JPH1114571A - Photoionization mass spectrometer - Google Patents

Photoionization mass spectrometer

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JPH1114571A
JPH1114571A JP9166843A JP16684397A JPH1114571A JP H1114571 A JPH1114571 A JP H1114571A JP 9166843 A JP9166843 A JP 9166843A JP 16684397 A JP16684397 A JP 16684397A JP H1114571 A JPH1114571 A JP H1114571A
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JP
Japan
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mass spectrometer
laser beam
laser
geometrical
photoionization
Prior art date
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Application number
JP9166843A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Osabe
敏 長部
Hiroyasu Shichi
広康 志知
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the total detecting efficiency of a photoionization mass spectrometer. SOLUTION: A photoionization mass spectrometer is composed of an elliptical spherical mirror 10 which owns geometrical focuses jointly, of a laser device 6 which is arranged in such a way that a pulsed laser beam 7 is condensed on one of the geometrical focuses 11, of a lens 12, of an ion gun 2 which shines a pulsed laser beam 3 at a sample, of a mass spectrometer 9 and of the like. Pulses of a laser beam are passed repeatedly through an identical position on the sample, a laser intensity due to the overlap of the pulses is increased, and an ionization efficiency is increased.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光イオン化質量分
析装置に関する。
[0001] The present invention relates to a photoionization mass spectrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、試料中の元素の種類の決定に
使用される測定装置として質量分析装置があり、そのな
かで、試料にイオンビームを照射することによりスパッ
タされる中性粒子をレーザ光によりイオン化し、生成す
るイオンを質量分析する光イオン化質量分析装置が知ら
れている。この光イオン化質量分析法は、試料にイオン
ビームを照射する際、試料より放出される中性粒子が同
時に試料より放出される二次イオンに比べて少なくとも
二,三桁数が多いため、二次イオンの質量スペクトルを
測定することにより元素の種類を決定する二次イオン質
量分析法に比べて感度が格段に向上することが期待され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a mass spectrometer has been used as a measuring device for determining the type of an element in a sample, and neutral particles sputtered by irradiating the sample with an ion beam are irradiated with a laser. 2. Description of the Related Art A photoionization mass spectrometer that ionizes with light and performs mass analysis of generated ions is known. In this photoionization mass spectrometry, when a sample is irradiated with an ion beam, the number of neutral particles emitted from the sample is at least a few digits larger than the number of secondary ions emitted simultaneously from the sample. It is expected that the sensitivity will be significantly improved as compared with the secondary ion mass spectrometry in which the type of element is determined by measuring the mass spectrum of the ion.

【0003】図2は従来の光イオン化質量分析装置の原
理を説明する図である。以下でその原理を説明する。分
析試料1にイオンガン2から射出されるイオンビーム3
を照射すると、分析試料1より中性粒子4と二次イオン
5が放出される。中性粒子4に、レーザ装置6よりレー
ザビーム7を照射させると中性粒子4が光励起によりイ
オン化され、光イオン8が生成する。光イオン8を質量
分析計9に導入し質量スペクトルを測定することによ
り、試料1の質量分析を行う。
FIG. 2 is a view for explaining the principle of a conventional photoionization mass spectrometer. The principle will be described below. An ion beam 3 emitted from an ion gun 2 to an analysis sample 1
, Neutral particles 4 and secondary ions 5 are released from the analysis sample 1. When the neutral particles 4 are irradiated with the laser beam 7 from the laser device 6, the neutral particles 4 are ionized by photoexcitation, and photo ions 8 are generated. The sample 1 is subjected to mass analysis by introducing the photoion 8 into the mass spectrometer 9 and measuring the mass spectrum.

