JPS63954A - グロ−放電質量分析計 - 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】 技術分野 本発明は、グロー放電中でイオン化された試料の元素分
析に適用される質量分析計に関する。

背景技術 かかる質量分折計の原理と動作並びにその応用は、Ｗ．
Ｗ　Ｈａｒｒｉｓｏｎ，　Ｋ．Ｒ．　ｔｌｅｓｓ，　Ｒ
．Ｋ．　Ｍａｒｃｕｓ　　及びＰ．Ｌ．　Ｋｉｎｇ，に
よるＡｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．　１
９８６，　　ｖｏｌ．５ｇ（２），ｐｐ　３４１Ａ−３
５６Ａ．のまとめの章に記載されている。元素組成を決
定するために固体試料は従来からの挿入探針によってグ
ロー放電イオン源中に導入され、該イオン源で形成され
たイオンは固体試料の特性を示すので質量分析器、好ま
しくはエネルギーフィルターを伴った分析器によって分
析される。

分析される固体試料は、陰極及び陽極間に直流を印加す
ることにより、圧力０．１〜１０ｔｏｒｒの圧力下のア
ルゴン中に持続された放電中の陰極によって形成されて
いる。放電中に発生する強力な正イオンは負の陰極を攻
撃し、その表面を十分なエネルギーをもって衝撃し試料
のスパッタリングを行なわせる。陰極表面からスバッタ
された中性原子は強力なアルゴン原子及び電子の巨大母
集団が存在する放電中の負グローの領域に進入し、スパ
ッタされた原子の多くは電子衝撃又はベニングイオン化
工程によってイオン化される。これらイオンは放電領域
から抽出され、適当な質量分析器によって質量分析され
る。二焦点質量分析計が好ましくは採用される。なぜな
らば、放電領域から放出されたこれらイオンはその領域
の外部にエネルギーを拡散させるからである。これらイ
オンについては四極又は単極焦点質量分析計によって好
ましくない動作損失を伴わずに質量分析が可能である。

この代りに、円筒鏡分析器の如きエネルギーフィルター
によって優先された四極質量分析計を採用してもよい。

グロー放電イオン源の最も単純で便宜な形態としては、
０　．　　１　ｔｏｒｒから１　０　ｔｏｒｒの間の圧
力にてアルゴンガスを通過化する直流によって発生した
放電があり、この場合、陰極は試料からなり、陽極はイ
オン源本体からなるものである。特に、約１ｍＡの電流
と０．５〜０，ＩＫＶの電位差が採用されている。しか
しながら、他のモードとしてパルス直流又は高周波持続
放電も使用され得る。

パルス直流システムは、高周波持続放電が不伝導試料の
分析を容易にしている故、より強力なアルゴン原子の生
成を可能にすることができる。

従来から種々の形態の陰極が採用されている。

特に、金属試料では小さな棒状に形成され、イオン源中
の挿入探針に配置される。他の陰極の形態では円盤状陰
極又は中空陰極の形状が採用されている。

ある試料が上記したグロー放電イオン源でイオン化され
る場合に、大きく形成される質量スペクトルは試料中に
存在する元素のピーク特性を示すことが見いだされてい
る。さらに、ピークの強度は試料組成が一定ならば実質
的に一定となる。このように上記技術は試料の元素組成
を決定するのに適切である。

しかしながら、ある元素の場合においては、監視される
質量の点又はその近傍にお．ける妨害ピークの存在によ
ってその感度が急激に減少する。この妨害ピークは種々
の要因により発生する。すなわち、Ａｒ，Ａｒ２　　及
びＡｒ　　等はアルゴンガス自体により起こり、ガス又
はイオン源中に存在する不純物とＡｒ及びＡｒ　　との
反応によっても起こる。アルゴンガスに水素含有不純物
が反応することにより発生するＡｒＨ　　のヒークは、
絶縁物質を含む試料ホルダからスパッタされた物質のイ
オン化により起ったりイオン源に常に多少存在している
炭素、水素窒素、水、真空ボンブの油等の不純物によっ
て直接発生する物質のイオン化によっても起こる。特に
、水による影響が最も問題となる。この点について、例
えばＴ．Ｊ．　Ｌｏｖｉｎｇ及びＷ．Ｗ．　Ｈａｒｒｉ
ｓｏｎによるＡｎａ＋ｙｔｔｃａ＋　Ｃｈｅｌ０１Ｓｔ
ｒ）／，１９８３年ｖｏｌ．５５．ｐｐ　［５２Ｂ−１
５３０を参照されたい。これには、Ｈ　　，Ｈ２　＋　
　０　　＋　　Ｈ２　０”　，ＯＨ　　，及びＨ３０＋
・ｎＨ２０により大きなピークが現れる結果になること
だけでなく試料のスバッタ比がかなりの減少することが
示されており、これらにより試料を構成する元素のピー
ク特性の強度を減少させることとなる。したがって、ア
ルゴンガス及び試料中の不純物（特に水）を減少させる
ことに要注意しなければならない。

