JPH0795439B2 - 質量分析計 - Google Patents

質量分析計

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JPH0795439B2
JPH0795439B2 JP2040468A JP4046890A JPH0795439B2 JP H0795439 B2 JPH0795439 B2 JP H0795439B2 JP 2040468 A JP2040468 A JP 2040468A JP 4046890 A JP4046890 A JP 4046890A JP H0795439 B2 JPH0795439 B2 JP H0795439B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、磁場により質量に応じて展開されたイオンを
アレイ検出器などを用いて別個に同時に検出することの
できる質量分析計に関するものである。
[従来技術] 磁場型質量分析計は、単一のイオン検出器を使用し磁場
掃引によって質量スペクトルを得る掃引型の質量分析計
と、空間分解能を有するアレイ検出器等を使用して、磁
場によって質量に応じて展開された被分析イオンを別個
に同時に検出する同時検出型の質量分析計とに大別され
る。
従来、掃引型質量分析計が開発の主流であったが、イオ
ン検出器へ到達しているイオン以外のイオンは捨てられ
る掃引型に比べ、被分析イオンを全て同時に検出する同
時検出型のほうが、原理的に感度の面で優れている。
ところで、第6図に示すように、イオン源、磁場、電
場、イオン検出器をこの順序で配置した所謂逆配置質量
分析計が近時使用されている。
図中、1はイオン源で、イオン源1でイオン化された質
量電荷比をもつイオンは、磁場2と電場3を通過して、
質量電荷比に応じてスリット上に展開される。そして、
磁場掃引することにより、イオン検出器4からマススペ
クトル信号を得ることができる。
[発明が解決しようとする問題点] この様な逆配置質量分析計を用いて、同時検出を行うた
めイオン検出器をアレイ検出器に交換すると、感度は上
がるものの、イオンが電極と衝突するため狭い質量範囲
のイオンしか電場を通過できないので、広い質量範囲の
マススペクトルが得られない。そこで、質量範囲を広く
とるために電場のギャップを広げることが考えられる
が、ギャップを広げると、電場が大きくなり装置が大型
化してしまうし、また、電場の強度を維持するためによ
り高い電圧を必要とするので、安定かつ高速応答性(加
速電圧掃引時に要求される)という質量分析計の電場電
源に必要な性能を維持することは困難であり、また電源
も大型化する。
さらに、第6図に示す質量分析系を用いて同時検出を行
う際、以下のような問題点もある。即ち、一般的に第6
図に示すような中間像を持つ逆配置光学系では、その検
出部での方向収束面とエネルギー収束面が直交する傾向
がある。このため、アレイ検出器を方向収束面上に配置
する場合、検出器の中心部では、方向とエネルギーの二
重収束条件が成立するため高い分解能が得られるもの
の、両端部では、エネルギーによる収差が拡大し、必要
な分解能を得られなくなり、必然的に良好な条件で検出
できる質量範囲が狭く限定されてしまう。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、装置が大
型化することなく、かつ、二重収束条件を満たしつつ広
い質量範囲のマススペクトルがアレイ検出器などの同時
検出型イオン検出器で検出できる逆配置質量分析計を提
供することを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] 前記目的を達成するため、本発明の第一の質量分析計
は、イオン源と、イオン源で生成されたイオンが入射す
る磁場と、磁場から出射したイオンが入射する電場と、
前記電場から出射したイオンを検出するイオン検出器と
から構成される質量分析計において、磁場と電場の間の
イオン通路上に挿脱可能に配置される第2の電場と、前
記第2の電場から出射した質量に応じて展開されたイオ
ンを別個に同時に検出する同時検出型の第2のイオン検
出器と、イオン源と磁場との間のイオン通路上に配置さ
れるQポールレンズと、第2の電場がイオン通路上に挿
入されたとき、イオン源から出射し磁場及び第2の電場
を介して第2のイオン検出器へ到達するイオンが中間像
収束面を持つことなく第2のイオン検出器表面へ収束す
るようにQポールレンズを付勢する電源を設けたことを
特徴としている。
本発明の第二の質量分析計は、イオン源と、イオン源で
生成されたイオンが入射する磁場と、磁場から出射した
イオンが入射する電場と、前記電場から出射したイオン
を検出するイオン検出器と、イオン源と磁場との間のイ
オン通路上に設けられた複数個のQポールレンズとから
構成される質量分析計において、磁場と電場の間のイオ
ン通路上に挿脱可能に配置される第2の電場と、前記第
2の電場から出射した質量に応じて展開されたイオンを
別個に同時に検出する同時検出型の第2のイオン検出器
と、第2の電場がイオン通路上に挿入されたとき、イオ
ン源から出射し磁場及び第2の電場を介して第2のイオ