【0004】光イオン化質量分析法では、スパッタされ
た中性粒子にレーザビームを照射させてイオン化を行う
が、中性粒子を1光子のみでイオン化して高感度の分析
を行うには現在市販されているレーザでは出力不足であ
る。そこで、中性粒子をレーザ光により、一つ、ない
し、複数の励起状態を経て段階的にイオン化する、つま
り、中性粒子を多光子イオン化する方法がとられてい
る。このとき高感度分析が可能であると期待されるレー
ザ出力を得るためには、連続発振のレーザでは全く出力
が足りないため、尖頭出力の高いパルス発振のレーザが
用いられている。
In photoionization mass spectrometry, sputtered neutral particles are irradiated with a laser beam to perform ionization. However, neutralizing particles are ionized with only one photon for high-sensitivity analysis and are currently commercially available. Insufficient power is output by the laser. Therefore, a method has been adopted in which neutral particles are stepwise ionized by laser light through one or more excited states, that is, the neutral particles are multiphoton ionized. At this time, in order to obtain a laser output expected to enable high-sensitivity analysis, a continuous oscillation laser has no sufficient output. Therefore, a pulse oscillation laser having a high peak output is used.

【0005】ところで、光イオン化質量分析法では、そ
の検出効率は、試料面より放出された中性粒子のうちレ
ーザ照射を受ける割合(レーザ照射率),レーザ照射を
受けた中性粒子のうちレーザ光によりイオン化される割
合(イオン化効率)、および、イオン化された中性粒子
のうち質量分析計に検出される割合の積によって与えら
れる。パルスレーザを使用した場合、レーザビームの直
径が大きくなるとレーザ照射率が増大するが、レーザビ
ームの出力密度が低下するためイオン化効率が減少する
ので、最適なレーザビームの直径のときに分析の検出効
率が最大になることが知られている。しかし、分析対象
の元素の種類によっては、現在市販されている最高出力
のパルスレーザを用いてレーザビーム径を最適値にとっ
ても、なお出力が十分でないため高い検出効率を得るこ
とが困難な状況にある。
In the photoionization mass spectrometry, the detection efficiency is determined by the ratio of the neutral particles emitted from the sample surface to the laser irradiation (laser irradiation rate) and the ratio of the neutral particles irradiated by the laser to the laser. It is given by the product of the ratio of ionization by light (ionization efficiency) and the ratio of the ionized neutral particles detected by the mass spectrometer. When a pulsed laser is used, the laser irradiation rate increases as the diameter of the laser beam increases, but the ionization efficiency decreases due to the decrease in the output density of the laser beam. It is known that efficiency is maximized. However, depending on the type of element to be analyzed, it is difficult to obtain high detection efficiency because the output is still insufficient even if the laser beam diameter is optimized using a currently available pulse laser with the highest output. is there.

【0006】上記問題点に対して以下の三つの方法が考
案されてきた。
The following three methods have been devised to solve the above problems.

【0007】一番目の方法(特開昭62−170841号)を図
3で説明すると、試料1より放出された中性粒子4を内
壁が反射率の高い物質でコーティングされたイオン化室
16に貫通させ、イオン化室16の入射孔17よりレー
ザ光7を入射させる。この方法では、レーザ光がイオン
化室16の内壁により繰り返し反射するのでレーザ照射
を受ける中性粒子の数が増大し、生成する光イオンの割
合が増加する。
The first method (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-170841) will be described with reference to FIG. 3. Neutral particles 4 emitted from a sample 1 are passed through an ionization chamber 16 whose inner wall is coated with a substance having a high reflectance. Then, the laser beam 7 is made to enter from the entrance hole 17 of the ionization chamber 16. In this method, since the laser light is repeatedly reflected by the inner wall of the ionization chamber 16, the number of neutral particles to be irradiated with the laser is increased, and the ratio of generated photoions is increased.