有機物質量分析装置においては、動作中にイオン源を加
熱してイオン源中の水、真空ポンプ油等の物質を凝集を
防止してそれらの存在によるバックグラウンドスペクト
ルの強度を連続的に減少させている。この付加的加熱は
通常行なわれていないけれども、典型的なグロー放電源
において消散された出力は１００℃又はそれ以上高く加
熱することで十分である。Ｌｏｖｉｎｇ及びＨａｒｒｉ
ｓｏｎによって説明されているように、グロー放電イオ
ン源を加熱することは水によるスパッタ比の抑制の問題
を解決しないことが判っている。イオン源の溢み上げを
延長することだけで水蒸気濃度を上記問題を解消させる
に十分な低いレベルまで減少させることができる。次に
、よく見うけられる質量分析計の場合には、試料が挿入
探針上に装着された試料ホルダ上のイオン源中に導入さ
れているが、この場合、イオン源が試料が導入された後
、長期間の間溢みあげられる（予熱）ときにのみ適当な
動作が達成される。このことにより、感度に妥協するこ
となく試料を分析することができるが、その比は厳しく
限定されたものになる。溢み上げの３０分後でさえも、
グロー放電源の水の影響は依然として重大であり（Ｌｏ
ｖｉｎｇ及びＨａｒｒｌｓｏｎの文献の第７図参照）、
特にイオン試料にとってはその感度が著しく減少するこ
とになる。

発明の概要 したがって、本発明の目的は、従来の公知の質量分析計
に比して不純物の影響をより抑制しかつバックグラウン
ドピークの少なくとも一部分の強度をより減少させ元素
分析に適するグロー放電イオン源を有する質量分析計を
提供することにある。

また、本発明の他の目的は、元素分析に適するグロー放
電イオン源を有する質量分析計を用いて従来の公知の質
量分析方法に比して不純物の影響をより抑制しかつバッ
クグラウンドビークの少なくとも一部分の強度をより減
少させる質量分析方法を提供することにある。

したがって、本発明による材料の元素分析のための質量
分析計は、 （ａ）　　壁部によって結合されてなる閉塞されたチャ
ンバであって気体を導入する入口と該チャンバ内にて形
成されたイオンを解放する開口とを有するチャンバと、 〈ｂ＋　　固体試料をチャンバ内に導入する手段と、 （ｃ）　　固体試料から離間してチャンバ内に配置され
た第１電極手段と、 曲　固体試料を有する第２電極手段と、（ｅ）　　第１
及び第２電極手段間にグロー放電を発生させる手段と、 〈ｆ》　　固体試料の元素の特性を示すグロー放電中に
形成されるイオンの少なくとも一部分をチャンバから抽
出しかつ連続して質量分析する手段と、 《９》　　少なくとも壁の一部分を実質的に２０℃以下
の温度に維持する手段とからなるものである。

また、本発明による試料の元素分析方法は、（ａ）　　
壁を結合してなりかつ基体を含むチャンバに固体試料を
導入する工程と、 （ｂ）　固体試料の近傍のチャンバ内にてグロー放電を
発生させかつ、グロー放電中に存在する粒子を固体試料
に衝撃させる工程と、（ｃ）　　固体試料の元素の特性
を示しグロー放電中に形成されるイオンの少なくとも一
部分をチャンバから抽出する工程と、 （小　チャンバから抽出されたイオンを質量分析する工
程と、 （ｅ）　　壁の少なくとも一部分及び／又は固体試料を
実質的に２０℃以下の温度に維持する工程とからなるも
のである。

