JPS5840761A

JPS5840761A - 二次イオン質量分析計

Info

Publication number: JPS5840761A
Application number: JP56138843A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hirose; 広瀬　博; Hideki Kanbara; 秀記神原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-09-02
Filing date: 1981-09-02
Publication date: 1983-03-09
Also published as: JPH0351052B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は液体クロマトグラフで分離し九有機物をも分析
可能とする二次イオン質量分析針に係ム特に１その二次
イオン発生装置に関するものである。

従来、金属や牛導体の分析に使用されるイオンマイクロ
アナライザ（ＩＭＡ）は一種の二次イオン質量分析針（
以後８ＩＭ８と記す）ともいえるもので、この方面の技
術は曳く知られていることである。既に実用されている
８ＩＭ８は大形で一次イオン源と試料ホルダとの距離が
大きく、−次イオンを正確に試料に衝突させるＫは、そ
の進行方向を調整する偏肉手段が必要であうた。を九、
−次イオンビームの拡がシを防ぐためにビーム収束手段
が必要となり、その結実装置の構成が複雑となシ大形と
なっていた。

＃Ｉ１図は従来のイオン源の断面図であるが、これはガ
スクロマトグラフ（以後ＧＣと記す）で分離流出した試
料ガスを試料ガス導入パイプ１７からイオン化室６に導
入してイオンを作り、左側の静電レンズ８、アーススリ
ット２０を通過させて質量分析計（以後ＭＳと記す）に
導入している。

即ち、この場合はＧＣで分離した試料成分のＭＳを求め
ているが、液体クロマトグラフ（以後ＬＣと記す）のよ
うな不揮発性の有機試料の分析までは行われていなかっ
た。ま友、イオン化室６内でのイオンの作成は、フィラ
メント７の先端を加熱して生じた熱電子を電子入口２３
を介してイオン化室６内に導入し、試料ガスと衝突させ
てイオンビーム１３を生じさせている。

第２図は第１図のＡ−Ｂ断面図で、イオン化室６の上辺
に設けた電子入口２３に近接したフィラメント７が設置
され、その上部にはイオン源磁極２１のＳ極２１１が設
置され、イオン化室６の下側にはＮ極２１ｂが設置され
ている。これらのイオン源磁極２１はイオン化室６より
飛び出すイオンビーム１３に収束性を与えている。

このように従来のイオン源はガスのみが可能であったが
、最近は、ＬＣの発ＪＫつれて不揮発生の有機試料のＳ
ＩＭ８分析が強く要求されるようになつ九。

本発明は小形高感度でガス体も液状有機試料も分析可能
な二次イオン質量分析針を提供することを目的とし、そ
の特徴とするところは、表面に有機物試料を塗布した試
料ホルダおよびガス試料を収容するイオン化室と、この
イオン化室の試料ホルダを照射する一次イオンを発生す
る一次イオン源と、ガス試料の分子に衝撃を与えてイオ
ン化させる電子を発生する手段とを有し、試料ホルダの
有機物試料又はガス試料よりイオンを発生させてイオン
化室より引出し、質量分析計に導入して分析するごとく
構成したことにある。

第３図は本発明の一実施例である８ＩＭ８の二次イオン
発生装置の断面図である。１は物点スリット、２は物点
スリット１の位置と間隔を調節する微動装置、３はスリ
ット機構に取シ付けられた１次イオン源である。この−
次イオン源３よシ放出された一次イオンビーム１４がイ
オン化室６の試料ホルダ４に照射されると、試料ホルダ
４の表面に塗布し九有機試料から二次イオンが発生し、
二次イオンビーム１３となって静電レンズ８と物点スリ
ット１のスリット刃５間を通過しＭ８１５に導入される
。

ｉ九、ガス試料の分析の場合で電子衝撃イオン化法（以
後ＥＩと記す）のときは、試料ホルダ４を第３図の位置
から除去移動させてイオン化室６内に試料ガスを導入す
る。イオン化室６に設けた電子人口２３よりはフィラメ
ント７で発生した電子を導入して試料ガスをイオン化し
、これよシに次イオンビーム１３を発生させる。なお、
台９はイオン化室６を支持し、端子１０は一次イオン源
３を励起させる電流を供給するための接続調節用端子で
あり、イオン源箱１１Ｆｉこれらの部材を取り付けて二
次イオン発生装置を内蔵している容器であり、その下部
開口は高真空用の排気系１２に接続されている。