ン検出器へ到達するイオンが中間像収束面を持つことな
く第2のイオン検出器表面へ収束するように、イオン源
と第1の磁場との間に設けられたQポールレンズの強度
を変化させる手段とを設けたことを特徴としている。
[作用] 本発明では、磁場と電場の間のイオン通路状に挿脱可能
に第2の電場を配置し、この第2の電場から出射した質
量に応じて展開されたイオンをアレイ検出器などの同時
検出型イオン検出器表面に収束させてスペクトルを検出
している。この第2の電場は質量範囲を広くとるために
電場のギャップを広げ、電場の強度を維持するためによ
り高い電圧を必要とし、かつ、高安定性を必要とする
が、イオン源におけるイオン加速電圧を掃引し、それに
連動して電場強度を掃引する場合に要求される高速応答
性を必要としないので、この第2の電場用の電源は容易
に作成することができる。
さらに、本発明では、イオン源と磁場の中間に配置され
るQポールレンズの効果を利用して、磁場と第2の電場
の中間に中間像を持たない光学系としている。この様な
中間像を持たない逆配置光学系では、検出部における方
向収束面とエネルギー収束面が概ね一致する傾向を有す
るため、検出器の広い範囲、即ち広い質量範囲にわたっ
て二重収束条件が成立することとなり、高い分解能が得
られる。
[実施例] 以下本発明の実施例を添附図面に基づいて詳述する。
第1図は本発明の一実施例装置の要部を示し、第1図中
で第6図で用いた数字と同じ数字の付されたものは同じ
構成要素を示している。
第1図の装置において、イオン源1と磁場2の間のイオ
ン通路上にQポールレンズ5が設けられ、そして、磁場
2と第1の電場3との間のイオン通路上に挿脱可能に第
2の電場6が設けられている。また、第2の電場6を通
過したイオンの通路上にアレイ検出器7が設けられてい
る。なお、Qポールレンズ5には、連動して作動するス
イッチ9a,9bを介して電源8a,8bから電圧が印加できるよ
うに構成されている。
Qポールレンズ5を構成している静電四極レンズは、第
2図に示すように、90度間隔で配置される4本の電極10
〜13から構成され、電源8a,8bからスイッチ9a,9bを介し
て各電極10,11,12,13に正負の電圧が印加される。これ
により、イオン流(本実施例では正イオンを想定)の動
径方向(x方向)にはイオン流を発散させ、軌道平面に
垂直な方向(y方向)には収束させる電位分布が得られ
る。
この様な構成において、イオン検出器4を用いた掃引に
よる測定(掃引モード)を行う場合、電場6は図におい
て破線で示すようにイオン通路上から外される。また、
スイッチ9a,9bは接地側に倒されるため、Qポールレン
ズは、レンズとして機能しない。そして、イオン源1で
イオン化された正イオンは、従来例で述べたと同様に第
1の電場3の近傍に中間像収束面を形成し、第1の電場
3を通過してイオン検出器4に到達(点線表示)する。
この状態で磁場掃引を行えば、イオン検出器4からマス
スペクトル信号が得られる。
一方、同時検出測定を行う場合(同時検出モード)に
は、磁場2と第1の電場3との間のイオン通路上に第2
の電場6を配置すると共に、スイッチ9a,9bを切り換え
て(図中点線にて表示)電源8a,8bからQポールレンズ
5に電圧を印加する。この様にすれば、Qポールレンズ
5は凹レンズとして機能し、電源8a,8bの出力電圧−V,
+Vを適宜調節して、レンズ強度を適宜設定することに
より、実線で示すようにイオン源1からでた正イオンを
中間像を結ぶことなく第2の電場6を通過させ、アレイ
検出器7の表面上に収束させることができる。即ち、磁
場によって質量電荷比に応じて展開されたイオンがスペ
クトルとしてアレイ検出器7上に入射し、同時検出され
る。
以上は、正イオンを分析対象とする場合について説明し
たが、負イオンの場合にも電源8a,8bの極性を逆にする
ことで同様な効果が得られる。
第3図は本発明の他の実施例装置の要部を示し、特開昭
59−160949号公報に紹介されている質量分析計に本発明
を適用したものである。
この質量分析計では、イオン源1、磁場2、電場3、、
イオン検出器4がこの順番に配置され、イオン源1と磁
場2の間に通過する正イオンの動径方向(x方向)には
イオン流を発散させ、軌道平面に垂直な方向(y方向)
には収束させる2個のQポールレンズ14,15を配置し、
さらに、磁場2と電場3との間に通過する正イオンの軌
道平面に垂直な方向(y方向)には収束させるQポール
レンズ16を配置している。
Qポールレンズ14を構成している静電四極レンズは、第
4図に示すように、電源17a,17bまたは23a,23bからスイ
ッチ18a,18bを介して各電極19〜22に正負の電圧が印加
されている。そして、Qポールレンズ15にもQポールレ
ンズ14の電源17a,17b,23a,23b,18a,18bと同様の構成を
もつ電源24から電圧が印加されている。
このような構成において、イオン検出器4を用いて磁場
掃引による測定を行う場合には、電場6は図中破線で示
すように、イオン通路から外されると共に、スイッチ18
a,18bは、掃引測定用電源17a,17b側に倒される。
イオン源1でイオン化された正イオンは、Qポールレン
