JPS60177542A - 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） 本発明は質量分析装置に関し、より詳しくは、イオンを
発生するイオン）原からイオンを引外出して加速する質
量分析装置の電極群をＴ’Ｓ成する電極の入りント中の
微調整構造に関する。

（従来技術） 質量分析とは、質量の異な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。質量外４１１装置
は、イオンを発生するためのイオン）原と、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用１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ｒこイオンの方向と速
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し１に、小型二重収束型質量分析装置の一例を図式
的に示１゜図示しない真空ダ（気系により高真空に１１
気された真空容器１の中に、イオン化室２を設ける。、
−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）は電極群３，３．・・・によって加速され、エ
ネルギーを得、そしこ、第１図において、最も左側の電
極３のスリットから粒子ｍ４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ｌ）、杓子線４は」一方
向に曲けられる。イオン化室２でイオン化された粒子は
、エネルギ゛−の広い分布を持っているが、この扇形電
界の作用の下で、扇形電界の出１朋こ設けられた入りン
ト６を通ると外、ある一定のエネルギー幅にあるイオン
だけか選び出される。スリット６を出た粒子線は、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図において、磁石ボールビ
ー入面７は、図の１−側と下側とに設けられ、磁界の方
向は、１：向きである。扇形一様磁界を出て、スワン）
　８を経た粒子線４の強度は、検出器である増１音管９
により検出される。

第２図は、イオン化室２と電極、＋；Ｙ　３　、３　、
・・・を、さらに詳しく図式的に示す。イオン化室２は
、壁部１１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ｕ
ｊｊ撃型イオン源である。壁部旧の外側に、熱電トを放
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とか、第２し１において上側と下側とに、それぞ
れ設けられる。ターゲット１４と加熱されたフィラメン
ト１３との間に正の電圧が加えられると、壁部１１に設
けられた開［」を通って、放射された熱電子のビーム１
５か発生し、一定の電流（エミッション電流）か流れる
。グリンＦ１６１土、フィラメント１３に関して、ター
ゲット１４の反月側に設けられる。フィラメント１３と
グリッド１６との間に正の電圧か加えられていて、放射
された熱電子を反発する。また、ターゲノトト４と壁部
１１との間に、正の電圧が加えられている。さらに、リ
ペラ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の左側面中央部に設けた開
１」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′ζいるが、リペラ１７と壁部１１との間
にも市の電圧か加えられて、いずれも、粒子線４がイオ
ン化室２から出射することを助ける。

ところで、リペラ１７の導入管１７１〕を通し、外部か
ら予め低圧力に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料などか、イオン化室２に
導入されど、試料は、電子ビーム１５とｉΦｊ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、中央部に設けた開口か呟
イオン化された粒子が、下記のように、電界により引と
出される。なお、イオン化室内で固体試料を蒸発させイ
オン化することもなされている。

加速電極１２の右側に、順次、レンス電極１８゜ハーフ
プレー１１９と出射重囲２（）とか設けられている。加
速型１仮１２と引出し電識１）３の間に加速電極１２の
電位が、例えば１（月）■高くなるように正の電圧を加
え、またハーフプレート１（］には加速電極１２の電位
の、例えは８０％程度の正の電圧を加え、さらに出射電
極２（）はアース電位とする。上記の電ｊ′−１＋ｊ撃
により発生したイオンは、各電極の中央部に設けられた
又りントを通って引き出すれ、出射電極２（）に設けら
れた出射スリット２１から出ていく。なお、第１図では
、さらに、広い間を隔てて出射電極２０と同じ電位の電
極が設けられていて、イオンビーム・１の方向をそろえ
、開き角を制限する。

