WO2010125669A1 - 質量分析用イオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法 - Google Patents

質量分析用イオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法 Download PDF

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lead
ion
stray light
ions
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恵 中村
善郎 塩川
強 彭
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04—Electron multipliers
    • H01J43/06—Electrode arrangements
    • H01J43/10—Dynodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes

Definitions

  • the present invention relates to an ion detection device, an ion detection method, and a method of manufacturing an ion detection device for detecting ions sorted by mass in a mass spectrometer with extremely high S / N (signal / noise ratio).
  • a mass spectrometer is an analyzer that can measure the abundance of sample components by mass number, and is extremely characterized in that it has extremely high sensitivity (low detection limit) compared to other analyzers. There is.
  • One of the elements that realizes this is a unit (ion detection unit) that detects mass-sorted ions, and is equipped with a secondary electron multiplier (SEM), a deflector, a collector, etc. .
  • the SEM has about 20 stages of electrodes, and voltages are applied sequentially from the first stage electrode (D1) to the final stage electrode with a potential difference of about 100 V to 200 V. These voltages are often supplied by dividing the voltage applied to the first-stage electrode D1 by the resistor inside the SEM.
  • ion / electron conversion is performed at the electrode D1.
  • the yield (efficiency) is about 0.1 to 0.2, and is not significantly influenced by the material or state of the surface of the electrode D1.
  • ion energy is important for ion / electron conversion because it depends on collision energy and is generally proportional to collision energy E.
  • Electrons generated from the electrode D1 are drawn into the second stage electrode (D2) having a potential (in the positive direction) higher than that of the electrode D1 by about 100 V, and collide with energy of about 100 eV corresponding to the potential difference.
  • the yield of secondary electron generation due to electron collision is very high, and with this energy, it is about 1.5 to 2.0 in an appropriate surface state. Therefore, amplification of electrons is realized here.
  • electron amplification is performed in the same manner in the third-stage electrode D3 and the fourth-stage electrode D4, and amplification of 5 to 6 digits can be performed in the final-stage electrode (Patent Documents 1 to 3) Non-Patent Document 1).
  • An SEM that can perform such extremely high amplification has become an essential unit depending on mass spectrometry.
  • a typical ionization method is called electron ionization, in which a thermal electron of about 70 eV is made to collide with a neutral molecule in an ion source, and outer shell electrons are repelled and ionized (in addition to the thermal electrons, There are several ways, such as using plasma). However, in this process, a large number of molecules which are not ionized but excited are also generated, and after a while, they emit light (electromagnetic wave of several to about 50 eV: vacuum ultraviolet light) to be stabilized.
  • this vacuum ultraviolet light Since this vacuum ultraviolet light has no charge, it does not separate in the mass spectrometer and arrives at the ion detection unit, but when it is irradiated to the first stage electrode D1 of the SEM as it is, it emits electrons (also called photoelectrons due to light) Do. This efficiency strongly depends on the surface condition, but is around 0.1 (0.01 to 0.2). In other words, electrons are generated with the same efficiency as the ion that is the original signal.
  • the mass spectrometer may emit light causing noise.
  • ions collide with the quadrupole pole that has a negative high voltage, and the energy is higher than that of vacuum ultraviolet light (electromagnetic waves of about 50 eV to 2 keV: soft X-rays) Occurs. The above situation is shown in FIG.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a conventional mass spectrometer.
  • a mass spectrometer 1 disposed in a vacuum vessel 1 a includes an ion source 2, a mass fractionator 3, and an ion detection unit 4.
  • the ion source 2 has a filament 5 and ionizes a neutral molecule containing a molecule to be measured using the thermoelectrons 6 generated by the filament, and introduces the generated ion to the mass fractionator 3.
  • the mass spectrometer 3 has a quadrupole electrode 7 consisting of four cylindrical electrodes. By electrically connecting opposing electrode sets of the quadrupole electrodes 7 and applying a DC voltage and a high frequency AC voltage to each electrode set, only ions having a mass number corresponding to each voltage, frequency, etc. Is made to pass in the long axis direction of the quadrupole electrode 7.
  • the ion detection unit 4 has a deflection plate 8 functioning as an electrode for bending the trajectory of ions, and a secondary electron multiplier (SEM) 9.
  • the secondary electron multiplier 9 has 20 stages (20 pieces) of electrodes D1 to D20 and a collector 10.
  • a mass aperture plate 11 in which an aperture is formed is disposed in the ion introducing portion of the ion detection unit 4 at the front stage of the deflection plate 8.
  • the mass aperture plate 8 is set to a predetermined potential, but is usually at the ground potential (earth potential, 0 V).
