JPS5820103B2 - 質量分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパークイオン源と四極子型分析場とを結合し
た質量分析装置に関する。

無機元素の定量定性分析にはスパークイオン源を用いた
質量分析装置は必要不可欠である。

従来のこの種の質量分析装置においては分析場とじては
Ｍａｔ ｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ型と呼ばれる磁場偏
向型の二重収束系が用いられている。

しかしながらこのような磁場偏向型の分析場は高速掃引
が行い得ない他、再現性に優れたマススケールが得られ
ない等の欠点があり、又装置が大型高価になる欠点があ
る。

そこで高速掃引が可能で小型の四極子型質量分析場を使
用し、スパークイオン源から発生したイオンを該分析場
によって分析しようとすることも考えられるが、スパー
クイオン源と四極子型質量分析場との結合には下記のよ
うな問題点があり、従来においては両者を結合した質量
分析装置は出現するに及んでいない。

即ち上記問題点として、まず第１にスパークイオン源よ
り充分なイオンを取り出すことにより感度を損うことの
ないようにするには加速電圧を高くして、イオンを充分
加速する必要があるが、逆に四極子型質量分析器におい
ては入射するイオンのエネルギーが例えば１ＯｅＶ程度
の非常に小さいものでなければならず、エネルギー巾も
小さくしないと充分な分解能は得られない。

従って、−たん高加速されたイオンは減速させなければ
ならないが、高速時におけるイオンの拡散により四極子
型質量分析場に入射すべきイオンがカットされ感度を著
るしく減じてしまう。

又、四極子型質量分析場に入射するイオンのエネルギー
分布幅を狭い一定幅内に揃えるため、電場電極を用いた
エネルギー弁別器を使用することが考えられる。

この場合前記エネルギー弁別器の分解能は結像点にエネ
ルギー分離用のスリットＳβを置いた時はエネルギー分
散Ｄβを用いて下記の式によって与えられる。

但しＫは分析場によって決まる定数であり、ｖａはイオ
ンの加速エネルギーであり、△Ｖはイオンのエネルギー
巾、ＷはスリットＳβの巾である。

従って純イオン光学的にみればＶ が小さくなればエネ
ルギー分散Ｄβは大きくなるため予めエネルギー弁別器
に入射させるイオンを極めて小さなエネルギーしか有さ
ないように減速させればよいことになる。

しかしながら、スパークイオン源においては、スパーク
電極のパルス的放電によりイオンを発生せしめており充
分なイオン流を得るためには単一の放電により発生する
イオンの量も大きくしなければならないため、発生した
イオン流は第１図に示すように高密度なイオンの塊まり
（イオン群）として飛行することになる。

従って各群中のイオンはお互いの空間電荷によって反発
しあうため、前述したようにもしイオンが極めて小さな
エネルギーしか有さないように減速したとすると、弁別
器を構成する電場等での滞在時間が増えるため、空間電
荷によるイオンの拡がりが大きくなり、エネルギーの分
離を良好に行うことはできない。

本発明はこのような問題を解決し、スパーク型イオン源
と四極子型分析場とを結合した質量分析装置を提供する
もので以下図面に基づき本発明の実施例を詳述する。

第２図においてスパーク電極１の両端には昇圧トランス
２を介して１００ＫＶ程度の高周波高電圧がパルス的に
印加し得るようにされている。

該スパーク電極１は電極３によって数１０Ｖの正電位に
保たれている。

該スパーク電極の前面には該スパーク電極１と同電位に
保たれたイオン引出しスリット板４が配置されている。

該イオン引出しスリット板４の更に後段には一３０ＫＶ
程度に保たれた加速電極５が配置されている。

該加速電極５の更に後段には該加速電極によって加速さ
れたイオンを減速し平行ビームとするための第１の減速
レンズ系６が配置されている。

該第１の減速レンズ系の更に後段には対物スリット７が
配置されている。

該対物スリットを経たイオンのうち一定エネルギー範囲
内にあるもののみを選択通過させるため一対の球面電極
８及び９よりなるエネルギー弁別器１０が配置されてい
る。

前記対物スリット７は該エネルギー弁別器１０の焦点位
置に配置されている。

１１及び１２は前記球面電極８及び９の端部における電
界の乱れを補正するためのシャントである。

該エネルギー弁別器１０の後段にはエネルギー分離用の
βスリット１３が配置されている。

弁別器１０を通過する際にイオンはそのエネルギーに応
じて異なった方向に飛行するが、βスリットはこれら異
なった方向に飛行するイオンのうち特定の方向に飛行す
るイオンのみを通過せしめることによりエネルギーの分
離を行なおうとするものである。

