JPS5935506B2 - 質量分析計用イオン源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は質量分析計用イオン源に係り、特に、電子衝撃
形イオン化室を有するイオン源に用いるに好適な、電界
脱離形イオン化用エミッタを容易に挿入・装着出来る質
量分析計用イオン源に関する。

質量分析計用イオン源としては、イオン化の方法によつ
て種々あり、従来は、電子衝撃形、真空火花放電形、表
面電離形、気体放電形、光電離形、電界脱離形、化学イ
オン化形などが、測定の目的、試料の状態によーー使い
分けられている。

このうち電子衝撃形イオン源は、質量分析計におげる混
合物の分析時の、データ解析を容易化するため、ガスク
ロマトグラフと併用された、いわゆるガスクロマトグラ
フ直結形質量分析計が普及するにつれ、一般に広く用い
られるようになつている。しかし、このようなガスクロ
マトグラフ直結形質量分析計においても、イオン化室へ
ガスクロマトグラフを経由しない試料を導入する直接試
料導入用プローブを設げ、該プローブを介してイオン化
室に導入した試料を電子衝撃によりイオン化できたり、
或いはエミツタに塗布されてイオン化室へ挿入された固
体試料を直接イオン化する電界脱離形イオン源の機能を
有することが望ましい。特に後者の電界脱離形イオン源
は、他のイオン化法では分析出来ない試料が測定可能で
あるため、最近着目されているものである。従来の質量
分析計用イオン源１０においては、ガスクロマトグラフ
と直結使用された場合のイオン化効率を良くするため、
第１図に示す如く、イオン化室１２のイオンビーム１４
射出方向と反対側に、ガスクロマトグラフ１６と接続さ
れた試料導入管１８を配設するのが常である。

２０は試料を衝撃してイオン化するための電子ビーム２
２を発生するフイラメント、２４は電子ビーム２２を受
けとめるターゲツト、２６はイオン化された試料を押し
出すためのリペラ電極、２８はイオン化された試料を引
出すための引出し電極、３０はイオンビーム１４を収束
するためのレンズ電極、３２はアース電極、３３は出口
スリツトである。

このような従来の電子衝撃形イオン源において、電界脱
離形イオン化を行なう際には、第２図に示すごとく、ガ
スクロマトグラフ１６及び電子衝撃形イオン源１０を取
りはずし、代わりに分析試料が塗布される樹脂状結晶３
４が成長された細線３５と、該細線３５を張架する支柱
３６と、該支柱部を支承する絶縁ベース３７とからなる
エミツタ羽を有する電界脱離形イオン源３９を配設し、
該電界脱離形イオン源３９の細線３５と引出し電極２８
間に電源４０により高圧を印加し、生じた高電界により
電界脱離イオン化し、試料を直接イオン化していた。４
２は細線３５に脱離を促進するための電流を印加する電
源である。

このように、エミツタ３８をイオンビーム１４の射出方
向と同軸方向から配設するので、電界脱離イオン源３９
を取り何ける際に、一々ガスクロマトグラフを取りはず
さねばならず、作業が極めて面倒である。叉、電界脱離
形イオン源３９のエミツタ３８のみを、試料導入管１８
の方向から、電子衝撃形イオン源１０のイオン化室１２
内に挿入することも考えらえるが、この場合には、リベ
ラ電極２６の間にエミツタ３８を挿入しなければならず
、構造上複雑であるばかりでなく、挿入の際にエミツタ
の細線３５を断線させる危険もある。又、エミツタを挿
入可能とするためには、リペラ電極の形状を変更しなけ
ればならず、電界脱離形イオン化用エミツタが挿入可能
でない、電子衝撃形イオン源に比べ、性能が低下する恐
れがある。更に、一般に射出イオンビーム強度は、引出
し電極等の出口スリツトと、エミツタとの相対位置関係
により、大幅に増減するため、エミツタの位置調整を可
能としなければならないが、エミツタ先端を第２図の紙
面に対し垂直な方向に移動可能とするためには、その調
整機構が極めて複雑となる。叉、通常ガスクロマトグラ
フ直結形質量分析計において、ガスクロマトグラフは装
置の側面或いは後面に設置されているため、該ガスクロ
マトグラフ設置方向から、電界脱離形イオン源等を設置
するのは、操作性が極めて悪い。