【0008】二番目の方法(特開平2−119040 号)を図
4で説明すると、レーザ共振器を構成する2枚の全反射
ミラー25と27の間に光イオン化の領域20を設け、
レーザ共振器内部のレーザ光7を光イオン化に利用す
る。この方法では、全反射ミラー1枚と一部透過ミラー
1枚からなるレーザ共振器から一部透過ミラーを通じて
レーザ光を取り出して光イオン化に利用していた従来の
方法に比べて、利用されるレーザ光の強度が格段に高
い。また共振器ミラーによる損失が小さいため複数回の
レーザ光の往復でレーザ光が減衰しにくいのでパルス幅
が長い。したがって、生成する光イオンの数が増大す
る。
The second method (Japanese Patent Laid-Open No. 2-119040) will be described with reference to FIG. 4. A photoionization region 20 is provided between two total reflection mirrors 25 and 27 constituting a laser resonator.
The laser light 7 inside the laser resonator is used for photoionization. In this method, compared with the conventional method in which laser light is extracted from a laser resonator including one total reflection mirror and one partial transmission mirror through a partial transmission mirror and used for photoionization, Light intensity is extremely high. Further, since the loss due to the resonator mirror is small, the laser light is not easily attenuated by a plurality of round trips of the laser light, so that the pulse width is long. Therefore, the number of generated photoions increases.

【0009】三番目の方法(特開平3−165447 号)を図
5で説明すると、レーザ装置6とチャンバ29の間に表
面からの入射については透過、裏面からの入射について
は反射となるハーフミラー28を表面がレーザ装置6に
向くように配置し、また、チャンバ29を挟んで反射ミ
ラー27をハーフミラー28と対向させて配置する。こ
の方法では、ハーフミラー28と反射ミラー27との間
でレーザ光が繰り返し往復するので、中性粒子のレーザ
照射を受ける割合が増え、生成する光イオンの数が増大
する。
Referring to FIG. 5, a third method (Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 3-16547) will be described. A half mirror between the laser device 6 and the chamber 29 transmits light from the front surface and reflects light from the back surface. 28 is arranged so that the surface faces the laser device 6, and the reflection mirror 27 is arranged to face the half mirror 28 with the chamber 29 interposed therebetween. In this method, since the laser light repeatedly reciprocates between the half mirror 28 and the reflection mirror 27, the ratio of the neutral particles receiving the laser irradiation increases, and the number of generated photoions increases.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】検出効率向上を目的と
した図3,図4,図5で示される上記従来例には以下の
ような問題点がある。
The above-mentioned conventional examples shown in FIGS. 3, 4 and 5 for improving the detection efficiency have the following problems.

【0011】図3の従来例では、レーザ光は内壁による
反射のたびに異なる経路を通り、レーザ光は広い空間的
領域を広い時間幅にわたって通過する。そのため、質量
分析計のなかでイオン透過率がもっとも高い飛行時間型
質量分析計を使用する場合、イオンの生成時間幅に広が
りがある上に、イオン化領域が広範囲にわたるため、生
成イオンの飛行時間のばらつきが大きくなり質量分解能
が極めて悪くなる。
In the conventional example shown in FIG. 3, the laser beam passes through a different path each time it is reflected by the inner wall, and the laser beam passes through a wide spatial area over a wide time width. Therefore, when using a time-of-flight mass spectrometer with the highest ion transmittance among mass spectrometers, the ion generation time width is widened and the ionization region is wide, so the flight time of the generated ions The dispersion becomes large and the mass resolution becomes extremely poor.

【0012】図4の従来例では、レーザ装置の内部に光
イオン化質量分析装置を組み込むのは容易なことでな
く、現実的ではない。
In the conventional example shown in FIG. 4, it is not easy to incorporate a photoionization mass spectrometer into a laser device, and it is not practical.

