JPS60121662A - 質量分析装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーサ′−励起イオン源を用いた質量分析装
置に関する。

（従来技術） 質量分析とは、質量の異ったイオンを電界そして、また
は磁界の下で分離し、イオンの質量の分布をめることで
あり、化学分析などに用いられる。質量分析装置は、イ
オンを発生するためのイオン源と、このイオンを磁界そ
して、または電界を適切に用いて質量の異ったイオンを
分離する質量分離系と、分離されたイオンを検出・記録
する検出記録系とから構成される。質量分離系としては
、たとえば、加速されたイオンの方向と速度（エネルギ
ー）とを、扇形一様磁界を用いて収束する単収束型や、
扇形一様磁界の池に扇形電界をも用いて収束する二重収
束型がある。

第１図に、小型二重収束型質量分析装置の一例を図式的
に示す。図示しない真空排気系により高真空に排気され
た真空容器１の中に、イオン化室２を設ける。このイオ
ン化室２の中でイオン化された粒子（通常は正イオン）
は、電極３，３．・・・によって加速され、エネルギー
を得、そして、第１図において、最も左側の電極３のス
リットから粒子線４として引き出される。粒子線４は、
次いで、扇形電界を発生する電極５．５（静電アナライ
ザという）の下で曲げられる。第１図において、扇形電
界は下側の方向にあり、粒子線４は上方向に曲げられる
。イオン化室２でイオン化された粒子は、エネルギーの
広い分布を持っているが、この扇形電界の作用の−１・
で、扇形電界の出口に設けらｉｔだスリット〔３を通る
とき、ある一定のエネルギー幅にあるイオンだけが選び
出される。スリントロを出たネイ！、子線は、次いで、
扇形一様磁界の下でローレンツ力により質量と電荷とに
応して曲げられる。第１図しごおいて、磁石ポールピー
ス面７は、図の１−側と下側とに設けられ、磁界の方向
は、下向きである。扇形一様磁界を出て、スリット８を
経た杓子線・１の強度は、検出器である倍増管９により
検出される。

第２図は、イオン化室２と電極３，３．・・・を、さら
にａｉ　Ｌ　＜図式的に示す。イオン化室２は、壁部１
１と加速電極１２とにより区画され、両者は接合されて
いる。イオン源は、広く用いられている電子衝撃型イオ
ン源である。壁部１１の外側に、熱電子を放射するフィ
ラメント１３と、電子を引きつけるターゲット１４とが
、第２図において１−側とＦ側とに、それぞれ設けられ
る。ターケ゛２ト１４と加熱されたフィラメント１３と
の間の正の電圧が加えられると、壁部１１に設けられた
開［二１を通って、放射された熱電子のビーム１５か発
生し、一定の電流（エミッション電流）か流れる。スリ
ット１Ｇ（土、フィラメント１３ｉこ関して、ターケ゛
ント１４の反対側に設けられる。フィラメント１３とグ
１ルンド１６との間に正の電圧が加えられていて、放射
された熱電子を反発する。また、ターゲット１４と壁部
１１との間に、正の電圧が加えられている。さらに、リ
ベラ１７は、イオン化室２の第２図において右側に配置
した板部１７ａと、壁部１１の左側面中火部に設けた開
口を通って左側に突き出ている試料の導入管１７ｂとか
ら構成されているが、リペラ１７と壁部１１との間にも
正の電圧か加えられて、いずれも、電子ビーム１５かタ
ーゲット１４に集束することを助ける。

ところで、リペラ１７の導入管１７ｂを通し、外部から
予め低圧力１こなるように処理された気体試料や気化し
た液体試料や蒸発した固体試オ」などが、イオン化室２
に導入される。試料は、電子ビーム１５と＠ｉ突してイ
オンとなる。加速電極１２は、イオン化室２の第２図に
おいて右側に配置されていて、中央部に設けた開「Ｊが
ら、イオン化された粒Ｊ′か、下記のように、電界によ
り引き出される。なお、イオン化室内で固体試料を蒸発
させイオン化する、二ともなされている。

加速型（釈１２の右側に、順次、レンス電極１８゜ハー
フプレート１９と出射電極２０とが設けられている。加
速電極１２と引出し電極１８の間に加速電極１２の電位
か、例えばｌ　（、＋　（１＼“高くなるように１１（
の電圧を加え、またハーフプレート１９には加速電極１
２の電位の、例えば８０％程度の正の電圧を加え、さら
ｔこ出射電圧２０はアース電位と載る。」−記の電子衝
撃により発生したイオンは、各型（釈の中火部に設けら
れたスリットを通って引と出され、出射電極２（月こ設
けられた出射スリット２１がら出ていく。なお、第１図
では、さらに、広い間を隔てて出射電極２０と同し電位
の電極が設けられていて、イオンビーム４の方向をそろ
え、開き角を制限する。

ところで、従来の電子衝撃型イオン源において、フィラ
メント１３の材質はタングステン、タンクルなどである
。これらの４４質は、水素、酸素、炭素などとの結合性
が強く、加熱状態でも、これらの原子を完全に放出して
しまうことはない。したがって、質量分析に際し、フィ
ラメント１５から放出されている水素等は、試料と混り
あい、また、残留気体中のＨ２Ｏ，Ｃｏ、Ｃｏ、などが
フィラメント表面で分解し、この分解された物質がフィ
ラメント１５への吸着・肌着を繰り返す。このため、試
料に含まれる水素・酸素・炭素等の真の値を得ることが
困難であった。たとえば、固体鉄中の水素の真の量を得
ることが困難であるが、北方、この量はＸ線マイクロア
ナライザなどでし得られない。

