WO2007102224A1 - 質量分析装置 - Google Patents

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ionization chamber
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heat shielding
ion
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Shuichi Kawana
Manabu Shimomura
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Shimadzu Corporation
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    • H01J49/0468—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components with means for heating or cooling the sample

Definitions

  • the present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly, to an ion source structure for ionizing sample molecules.
  • a mass spectrometer ionizes sample molecules and atoms and separates and detects the generated ions according to the mass number.
  • Various methods have been devised for ionizing sample molecules, but the electron impact ionization (EI) method is the most commonly used method.
  • EI electron impact ionization
  • sample molecules are introduced into an ionization chamber having a relatively small volume placed in a vacuum atmosphere, and the thermal electrons generated by a filament disposed outside the ionization chamber are accelerated. Feed into the ionization chamber.
  • the sample molecules are ionized by bringing the sample molecules into contact with thermionic electrons in the ion chamber. Ions generated in the ionization chamber are extracted outside the ionization chamber by an electric field formed by a voltage applied to an ion extraction electrode installed outside the ionization chamber (see, for example, Patent Document 1).
  • the temperature of the filament is as high as 2000 to 3000 ° C. Therefore, a part of the wall surface of the ion chamber close to the filament becomes considerably high due to the radiant heat.
  • the ion chamber itself is temperature-controlled at about 200-300 ° C by a heater provided in thermal contact.
  • the metal constituting the wall of the ionization chamber is activated. As a result, a decomposition product is generated, which may be mixed with sample molecules and cause noise.
  • the temperature of the ion chamber is not uniform, which may impair ion generation efficiency.
  • the electric potential between the filament and the ion chamber is usually about 70V.
  • the electric field force due to the potential applied to the filament enters the on chamber, which disturbs the electric field in the ion chamber.
  • the Therefore, ions generated in the ion chamber are desired. In other words, there is a problem that the detection efficiency of ions is reduced because the amount of ions to be analyzed is reduced without being extracted outside the ion chamber.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373616
  • the present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to provide a mass spectrometer capable of reducing the influence of the radiant heat of the filament.
  • the second object of the present invention is to improve the detection sensitivity by reducing the influence of thermal radiation and further efficiently extracting the ions generated in the ionization chamber outside the ionization chamber and using them for mass spectrometry.
  • An object of the present invention is to provide a mass spectrometer capable of
  • the present invention which has been made to achieve the first object, has a filament that generates thermoelectrons by heating, and an electron entrance that introduces the thermoelectrons therein.
  • a mass spectrometer comprising an ion source including an ionization chamber that ionizes sample molecules using electrons,
  • a heat shielding plate member having an electron passage opening formed on an axis connecting the filament and the center of the electron incident port is disposed in a space between the filament and the ionization chamber.
  • the ion source is based on, for example, thermal shock ionization (EI) in which thermoelectrons directly act on sample molecules to perform ionization.
  • EI thermal shock ionization
  • a predetermined gas is introduced into the ionization chamber separately from the sample gas. Then, the gas molecules are ionized by thermionic electrons, and the sample molecules are ionized by the action of the gas molecule ions, that is, chemical ionization (CI) or negative chemical ionization (NCI) using the thermoelectrons indirectly. Including, etc.
  • the mass spectrometer since the radiant heat from the filament is blocked by the heat shielding plate member, it is possible to prevent the ionic chamber wall surface from being locally heated by the radiant heat. As a result, a part of the wall surface of the ionic chamber becomes extremely hot and its structure Since the thermal decomposition of the member (usually metal) can be prevented, the noise caused by it can be reduced. In addition, since the temperature distribution in the ion chamber is likely to be uniform, the ion generation efficiency derived from the target sample molecule is also improved.
  • the ionization chamber is temperature-controlled at a substantially constant temperature by a thermally connected heating unit.
  • the heat shielding plate member is a heating unit for heating the ionization chamber. It is preferable to use a structure that is thermally connected to the unit.
  • the temperature of the heat shielding plate member is also controlled to some extent by the heating unit, which is effective in avoiding an excessive temperature rise of the heat shielding plate member itself.