ズ14,15および磁場2を通過して、電場3の入口近傍に
中間像収束面を形成し、更に電場3を通過してイオン検
出器4に到達する。そして、電場掃引を行うことにより
イオン検出器4からマススペクトル信号が得られる。
次に同時検出モードでは、磁場2と第1の電場3との間
のイオン通路上に、第2の電場6が挿入され、スイッチ
18a,18bは、同時検出用電源23a,23b側に倒される(図中
点線にて表示)。同時検出用電源23a,23bからQポール
レンズに印加される電圧は、レンズ強度を強めるべく、
掃引測定用電源17a,17bから印加される電圧に比べ、絶
対値が大きく設定されている。Qポールレンズ14,15
は、イオンの中間像の形成に関しては凹レンズとして作
用しているが、そのレンズ強度が強められた結果、実線
で示すようにイオン源1からでた正イオンを第2の電場
6を通過させ、アレイ検出器7の表面上に収束させるこ
とができる。即ち、磁場および電場6によって質量電荷
比に応じて展開されたイオンがスペクトルとしてアレイ
検出器7上に入射し、同時検出される。
なお、上述した実施例においては、Qポールレンズ14,1
5を凹レンズとして用いたが、どちらか一方を凸レンズ
とし、凹レンズと凸レンズとを組み合わせて用いてもよ
い。
また、イオンをy方向に収束させるためのQポールレン
ズ16は必ずしも必要ではなく、例えば電場3としてトロ
イダル電場を用い電場自体にy方向の収束性を持たせる
ことにより省くことも可能である。
なお、第1図と第3図で述べた実施例装置においては、
磁場2と第1の電場3との間のイオン通路上に第2の電
場6全体を機械的に移動させて挿脱したが、全体の機械
的な移動は必ずしも必要ではない。例えば、イオン通路
上に第2の電場6を固定し、イオン検出器4を用いて磁
場掃引による測定を行う場合には、第5図に示す第2の
電場6の外側電極25のみをイオン通路から移動させてイ
オンを直進させたり、あるいは外側電極25の直進するイ
オン通路と交差する部分(図中点線表示)のみを移動さ
せ、その結果できた通路を介してイオンを第1の電場3
へ向けて直進させるようにすればよい。
[効果] 以上詳述したように本発明によれば、広い質量範囲にて
高感度で測定できる同時検出モードと高分解能測定ので
きる掃引による測定モードを簡単に切り換えて行うこと
ができる逆配置質量分析計が実現される。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例装置の要部を示す図、第2図
は第1図に使用されているQポールレンズの構成を示す
図、第3図は本発明の他の実施例装置の要部を示す図、
第4図は第3図に使用されているQポールレンズの構成
を示す図、第5図は第2の電場の変形例を示す図、第6
図は従来装置の要部を示す図である。 1:イオン源、2:磁場 3,6:電場、4:イオン検出器 5,14,15,16:Qポールレンズ 7:アレイ検出器 8a,8b,23a,23b:電源 9a,9b,18a,18b:スイッチ 10〜13,19〜22:電極 25:外側電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン源と、イオン源で生成されたイオン
    が入射する磁場と、磁場から出射したイオンが入射する
    電場と、前記電場から出射したイオンを検出するイオン
    検出器とから構成される質量分析計において、磁場と電
    場の間のイオン通路上に挿脱可能に配置される第2の電
    場と、前記第2の電場から出射した質量に応じて展開さ
    れたイオンを別個に同時に検出する同時検出型の第2の
    イオン検出器と、イオン源と磁場との間のイオン通路上
    に配置されるQポールレンズと、第2の電場がイオン通
    路上に挿入されたとき、イオン源から出射し磁場及び第
    2の電場を介して第2のイオン検出器へ到達するイオン
    が中間像収束面を持つことなく第2のイオン検出器表面
    へ収束するようにQポールレンズを付勢する電源を設け
    たことを特徴とする質量分析計。
  2. 【請求項2】イオン源と、イオン源で生成されたイオン
    が入射する磁場と、磁場から出射したイオンが入射する
    電場と、前記電場から出射したイオンを検出するイオン
    検出器と、イオン源と磁場との間のイオン通路上に設け
    られた複数個のQポールレンズとから構成される質量分
    析計において、磁場と電場の間のイオン通路上に挿脱可
    能に配置される第2の電場と、前記第2の電場から出射
    した質量に応じて展開されたイオンを別個に同時に検出
    する同時検出型の第2のイオン検出器と、第2の電場が
    イオン通路上に挿入されたとき、イオン源から出射し磁
    場及び第2の電場を介して第2のイオン検出器へ到達す
    るイオンが中間像収束面を持つことなく第2のイオン検
    出器表面へ収束するように、イオン源と第1の磁場との
    間に設けられたQポールレンズの強度を変化させる手段
    とを設けたことを特徴とする質量分析計。
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