ところで、」二重質量分析装置では、ビーム断面がスリ
ット状のイオンビームの制御および調整」二問題となる
。特に出射電極２０の出射スリット２１および結像重囲
（図示せず。）の結像スリットは、イオンの軌道中心か
らのミクロンオーダのずれか問題となる。そこで、上記
出射スリット２１や結像スリットのズレを調整する必要
かあるか、従来の質量分４１ｉ装置では、調整の都度、
真空容器１の真空を破り、ネンをゆるめる等により上記
調整を行うか、あるいは、真空容器１の外部から直線導
入磯等を用いて機械的に」二重調整を行うようにしてい
ｒこ。

しかしながら、上記のように調整の都度、真空容器１の
真空を破って出射スワン１−２１や結像スリットの調整
を行うのは非常に面倒であり、一方、直線導入代等を使
用するものでは、質量分析装置が大形で複雑、高価にな
るといった問題があった。

（発明の目的） 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、質量分４１ｉ装置においてイオンビームの制
御を行う電極の微調整を電気機械変換素Ｊ′を用いて電
気的に行うことである。

（発明の構成） このため、本発明は、イオンを発生するためのイオン源
からイオンを引と出して加速する電極群を構成する電極
力弓−記イオンか通過する所定のスリット中をおいて配
置されてなる一月の電極板からなる質量分析装置におい
て、」二重スリット中が電×賊械変換素子に印加される
電圧により微、ｊ尼・ｔされるようにしたことを１、ｒ
徴としている。

（実施例） 以下、第１図の斜入出射を質量分析装置の出η］電極２
０の出射ス’）　ｙ　）　２１の微調整に本発明を適用
した実施例により、本発明を兵体的に説明する。

出射電極２０は、第３図にその平面図を示すように、−
月の電極板２０ａ　、　２０ｂからなり、これら電極板
２０ａ　、　２０ｂは＋ｌ＋Ｗカ弓００μＩｎの出射ス
リ、ト２１をおいて同一平面上に配置され、この中Ｗは
上記出射スリット２１を通過するイオンの中心軌道に刻
して５０μｍｎの中町＋　１１１２に振り分けられてい
る。この中Ｊｌｌｌｌｐ　を正確に５０μｍ１１１こ設
定することは困難で、１（）μｍ０程度のずれは容易に
生じる。

そこで、上記電極板２０ａ、２０ｂとして、第４図に示
１ように、圧電板３１の対向する両主表１ｆｉｉ１こ電
極膜３２．３３を形成し、この電極膜３２゜：（３のう
えに、さらに、上記圧電板３１の厚み方向に電圧を印加
するための電極膜３４．３５を形成したものを使用する
。上記圧電板３１はスリット２１の反λ・１側の端部力
個定台３６に固定され、」１記電極膜３４．３５には出
力電圧可変の直流電源３７から直流電圧か印加される。

圧電板３１の自主表面に形成された電極膜３２．３３の
うち、電極膜３２を実質的な出射電極２０として（幾能
させるため、この電極膜３２はアースに接続される（第
２図番１１に）。

上記のようにすれば、圧電板３１か横効果圧電特性を有
するものである場合、直流電源３７の出力電圧を変化さ
せると、・圧電板３１が厚み方向に対して直角に伸縮し
、出射ス’）　７　）　２１の振分は中唱を、真空容器
１（第１図参照）の真空を破ることなく微調整すること
かできる。出Ｉ・１スリント２１のい１１つの振分け１
１］　１１１２についても、図示しないいま一つの直流
電源によ１）、」二元振分は中町　とは独立して微調整
することができる。

次に、本発明のいま一つの実施例を第５図に示す。

第５図の実施例は、対向する自主表面に夫々電極膜（図
示せず。）が形成された圧電板・・［１を多数枚積層し
た積層体・１２をケーシング４３内１こ収容し、＝一端
を固定端としてこのケーシング／［：（に固定する一方
、他端を自由端としてこの自由端に金属片・ｌｌｌを取
リド［け、この金属ｊ”１・１・１に出射電極２０の電
極板２０ａを取着したものである。各圧電板・・１１の
自主表面に夫々形成された」１記電極膜はリード線・１
５および４６により端子４７．’４８に接続され、これ
ら端子４’７．４８間には出力電圧が１１変の直流電源
３７がら直流電圧が印加され上記のように、端子４．１
ｔ４８に直流電源３７の出力電圧が印加されると、積層
体４２の各圧電板４１には夫々」二重出力電圧か印加さ
れ、第６図に示すように、上記積層体４２の長さＩは電
圧の印加方向に応じて△でだけ伸縮する。