【0013】図5の従来例では、ハーフミラー28と反
射ミラー27をレーザ光の光軸に垂直に配置した場合、
レーザ光の通過位置が一定するが、ハーフミラー28か
らの戻り光によりレーザ装置6が損傷を受けてしまうと
いう問題点がある。ハーフミラー28をレーザ光の光軸
に垂直にならないように配置した場合、上記の問題は生
じないが、イオンの生成時間幅に広がりがある上に、レ
ーザ光の通過位置が一定せず、イオン化の領域が広範囲
にわたるため、飛行時間型質量分析計を使用する場合に
は質量分解能が極めて悪くなる。
In the conventional example shown in FIG. 5, when the half mirror 28 and the reflection mirror 27 are arranged perpendicular to the optical axis of the laser beam,
Although the passing position of the laser beam is constant, there is a problem that the laser device 6 is damaged by the return light from the half mirror 28. If the half mirror 28 is arranged so as not to be perpendicular to the optical axis of the laser beam, the above problem does not occur, but the ion generation time width is widened, and the laser beam passage position is not constant, and the ionization is not performed. When the time-of-flight mass spectrometer is used, the mass resolution is extremely poor.

【0014】本発明は、上記課題を解決するために考案
されたもので、レーザ光を直線上で往復させることによ
って生じる上記問題点を有さず、検出効率の向上を図る
ことのできる光イオン化質量分析装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been devised in order to solve the above-mentioned problems, and does not have the above-mentioned problems caused by reciprocating a laser beam in a straight line, and can improve the detection efficiency by photoionization. It is an object to provide a mass spectrometer.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、イオンビ
ームを試料に照射することによって生成する中性粒子に
レーザ装置からのレーザ光を照射してその中性粒子をイ
オン化し、生成するイオンを質量分析計に導き質量分析
する光イオン化質量分析装置において、レーザ光が幾何
学的焦点を共有する楕円柱面ミラーによる反射によって
試料上を繰り返して通過するように光学系を構成するこ
とによって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to irradiate a laser beam from a laser device to a neutral particle generated by irradiating a sample with an ion beam to ionize the neutral particle and generate the ion. In a photoionization mass spectrometer that conducts mass spectrometry to a mass spectrometer and achieves mass spectrometry, the optical system is configured so that the laser light repeatedly passes over the sample by reflection from an elliptic cylindrical mirror that shares a geometrical focus. Is done.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
を示す光イオン化質量分析装置の装置構成図である。試
料1の斜め上方には、試料1の表面にスパッタ用のパル
ス一次イオンビーム3を照射するためのイオンガン2
が、試料1の直上には光イオン8を検出するための質量
分析計9が設置されている。4はパルス一次イオンビー
ム3を試料1の表面に照射したとき試料1の表面より放
出される中性粒子であり、5は同時に放出される二次イ
オンである。6はレーザ装置でありパルスレーザビーム
7を放出する。10は幾何学的焦点11を共有する楕円
球面ミラーである。12はレンズであり、レーザ装置6
からのレーザビーム7が上記幾何学的焦点11の一つに
集光され、上記楕円球面ミラー10による反射光が試料
1の直上を繰り返し通過するように配置されている。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a photoionization mass spectrometer according to a first embodiment of the present invention. An ion gun 2 for irradiating the surface of the sample 1 with a pulsed primary ion beam 3 for sputtering is provided obliquely above the sample 1.
However, immediately above the sample 1, a mass spectrometer 9 for detecting the photoion 8 is provided. Numeral 4 denotes neutral particles emitted from the surface of the sample 1 when the surface of the sample 1 is irradiated with the pulsed primary ion beam 3, and numeral 5 denotes secondary ions emitted simultaneously. A laser device 6 emits a pulse laser beam 7. Reference numeral 10 denotes an elliptical spherical mirror that shares a geometric focal point 11. Reference numeral 12 denotes a lens, and the laser device 6
Is focused on one of the geometrical focal points 11, and the light reflected by the elliptical spherical mirror 10 is disposed so as to repeatedly pass immediately above the sample 1.

【0017】以上のように構成した第1の実施の形態の
作用を図6をも参照しつつ説明する。
The operation of the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.