  • the temperature of the heat shielding plate member can be used to control the temperature of the on-off chamber, the power consumption of the heating section can be suppressed.
  • the heat shielding plate member may be made of an insulator from the viewpoint of heat shielding, but is preferably made of a conductive material. Good. In that case, the conductive plate member should be set to a predetermined potential.
  • the influence of the electric field for accelerating the thermoelectrons formed by the potential difference between the filament and the ionization chamber is mitigated by the conductive plate member.
  • the influence of the electric field for electron acceleration entering the ionization chamber from the electron entrance can be suppressed, and the electric field for ion extraction formed in the ionization chamber due to the potential difference between the lens optical system and the ionization chamber is It becomes hard to be disturbed. Therefore, ions generated in the ionization chamber can be efficiently drawn out of the ionization chamber and transported to a mass analysis unit such as a quadrupole mass filter through the lens optical system. As a result, ion detection efficiency is improved, which is advantageous for highly sensitive analysis.
  • the conductive heat shielding plate member may be set to the same potential as the ionization chamber.
  • the heat shielding plate member should also be at ground potential.
  • thermoelectrons generated in the filament are efficiently put into the ionization chamber. It can be extracted and accelerated in the direction of the injection port, contributing to the improvement of ion generation efficiency in the ion chamber.
  • the heat shielding plate member may be disposed closer to the filament than an intermediate point between the outer wall surface of the ionization chamber and the filament. Good.
  • thermoelectrons generated by the filament can be sent to the ion chamber more efficiently.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration of an ion source in the mass spectrometer of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a top plan view of an ion source in the mass spectrometer of the present embodiment.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the mass spectrometer of the present embodiment
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration of the ion source
  • FIG. 3 is a top plan view of the ion source.
  • the ion source is an ion source based on the electron impact ionization method.
  • an ion source 1, a lens optical system 23, a quadrupole mass filter 24, and an ion detector 25 force are disposed inside a substantially sealed vacuum vessel 20 that is evacuated by a vacuum pump 21.
  • S ions are arranged along the optical axis C.
  • the sample gas flowing out from the column of the gas chromatograph is supplied from the sample introduction tube 22 to the ion source 1 through an appropriate interface, and the sample contained in the sample gas is supplied to the ion source 1.
  • the molecule is ionized.
  • the generated various ions are drawn to the right from the ion source 1, converged by the lens optical system 23, and introduced into the space in the long axis direction of the quadrupole mass filter 24 having four rod electrode forces. .
  • the quadrupole mass filter 24 is not shown in the figure.
  • a voltage obtained by superimposing a DC voltage and a high-frequency voltage is applied from a power source, and only ions having a mass number corresponding to the applied voltage pass through the space in the long axis direction Then, it reaches the ion detector 25 and is detected.
  • Other unnecessary Ions cannot pass through the space in the long axis direction of the quadrupole mass filter 24 and diverge and disappear in the middle.
  • the mass number of ions that can reach the ion detector 25 can be scanned over a predetermined mass number range. Based on the detected signal, a mass spectrum can be created.
  • a sample introduction tube 22 is connected to the ionization chamber 2 having a substantially rectangular parallelepiped box shape made of metal such as stainless steel, and sample molecules are supplied through the sample introduction tube 22.
  • An ion exit port 9 is formed on the ion optical axis C of the ionization chamber 2, and ions are extracted to the outside through the ion exit port 9.
  • An electron entrance 5 and an electron exit 6 are formed on opposite walls of the ion chamber 2 across the ion optical axis C, and a filament 3 is disposed outside the electron entrance 5, and the electron A filament having the same shape as that of the filament 3 is arranged as a trap electrode 4 on the outside of the exit port 6.
  • thermoelectrons are accelerated toward the trap electrode 4 by the action of an electric field described later, and pass through the ionization chamber 2 along a thermoelectron flow axis L substantially perpendicular to the ion optical axis C.
  • the trap electrode 4 has the same shape as that of the filament 3, but this is to allow the functions of both to be reversed.