壁及び／又は試料は好ましくは約−１００℃又はそれ以
下に維持されるが、２０℃未満のいかなる温度における
動作によっていくらか有利な点もある。

このようにグロー放電質量スペクトルにおけるバックグ
ラウンドピークの強度は、同様なイオン源を２０℃以上
で用いる場合に得られる強度と比較して実質的に減少さ
れていることが分った。このバックグラウンドの形態は
水又は二酸化炭素の存在に関係しているが、このバック
グラウンドピークは良く抑制されていることも分った。

同様に、水により不足し抑制されたピークも実質的に減
少する。したがって、質量分析計の感度が向上され、特
に、従来の放電源を用いた場合に水の存在により悪影響
を受けるこれらの元素の決定においてはその感度が向上
する。さらに、グロー放電中の不純物濃度の減少は、従
来のグロー放電分析計に存在するイオンよりも、本発明
の試料の組成における方がより典型的に現れる。従って
、試料の正確な分析が達成される。

この結果は、従来技術からは期待されないが、本発明に
よるイオン源を冷却することにより水蒸気の大量部分の
イオン源への移動させる結果になることが期待される。

この大量の水蒸気は放電から離れた所にある例えば分析
計の真空外被の部分にあらかじめ吸着されているもので
ある。これらによって、放電源中における水蒸気の存在
に起因する問題を減ずるのではなくむしろ増大させるこ
とになる。この予期せぬ動作の理由は不明であるけれど
も、凍結水がグロー放電によってスパッタされる比の値
が試料のスパッタ比よりも著しく低いことがその原因と
考えられる。

第１電極手段は、好ましくはステンレス鋼の如き導電材
料から形成されたチャンバの壁からなる。

電気的伝導試料の場合には、その試料は好ましくは第２
電極手段に形成される。直流グロー放電は、第１及び第
２電極手段間に適当な電位差を印加されて該壁に関して
負の電位が維持された試料において、チャンバ壁と該試
料との間に発生させられる。電位差がＩＫＶのときに電
流が１ｍＡの電流が流れる。チャンバに導入されるガス
は好ましくは圧力が０．１〜１　，　　Ｏ　ｔｏｒｒの
純粋なアルゴンであるが、他のガスも使用可能である。

説明したように、試料の特性を示す原子は試料陰極から
スパッタされ、放電領域の「負グロー」中にてイオン化
される。これらのイオンは出口開口から放出され質量分
析器に進入する。

電気的伝導試料の場合においては、２つの方法が可能で
ある。試料を導電性粉末材料と共に混合し、上記した分
析が可能となる形状の固体に形成することもできる。ま
た、試料を導電性支持体上に被覆して試料と支持体との
複合第２電極手段を形成して、質量分析計に導入しても
よい。この場合には、直流放電よりも高周波放電の方を
使用することが好ましい。

明らかに、本発明のチャンバは、質量分析器が位置する
領域においてその中におけるアルゴンの所望の圧力が維
持でき、その外部における１０−４ｔｏｒｒの真空が維
持されるために、ガス入口及びイオン出口開口を除いて
、実質的に密封されていなければならない。質量分析計
の真空ポンプはイオン出口開口に亘って所望の差動圧力
を維持する十分な能力が必要である。

試料は挿入探針及び真空係止を用いつつ導入され、試料
は空気を導入することなく質量分析計の真空外彼へ変化
される。好ましい実施例においては電気導体試料は棒状
に形成され、約１０ｍｍの長さ１龍の直径になされ、挿
入探針の端部に挿着された試料ホルダに電気的に絶縁さ
れて支持される。

接触手段が試料とグロー放電供給電源の負端子との間の
電気的接続をなすように設けられており、絶縁された試
料ホルダは、探針が十分に挿入されたときチャンバの壁
と共に実質的な気密状態をなすように嵌合する。壁自体
はグロー放電供給電源の正端子に接続されている。磁気
セクタ質量分析器が採用された場合には、壁及びイオン
出口開口は質量分析器の加速電位、特に＋８ＫＶにて浮
動状態とされることが好ましい。したがって、グロ−放
電供給電源もこの電位で浮動とされ、よって絶縁されな
ければならない。