質量分析装置において使用されるイオン源には種々の型
のものがあるが、レーザー廟起型イオン源は、フィラメ
ントを用いず、レーザー光を用いてイオン化する。レー
ザー光線を試料に照射すると、試料は、複数個の光子を
同時に吸収でき、イオノ化に要する工４・ルキ−を得て
、イオンか発生ｒる。−うし′ζ、真空紫タト尤を必要
とせずにイオン化で′き、また、窓ヰ４ら容易に見出せ
る。また、し・−ザー出力か１分）〈きいと、イオン比
を’Ｊ’　ｉｉｌ：　ｉご本る強い光電界か生しる。さ
らに、１−分に強いレーサー危を試料に照η・ｊすると
、ｊｊｊｊ射した部分の溶融、蒸発か起り、同時にイオ
ン化か生しる。このレーザー励起型イオ／＆を用いると
、上記の問題点は解消される。また、屯了山Ｖ望イＡン
源の場合とちがゲ〔、フィラメント安′、Ｃ化のための
時間が不要ひあり、−１１’ｉ：　ｌこ分４）１かｂ）
１１ヒである。

なお、レーザー励起型イオン源て”発生したイオンのエ
ネルギーのか布は幅広いので、分解能を良くするために
は、エネルギー分布を収束する必要かある。

従来のレーザー励起型イオン源の問題点の一つは、レー
ザー光線のＨＩＨｔＩＪする位置が質量分離系から離れ
ていることである。このため、発生したイオンを複数の
電極を用いて質量分離系の位置まで収束させていたｊこ
め、発生したイオンのうち質量分！系まで導かれるもの
の割合（捕取効率）か低かった。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題点を解決４−るためになされたも
ので、発生したイオンの捕取効率の高いレーザー励起型
イオン源を備えた質量分析装置を提供することを目的と
する。

（発明の構成） このため、レーザー励起型イオン源を備えた質量分析装
置に、少なくとも、その内部に試料を導入しまたは収１
）イ］けるための空間を有し、且つ、この空間にレーザ
ー光線を導入するための開口と発生したイオンを引出す
２こめの開１］とを設けてあり、そして質量分離系に隣
接して配置されているイオン化室と、」ユ記し−ザー范
線を発生し導入するためのレーザー光学系とを設ける。

（実施例） 第３図ｔこ、固体試料を用いる場合の本発明ｌこよる実
施例を示す。真空容器３１の外部に、レーザー光源と、
このレーザー光源からイオン化室までの光路とからなる
レーザー光学系３２が配置され、レーザー光線３３か、
真空容器３１に設けた、レーザ透過用フィルタ１こよっ
て形成される窓３４を通して、真空容器３１の内部に入
射される。イオン化室は、加速電極３５とリペラ３６と
で構成される。レーザー光線３３は、内部空間３７に取
（；１けられた固体試料３８の表面を、イオン化室に設
けた穴３９を通って照射し、イオンを発生させる。

光線３３は、ネオン、ヘリウム、アルゴン、炭酸力スな
どの気体レーザーか呟パルス的に発生させられる。必要
であれば、連続的なレーサー光源を用いる。

レーザー光線３３の強度を変えることにより、固体試料
３８の表面からの深さ方向での分析が可能になる。たと
えば、強度が弱いと、表面から数原子層だけのイオン化
が生しるし、さらに強度を増していくと、より深い原子
層まで、イオン化か生じる。

気体や液体の蒸気をイオン化する場合は、これらの試料
は、外部か転向部空間３７へ導入され発生したイオンは
、加速電極３５の中央部に設けたスリットから加速空間
へ引き出される。リペラ３６と加速電極３５との開には
正の電圧が加えられ、発生したイオンの収束に役立つ。

加速電極３５の右側に、第２図と同様に、レンズ電極４
０・ハーフプレート４１・出射電極４２が順次膜けられ
、加速電圧を適切に加えると、イオン流４３が、出射電
極４２の中央部に設けたスリット４４から引ト出される
。

出射スリット４４の右側に、扇形電界を発生する静電ア
ナライザ４５が配置される。レーザー光線３３の照射に
より発生したイオンのエネルギー分布は広いので、イオ
ン流４３を静電アナライザ４５の内部を通すことにより
、エネルギー分布を狭くし、分解能を良くする。

なお、本発明は、単収束型、四重極型などの池の種類の
質量分離系を備えた質量分析装置においても有用である
ことは、容易に理解できるだろう。

（発明の効果） 質量分離系の４−＜そぼでイオン化するため、従来のレ
ーザー励起型イオン源に較べて、効率よくイオン流か発
生でトる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、二用収束型質量分１１装置の図式的な図であ
る。 第２図は、電子ｉΦＪ撃型撃方イオン源式的に示す図で
ある。 第３図は、本発明の実施例を図式的に示す図である。 ３２・・ルーザー光学系、３３・・ルーザー光線、３７
・・・イオン化室、　３８・・・固体試料、３５．４ｏ
、４１．４２．４５・・・質量分離系の一部１．４３・
・・イオン流。 特許出願人　株式会社村田製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）質州分１ｉ１１＃系に隣接して配置され、その内
   部に試料を導入しまたは収（＝Ｉけるための空間を有し
   １、−１．　＝、）この空間にレーザー光線を導入する
   ための開１−１と発生したイオンを質量分離系に引出す
   ための開口とが設けであるイオン化室と、上記レーザー
   光線を発生し」−記イオン化室の開口からイオン化室に
   導入するためのレーザー光学系とを含むことを特徴とす
   る質量分析装置。