  • a pair of magnets 7 and 8 are disposed outside the filament 3 and the trap electrode 4, and a magnetic field is formed in the space between the filament 3 and the trap electrode 4 by the magnets 7 and 8. Yes.
  • An aluminum block 10 having good thermal conductivity is closely attached to one surface of the ionic chamber 2 so as to be thermally connected, and is attached to the end of the block 10 extending in the lateral direction.
  • Heater 14 is installed. The heat of the heater 14 is easily conducted through the aluminum block 10 and the temperature is adjusted so that the entire ionic chamber 2 has a substantially constant temperature.
  • a heat shielding plate 11 made of a conductive material (for example, stainless steel SUS316) is attached so as to be in close contact with the block 10.
  • the upper extension piece of the heat shielding plate 11 extends between the filament 3 and the ionization chamber 2, and the lower extension piece extends between the trap electrode 4 and the ionization chamber 2. .
  • thermoelectron flow axis L openings 12 and 13 for passing thermoelectrons are formed. Note that the position of the upper extending piece of the heat shielding plate 11 is closer to or closer to the filament 3 than the midpoint of the distance between the outer wall surface of the ion chamber 2 and the filament 3.
  • the heat shielding plate 11 is thermally connected to the heater 14 through the aluminum block 10, while being electrically connected to the ionic chamber 2 through the aluminum block 10 with almost zero electrical resistance. It is connected.
  • the heat shielding plate 11 can also be regarded as the ground potential.
  • a voltage of, for example, 1 [70 V] is applied to the filament 3, and a voltage of 0 [V] is applied to the trap electrode 4, for example.
  • the potential of the upper extending piece of the heat shield plate 11 is 0 [V]
  • the gap between the filament 3 and the heat shield plate 11 is relatively narrow.
  • a strong electric field for accelerating electrons having a potential gradient that exerts a force to accelerate electrons from the filament 3 to the ionization chamber 2 is formed in the space between the two.
  • the above electric field enters through the opening 12, and conversely, the electric field from the inside of the ionization chamber 2 through the electron entrance 5 does not slightly enter.
  • thermoelectrons generated in the filament 3 are initially given a large initial kinetic energy, accelerated in the direction of the electron entrance 5 of the ion chamber 2, and the kinetic energy is no longer applied after passing through the opening 12. Continue to fly into the ionic room 2 by kinetic energy. Then, when the thermoelectron (e ⁇ ) comes into contact with the sample molecule (M), a molecular ion M + ′ is generated as M + e— ⁇ M + '+ 2e ". It goes out of the ionization chamber 2 through the port 6 and reaches the trap electrode 4, whereby a trap current flows through the trap electrode 4.
  • a control circuit (not shown) has a trap current that flows due to electrons reaching the trap electrode 4 at a predetermined value.
  • the heating current supplied to the filament 3 is controlled.
  • the amount of thermoelectrons generated in the filament 3 is almost constant and stable, and stable ionization is achieved in the ionization chamber 2.
  • the thermionic electrons head toward the trap electrode 4 while spirally rotating under the influence of the magnetic field formed by the magnets 7 and 8.
  • the residence time of the thermionic electrons in the ionization chamber 2 can be lengthened, and the opportunities for contact between thermionic electrons and the sample molecules are increased. Doing so improves ionization efficiency.
  • a predetermined voltage having a polarity opposite to the polarity of ions is applied to the lens optical system 23, and an electric field formed by a potential difference between the lens optical system 23 and the ionization chamber 2 is transmitted from the ion emission port 9 to the ion It extends into the chamber 2 and exerts a force to extract ions from the ion exit port 9. That is, an electric field is formed in the ion chamber 2 so as to extract ions from the ion exit port 9, and ions generated as described above by this electric field are drawn out of the ionization chamber 2, and the lens optical system 23 is To the quadrupole mass filter 24.
  • the filament 3 Since the filament 3 reaches 2000 to 3000 ° C when lit, the surrounding objects are heated to a high temperature by radiant heat.