説明したように、本発明の範囲においては高周波電源に
よる放電も利用でき、分析すべき試料が電気的絶縁体で
あれば特に有効である。高周波電源のグロー放電イオン
源のいくつかの種類がある。

グロー放電を永久磁石又は電磁石の使用によってチャン
バのある領域内に制限することもできる。

他の種々の大きさの陰極も使用可能であり、１１ａｒｒ
ｉｓｏｎ，　Ｈｅｓｓ，　Ｍａｒｃｕｓ及びＫｆｎｇに
よって開示されたものでもよいが、一般的には棒状陰極
が好ましい。

本発明によれば放電源のチャンバの温度は適当な手段に
より実質的に２０℃未満に維持される。

好ましい実施例によれば、適正な熱伝導性の電気絶縁部
材がチャンバの壁に熱的に接触して配置されており、熱
交換手段がその絶縁部材と熱的に接触して配置されてい
る。熱交換手段は絶縁部材から冷却液に熱を伝達する能
力があるものが用いられ、熱交換器を通して冷却液を流
させる手段も設けられている。更に、好ましい実施例で
は、チャンバは実質的に円筒状のイオン源として形成さ
れ、その外周は銅製の条帯で巻かれて挾持されている。

取りつけられた条帯は数個の孔を有したセラミックブロ
ックの厚さを有しており、該孔を通してコイル状に溝切
された銅パイプが設けられている。

液体窒素又は他の適当な冷却剤はパイプを通して循環せ
しめられ、それらによってチャンバはチャンバと銅バイ
ブとの絶縁を維持しつつ所望の−１００℃の値又はそれ
以下の温度に冷却される。セラミックブロックは、高熱
伝導性を有しており、冷却システムは例えば１５分間以
内に−１００゜Ｃ以下の温度にチャンバを冷却する能力
があるものが好ましい。例えば、電気的絶縁部材はボロ
ン窒化物からなるものを用いることができる。

本発明の他の実施例によれば、チャンバと同様に試料を
冷却する手段が設けられている。試料を直接冷却するこ
とによってバックグラウンドの質量スペクトル及び水に
よる抑制効果をさらに減少させることができる。このこ
とは、実際においては、次の様になされることで達成さ
れる。探針が十分に挿入されたときに絶縁試料ホルダ（
挿入探針にはめ込まれている。）とチャンバの壁との間
の適正な熱的接触が確立し、またさらに、探針が挿入さ
れたときに絶縁試料ホルダと熱的接触をなすように嵌合
する第２の熱交換手段が設けられていることによっても
達成される。熱接触は従来からあるバネによる付勢クラ
ンブにより達成され、このクランブは探針が挿入された
ときに絶縁試料ホルダと適正な熱的接触をなすものであ
る。第２熱交換手段は冷却コイルと、チャンバ自体を冷
却するのに用いられるものと同様の絶縁部材とからなる
絶縁試料ホルダはチャンバと異なる電位で動作するので
、かかるクランプから絶縁された冷却コイルを用いるこ
とが好ましい。

試料はイオン源の残部の温度よりも多少高い温度に維持
されていることが好ましく、例えばチャンバに設けけら
れた冷却装置の冷却効果よりも弱い冷却効果を有する冷
却装置を絶縁試料ホルダに設けることによってなされる
か、又は、チャンバにのみ冷却装置を設けて試料とチャ
ンバとの間の十分な熱抵抗を保つことによってなされる
。

実施例 以下に、本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する
。

まず、第１図を参照すると、質量分析計４６は以下に詳
述するようにグロー放電イオン源を含むソースハウジン
グ１を有している。かかるイオン源に固体試料を導入す
るための導入手段が設けられており、該導入手段はハウ
ジング１の端部フランジ３に載置された試料挿入用探針
組体２からなる。これらのイオンの質量分析をするため
の質量分析手段が設けられており、かかる質量分析手段
は電磁石５（明らかにその動作位置から離れた位置が示
されている。）からなり、該電磁石は質量対電荷比に依
存する半径の円形弾道軌道にてイオンを移行管４内にお
いて移動させる。質量電荷比によって選ばれたある種の
イオンはハウジング７に含まれた静電分析器に移入し、
最後に検知器８に移入する。電磁石５及び静電分析器は
従来の二焦点高分解能質量分析計からなり、その構造は
公知技術であるけれども、必要があれば本発明において
異なるタイプの質量分析器を用いてもよい。