更に、従来の電界脱離形イオン源においては、エミツタ
が、その構造上一ケ所しか設けることが出来ず、電界脱
離形イオン化時においては、一分析時に一試料しか分析
することが出来なかつた。

従つて、標準試料と分析試料等複数の試料を連続して分
析する必要がある際には、測定の度毎にエミツタをイオ
ン化室より抜いて試料を交換しなげればならず、それに
伴い毎回真空に排気しなければならないため、測定操作
に非常に時間がかかるという問題もあつた。本発明は前
記従来の欠点を解消するべくなされたもので、電子衝撃
形イオン源との共用が極めて容易な、電界脱離形イオン
化用エミツタを有する質量分析計用イオン源を提供する
ことを目的とする。

本発明は直接試料導入用プローブが挿入・装着可能とさ
れた電子衝撃形イオン化室を有する質量分析計用イオン
源において、該イオン化室のイオンビーム射出軌道及び
イオン化用電子ビーム軌道と垂直方向にプローブ挿入用
開口部を設け、該開口部から電界脱離形イオン化用エミ
ツタを挿入・装着可能としたものである。

また、直接試料導入用プローブの交換機構が何設され直
接試料導入用プローブが挿入・装着可能とされた電子衝
撃形イオン化室を有する質量分析計用イオン源において
、上記イオン化室のイオンビーム射出軌道及びイオン化
用電子ビーム軌道と垂直方向にプローブ挿入用開口部で
上記交換機構を利用して前記開口部から電界脱離形イオ
ン化用エミツタ装着プローブを挿入・装着可能としたも
のである。

また、直接試料導入用プローブが挿入・装着可能とされ
た電子衝撃形イオン化室を有する質量分析計用イオン源
において、該イオン化室のイオンビーム射出軌道及びイ
オン化用電子ビーム軌道と垂直方向にプローブ挿入用開
口部を設け、該開口部から電界脱離形イオン化用エミツ
タを挿入・装着可能とすると共に、該開口部を封止可能
としたものである。

本発明は、エミツタとイオン引出し電極の出口スリツト
との相対位置関係において、両者の距離よりも、両者の
中心軸のずれの方が重要であるという実験事実に基づい
たものである。

即ち、本発明者等の実験によれば、第３図に示すごとく
、エミツタ３８と引出し電極２８間の距離をｙ−、エミ
ッタ３８の引出し電極２８出口スリツト３３の中心軸か
らのずれをｘ（〒ｋした場合、ｘと引出されるイオン電
流との関係は第４図に示すごとくになり、ｙと引出され
るイオン電流との関係は第５図に示すごとくであつた。
なお、この実験に使用した試料はフエニルアラニンであ
る。図から明らかなとおり、ｘの変化に対しては、イオ
ン電流が大幅に変化するため、エミツタのｘ方向の微調
整機構は不可欠である。これに対して、エミツタのｙ方
向の変化に対しては、イオン電流の変化はｘ方向の場合
ほど顕著ではない。叉、この場合は、エミツタとイオン
引出し電極間の電位Ｖを変えることによつてイオン電流
が変化し、容易に調整可能である。従つて、ｙ方向に機
械的に微調整する利点は少ない。よつて、機械的調整機
構を設けるのはｘ方向のみで十分であり、この場合、エ
ミツタの挿入方向がｘ方向であれば、この調整機構は極
めて簡単になる。又、本発明は、空所の少ない電子衝撃
形イオン源のイオン化室において、電界脱離形イオン化
用エミツタの挿入に際し、直接試料導入用プローブ挿入
用開口部を利用したものである。

又、直接試料用導入用プローブの交換機構が何設された
ものにおいては、エミツタを類似プローブの先端に設け
、該交換機構を利用できるようにしたものである。更に
本発明は、平行に配設した多数の細線に、同時に樹枝状
結晶を成長させることが実験により可能になつたことを
利用したものである。

