JPS587229B2 - 負イオンを検出する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は負イオンを検出する装置に係り、特に４重質量
分析計によって負イオンを発生する様な装置に係る。

質量分析計や、イオンを発生するその他の装置に於いて
は、正及び負の両イオンが発生される。

新しい高圧力イオン化技術によれば正及び負のイオンが
豊富に発生される。

分析中の化合物の化学的な組成により、究極的に正イオ
ンと負イオンの相対的な強度が決定される。

従って、分析を行なうのに際して、両方の極性のイオン
を検出するこ吉が有効である・ 正イオンを検出するための標準的な連続ダイノード式電
子増倍管（ＣＤＥＭ）が第１Ａ図に示されており、これ
は商標ＧＡＬＩＬＥＯ、型式４７７０として入手できる
ものである。

そのカソード１には−ＩＫＶ乃至−３ＫＶの電圧が印加
される。

この高電圧が正イオンをその第１の段に向けて加速する
。

アノード端２は接地されそして検出信号は接地電位で得
られる。

第１Ｂ図は、負イオンを吸引するためにカソード１がほ
ゞ＋２ＫＶの電圧で作動される以外は第１Ａ図と同じ形
態の代表的な負イオン検出器を示している。

アノード２の出力信号は＋３ＫＶ乃至＋５ＫＶの比較的
高い正電圧で浮動する。

第１Ａ図の正イオン検出器形態は満足であるが、第１Ｂ
図に示した様な負イオン検出器には次の様な多数の欠点
がある。

１．信号を検出するアノード部分が接地に対して高い電
位にあり、非接地前置増巾器及び複雑な前置増巾器回路
を必要とする。

２．第１Ｂ図に示した様に負イオン検出器は当然浮動系
であるから、該系の漂遊電子に敏感である。

又、バックグランドノイズが大きい。３，出力信号リー
ドは比較的高い正の電位にあるから、マイクロホニツク
ノイズがはなはだしい。

一方、第１Ａ図の正イオン検出器はその信号出力が接地
電位にあるから、これらの欠点に悩まされることがなく
、満足である。

そこで本発明の一般的な目的は改良された負イオン検出
器を提供することである。

上記目的によれば、負イオン源からの負イオンを検出す
る装置が提供される。

負イオンを受け取りそしてそれに比例する量の正イオン
を発生する変換手段が備えられる。

それにより生じた正イオンが次いで検出される。

以下添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明の負イオン検出器を用いた代表的な装置
を示している。

イオン化領域１１は負イオンと、電子や正イオンや中性
子を含む他の粒子とを発生し、これらは４重フィルタ型
のものである質量分析器１２に於いて分析される。

検出器１３は所望の粒子を感知し、その存在度即ち量を
指示する。

本発明による検出器１３の形態が第３図に示されており
、これは負イオンを検出するのに適している。

グリッド状の穴付きスクリーン１４が質量分析器１２か
ら負イオンを受け取り、これら負イオンは負イオンを正
イオンに変換する変換ユニット即ちアノード１６に衝突
する。

この変換アノードはＡ４ｔＣｕ，ＡｇｔＣｒｔＢｅの様
な金属のいずれか１つ、及びステンレススチール、そし
て更にこれら金属の酸化物で全体的に構成することがで
きる。

好ましい実施例に於いてはアノード１６が２つの隣接面
を開放した立方体の形態の酸化銅である。

或いは又傾斜した平らな面又はベネソシャンブラインド
を用いることもできる。

カハるユニットは、穴付きスクリーン１４を通して負イ
オンを受け取りそしてそれにより生じた正イオンを連続
ダイノード電子増倍管２０に指向するための効果的な反
射器を形成する。

電子増倍管２０は第１Ａ図のものと同じであり、入口の
穴付きスクリーン２２が取り付けられたホーン部分２１
を備えている。

スクリーン２２はホーン部分から２次電子が逸出するの
を防ぐ。

変換アノード１６は点線で示した長方形ユニット２３に
よって支持される。

アノード１６は質量分析器１２からの負イオンを吸引す
るため＋３ＫＶの電圧に保持される。

この電圧はこの値に限定されるものではない。

第４図は、負イオンが穴付きスクリーン１４を通して入
りそして変換アノード１６に当たってそれに比例する量
の正イオンを発生するという概念形態で第３図を示した
ものであり、上記量は質量やその他の特性の様なイオン
構造に左右される。

次いで正イオンが電子増倍管２０によって検出される。

理論的な観点からすれば、良イオンー正イオンの変換は
１次負イオンを変換アノ一ド１６の面に衝突させ乃至は
該面に向けて加速することによって達成される。

アノード面に当たる漂遊電子は止イオンを発生せず、検
出されない。

この負イオンー正イオン変換プロセスに対しては次の３
つの主な機構が個々に或いは組合せた状態でその作用を
受け持つと考えられる。

１．スパッタリング 金属原子又は吸収された分子は負イオンを強力に衝突さ
せることによって変換アノードの面から気化されて出さ
れる。

これらの気化された原子の１部分は電子を失なって正イ
オンとなり、これらが次いで正イオン電子増倍管によっ
て収集される。

２．負イオンの分裂 高いエネルギ（〜３ＫＶ）の１次負イオンが金属面に当
たった時は強力な分裂作用を受け勝ちである。

これらの分裂体は中性子種、正イオン及び負イオンから
成る。

正イオンの分裂体のみが正イオン電子増倍管に収集され
そして出力信号を発生する。

３，電荷の剥離 負イオンが変換アノードに向けて加速されるか又は変換
アノードに衝突された時は、電子を２つ失なって同じ元
素組成の正イオンとなる。

かくして改良された負イオン検出器が提供された。

又、本発明は正イオンと負イオンを同時に検出するのに
も適用できる。

これを達成する１つの装置がＤｏｎａｌｄ Ｆ．Ｈｕｎ
ｔ氏及び本発明者の“質量分析計のための正及び負イオ
ン記録装置”と称する米国特許第４，０６６，８９４号
に開示されている。