第２図を参照すると、固体試料９は直径１〜２ｍｍで長
さ１０ｍｍの固体棒の形状をなしており、試料挿入用探
針組体２の一部分をなす電気絶縁試料ホルダ４８内に支
持されている（第２図及び第４図）。試料９は、調節棒
１１の端部貫通孔に配置されたタンタル製ビンチャック
１０によって把持されており、該調節棒はその外部がね
じ切りされておりかつバックプレート１２に螺合されて
いる。

ロックナット１３は調節棒１１をバックプレート１２に
ねじ込むことにより出し入れして所望の長さに設定した
後、これを固定している。調節棒１１は挿入探針シャフ
ト１４（第４図）に取り付けられ、試料９は真空外被４
７に空気を導入することなくハウジング１から挿入又は
引出し可能とされている。このような探針組体は従来か
ら知られている技術である。

チェックパックプレート１２はＰＴＦＥ円錐体１６を固
定するチェックボンネット１５にねじ込まれている。円
筒状スベーサ１７は図示したようにバックプレート１２
から円錐体１６を離している。調節棒１１の貫通孔に配
置されたピンチャック１０は、試料９を円錐体１６によ
り及ぼされる圧力によって把持するように閉塞されてい
る。このように、試料を装着するためにロックナット１
３は緩められ、調節棒１１は多少緩められて、チャック
１０の把持は解放され、試料９が挿入されやすくなる。

このように、調節棒１１はバックプレート１２に螺合さ
れ、ロックナット１３によって固定され、チャック１０
は閉められて試料は把持される。

放電源自体は放電が起こる実質的に封止されたチャンバ
３２からなる。チャンバ３２の壁は以下に説明する符号
１８，１９．２１，２２．２３及び２６からなる。

シャフト１４が十分に挿入されたとき、絶縁スペーサに
嵌合し、該スベーサは円錐体１６と共に実質的に気密シ
ールを形成するような円錐孔を有しているので、実質的
にチャンバ３２を封止できる。タンタル環１９はスペー
サ１８の貫通孔内側に配置されており、半径方向に配さ
れたいくつかのねじ（図示せず）によってスペーサの外
側上の環状接触環２０に接続されている。ステンレス鋼
端部キャップ２ｌはスベーサ１８に螺合されており、端
部プレート２２は３個のねじ（図示せず）によってキャ
ップ２１に取り着けられている。チャンバ３２内の放電
中に形成されたいくつかのイオンを抽出する手段が設け
られており、該手段は端部キャップ２１と端部プレート
２２との間に挾まれたスリット部材２３にある開口２４
からなる。

開口２４は約０．ＩＸ６ｍ＋ｅの長方形の開口であるこ
とが好ましい。端部キャップ２１は狭孔の気体人口２５
をも有しており、この気体入口を通って放電ガスがイオ
ン源に導入される。円筒状石英ライナ２６が端部キャッ
プ２１の内側に配置されている。

チャンバ３２の壁の一部である第１電極手段（陽極）が
設けられ、該手段は端部プレート２２、スリット部材２
３、端部キャップ２１及びタンタル環１９からなる。こ
れらの要素は質量分析計の加速電圧においても維持され
、特に＋８ＫＶが二焦点高分解能分析器には用いられる
。第２電極手段（陰極）も設けられており、該手段はチ
ャック１０、調節捧１１、バックプレート１２及びボン
ネット１５との接触によって陽極よりもほぼ０．５〜１
．ＯＫＶだけ正となるように維持された試料９からなる
。絶縁接触載置ブロック２８に載置された接触バネ２７
は、挿入探針シャフト１４が十分に挿入されたときに、
ボンネット１５と適切に接触をなすように配置されてい
る。グロー放電を発生させる手段も設けられており、該
手段は、グロー放電供給電源２つを有し、第４図に示さ
れるように接点２７と端部キャップ２１との間に接続さ
れており、ＩＫＶまでの電位差において１０ｍＡまでの
供給を可能とするものである。質全分析器電源及び制御
器３０は分析器に必要な加速電位を発生させ、端部キャ
ップ２１に接続されている。