このように構成された二次イオン源の作用を次に説明す
る。ガス導入系１６からアルゴンやキセノン等のガスを
一次イオン源３内に導入して励起させる。−次イオン源
３の電極間には５〜６ＫＶの電圧が印加されているので
、イオン化されたアルゴンは加速されて試料ホルダ′４
上の有機物試料に衝突してスパッタすると共にイオン化
する。イオン化された試料イオンは静電レンズ８、物点
スリット１のスリット刃５０間を通り、二次イオンビー
Ａ１３となってＭ８１５に導入される。

ＭＳで高分解能を得る丸めには物点スリット１のスリッ
ト刃５０間隙中位置を調整する必要があるが、この場合
は物点スリット１を動かすと一次イオン源３も移動する
ので、−次イオンビーム１４と二次イオンビーム１３と
の関係位置は変化しない。即ち、物点スリット１と一次
イオン源３とは同一スリット機構に取シ付けられている
ので、高分解能を得るのに好適な構造となっている。し
たがって、二次イオンビーム１３を能率爽〈引出すこと
ができる。また、−次イオン源３は試料ホルダ４になる
べく接近させであるので一次イオンビーム１４の広がり
が少く収束レンズを必要としないし、試料ホルダ４０表
面に塗布した有機物試料を高感度で分析することができ
る。

試料ホルダ４をイオン化室６内に挿入するＫは、直接試
料導入装置又は電界脱離用エミッタ挿入プローブを使用
する。これはＬ　Ｃ／ＭＳの分析法を用いる場合であシ
、試料ホルダ４をイオン化室６から引出し友場合は００
７Ｍ８の分析法を用いることになる。この時はフィラメ
ント７よシミ子を放出させて行うＥＩ法が用いられる。

本実施例の８フＭ８の二次イオン発生装置は、試料セル
ダの近くに一次イオン源を設置しているので、収束レン
ズがなくとも多量の一次イオンを試料ホルダ上の液体試
料に衝突させて多量の二次イオンを得ることができる。

また、ＭＳとの関係を調整するために物点スリットを移
動させても、このスリット機構に一次イオン源が取り付
けであるので感度低下がなく調整が容易である。更に、
全体が簡単な構成となっているので組立てが容易であり
゛、ＧＣ／ＭＳ又はＬＣ／ＭＳ用としての切換えも容易
である等の効果が得られる。

第４図は本発明の他の実施例であるａＩＭ８の二次イオ
ン発生装置の断面図であり、第１図と同じ部分には同一
符号を付しである。この場合は一次イオン源３をイオン
化室６の出口の斜め上方に設置し、イオン化室６の出口
の静電レンズ８の切欠き部および引出し電極１９の拡大
開口部を通して試料ホルダ４に一次イオンビーム１４を
照射している。試料ホルダ４０表面の有機物試料から放
出された二次イオンビーム１３は、引出し電極１９、静
電レンズ８およびアーススリット２０を通シＭ８に導入
される。

引出し電極１９に設けられている細隙は１×１０−程度
で、試料ホルダ４は別途真空外から挿入できる構造とな
っている。このときは通常のＭＳによる分析で使用され
ている電界脱離用エミッタ挿入装置等の固体用プローブ
を用いれば便利である。

なお、−次イオン源３はこの場合はスリット機構とは離
れて支持部材に取如付けられている。

−次イオン源３は６〜ｌ０ＫＶｓ試料ホルダ４には３Ｋ
Ｖ、静電レンズ８には２．５ＫＶが印加され、アースス
リット２０は接地電圧となっている。また、イオン化室
６内にはりベラ電極１８が設置されると共に、その背後
の壁面は試料ガス導入パイプ１フが接続されており、イ
オン化室６の前側は第１図と同様にイオン源磁極２１で
挾まれている。

このように構成された二次イオン発生装置のＬＣ／ＭＳ
分析時の動作を次に説明する。先づ試料ホルダ４を引き
抜いた状態で試料導入ノくイブ１７を介してパーフルオ
ロケロセン等の標準試料を導入し、フィラメント７に点
火してその先端より電子を放出させてイオン化室６内の
試料ガスをイオン化する。このイオンは引出し電極１９
、静電レンズ８、アーススリット２０の孔を通ってＭＳ
に送られる。即ち、Ｍ８分析法では゛良く知られている
方法によってＭＳの横軸（質量数）の補正を行う。

この質量数の補正が終った後に二次イオン分析を行う、
この場合はＬＣで分離した有機物試料を塗布し九試料ホ
ルダ４をイオン化室６内に挿入する。−次イオン源３よ
り生じた一次イオンビーム１４は試料ホルダ４０表面に
大きな入射角度で衝突して有機物試料をスパッタすると
共にその微粒子をイオン化する。このようにして生じ九
二次イオンビーム１３は引出されると共に加速されＭ８
に送られて分析される。上記のごとく質量数補正が完了
しているので、得られた試料の質量スペクトルよυその
試料の分子置部を容易に知ることができる。