この変位量へでは、圧電板４１の積層枚数を１１゜厚さ
をＥ、圧電歪定数をｄ３９．圧電板４１の１枚当りの変
位量を△Ｌ、圧電板４１の厚み方向の電場をＥとすると
、次の（１）式で表わされる。

Δ１−１１・△ｔ ＝１１・１・ｄ３］・Ｅ＝４−ｄ、、、・Ｅ・・・（１
）また、」二重直流電源３７の出力電圧を＼゛とすれば
、−１１記電界Ｅは次の（２）式で表わされる。

１・：＝ｖ、’ｔ　・・・（２） この（１）式第３よび（２）式か呟直流電源３７の出力
電圧＼ｌを変化させることにより、上記変位量へ夕を変
化させることかでトる。これにより、積層１本４２の自
由端に取すイ１けられた電極板２０ａを上記出力電圧Ｖ
によりΔ℃だけ変位させ、振分け中町　を；Ｅ　’ｉｉ
Ｅすることかでとる。出射スリット２１のいま一つの振
分けｌ＋　１１１２についても、図示しないいよ一つの
直流電源により、−１二重振分は中ｗ１　とは独立して
微調整することかでとる。

第５図の実施例では、多数の圧電板・・［１を積層した
積層木・・１２を使用しているため、振分けＩｌｌ田１
゜ｕ＋２の調整中か大きくなる。

本発明は、出射電極２０の敗に種々の形式の質電分（ｊ
ｉ装置の他の電（敬にも適用することかできる。

（発明の効果） 以」−１，５′１述したことからも明らかなよ−）に、
本発明は、質量分４１ｉ装置におい′Ｃ１電気眼械変換
素了−を使用してイオン源からイオンを引き出して加速
する電極のスリット中を真空容器の外部から電気的に調
整するよう１こしたか呟真空容器の真空を破ることなく
電極のスリブ）ＩＩＩを調整することかでき、質量分Ａ
ｌｉ装置の操１′トが非常１こ容易ｌこなるとともに質
ｕ分４ｊｉ装置の構成も簡単化され、スリット中の調整
をミクロンオーダで行うことかで終る。

また、電（東のスリット中の調整はＩｎ　ｓＱＣないし
はμＳｅＣのオーダで完了することかでと、繰り返し特
定のスリット中を再現することもでとる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二重収束型質量分析装置の構成を示す模式図、
第２し１は電子（！ＩＪｍ型イオン′ｌ原の構成を示す
模式図、第３図は出射電極の平面図、第４図および第５
図は夫々本発明の一実施例の説明図、第６図は積層体の
自由端の変位量の説明図である。 ２０・・・出射電極、２０ａ　＋　２　（ｌｂ・・・電
極板、２１・・・出射スリット、３１・・・圧電板、３
２　・＝　３５・・・電極膜、３６・・・固定台、３′
？・・・直流電源、４１・・・圧電板、４２・・・積層
体。 特　ｆｉｌｌ　出　願　人　株式会社村田製作所・代　
理　人　弁理士　青　山　葆　ばか２名第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンを発生するｒこめのイオンｉ原からイオン
   を引き出して加速する電極群を構成する電極か上記イオ
   ンか゛通過する所定のス１ル／）中をおいて配置されて
   なる一刻の電極板からなる質量分析装置において、」二
   重スリット中が電気成域変換素子に印加される電圧によ
   り微調整されるようにしｔこことを特徴とする質量分析
   装置。