次に、供給電源２つはこの電圧で浮動しているので絶縁
しなければならない。制御器３０は、また第１図の符号
５．７及び８からなり、第４図の斜視図に示されている
質量分析器の適正な動作に必要なすべての電位をも発生
させる。

高純度の放電ガス、特にアルゴンはほぼ１　ｔｏｒｒ（
トル）の圧力にて入口２５を介してチャンバ３２に導入
され、直流グロー放電が上記陽極、陰極の電極間に形成
される。ＩＫＶの電位差でかつ１に ｔｏｒｒでは１［＋１Ａの電流がアルゴベとって典型的
であるが、電圧及び電流はイオン源の状態に左右される
。説明したように、試料９内の原子のイオン特性の形態
における放電が得られる。これらは開口２４を通して外
部に出て、従来の方法によって分析器３１によって質量
分析される。

ここでは直流放電が好ましいけれども、本発明の範囲で
は高周波持続放電を用いても良い。この場合、放電供給
電ｒ７．２９は適当な高周波発生器からなる。

イオン源の動作中においては、試料９からスパッタした
物質は放電領域を囲む壁面に析出することになるので、
石英ライナ２６がイオン源を清浄し安くするために設け
られている。ライナ２６は端部プレート２２が離された
後電源から離すことができ、必要によって清掃又は交換
することができる。このように、前の分析からイオン源
に残留する物質による影響は排除される。

次に、第３Ａ図，第３Ｂ図及び第４図を参照すると、少
なくともチャンバ３２の温度を実質的に２０℃以下に維
持する手段が設けられている。これは、第１熱交換手段
（以下、符号３３、　　３５．３７で示される。）及び
第１熱交換手段を通して冷却液を流すための冷却ポンプ
手段３８からなる。

好ましい実施例においては、銅ストラップから好適に形
成されているクリップ３３は、張力バネ３４によってチ
ャンバ３２（端部キャップ２１）の壁の一部分と適正な
熱接触を保持している。電気絶縁部材３５はクリップ３
３に取り着けられており、コイル形態で巻き着けられた
パイプ３７を通すいくつかの穴を有している。部材３５
は、電気ヒータ３６が適正な熱接触を保って適合される
ような円筒孔をも有している。冷却液、特に冷却窒素気
体又は液体は冷却ポンプ手段３８によってバイブ３７を
通っており、端部キャップ２１はキャップ３３及び部材
３５を通した熱伝導によって冷却される。この構成はソ
ースの温度を下げかっ、放電により発生した熱にもかか
わらず実質的に２０℃以下の値に維持することを可能に
する。好ましくは、冷却及び冷却ポンプ手段はソースを
−１００℃又はそれ以下で動作させるものにすべきであ
る。

部材３５は、高熱伝導を有するセラミック材料、すなわ
ち、ボロン窒化物（ｂｏｒｏｎ　ｎｉｔｒｉｄｅ　）が
ら形成されることが好ましく、これらによって冷却シス
テムと、端部キャップ２１に印加される高電位との間の
電気絶縁を達成できる。

絶縁された試料ホルダ４８も同様にして冷却することが
できる。クリップ３９を付勢しているバネは、試料かが
ソースに配置されているときに、ボンネット１５と適正
な熱接触をなすように合わせられている。他方の電気絶
縁ブロック４０（第４図）はクリップ３９に取り付けら
れており、バイブ４２はブロック４０内にて孔を通して
巻きつけられている。冷却剤はバイブ４２にも通されて
いるので、これらによりチャックボンネット１５及び試
料９がチャック１０、調節棒１１及びバックプレート１
２を介した熱伝導によって冷却される。第２熱素子４４
はブロック４０内の孔に配置されている。代って、試料
９は試料声ルダ４８とチャンバ３２の壁との間に適正な
熱伝導によって冷却されてもよい。スベーサ１８及び円
錐体１６が高熱伝導を有する材料から形成されていると
すればボンネット及び試料９は円錐体１６及びスベーサ
１８を介して端部キャップ２１への熱伝導によって冷却
される。