更にガス試料を分析する際は試料ホルダ４を移動させる
と共に試料ガス導入パイプ１フよりＧＣによって分離し
た試料ガスを導入し、フィラメント７よシミ子を発生さ
せて試料ガスをイオン化する。ここで生じ良二次イオン
ビーム１３は上記のごとく引出しスリット１９、静電レ
ンズ８、アーススリット２０を通ってＭＳＫ導入される
。

なお、第４図の試料ガス導入パイプ１７の所に回転ベル
ト方式の試料ホルダ導入機構を挿入し、試料ガス導入パ
イプ１７はイオン化室６の側面、即ち、紙面に垂直な手
前方向に取り付けるようにすれば、ＬＣからの流出成分
をオンラインで分析できるように構成できる。

本実施例の二次イオン発生装置は、有機物試料に大きな
入射角度で一次イオンビームを照射することかで龜ると
共に、試料ホルダを移動させることによりガス試料もイ
オン化して多量の二次イオンをＭ８に導入し、高感度な
分析が可能となる。

ま九、高質量数の試料成分でも質量数の決定が容易にな
るという効果が得られる。

第５図は本発明の他の実施例である８ＩＭＳの二次イオ
ン発生装置の断面図で、第４図と同じ部分には同一符号
を付しである。この場合はＷｉ４図の場合よりも一次イ
オンビーム１４の試料ホルダ４への入射角を４５°よシ
も大きくなるようにして二次イオンの発生を増加させて
いる。この入射角の大きさく比例して８ＩＭ８の感度は
向上する。

イオン化室６への一次イオンビーム１４の入射角を大き
くすると、ＥＩのフィラメント７と、このフィラメント
７から発生した電子を収束させるイオン源磁石２１が障
害となって８ＩＭ８との組合せが困難となる。しかるに
電子衝撃の場合の電子放出を試料ホルダ４の前で行って
いるのでＥＩ法を用い７ｔＧＣ／ＭＳの場合でも容易に
行うことができる。即ち、ＥＩによるＧＣの場合とＬＣ
の場合のＳＩＭ８が試料ホルダ４を移動させることなく
行うことができるので、操作は容易となる。また、ＬＣ
試料を塗布した試料ホルダ４への入射角が人妻いので、
８ＩＭ８の感度は更に増加する。

また、イオン化室６の試料ガス導入パイプ１７にはＧＣ
２２のガス出口を連通させ、直接その流出成分を分析で
きるようになっている。即ち、この装置によればＧＣで
分離した試料ガスを連続的ＫＳＬＣの分離試料はバッチ
式で分析できる。なお、リベラ電極１８とフィラメント
７とはイオン化室６に対して数十ボルト正に帯電してい
る。

本実施−の二次イオン発生装置は、イオン化室の斜め上
部の孔から一次イオンバームをイオン化室内に導入し、
この孔からフィラメントの電子４入射させているので、
ＧＣ分離試料ガスをＥＩ法で分析するときもＬＣ分離有
機物質を一次イオンビームの入射角を大にして照射し分
析するときも試料ホルダを移動させることなくそのまま
使用できる。したがって分析操作が容易となる。ｔた、
−次イオンビームの試料ホルダへの入射角が大きいので
、８ＩＭ８の感度が向上する等の効果が得られる。

第６図は本発明の更に他の実施例であるＳＩＭＳの二次
イオン発生装置の断面図である。この場合はイオン源磁
極２１の一方側に一次イオン通路２４を設け、−次イオ
ン源３よりの一次イオンビーム１４をイオン化室６の壁
面に対して垂直に導入して試料ホルダ４上の有機物試料
に衝突させ、二次イオンと一ム１３を効率良く発生させ
ている。

マ九、電子人口２３とフィラメント７の電子源が一次イ
オン源３と試料ホルダ４の中心を結ぶ線の延長上に位置
させている。

このよりに構成し九二次イオン発生装置の動作を次に説
明する。−次イオン源３で生じたアルゴン等の一次イオ
ンビーム１４は６〜７ＫＶに加速され、−次イオン通路
２４を過如イオン化室６内に入って試料ホルダ４上の有
機物試料をスパッタする。試料ホルダ４祉約３ＫＶ程度
の電圧が印加されているので、スパッタされた試料成分
イオンは静電レンズ８、アーススリット２０の方向に加
速されて二次イオンビーム１３を発生しＭ８１５に導入
する。これはＬＣによる分離成分を分析する場合である
。