該特許には正イオンに対して１つそして負イオンに対し
て１つの計２つの連続ダイオード電子増倍管（ＣＤＥＭ
）が開示されている。

本発明により、共通のＣＤＥＭ３０を用いて質量分析器
１２（第２図）の出力からの正及び負イオンを実質的に
同時に検出するための装置が第５図に示されている。

かＸるＣＤＥＭ３０はそのカソードが比較的負の電圧例
えば−２．０００ボルトでありそしてそのアノードが接
地されているという点で第４図に示したものと同様であ
る。

従って信号出力は接地電位で得られ即ち接地電位に対し
て基準付けされる。

かかる接地信号の効果についてはもちろん前記で説明し
た通りである。

従ってＣＤＥＭ３０は正イオンの存在度を測定するのに
適している。

第４図に対応して第５図に示した様に、当然低エネルギ
である（４重質量分析器により発生されるので例えばｌ
００ｅＶより小さい）イオンビームからの負イオンが穴
３１を経て変換ユニット１６′によって吸引される。

このユニット１６′は第４図のユニット１６と同様であ
り、そして例えば＋３，０００ボルトに保持される。

前記した様にこの変換ユニットは負イオンの衝突に応答
してそれに比例する量の正イオンを発生し、これらは検
出器３０により感知される。

低レベルイオンを処理する構成体に加えて本発明は有機
イオン（即ち広い意味では多原子イオン：でもってはＶ
１００％の高い変換効率で働く。

イオンビームの正イオンは−３，０００ボルトの比較的
負の電位に保持された面即ちプレート３３によって穴３
２を通して電子増倍管３０に向けられる。

プレート手段３３は本質的に増倍管３０の第１段である
。

既知の理論によれば、正イオン衝突プレート３３（これ
は例えば銅−べリリウムである）は図示された様に電子
を発生し、これら電子は電子増倍管３０によって感知さ
れる。

もちろん電子は良く知られた形態である２次電子放出に
よって発生される。

そして更に、この形態によれば、発生された電子の数は
プレート千段３３に衝突する正イオンの存在度に比例す
る。

従って出力信号は正及び負イオンの入力に比例する。

実際的な観点からすれば、イオンビームの正及び負イオ
ンが実質的に同時に与えられるが、正イオンにそして負
イオンに逐次に比例した信号を発生する様に出力信号を
時間的にマルチプレクスできる。

前記したＨｕｎｔ−Ｓｔａｆｆｏｒｄ特許に開示された
様に、例えばＩＫＨｚの周波数で正イオンと負イオンを
交互に送る様に４重質量分析器を制御装置によってシー
ケンスすることができる。

従って電子増倍管３０の出力信号を時間マルチプレクス
するのに４重質量分析器のＩＫＨｚシーケンシングを適
用できる。

かメる周波数はこの値に限定されるものでなく、代表的
にはＩＨｚ乃至１００ＫＨｚの範囲でよい。

増倍管３０は連続的なユニットとして示されているが、
多数の個別の段の形態にすることもでき、例えば第１６
番目の段がユニット３３となる様な１５段の形態にする
ことができる。

これはボックス及びグリッド型増倍管として知られてい
る。

更に、第５図にはプレート千段３３が示されているが、
これは立体的に考えるべきものであることが明らかであ
りそして他の形状にすればこの様なユニットをなくして
正イオンを直接的に共通検出ユニット３０に進めること
ができる。

かくして負イオンと正イオンを逐次に又は同時に検出す
るための改良された装置が提供された。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は代表的な公知のイオンＣＤＥＭ
検出器の略図、第２図は本発明による質量分析計装置の
ブロック図、第３図は第２図の検出器部分の具体的構造
例の一部破断した斜視図、第４図は第３図の概念図、第
５図は別の実施例を第４図に類似した概念図で示した図
である。 １１……イオン化領域、１２……質量分析器、１３……
検出器、１４……穴付きスクリーン、１６……アノード
（変換ユニット）、２０……連続ダイノード電子増倍管
、２１……ホーン部分、２２……穴付きスクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負イオン源からの負イオンを検出する装置に於いて
   、上記負イオンを受けそれに比例した量の正イオンを発
   生する変換手段と、上記正イオンの存在度を検出して上
   記負イオンの存在度を決定する手段とを備えたことを特
   徴とする装置。 ２ イオン化領域と、質量分析器と、検出手段とを備え
   、該検出手段は上記質量分析器からの負イオンを受けそ
   れらの存在度を決定し、上記検出手段は上記負イオンを
   受けてそれに比例する量の正イオンを発生する変換手段
   および上記正イオンの存在度を測定して上記負イオンの
   存在度を決定する手段を備えることを特徴とする質量分
   析計装置。 ３ イオン源からの負イオンと正イオンとを検出する装
   置に於いて、上記負イオンを受けそれに比例する量の正
   イオンを発生する変換手段と、上記比例する量の正イオ
   ンと上記イオン源からの上記正イオンとの両方の存在度
   を検出する共通手段とを備えたことを特徴とする装置。