  • the heat shielding plate 1 1 is placed between the filament 3 and the ion chamber 2. Therefore, the wall surface of the ionization chamber 2 is not easily heated by radiant heat. Therefore, the uniformity of the temperature in the ionized chamber 2 that has been temperature-controlled so that a part of the wall surface of the ionized chamber 2 does not become abnormally high as in the prior art increases. As a result, it is possible to prevent the decomposition product of the metal constituting the ionization chamber 2 from being mixed with sample molecules and ions, and to suppress noise due to such factors. In addition, since the temperature in the ion chamber 2 is uniform, the conditions for generating ions can be maintained well.
  • the electric field for accelerating thermionic electrons can be prevented from entering the inside of the ion chamber 2 from the electron entrance 5 by the conductive heat shielding plate 11, the ions in the ion chamber 2 can be thereby prevented. It is also possible to avoid the electric field for extraction from being disturbed and jumping out from the electron incident port 5 and colliding with the inner surface of the ion chamber 2 without going to the partial ion exit port 9 of ions. As a result, the extraction efficiency of ions generated in the ion chamber 2 can be increased.
  • the inventor of the present application examined the difference in signal intensity at the ion detector 25 with and without the heat shielding plate 11 as described above under the same conditions through experiments. As a result, an increase of about 14% in signal intensity was recognized by providing the heat shielding plate 11.
  • the potential of the heat shielding plate 11 is set to the same potential as that of the ion chamber 2, but it can be set to an appropriate potential that is not necessarily the same potential.
  • the heat shielding plate 11 may be provided integrally with the box constituting the ionic chamber 2.
  • the above embodiment is a force obtained by applying the present invention to an EI ion source.