【0018】楕円には、楕円の幾何学的焦点の一つを通
る直線の楕円曲線での反射によって得られる直線が楕円
のもう一つの幾何学的焦点を必ず通るという性質があ
る。そのため、幾何光学では、レンズなどでレーザビー
ム7を楕円球面ミラー10の幾何学的焦点11の一つに
集光するように入射させると、レーザビーム7中のどの
光線も楕円球面ミラー10の幾何学的焦点11を通るの
で、それぞれの光線の楕円球面ミラー10によるどの反
射光も楕円球面ミラー10のもう一つの幾何学的焦点1
1を通る。つまり、楕円球面ミラー10による反射ビー
ムももう一つの幾何学的焦点11に集光される。その反
射ビームもまた楕円球面ミラー10により反射され、一
つめの幾何学的焦点11に集光される。この反射は繰り
返され、何度反射してもレーザビーム7は楕円球面の二
つの幾何学的焦点11に集光されるように伝播する。し
かも、幾何学的焦点を通る直線は楕円曲面による反射の
度に二つの幾何学的焦点を通る直線に次第に近づいてい
くという幾何学的性質があるので、レーザビーム7は楕
円球面ミラー10による数回の反射の後に上記二つの幾
何学的焦点11を通る直線上を往復するようになる。
An ellipse has the property that a straight line obtained by reflection of a straight line passing through one of the elliptical geometric focal points on the elliptic curve necessarily passes through another elliptical geometric focal point. Therefore, in the geometrical optics, if the laser beam 7 is incident on one of the geometrical focal points 11 of the elliptical spherical mirror 10 by a lens or the like so as to be condensed, any light in the laser beam 7 Any reflected light of each light ray by the ellipsoidal spherical mirror 10 passes through the geometrical focal point 11, and the other geometrical focus 1 of the elliptical spherical mirror 10.
Go through 1. That is, the beam reflected by the elliptical spherical mirror 10 is also focused on another geometrical focal point 11. The reflected beam is also reflected by the elliptical spherical mirror 10 and focused on the first geometric focus 11. This reflection is repeated, and the laser beam 7 propagates so as to be focused on the two geometrical focal points 11 of the elliptical sphere regardless of the number of reflections. Moreover, since the straight line passing through the geometrical focal point has a geometrical property that it gradually approaches the straight line passing through the two geometrical focal points for each reflection by the elliptic curved surface, the laser beam 7 After the first reflection, the light beam reciprocates on a straight line passing through the two geometrical focal points 11.

【0019】以上のように、幾何学的効果のため、レー
ザビーム7は、楕円球面ミラー10による数回の反射の
後、2枚の楕円球面ミラー10の間の二つの幾何学的焦
点11を通る直線上を往復するようになる。したがっ
て、2枚の楕円球面ミラー10の間の間隔が、レーザの
パルス幅の時間内に光が進む距離に比べて短い場合、一
つのパルスは二つの幾何学的焦点11を通る直線上で重
なる。これはパルスを重ね合わせない従来の場合より光
の強度が増大することを意味するので、光イオンの単位
時間あたりの生成数が従来に比べて多くなる。したがっ
て、検出効率が大幅に向上する上に、従来の場合と違っ
て光イオンの生成位置がほぼ一定するので、質量分析計
として飛行時間型質量分析計を利用するとき、従来より
質量分解能が向上することになる。また、楕円球面ミラ
ーを使用するため、レーザ装置6への戻り光がない。
As described above, due to the geometric effect, the laser beam 7 causes the two geometrical focal points 11 between the two elliptical spherical mirrors 10 after several reflections by the elliptical spherical mirror 10. It reciprocates on a straight line that passes. Therefore, if the distance between the two elliptical spherical mirrors 10 is shorter than the distance traveled by light within the time of the pulse width of the laser, one pulse overlaps on a straight line passing through the two geometrical focal points 11. . This means that the light intensity is higher than in the conventional case where pulses are not superimposed, so that the number of photo ions generated per unit time is larger than in the conventional case. Therefore, the detection efficiency is greatly improved, and the photoion generation position is almost constant unlike the conventional case.When using a time-of-flight mass spectrometer as the mass spectrometer, the mass resolution is improved compared to the conventional case. Will do. Further, since an elliptical spherical mirror is used, there is no return light to the laser device 6.