以下図面を参照して本発明を、直接試料導入用プローブ
の交換機構が何設された電子衝撃形イオン化室を有する
ガスクロマトグラフ直結形質量分析計に適用した実施例
を詳細に説明する。

第６図に示す実施例は、電界脱離形イオン化用エミツタ
５０が、イオンビーム１４の射出方向と垂直方向から挿
入・装着されている点、該エミツタ５０先ノ端のリペラ
電極２６側にグリツド電極５２が配設されている点が前
記従来の電子衝撃形イオン源と異なる。

５４はイオン化室１２の側壁にあけられたエミツタ挿入
用穴、５６は直接試料導入用プローブの交換機構を利用
可能な電界脱離形イオン化用エミツタ装着プローブであ
る。

前記交換機構は、第７図に示すごとく、イオン源容器５
８の側面に直結された交換器本体６０と、該交換器本体
６０の側面に設けられた真空保持用バルブ６２と、同じ
く交換器本体６０の側面にフツクで係止されたプローブ
ホルダ６４と、該プローブホルダ６４内及び交換器本体
６０内を、真空を保持しながら滑動する、先端にエミツ
タ５０が設けられたロツド状の電界脱離形イオン化用エ
ミツタ装着プローブ５６とからなる。

６８はプローブガイド、７０はプローブ５６と共に動く
回転止めロツド、７２は回転止めロツド７０の先端に設
けられた溝７４を係止可能なストツパ、７６は排気系、
７８はＯリング、８０はプローブ挿入量、即ちエミツタ
突出量を調整するためのねじ機構からなる位置調整つま
み、８２は接点８４を介して外部と接続されるリード線
である。

前記エミツタ５０の詳細を第８図に示す。

挿入方向以外については、従来とほぼ同様であるので説
明は省略する。以下本発明の操作方法を説明する。

ガスクロマトグラフ直結状態の電子衝撃形イオン源を電
界脱離形イオン源に切り換える場合を考える。まず、ガ
スクロマトグラフ直結状態の電子衝撃形イオン源の場合
においては、プローブ５６及びプローブホルダ６４が、
交換器本体６０に装着されておらず、交換器本体６０の
真空保持用バルブ６２が一杯に押し込まれており、イオ
ン容器５８内は高真空に保たれている。この状態におい
て、電界脱離形イオン源に切り換えるには、まずエミツ
タ５０が先端に取何けられた電界脱離形イオン化用プロ
ーブ５６を、プローブホルダ６４に挿入し、該プローブ
ホルダ６４をフツクにより交換器本体６０に固定する。
次に排気系７６によつて、交換器本体６０内部を十分排
気し高真空とする。次いで、真空保持用バルブ６２を引
き開け、ストツパ７２を持上げながら、プローブ５６を
イオン源容器５８内に挿入する。イオン源容器５８内に
挿入されたエミツタ５０と出口スリツト３３との位置関
係は、位置調整つまみ８０を回動することにより調整さ
れる。エミツタの位置調整が終了したら、樹枝状結晶３
４と引出し電極２８間に高電界を印加する。

すると樹枝状結晶３４の間に塗布された試料が脱離イオ
ン化され、レンズ電極３０で収束されて磁場を経た後分
析部に送られる。この場合、イオンビーム１４−は、グ
リツド電極５２の存在により、リペラ電極２６方向に加
速されることはない。引出されるイオン電流の量は、樹
枝状結晶３４と出口スリツト３３との相対位置により大
きく影響されるが、ｘ方向の位置調整は、位置調整つま
み８０を回動することにより極めて容易に出来る。本実
施例においては、樹枝状結晶のリペラ電極側にグリツド
電極を設けているので、イオンビームがリペラ電極方向
に力謎されることがなく、イオンビームを効率良く射出
出来る。なお、前記交換機構は、直接試料導入用プロー
ブ交換機構と兼用されており、直接試料導入プローブ８
５の先端形状は第９図に示すごとくである。