  • the present invention can also be applied to, for example, a CI ion source or an NCI ion source for performing ionization indirectly using thermoelectrons. .
  • a reaction gas introduction tube for supplying a reaction gas to the ion chamber 2 is added, and the sizes of the electron inlet 5, the electron outlet 6, the ion outlet 9, etc. are appropriately set.
  • the volume of the ion chamber 2 itself may be changed as appropriate, and the ion generation conditions such as the degree of vacuum and temperature in the vacuum vessel 20 may be changed as needed.

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Description

明 細 書
質量分析装置
技術分野
[0001] 本発明は質量分析装置に関し、さら〖こ詳しくは、試料分子をイオン化するためのィ オン源の構造に関する。 背景技術
[0002] 質量分析装置は、試料分子や原子をイオン化し、生成されたイオンを質量数に応 じて分離して検出するものである。試料分子をイオンィ匕する方法として様々な方法が 考案されているが、電子衝撃イオン化 (EI)法は最も一般的に使用されているもので ある。電子衝撃イオン化法では、真空雰囲気下に置かれた比較的小さな容積のィォ ン化室内に試料分子を導入し、イオン化室の外側に配設されたフィラメントで生成し た熱電子を加速してイオン化室内に送り込む。そしてイオンィ匕室内で試料分子と熱 電子とを接触させることにより該試料分子をイオン化する。イオン化室内で生成され たイオンは、イオン化室の外部に設置されたイオン引き出し用電極に印加された電 圧により形成される電場によってイオンィ匕室の外部に引き出される（例えば特許文献 1など参照)。
[0003] こうしたイオン源において、フィラメントの温度は 2000〜3000°Cもの高温になるた め、その輻射熱によりフィラメントに近いイオンィ匕室壁面の一部がかなりの高温になる 。通常、イオンィ匕室自体は熱的に接触して設けられたヒータにより 200〜300°C程度 に温調される。し力しながら、上記のような局所的な加熱により、イオン化室の一部の 壁面の温度が異常に上昇して或る温度を超えると、イオンィ匕室の壁面を構成する金 属が活性状態になり、分解物が生じてこれが試料分子に混じってノイズの原因となる おそれがある。また、イオンィ匕室の空間の温度が均一にはならず、そのためにイオン の生成効率が損なわれるおそれもある。
[0004] また、通常、フィラメントとイオンィ匕室との間の電位差は 70V程度ある力 フィラメント に印加された電位による電場力 オンィ匕室内部にまで入り込み、それによつてイオン 化室内の電場が乱される。そのため、イオンィ匕室内で生成されたイオンが所望するよ うにイオンィ匕室外部に引き出されず、分析対象のイオンの量が減ってイオンの検出 効率が低下する t 、う問題もある。
[0005] 特許文献 1 :特開 2002— 373616号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その第 1の目的は、フイラ メントの輻射熱の影響を軽減することができる質量分析装置を提供することにある。ま た本発明の第 2の目的は、熱輻射の影響を軽減しながらさらに、イオン化室内で生成 されたイオンを効率良くイオンィ匕室外部へ取り出して質量分析に利用することにより 検出感度を向上させることができる質量分析装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0007] 上記第 1の目的を達成するために成された本発明は、加熱により熱電子を発生す るフィラメントと、該熱電子を内部に導入する電子入射口を有し、その内部において 熱電子を利用して試料分子をイオン化するイオン化室と、を含むイオン源を備える質 量分析装置において、
前記フィラメントと前記イオン化室との間の空間に、前記フィラメントと前記電子入射 口の中心とを結ぶ軸上に電子通過用の開口が形成された熱遮蔽用板部材が配置さ れてなることを特徴として 、る。
[0008] 上記イオン源は、例えば熱電子を直接的に試料分子に作用させてイオンィ匕を行う 熱衝撃型イオン化 (EI)によるもの、試料ガスとは別に所定のガスをイオンィ匕室に導 入し、熱電子によりこのガス分子をイオン化し、該ガス分子イオンの作用により試料分 子をイオンィ匕する、つまり熱電子を間接的に利用する化学イオン化 (CI)や負化学ィ オンィ匕 (NCI)によるもの、などを含む。