【0020】なお、上の説明では、レーザ光を楕円球面
の幾何学的焦点に集光させるためにレンズ12を用いて
いるが、レンズではなく球面の凹面ミラーにより、レー
ザ光を反射させて楕円球面の幾何学的焦点に集光させて
もよい。また、2枚の楕円球面ミラーを用いているが、
レーザビームを上記説明の通り直線上を往復させること
ができるのなら、部分的にかけている1枚の楕円柱面ミ
ラーや複数枚の楕円球面ミラーを用いてもよい。
In the above description, the lens 12 is used to focus the laser beam on the geometrical focal point of the ellipsoidal sphere, but the laser beam is reflected not by the lens but by a spherical concave mirror. The light may be collected at the geometrical focal point of the spherical surface. Although two elliptical spherical mirrors are used,
As long as the laser beam can be reciprocated on a straight line as described above, one partially elliptic cylindrical mirror or a plurality of elliptical spherical mirrors may be used.

【0021】第2の実施の形態は、図7で示されてお
り、第1の実施の形態との違いは楕円球面ミラーの代わ
りに楕円柱面ミラー13が用いられる点である。楕円柱
面ミラー13は、図8で示されるように、その垂直断面
が幾何学的焦点11を共有する楕円曲線の二つの部分に
なるものであり、レーザビーム7は、楕円柱面ミラー1
3のすべての垂直断面の幾何学的焦点より構成される線
分14上の1点11に集光するように、一垂直断面15
内を伝播するように入射される。この実施の形態におい
ても、図8で示されるように、レーザビーム7は楕円柱
面ミラー13による数回の反射の後、幾何学的焦点11
を通る直線上を往復するようになる。しかも、2枚の楕
円柱面ミラー13の間の間隔が、レーザのパルス幅の時
間内に光が進む距離に比べて短い場合には、一つのパル
スは二つの幾何学的焦点11を通る直線上で重なるの
で、第1の実施の形態と同様な作用がある。
The second embodiment is shown in FIG. 7, and is different from the first embodiment in that an elliptic cylindrical mirror 13 is used instead of the elliptical spherical mirror. As shown in FIG. 8, the elliptical cylindrical mirror 13 is one whose vertical cross section becomes two parts of an elliptic curve sharing a geometrical focal point 11, and the laser beam 7
3 so that it converges to one point 11 on a line segment 14 consisting of the geometrical focal points of all vertical sections 15
It is incident so as to propagate inside. In this embodiment, too, as shown in FIG. 8, the laser beam 7 is reflected several times by the elliptical cylindrical mirror 13 and then the geometrical focus 11
Will reciprocate on a straight line passing through. In addition, when the distance between the two elliptical cylindrical mirrors 13 is shorter than the distance that light travels within the time of the pulse width of the laser, one pulse corresponds to a straight line passing through the two geometrical focal points 11. Since it overlaps above, it has the same operation as the first embodiment.