該βスリットを経たイオンを該スリット１３の後段に配
置された四極子型質量分析場１Ａに入射せしめるのに最
適にするため第２の減速レンズ系１５が配置されている
。

この減速レンズ系は平行に入射したビームのみを通し、
エネルギーの違いによって異なった方向に飛行して来た
ビームを最終的にカットする役割をする。

該四極子型分析場１４の入射側と出射側には各々入射ス
リット１６及び出射スリット１７が配置されている。

１８は四極子型質量分析場１４によって弁別されたイオ
ンを検出するための検出器である。

上述した如き構成において、スパーク電極１の間に昇圧
トランスを介してパルス的に高圧を印加すれば、該電極
１間の放電によりイオンが間歇的にしかも空間的には高
密度にて発生する。

加速電極５には負の高圧が印加されているため、発生し
たイオンは加速電極５方向へと大きく方向づけられ、発
生したイオンのうち大部分のイオンが加速電極５を通過
して第１の減速レンズ系６に入射する。

該減速レンズ系により、該イオンは後段のエネルギー弁
別器１０において前記第（１）式と空間電荷によるイオ
ンの拡がりの効果を考慮した場合最も良くエネルギー分
離される速度Ｖ。

まで減速されると共に、対物スリット７上に収束される
。

該対物スリット７を通過したイオンビームはエネルギー
弁別器１０に入射し、該弁別器１０においてそのエネル
ギーに応じて異なった方向に飛行する。

この場合前記対物スリット７はエネルギー弁別器１０の
焦点位置に配置されているため、該エネルギー弁別器１
０に入射したイオンビームの中で同一エネルギーを有す
るイオンは各々平行ビームとなる。

これら平行ビームのうちβスリット１３を通過した特定
エネルギー値を中心として所定幅内のエネルギー値を有
するイオンより構成される平行イオンビームは、第２の
減速レンズ系１５に入射する。

該第２の減速レンズ系１５に入射したイオンビームは四
極子型質量分析場１４によって質量分析されるのに最適
なエネルギー値例えば１０エレクトロンボルト前後のエ
ネルギー値を有する速度に減速される。

該イオンビームは四極子型質量分析場１４に入射するが
、該四極子型質量分析場１４の互いに対向する電極に印
加される電圧を掃引することにより、四極子型質量分析
場Ｕを通過し得るイオンの質量対電荷比が掃引され、６
各の掃引値における検出器１８の出力信号を検出し記録
することにより質量スペクトルを記録することができる
。

上述した如き、本発明における装置においては、スパー
ク電極１のスパークにより発生したイオンを加速電極５
によって高加速した後、第１の減速レンズ系６によって
速度Ｖ。

まで減速しているため、エネルギー弁別器Ｕによって良
好にエネルギー分離することができ、このように良好に
エネルギー分離されたイオンを四極子型分析場１４に導
入しているため良好な分解能でイオンの質量分析を行う
ことができる。

又エネルギー弁別器Ｕを出射したイオンは第２の減速レ
ンズ系１５によって四極子型質量分析場１Ａにおける質
量分析に最適な速度まで減速されるが、その際対物スリ
ット７がエネルギー弁別器１１の焦点位置に配置されて
いるため、βスリット１３を経たイオンビームは平行ビ
ームとなっており、該第２の減速レンズ系の光軸に垂直
な速度成分を有しない。

従って減速の際にビームが拡がることは抑えられ、βス
リットを通過したイオンは損失なく四極子型質量分析場
１４に導入される。

従って良好な感度を有する測定を行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はスパーク電極より発生し加速電極によって加速
されて飛行しているイオン群を例示し、第２図は本発明
の実施例を示している。 １・・・スパーク電極、２・・・昇圧トランス、３・・
・電源、４・・・引出しスリット、５・・・加速電極、
６・・・第１の減速レンズ系、７・・・対物スリット、
８，９・・・球面電極、１０・・・エネルギー弁別器、
１１，１２・・・シャント、１３・・・βスリット、１
４・・・四極子型分析場、１５・・・第２の減速レンズ
系、１６，１７・・・スリット、１８・・・検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スパーク型イオン源と、該イオン源より発生したイ
   オンを加速するための加速電極と、該加速電極によって
   加速されたイオンを減速するための第１の減速手段と、
   特定のエネルギーを有するイオンを選択的に通過させる
   ためのエネルギー弁別器と、該エネルギー弁別器の前焦
   点位置に配置された対物スリットと、前記エネルギー弁
   別器を通過したイオンを減速するための第２の減速手段
   と、該第２の減速手段によって減速されたイオンが入射
   する四極子型分析場と、該四極子型分析場を出射したイ
   オンを検出するための検出器とを備えていることを特徴
   とする質量分析装置。