発明の効果
[0009] 本発明に係る質量分析装置では、フィラメントからの輻射熱が熱遮蔽用板部材で遮 られるため、イオンィ匕室壁面が輻射熱で局所的に加熱されることを防止することがで きる。それにより、イオンィ匕室の壁面の一部が極端な高温になることによる、その構成 部材 (通常金属）の熱分解を防止できるので、それに起因するノイズを低減することが できる。また、イオンィ匕室の温度分布も均一になり易いので、目的とする試料分子由 来のイオン生成効率も良好になる。
[0010] また通常、イオン化室は熱的に接続された加熱部により略一定温度に温調されて いるが、そうした場合、前記熱遮蔽用板部材は前記イオン化室を加熱するための加 熱部と熱的に接続されて ヽる構成とすることが好ま ヽ。
[0011] この構成によれば、熱遮蔽用板部材も加熱部により或る程度温調されるので、熱遮 蔽用板部材自体の過度な温度上昇の回避に有効である。また、熱遮蔽用板部材の 温度力 オンィ匕室の温調にも利用できるので、加熱部の消費電力を抑えることもでき る。
[0012] また本発明に係る質量分析装置において、熱遮蔽用板部材は熱遮蔽の観点から は絶縁体カゝら成るものでもよいが、好ましくは、導電性を有する材料から成るものとす るとよい。また、その場合、その導電性の板部材は所定の電位に設定されるようにす るとよ 、。
[0013] この構成によれば、フィラメントとイオン化室との間の電位差により形成される熱電子 加速用電場の影響は導電性の板部材で緩和される。これにより、電子入射口からィ オン化室内に侵入する電子加速用電場の影響を抑えることができ、レンズ光学系とィ オンィ匕室との電位差によりイオンィ匕室内に形成されるイオン引き出し用電場は乱され にくくなる。したがって、イオン化室内で発生したイオンを効率良くイオン化室外部に 引き出して、レンズ光学系を通して四重極質量フィルタなどの質量分析部に輸送す ることができる。その結果、イオンの検出効率が向上し、高感度の分析に有利である
[0014] 具体的には、導電性である熱遮蔽用板部材をイオン化室と同電位に設定するとよ い。例えばイオンィ匕室が接地電位とされる場合には、熱遮蔽用板部材も接地電位と するとよ 、。
[0015] この構成では、イオン化室と熱遮蔽用板部材との間の空間には電場は殆ど存在せ ず、熱遮蔽用板部材とフィラメントとの間の空間に熱電子を加速する強い電場が形成 される。したがって、フィラメントで生成された熱電子を効率良くイオン化室の電子入 射口の方向に引き出して加速することができ、イオンィ匕室内でのイオン生成効率の 向上に寄与する。
[0016] また本発明に係る質量分析装置では、前記熱遮蔽用板部材は前記イオン化室の 外壁面と前記フィラメントとの間の中間点よりも該フィラメントに近い側に設置されてい る構成とするとよい。
[0017] この構成によれば、フィラメントと熱遮蔽用板部材との間の空間における電場の電 位勾配が密になるため、熱電子へより大きな初期運動エネルギーを付与することが できる。それにより、フィラメントで生成された熱電子を一層効率良くイオンィ匕室に送り 込むことができるよう〖こなる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の一実施例による質量分析装置の全体構成図。
[図 2]本実施例の質量分析装置におけるイオン源の詳細構成を示す縦断面図。
[図 3]本実施例の質量分析装置におけるイオン源の上面平面図。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、本発明の一実施例による質量分析装置を図面を参照して説明する。図 1は 本実施例の質量分析装置の全体構成図、図 2はイオン源の詳細構成を示す縦断面 図、図 3はイオン源の上面平面図である。この実施例の質量分析装置では、イオン源 は電子衝撃イオンィ匕法によるイオン源である。
[0020] 図 1において、真空ポンプ 21により真空排気される略密閉された真空容器 20の内 部には、イオン源 1、レンズ光学系 23、四重極質量フィルタ 24、及びイオン検出器 25 力 Sイオン光軸 Cに沿って配設されて 、る。例えば図示しな 、ガスクロマトグラフのカラ ムカゝら流出する試料ガスは適宜のインタフェイスを介して試料導入管 22からイオン源 1へと供給され、イオン源 1にお 、て試料ガスに含まれる試料分子はイオン化される。