【0022】なお、第1の実施の形態と同様に、レンズ
12ではなく球面の凹面ミラーにより、レーザ光を反射
させて楕円柱面ミラー13の幾何学的焦点11に集光さ
せてもよいし、レーザビーム7が幾何学焦点11を通る
直線を往復するのなら、楕円柱面ミラーは2枚に限る必
要はなく、部分的にかけた1枚のものや複数枚のもので
もよい。また、上の説明ではレーザ光は楕円柱の一垂直
断面15内を伝播するように入射させるとしているが、
幾何学的焦点からなる上記線分14の1点に集光するよ
うにレーザ光7を入射させるのなら、上記垂直断面15
に平行に入射しなくてもよい。ただし、この場合は、上
記楕円柱面ミラー13による数回の反射によって、レー
ザビーム7は一直線上を往復するようにはならないが、
上記幾何学焦点11からなる2本の線分14を含む平面
内で走査するような伝播のしかたをするようになり、レ
ーザ照射率が増大し、検出効率が向上する。
As in the first embodiment, the laser beam may be reflected by the spherical concave mirror instead of the lens 12 and focused on the geometrical focal point 11 of the elliptic cylindrical mirror 13. If the laser beam 7 reciprocates on a straight line passing through the geometrical focal point 11, the number of the elliptic cylindrical mirrors need not be limited to two, but may be one partially applied or a plurality of partially applied elliptic mirrors. In the above description, the laser beam is incident so as to propagate in one vertical section 15 of the elliptical cylinder.
If the laser beam 7 is incident so as to converge on one point of the line segment 14 consisting of a geometrical focus, the vertical section 15
It does not have to be incident parallel to. In this case, however, the laser beam 7 does not reciprocate on a straight line due to several reflections by the elliptic cylindrical mirror 13,
The laser beam propagates in such a manner as to scan in a plane including the two line segments 14 composed of the geometrical focal point 11, thereby increasing the laser irradiation rate and improving the detection efficiency.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、レーザ装置から放
出されたパルスレーザビームは、試料上の同一位置を繰
り返し通過しパルス重ね合わせにより光の強度が増して
イオン化効率が増大するか、試料上の同一面内を走査す
るように通過しレーザ照射率が増大するかによって、全
検出効率が向上して、分析感度がよくなる。
As described above, the pulsed laser beam emitted from the laser device repeatedly passes through the same position on the sample, and the intensity of light increases due to the superposition of the pulses to increase the ionization efficiency. The overall detection efficiency is improved and the analysis sensitivity is improved depending on whether the laser irradiation rate increases as the laser beam passes while scanning the same plane.

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

【図1】本発明の一実施の形態を示す装置構成図。FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】光イオン化質量分析装置の原理の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of a photoionization mass spectrometer.

【図3】光イオンの数を増大することを試みた従来例を
示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional example in which an attempt is made to increase the number of photoions.

【図4】光イオンの数を増大することを試みた従来例を
示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional example in which an attempt is made to increase the number of photoions.

【図5】光イオンの数を増大することを試みた従来例を
示す構成図。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional example in which an attempt is made to increase the number of photoions.

【図6】楕円曲線による光の反射を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating light reflection by an elliptic curve.

【図7】本発明の一実施の形態を示す装置構成図。FIG. 7 is an apparatus configuration diagram showing one embodiment of the present invention.

【図8】レーザ光の楕円柱面ミラーへの入射方法の説明
図。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method of making a laser beam incident on an elliptic cylindrical mirror.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料、2…イオンガン、3…一次イオンビーム、4
…中性粒子、5…二次イオン、6…レーザ装置、7…レ
ーザビーム、8…光イオン、9…質量分析計、10…楕
円球面ミラー、11…幾何学的焦点、12…レンズ、1
3…楕円柱面ミラー、14…幾何学的焦点からなる線
分、15…一楕円柱の垂直断面、16…イオン化室、1
7…レーザ入射孔、18…収束レンズ、19…電極、2
0…イオン化領域、21…光イオン、22…引き出し電
極、23…収束レンズ、24…イオン検出器、25…全
反射ミラー、26…レーザ媒質、27…全反射ミラー、
28…ハーフミラー、29…真空チャンバ、30…レー
ザ入射用窓。
1 ... sample, 2 ... ion gun, 3 ... primary ion beam, 4
... neutral particles, 5 ... secondary ions, 6 ... laser device, 7 ... laser beam, 8 ... photoion, 9 ... mass spectrometer, 10 ... elliptical spherical mirror, 11 ... geometrical focus, 12 ... lens, 1
3 ... elliptical cylindrical mirror, 14 ... line segment consisting of geometrical focus, 15 ... vertical cross section of one elliptical cylinder, 16 ... ionization chamber, 1
7 ... laser entrance hole, 18 ... converging lens, 19 ... electrode, 2
0: ionization region, 21: photoion, 22: extraction electrode, 23: converging lens, 24: ion detector, 25: total reflection mirror, 26: laser medium, 27: total reflection mirror,
28: half mirror, 29: vacuum chamber, 30: window for laser incidence.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01J 49/10 H01J 49/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01J 49/10 H01J 49/10