試料９は、好ましくはイオン源の残部よりも多少高い温
度で維持されるべきである。このことは容易に達成する
ことができる。なぜならば、熱が放電によるスパッタリ
ング工程により伝導するからであり、試料と直接冷却さ
れるイオン源の部分との間の熱抵抗が結合されているか
らである。

電源４５により活性化された熱素子３６及び４４は、低
温で動作した期間の後、試料及びイオン源の温度を室温
に急速に上昇させるように設けられている。試料及び／
又はイオン源成分上の周囲における物質の凝縮は、ハウ
ジング１内に空気を導入した時に（又は、試料を換える
ためにな試料ホルダを引き出した時に）空気を導入する
前の少なくとも室温になるように保つことにより防止す
ることができる。熱素子はイオン源を清浄にするために
イオン源を真空中．２００℃の温度まで焼くことに使用
できる。

熱電対の如き温度監視手段が少なくともクリップ３３及
び３つ、端部キャップ２１に装着されているので、イオ
ン源の動作温度は測定することができる。

本発明は用いられる冷却液は、好ましくは冷却気相窒素
又は液体窒素若しくはヘリウムである。

これは、特にバイブ３７及び４２を介して数ｍｊ７／分
で循環されており、１５分以内に−１００℃の温度にな
るようになされている。冷却ポンプ手段は３８は、熱交
換器及び循環ポンプと協働しているけれども、冷却液が
用いられる場合には適当に置かれた貯蔵器から重力によ
って単に流すようにすることができ、この場合、ポンプ
手段３８は必要がない。また、従来からの適当ないかな
る冷凍又は冷却システムをも使用してもよい。

第４図を参照すると、冷却ポンプ手段３８及び供給電源
４５及び３０は、真空外被４７の外部に配置されて、真
空外被４７はイオン源及び質量分析器を含んであること
が分かる。したがって、これらの装置と真空外被の内部
の部品との接続は、外被に裁置された従来からの適当な
高真空タンク（図示せず）を通して行なわれる。

次に、さらに好ましい他の実施例（第５Ａ図及び第５Ｂ
図）においては液体窒素冷却剤を用いるための特に適切
な熱交換器が設けられている。

この実施例においては、熱交換器４９が３個のボルト６
６によってクリップ３３及び良熱伝導の電気絶縁部材５
０に取り付けられている。遮蔽された貯蔵タンク５１内
に保持された液体窒素は、熱遮断されたバイブ５２を通
して、液体窒素のいくらの蒸発によるタンク内５１の圧
力によって、交換器４９まで流される。パイブ５２は、
質量分析器真空外被４７内の機密タンク５３を通過して
いる。クリップ３３及び部材５５を通って伝導した熱は
、熱交換器４９内で液体窒素の少なくとも一部分を蒸発
させ、それによって温度を降下させ、−１００℃以下に
する。蒸発した窒素及び残部液は熱交換器４９から降圧
バルブ５４を介して出口パイプ５５へ流出する。出口パ
イブ５５はタンク５６、流量計５７及び窒素の流量を制
御する流量調整二一ドルバルブ５８を通過している。こ
れらは熱交換器４つの温度を調整している。冷却速度を
最大にするために、バルブ５９は二一ドルバルブ５８を
バイパスするように開かれる。安全バルブ及び圧力ゲー
ジ６１も第５Ｂ図に示すように設けられている。

ヒータ６２及び熱電対６３は熱交換器４つの内部に配置
された絶縁リボン６４の上にに巻かれている。ヒータ６
２は第４図の実施例におけるヒー夕３６と同様な方法で
用いられている。熱電対６３は熱交換器４９の内部温度
を監視するために用いられている。

ヒータ６２及び熱電対６３の電気接続はバイプ５５を通
して巻かれており、第５Ｂ図に示すように真空外被４７
の外部の点にてパイプ５５上の封止ブラグ６５に出てい
る。

同様な熱交換器及びその協働する部品をクリップ３つ上
に設けてもよいが、試料９を試料ホルダ４８及びチャン
バ３２の壁を介した熱伝導によって冷却することが好ま
しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は二焦点磁気セクタ分析器を有する本発明による
実施例の質量分析器の説明図、第２図は第１図の放電源
及び試料ホルダを拡大した説明図、尤第３Ａ図及び第３
Ｂ図は第２図に示した放電源と共に用いられる適当な冷
却把持部の説明図、第４図は第１図に示した実施例の一
部分間の接続を示す説明図、第５Ａ図及び第５Ｂ図は第
２図の放電源を冷却する他の手段を示す説明図である。 主要部分の符号の説明 ９・・・・・・固体試料 １８，　１９，　２１，　２２．　２３．　２６・・・
・・・壁２４・・・・・・開口 ２５・・・・・・入口 ３２・・・・・・チャンバ ４６・・・・・・質量分析計