[0021] 発生した各種イオンはイオン源 1から右方に引き出され、レンズ光学系 23により収 束されて 4本のロッド電極力 成る四重極質量フィルタ 24の長軸方向の空間に導入 される。四重極質量フィルタ 24には図示しな!、電源から直流電圧と高周波電圧とを 重畳した電圧が印加され、その印加電圧に応じた質量数を有するイオンのみがその 長軸方向の空間を通過し、イオン検出器 25に到達して検出される。それ以外の不要 なイオンは四重極質量フィルタ 24の長軸方向の空間を通り抜けることができず、途中 で発散して消失する。したがって、例えば四重極質量フィルタ 24に印加する電圧を 所定の範囲で走査することより、イオン検出器 25に到達し得るイオンの質量数を、所 定の質量数範囲に亘り走査することができ、その検出信号に基づいてマススペクトル を作成することができる。
[0022] 次に、電子衝撃イオンィ匕を行うイオン源 1の構造について図 1に力卩ぇ図 2、図 3によ り詳しく説明する。ステンレス等の金属力 成る略直方体箱形状のイオン化室 2には 試料導入管 22が接続され、試料導入管 22を通して試料分子が供給される。イオン 化室 2のイオン光軸 C上にはイオン出射口 9が形成され、イオン出射口 9を通してィォ ンは外部に引き出される。イオン光軸 Cを挟んでイオンィ匕室 2の対向する壁面には電 子入射口 5と電子出射口 6とが形成され、電子入射口 5の外側にはフィラメント 3が配 置されており、電子出射口 6の外側にはフィラメント 3と同一形状のフィラメントがトラッ プ電極 4として配置されて!、る。
[0023] 図示しない加熱電流源力 フィラメント 3に加熱電流が供給されると、フィラメント 3の 温度が上昇して熱電子が放出される。この熱電子は後述する電場の作用によりトラッ プ電極 4に向力つて加速され、イオン光軸 Cと略直交する熱電子流軸 Lに沿ってィォ ン化室 2内部を通過する。なお、ここではトラップ電極 4をフィラメント 3と同一形状とし ているが、これは両者の機能を逆にして使用することができるようにするためである。 また、フィラメント 3とトラップ電極 4の外方には一対の磁石 7、 8が配置されており、こ の磁石 7、 8によってフィラメント 3とトラップ電極 4との間の空間には磁場が形成されて いる。
[0024] イオンィ匕室 2の一面には熱伝導性の良好なアルミ製のブロック 10が熱的に接続さ れるように密着して取り付けられ、横方向に延出するブロック 10の端部にはヒータ 14 が取り付けられている。ヒータ 14の熱はアルミ製ブロック 10を容易に伝導し、イオンィ匕 室 2全体がほぼ一定温度になるように温調する。さらにブロック 10に密着するように略 コ字形状で導電性を有する材料 (例えばステンレス SUS316)から成る熱遮蔽板 11 が取り付けられている。この熱遮蔽板 11の上側延出片はフィラメント 3とイオン化室 2 との間に張り出し、下側延出片はトラップ電極 4とイオンィ匕室 2との間に張り出している 。そして、熱電子流軸 Lの上に熱電子通過用の開口 12、 13が形成されている。なお 、この熱遮蔽板 11の上側延出片の位置はイオンィ匕室 2の壁面外面とフィラメント 3と の間の距離の中間点よりもフィラメント 3に近 、側にされて 、る。
[0025] 熱遮蔽板 11はアルミ製ブロック 10を介してヒータ 14と熱的に接続され、一方、同じ くアルミ製ブロック 10を介してほぼ電気抵抗ゼロで以てイオンィ匕室 2と電気的に接続 されている。ここではイオンィ匕室 2は接地電位とされているため、熱遮蔽板 11も接地 電位であるとみなせる。
[0026] 上記構成において、フィラメント 3には例えば一 70[V]、トラップ電極 4には例えば 0[ V]の電圧が印加される。上述したように熱遮蔽板 11の上側延出片の電位は 0[V]で あって、し力もフィラメント 3と熱遮蔽板 11との間隙は比較的狭いため、フィラメント 3と 熱遮蔽板 11との間の空間にはフィラメント 3からイオン化室 2に向力つて電子を加速 する力を及ぼすような電位勾配を有する強い電子加速用電場が形成される。一方、 熱遮蔽板 11とイオンィ匕室 2との間の空間には、開口 12を通しての上記電場の入り込 みや逆に電子入射口 5を通してのイオン化室 2内部からの電場の若干の入り込みは はあるものの、基本的には電場が存在しない。したがって、フィラメント 3で生成された 熱電子は当初大きな初期運動エネルギーを付与されてイオンィ匕室 2の電子入射口 5 の方向に加速され、開口 12を通過すると運動エネルギーは付与されなくなる力 そ れ以前の運動エネルギーによって飛行を続けてイオンィ匕室 2内に飛び込む。そして、 試料分子 (M)に熱電子 (e—)が接触すると、 M + e—→ M+' + 2e" のようにして分 子イオン M+'が生成される。最終的に熱電子は電子出射口 6を経てイオン化室 2外へ と出てトラップ電極 4に到達し、これによつてトラップ電極 4にはトラップ電流が流れる。