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオンビームを試料に照射することによっ
て生成する中性粒子にレーザ装置からのレーザ光を照射
してその中性粒子をイオン化し、生成するイオンを質量
分析計に導き質量分析する光イオン化質量分析装置にお
いて、幾何学的焦点を共有する楕円球面ミラ−を少なく
とも1枚以上、および、上記レーザ光を上記幾何学的焦
点の一つに集光させるための光学素子を具備し、上記楕
円球面の二つの上記幾何学的焦点の間にイオン化の領域
を設けることを特徴とする光イオン化質量分析装置。
1. A method for irradiating a laser beam from a laser device to a neutral particle generated by irradiating a sample with an ion beam to ionize the neutral particle, guide the generated ion to a mass spectrometer, and perform mass analysis. In the photoionization mass spectrometer, at least one or more elliptical spherical mirrors sharing a geometrical focus, and an optical element for condensing the laser beam to one of the geometrical focuses, A photoionization mass spectrometer, wherein an ionization region is provided between the two geometrical focal points of the ellipsoidal sphere.
【請求項2】イオンビームを試料に照射することによっ
て生成する中性粒子にレーザ装置からのレーザ光を照射
してその中性粒子をイオン化し、生成するイオンを質量
分析計に導き質量分析する光イオン化質量分析装置にお
いて、垂直断面が、楕円曲線の楕円柱面ミラー、あるい
は、幾何学焦点を共有する楕円曲線の複数の部分になる
楕円柱面ミラーを少なくとも1枚以上、および、上記レ
ーザ光を上記楕円柱面のすべての垂直断面の幾何学的焦
点より構成される2本の線分上の任意の点に集光させる
ための光学素子を具備し、上記2本の線分の間にイオン
化の領域を設けることを特徴とする光イオン化質量分析
装置。
2. Neutral particles generated by irradiating a sample with an ion beam are irradiated with laser light from a laser device to ionize the neutral particles, and the generated ions are guided to a mass spectrometer for mass analysis. In the photoionization mass spectrometer, at least one or more elliptic cylinder mirrors whose vertical cross section is an elliptic curve elliptic curve or a plurality of elliptic curve mirrors sharing a geometrical focus, and the laser light An optical element for converging light to an arbitrary point on two line segments composed of geometrical focal points of all the vertical cross sections of the elliptic cylinder surface, and between the two line segments. A photoionization mass spectrometer characterized by providing an ionization region.
【請求項3】請求項1記載の光イオン化質量分析装置に
おいて、上記レーザ光を上記幾何学的焦点の一つに集光
させるためのレンズを具備したことを特徴とする光イオ
ン化質量分析装置。
3. The photoionization mass spectrometer according to claim 1, further comprising a lens for converging said laser beam to one of said geometrical focal points.
【請求項4】請求項2記載の光イオン化質量分析装置に
おいて、上記レーザ光を上記線分上の任意の点に集光さ
せるためのレンズを具備したことを特徴とする光イオン
化質量分析装置。
4. The photoionization mass spectrometer according to claim 2, further comprising a lens for converging the laser beam to an arbitrary point on the line segment.
【請求項5】請求項2,4記載の光イオン化質量分析装
置において、レーザ光が上記楕円柱の一垂直断面内を伝
播するようにレーザ光を入射させることを特徴とする光
イオン化質量分析装置。
5. The photoionization mass spectrometer according to claim 2, wherein the laser beam is incident so that the laser beam propagates in one vertical section of the elliptic cylinder. .
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