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）壁部（１８、１９、２１、２２、２３、及
   び２６）によって結合された実質的に閉塞されたチャン
   バ（３２）であって、気体を導入する入口（２５）と該
   チャンバ内にて形成されたイオンを解放する開口（２４
   ）とを有するチャンバと、 （ｂ）固体試料（９）を前記チャンバ内に導入する手段
   と、 （ｃ）前記固体試料から離間して前記チャンバ内に配置
   された第１電極手段（２１、２２、２３）と、 （ｄ）前記固体試料を有する第２電極手段と、 （ｅ）前記第１及び第２電極手段間にグロー放電を発生
   させる手段（２９）と、 （ｆ）前記固体試料の原子の特性を示す前記グロー放電
   中に形成されるイオンの少なくとも一部分を前記チャン
   バから抽出しかつ連続的に質量分析する手段と、 （ｇ）少なくとも前記壁の一部分を実質的に２０℃以下
   の温度に維持する手段（３３、３５、３７）とからなる
   ことを特徴とする固体試料元素分析を行う質量分析計。
2. （２）前記少なくとも前記壁の一部分を実質的に２０℃
   以下の温度に維持する手段は、 （ａ）前記壁に熱接触して配置された良熱伝導の電気絶
   縁部材と、 （ｂ）前記絶縁部材と熱接触して配置されかつ前記絶縁
   部材から冷却液に熱を伝導可能な第１熱交換手段と、 （ｃ）前記冷却液を前記第１熱交換手段を通して流す手
   段とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の質量分析計。
3. （３）前記冷却液は液体窒素であり、前記温度は約−１
   ００℃以下であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の質量分析計。
4. （４）前記電気絶縁部材と熱接触するようにヒータが設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の質量分析計。
5. （５）前記固体試料は前記固体試料を導入する手段と第
   ２熱交換手段との間に形成される適正な熱接触によって
   冷却されることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の質量分析計。
6. （６）前記質量分析計は真空外被を有するものであって
   、 （ａ）前記第１電極手段は前記壁のすくなくとも一部分
   を含んでいること、 （ｂ）前記第２電極手段は前記１電極手段に関して負の
   電位を維持されていること、及び（ｃ）前記固体試料は
   前記真空外被中に空気を導入することなくその試料を導
   入できる挿入探針上の電気絶縁ホルダ中に保持されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれか一項記載の質量分析計。
7. （７）前記固体試料は、前記固体試料を導入する手段と
   前記壁と間に形成される適正な熱接触によって冷却され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項
   のいずれか一項記載の質量分析計。
8. （８）前記温度は約−１００℃以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか一項
   記載の質量分析計。
9. （９）（ａ）壁（１８、１９、２１、２２、２３、２６
   ）から結合されかつ気体を含むチャンバに固体試料（９
   ）を導入する工程と、 （ｂ）前記固体試料の近傍の前記チャンバ内にてグロー
   放電を発生させかつ、前記グロー放電中に存在する粒子
   を前記固体試料に衝撃させる工程と、 （ｃ）前記固体試料の元素の特性を示し前記グロー放電
   中に形成されるイオンの少なくとも一部分を前記チャン
   バから抽出する工程と、 （ｄ）前記チャンバから抽出された前記イオンを質量分
   析する工程と、 （ｅ）前記壁の少なくとも一部分及び／又は前記固体試
   料を実質的に２０℃以下の温度に維持する工程とからな
   ることを特徴とする固体試料の原子分析方法。
10. （１０）前記壁の少なくとも一部分及び／又は前記固体
    試料は約−１００℃以下の温度に維持されることを特徴
    とする特許請求の範囲第９項記載の原子分析方法。