図において、８６は試料導入パイプ、８７は試料加熱の
ためのヒータ、８８は温度検出端、９０は直接試料導入
時にイオン化室側壁の開口が大となり過ぎることにより
生じるイオン化効率減少を防止するため、プローブ８５
先端に配設された中央部に試料導入用穴９１があけられ
た直接試料導入時用蓋である。本実施例においては、直
接試料導入時用蓋を設けているので、直接試料導入時に
おいて、開口面積が大き過ぎるための、イオン化効率減
少を防市出来る。

又、通常の電子衝撃形イオン源として使用する場合、エ
ミツタ挿入用開口５４があいていると、イオン源の感度
が低下する。

このようなことを防止するため、本実施例においては、
第１０図に示すごとく、エミツタ不使用時用の蓋９２が
ロツド先端に設けられたイオン化室開口部封止用プロー
ブ９３を使用するようにしている。この蓋９２は圧縮ば
ね９４の作用により、イオン化室方向に押圧されている
ので、エミツタ不使用時或いは直接試料導入機構不使用
時には、該封市用プローブを交換機構を利用してイオン
源容器内に挿入し、イオン化室側壁の開口部を押圧すれ
ば、開口の全くないイオン化室と同等のイオン化効率が
得られる。９５はストツパである。

電界脱離用エミツタの変形例を第１１図に示す。

本実施例は、通常の支柱３６に張架された１本の第１の
細線３５の他に、第２、第３の支柱９６，９８を設け、
該第２、第３の支柱と、第１の支柱の一方との間に、第
２、第３の細線１００，１０及張架し、エミツタを複数
とした点が前記電界脱離形イオン化用エミツタ装着プロ
ーブと異なる。本実施例においては、各エミツタがプロ
ーブ挿入方向に並設されているので、第１の細線に何着
された第１の試料分析後、プローブの挿入深さを変える
ことにより、第２の細線を出口スリツトと対向する位置
に配置し、該第２の細線に第２の支柱９６を介して高電
界を印加し、該第２の試料を分析する。同様に第２の試
料分析後は、プローブの交換等複雑な操作をすることな
く、第３の支柱に張られた第３の細線に何着された試料
の分析が連続して可能である。なお、第１２図に示すご
とく、各細線間にグリツド１０４を配設し、異なつた試
料を分析する場合の、お互いの試料の干渉を小さくする
こともできる。又、各複数の支柱の、プローブ先端部分
における配置は、接点の関係から円形に配置した方が便
利である。出来れば真空管等のソケツトが使える配置に
すれば、各試料間の混線も防止出来て便利である。以上
説明したとおり、本発明は、質量分析計用イオン源にお
いて、イオンビーム射出軌道と垂直方向から、電界脱離
形イオン化用エミツタを挿入・装着可能としたので、イ
オン化効率を損なうことなく、エミツタ位置調整機構を
簡単に出来、かつ原価低減が可能である。

又、挿入時にリペラ電極等によりエミツタを損傷するこ
とがないという優れた効果を有する。又、直接試料導入
用プローブが挿入・装着可能とされた電子衝撃形イオン
化室を有する質量分析計用イオン源において、該イオ７
化室のイオンビーム射出軌道及びイオン化用電子ビーム
軌道と垂直方向にプローブ挿入用開口部を設け、該開口
部から電界脱離形イオン化用エミツタを挿入・装着可能
とし、或いはエミツタ不使用時に該開口部を封上可能と
したので、電界脱離形イオン化用エミツタ挿入用開口部
を、他に設ける必要がなく、操作性、スペースフアクタ
一共に優れている。

又、該開口部を封止可能としたので、エミツタ不使用時
において、電子衝撃形イオン化室のイオン化効率が低下
するのを防止できるという優れた効果を有する。更に、
直接試料導入用プローブの交換機構が何設された電子衝
撃形イオン化室を有する質量分析計用イオン源において
、該交換機構をイオン化室のイオンビーム射出軌道及び
イオン化用電子ビーム軌道と垂直方向に設け、該交換機
構を利用して、電界脱離形イオン化用エミツタ装着プロ
ーブ、或いはエミツタ不使用時のイオン化室開口部封止
用プローブを挿入・装着可能としたので、プローブを交
換する際に、交換機構を共用でき、極めて経済的である
という優れた効果を有する。