[0027] トラップ電極 4に捕捉される電子数はフィラメント 3から放出された電子数に依存して いるから、図示しない制御回路は、トラップ電極 4に到達した電子により流れるトラップ 電流が所定値になるようにフィラメント 3に供給する加熱電流を制御する。これによつ て、フィラメント 3での熱電子の発生量がほぼ一定で安定し、イオン化室 2内で安定し たイオンィ匕が達成される。なお、磁石 7、 8によって形成される磁場の影響によって熱 電子は螺旋状に旋回しながらトラップ電極 4へと向かう。それによりイオン化室 2内で の熱電子の滞在時間を長くすることができ、熱電子と試料分子との接触の機会を増 やしてイオン化効率を向上させて 、る。
[0028] 一方、レンズ光学系 23にはイオンの極性と逆極性を有する所定の電圧が印加され 、レンズ光学系 23とイオン化室 2との電位差により形成される電場はイオン出射口 9 からイオンィ匕室 2内にも及び、イオンをイオン出射口 9から引き出すように力を及ぼす 。即ち、イオンィ匕室 2内にはイオン出射口 9からイオンを引き出すような電場が形成さ れ、この電場によって上述のように生成されたイオンはイオン化室 2外に引き出され、 レンズ光学系 23を介して四重極質量フィルタ 24へと輸送される。
[0029] フィラメント 3は点灯時に 2000〜3000°Cにまで達するため、周囲の物体を輻射熱 により高温に加熱するが、この実施例の構成では、イオンィ匕室 2との間に熱遮蔽板 1 1の上側延出片が存在するため、イオン化室 2の壁面自体は輻射熱により加熱され にくい。そのため、従来のようにイオンィ匕室 2の壁面の一部が異常な高温になることが なぐ温調されたイオンィ匕室 2内の温度の均一性が高まる。それによつて、イオン化室 2を構成する金属の分解物が試料分子やイオンに混じることを防止でき、そうした要 因によるノイズを抑制することができる。また、イオンィ匕室 2内の温度が均一になること でイオン生成の条件も良好に維持できる。
[0030] さらにまた、導電性を有する熱遮蔽板 11により熱電子加速用電場が電子入射口 5 からイオンィ匕室 2の内側に入り込むことも防止できるので、それによつてイオンィ匕室 2 内のイオン引き出し用電場が乱され、イオンの一部力イオン出射口 9に向かわずに電 子入射口 5から飛び出したりイオンィ匕室 2内面に衝突したりすることも回避できる。そ の結果、イオンィ匕室 2内で生成されたイオンの引き出し効率を高めることができる。
[0031] 本願発明者は、同一条件の下で上述したような熱遮蔽板 11を設けた場合と設けな い場合とのイオン検出器 25での信号強度の相違を実験により調べた。その結果、熱 遮蔽板 11を設けることにより、 14%程度の信号強度の増加が認められた。
[0032] なお、上記実施例は 、ずれも一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や 修正、追加を行なえることは明らかである。
[0033] 例えば上記実施例では、熱遮蔽板 11の電位をイオンィ匕室 2と同電位に設定したが 、必ずしも同電位である必要はなぐ適宜の電位に設定することができる。また、熱遮 蔽板 11はイオンィ匕室 2を構成する箱体と一体に設けるようにしてもょ 、。 また上記実施例は本発明を EIイオン源に適用したものである力 本発明は熱電子 を間接的に利用してイオンィ匕を行う、例えば CIイオン源や NCIイオン源にも適用する ことができる。 CIイオン源や NCIイオン源の場合には、イオンィ匕室 2に反応ガスを供 給する反応ガス導入管を追加し、電子入射口 5、電子出射口 6、イオン出射口 9など のサイズを適宜に変更し、場合によってはイオンィ匕室 2の体積自体も適宜に変更する とともに、必要に応じて真空容器 20内の真空度や温度などのイオン生成条件を適宜 に変更すればよい。

Claims

請求の範囲
[1] 加熱により熱電子を発生するフィラメントと、該熱電子を内部に導入する電子入射 口を有し、その内部にぉ ヽて熱電子を利用して試料分子をイオン化するイオン化室 と、を含むイオン源を備える質量分析装置において、
前記フィラメントと前記イオン化室との間の空間に、前記フィラメントと前記電子入射 口の中心とを結ぶ軸上に電子通過用の開口が形成された熱遮蔽用板部材が配置さ れてなることを特徴とする質量分析装置。
[2] 前記熱遮蔽用板部材は前記イオンィ匕室を加熱するための加熱部と熱的に接続さ れて!ヽることを特徴とする請求項 1に記載の質量分析装置。
[3] 前記熱遮蔽用板部材は導電性を有する材料から成るものとすることを特徴とする請 求項 1又は 2に記載の質量分析装置。
[4] 前記導電性である熱遮蔽用板部材は前記イオンィ匕室と同電位に設定されているこ とを特徴とする請求項 3に記載の質量分析装置。
[5] 前記熱遮蔽用板部材は前記イオンィ匕室の外壁面と前記フィラメントとの間の中間点 よりも該フィラメントに近い側に設置されていることを特徴とする請求項 1〜4のいずれ かに記載の質量分析装置。
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