次に、ＧＣの流出成分をＥＩ法によって分析する場合は
、試料ホルダ４を移動させてイオン化室６に導入され九
〇Ｃ２２の流出ガスをフィラメント７よりの電子で励起
させる。この時に生じ九二次イオンビーム１３をＭｇＩ
２に導入する。

本実施例の二次イオン発生装置は、イオン源磁極に形成
した一次イオン通路を介して一次イオンビームをイオン
化室に垂直に入射させており、一方、フィラメントより
の電子入口は上記−次イオン通路の延長上に設けである
ので、イオン化室は小形に形成できるという効果が得ら
れる。

上記実施例の他に次のようなことも可能となる。

即ち、ＬＣの流出成分を回転ベルト方式でイオン化室６
内に送シ込み、多数の有機物試料を能率良く分析するこ
とができる。辷のようにするに社例えば第４回の試料ガ
ス導入パイプ１７の代〕Ｋ回転ベルトを挿入し、試料ガ
ス導入パイプ１７は低面に垂直な方向でイオン化室６に
接続すると好都合である。

また、第６図においてはイオン源磁極２１に一次イオン
通路２４を設けたが、イオン源磁極２１を回転させて一
次イオンビーム通路２４からはずしてしまう方法も考え
られる。しかしこの方法は、真空外から操作しなければ
ならないのでその移動機構が複雑となり得策ではない。

本発明の８ＩＭＳは、ＬＣの流出した有機物成分を分析
する手段と、ＧＣより流出し九ガス試料成分をＥＩ法で
分析する手段とを切換可能に具備しているので、広範匪
の分析に好適で信頼性ある分析値が得られるという効果
をもっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二次イオン源の断面図、第２図は第１図
のＡ−Ｂ断面図、第３図は本発明の一実施例である８Ｉ
Ｍ８の二次イオン発生装置の断面図、第４図は本発明の
他の実施例である８ＩＭ８の二次イオン発生装置の断面
図、第５図および第６図は本発明の更に他の実施例であ
る８ＩＭ８の二次イオン発生装置の断面図である。１・・・物点ストリット、２・・・微動装置、３・・・
−次イオン源、４・・・試料ホルダ、５・・・スリット
刃、６・・・イオン化室、７・・・フィラメント、８・
・・静電レンズ、９・・・台、１０・・・端子、１１川
イオン源箱、１２・・・排気系、１３・・・二次イオン
ビーム、１４・・・−次イオンヒーム、１５・・・ＭＳ
、１６・・・ガス導入系、１７・・・試料ガス導入パイ
プ、１８・・・リペラ電極、１９・・・引出し電極、２
ｏ・・・アーススリット、２１・・・イオン源磁極、２
２・・・ＧＣ，２３・・・電子入口、２４・・・−次イ
オン通路。一篤３０萬吐２／ｅＰ

Claims

【特許請求の範囲】１、表面に有機物試料を塗布し九試料ホルダおよびガス
試料を収容するイオン化室と、このイオン化室の上記試
料ホルダを照射する一次イオンを発生する一次イオン源
と、上記ガス試料の分子に衝撃を与えてイオン化させる
電子を発生する手段とを有し、上記試料ホルダの上記有
機物試料又は上記ガス試料よシイオンを発生させて上記
イオン化室より引出し、質量分析針に導入して分析する
ごとく構成し九ことを特徴とする二次イオン質量分析針
。２　上記−次イオン源が、上記イオン化室の出口に配置
し九スリット機構部に取り付けた装置である特許請求の
範囲第１項記載の二次イオン質量分析針。ふ　上記−次イオン源が、スリット機構部とは別個の部
材に取シ付け、これよシ発生する一次イオンを引出し電
極および靜−レンズの切欠き部を通過させて上記イオン
化室内に斜めに入射させる装置である特許請求の範囲第
１項記載の二次イオン質量分析計。ｔ　上記−次イオン源が、スリット機構部とは別個の部
材に取シ付け、これより発生する一次イオンを上記スリ
ット機構部に近接した上記イオン化室の電子入口を通過
させて上記イオン化室内に斜めに入射させる装置である
特許請求の範囲第１項記載の二次イオン質量分析針。５、上記−次イオン源が、上記イオン化室の上記スリッ
ト機構部に近い部分を包囲するイオン源磁極の外側に設
置し、これよシ発生した一次イオンを上記イオン源磁極
に形成し九−次イオン通路を介して上記イオン化室内に
導入する装置である特許請求の範囲第１項記載の二次イ
オン質量分析針。＆　上記電子を発生する手段が熱電子を発生するフィラ
メントである特許請求の範囲第１項記載の二次イオン質
量分析針。