更に質量分析計用イオン源において、イオンビーム射出
軌道と垂直方向から、互いに独立な複数の電界脱離形イ
オン化用エミツタが装着されたプローブを挿入・装着可
能としたので、エミッタを外部から切り換えることによ
り、試料を一々挿入し直すことなく、複数の試料を連続
して分析でき、分析時間を非常に短縮できるという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガスクロマトグラフ直結形質量分析計に
おける電子衝撃形イオン源を示す断面図、第２図は同じ
く電界脱離形イオン源を示す断面図、二第３図は電界脱
離形イオン源におけるエミツタとイオン引出し電極出口
スリツト間の相対位置関係を示す断面図、第４図は第３
図におけるエミツタのｘ方向位置と射出されるイオン電
流との関係を示す線図、第５図は同じく第３図における
エミツタのｙ方向位置と射出されるイオン電流との関係
を示す線図、第６図は本発明を直接試料導入用プローブ
の交換機構が付設された電子衝撃形イオン化室を有する
ガスクロマトグラフ直結形質量分析計のイオン源に適用
した実施例を示す断面図、第７図は本実施例におけるプ
ローブ交換機構を示す断面図、第８図は本実施例におげ
る電界脱離形イオン化用エミツタ装着プローブの先端周
辺を示す断面図、第９図は同じく直接試料導入用プロー
ブの先端周辺を示す断面図、第１０図は同じくイオン化
室開口部封止用プローブの先端周辺を示す断面図、第１
１図は複数のエミツタが配設された電界脱離形イオン化
用エミツタ装着プローブお先端周辺を示す断面図、第１
２図は同じく第１１図の変形例を示す断面図である。 １２・・・イオン化室、１４・・・イオンビーム、２２
・・・電子ビーム、３４・・・樹枝状結晶（エミツタ）
、３５，１００，１０２・・・細線（エミツタ）、３６
，９６，９８・・・支柱（エミツタ）、５０・・・エミ
ッタ、５４・・・エミツタ挿入用孔、５６・・・電界脱
離形イオン化用エミツタ装着プローブ、６０・・・交換
器本体、８０・・・位置調整つまみ、８５・・・直接試
料導入用プローブ、９３・・・イオン化室開口部封止用
プローブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直接試料導入用プローブが挿入・装着可能とされた
   電子衝撃形イオン化室を有する質量分析計用イオン源に
   おいて、上記イオン化室のイオンビーム射出軌道及びイ
   オン化用電子ビーム軌道と垂直方向にプローブ挿入用開
   口部を設け、前記開口部から電界脱離形イオン化用エミ
   ッタを挿入・装着可能としたことを特徴とする質量分析
   計用イオン源。 ２ 直接試料導入用プローブの交換機構が付設され直接
   試料導入用プローブが挿入・装着可能とされた電子衝撃
   形イオン化室を有する質量分析計用イオン源において、
   上記イオン化室のイオンビーム射出軌導及びイオン化用
   電子ビーム軌道と垂直方向にプローブ挿入用開口部を設
   け、上記交換機構を利用して前記開口部から電界脱離形
   イオン化用エミッタ装着プローブを挿入・装着可能とし
   たことを特徴とする質量分析計用イオン源。 ３ 直接試料導入用プローブが挿入・装着可能とされた
   電子衝撃形イオン化室を有する質量分析計用イオン源に
   おいて、該イオン化室のイオンビーム射出軌道及びイオ
   ン化用電子ビーム軌道と垂直方向にプローブ挿入用開口
   部を設け、該開口部から電界脱離形イオン化用エミッタ
   を挿入・装着可能とすると共に、該開口部を封止可能と
   したことを特徴とする質量分析計用イオン源。