予想される光励起イオン強度のスリッ
ト開口幅依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the slit aperture width dependence of theoretically expected photoexcited ion intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 中性粒子発生装置 16 中性粒子 17 パルスレーザ発生器 18 パルスレーザ 19 開口幅 20 スリット 23 引出し電極 24 質量分析器 25 イオン検出器 26 パルス計数器 15 Neutral Particle Generator 16 Neutral Particle 17 Pulse Laser Generator 18 Pulse Laser 19 Opening Width 20 Slit 23 Extraction Electrode 24 Mass Spectrometer 25 Ion Detector 26 Pulse Counter

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パルスレーザ光を発生し、該パルスレー
ザ光を真空中で被分析物の中性粒子に照射することによ
り該中性粒子をイオン化して光励起イオンを発生させる
パルスレーザ発生器、前記光励起イオンを質量分離する
質量分析器、および該質量分析器により質量分離された
イオンを検出するイオン検出器を有するレーザイオン化
中性粒子質量分析装置であって、前記パルスレーザ発生
器から発生するパルスレーザ光の空間形状を変化させる
ように変化する開口幅を有するスリット手段を有するこ
とを特徴とするレーザイオン化中性粒子質量分析装置。
1. A pulse laser generator for generating pulsed laser light and irradiating the neutral particles of an analyte in vacuum with the pulsed laser light to ionize the neutral particles to generate photoexcited ions, A laser ionization neutral particle mass spectrometer having a mass analyzer for mass-separating the photoexcited ions, and an ion detector for detecting ions mass-separated by the mass analyzer, which is generated from the pulse laser generator. A laser ionization neutral particle mass spectrometer, comprising slit means having an opening width that changes so as to change the spatial shape of pulsed laser light.
【請求項2】 真空中でパルスレーザ光によりイオン化
された被分析物の中性粒子を質量分離し検出するレーザ
イオン化中性粒子質量分析方法であって、前記パルスレ
ーザ光はスリットを通過したパルスレーザ光とし、該ス
リットの開口幅を変化させて該パルスレーザ光の空間形
状を変化させ、該変化後の所定の時間内に検出されるパ
ルスレーザ光によりイオン化された被分析物の中性粒子
強度を測定することを特徴とするレーザイオン化中性粒
子質量分析方法。
2. A laser ionization neutral particle mass spectrometry method for mass-separating and detecting neutral particles of an analyte ionized by pulsed laser light in a vacuum, wherein the pulsed laser light is a pulse passing through a slit. Neutral particles of the analyte ionized by the pulsed laser light that is laser light, the spatial shape of the pulsed laser light is changed by changing the opening width of the slit, and is detected within a predetermined time after the change. A laser ionization neutral particle mass spectrometry method characterized by measuring intensity.
【請求項3】 真空中でパルスレーザ光によりイオン化
された被分析物の中性粒子を質量分離し検出するレーザ
イオン化中性粒子質量分析方法であって、前記パルスレ
ーザ光はスリットを通過したパルスレーザ光とし、前記
イオン化された中性粒子の検出強度の、前記スリットの
開口幅に対する依存性を測定し、前記中性粒子のイオン
化断面積を得た後、該イオン化断面積により前記検出強
度を補正することを特徴とするレーザイオン化中性粒子
質量分析方法。
3. A laser ionization neutral particle mass spectrometry method for mass-separating and detecting neutral particles of an analyte ionized by pulsed laser light in a vacuum, wherein the pulsed laser light is a pulse passing through a slit. Laser light, measuring the dependence of the detection intensity of the ionized neutral particles on the opening width of the slit, after obtaining the ionization cross section of the neutral particles, the detection intensity by the ionization cross section Method for laser ionization neutral particle mass spectrometry characterized by correction.
JP5272247A 1993-10-29 1993-10-29 Laser ionized neutral particle mass spectrograph and laser ionized neutral particle mass spectrometry Pending JPH07130327A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015176848A (en) * 2014-03-18 2015-10-05 株式会社東芝 Sputter neutral particle mass spectroscope

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