  • the vacuum ultraviolet light 15 may be incident on the mass fractionator 3 from the ion source 2 in addition to the ions.
  • soft X-rays 17 may be generated.
  • stray light The vacuum ultraviolet light and the soft X-ray generated in this manner are called "stray light" because they cause noise for the mass spectrometer. Since stray light greatly affects the basic performance of the mass spectrometer, it is designed to detect only the original ions and not to detect stray light as much as possible as an ion detection unit, but it has always been a sufficient performance. Absent.
  • FIG. 10 is a view showing a part of the mass spectrometer of the first prior art, and is an enlarged view of the vicinity of the inlet of the ion detection unit 4 shown in FIG.
  • the mass aperture plate 11 is normally at ground potential (earth potential, 0 V), and the ion detection unit 4 detects the ions 13 that have passed through it.
  • the electrode D1 which is the first stage electrode of the secondary electron multiplier tube 9 is located on the same axis as the mass aperture plate 11 if only detection of ions is considered, in this arrangement, vacuum ultraviolet rays and soft X Stray light 18 containing at least one of the lines is detected as it is.
  • the trajectory of the ions is bent by the deflection plate 8, and the ions 13 are detected by the electrode D1 arranged off the axis along the long axis direction of the quadrupole electrode 7. ing. Since a negative high potential of about 2 kV is applied to the electrode D1, the intrinsic ion 13 to be detected is not appreciably lossy due to the pull-in electric field and the electric field generated by the several tens of V electric potential applied to the deflection plate 8. It is detected. On the other hand, since the stray light 18 having no charge goes straight, it hardly reaches the electrode D1. This structure is widely spread as an off-axis structure.
  • the reduction effect of the stray light 18 according to the first conventional method is about one digit. .
  • FIG. 11 The ion detection unit which improved this is shown in FIG. 11 as a 2nd prior art example.
  • FIG. 11 basically shows the off-axis structure, the electrode D1 is positioned farther to further reduce the arrival of the stray light.
  • an electrode 19 (hereinafter also referred to as “pull-in electrode”) for drawing in the ions 13 with an electric field is newly provided.
  • the same negative high potential as that of the electrode D1 is applied to the point 19.
  • the influence of the stray light 18 which is approximately proportional to the inverse square of the distance is reduced.
  • the pull-in electric field in the vicinity of the mass aperture plate 11 is weaker than that in the first conventional example, and the original ion 13 to be detected reaches the electrode D1. Have also been reduced. Therefore, the S / N is not yet sufficient performance.
  • FIG. 12 A further improved ion detection unit is shown in FIG. 12 as a third prior art example.
  • the second deflection plate 8b to which a potential of ⁇ several tens of volts is applied is disposed. ing. Therefore, although the electrode D1 itself is not very off-axis, since the second deflection plate 8b and the lead-in electrode 19 are provided as an obstacle between the mass aperture plate 11 and the electrode D1, the mass aperture plate 11 is From this point, the electrode D1 can not be directly expected (cannot be overlooked). Therefore, the influence of the stray light 18 is greatly reduced.
  • the lead-in electrode 19 having the same potential as the electrode D1 is provided to secure the detection efficiency of the original ion 13 to be detected.
  • the electric field of the lead-in electrode 19 does not reach the vicinity of the mass aperture plate 11, it is a problem that the original ion lead-in effect to be detected is reduced.
  • ions ejected from the mass spectrometer 3 such as a quadrupole mass spectrometer have a large spread in energy in the position and in the lateral direction (direction perpendicular to the axis), so the ions converge and move in the desired direction Applying a strong electric field is important for efficiently detecting the original ions to be detected.
  • the ion attraction effect is the first prior art> the second prior art> the third prior art, which is contrary to the effect of stray light reduction.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to improve the effect of an electric field for drawing ions to be detected to the first stage electrode of the secondary electron multiplier.
  • An ion detection device, an ion detection method, and a method of manufacturing the ion detection device capable of improving the effect of stray light reduction.
  • a first aspect of the present invention is an ion detector, comprising: a secondary electron multiplier having a plurality of electrodes; and a lead-in electrode for drawing ions to the first stage electrode of the secondary electron multiplier.
  • the amount of light incident on the first stage electrode of the internal stray light generated inside the ion detector is the first stage of external stray light generated outside the ion detector.
  • a second aspect of the present invention is an ion detection method, comprising the steps of mass fractionating incident ions and introducing them into an ion detecting device, and secondary electron multiplication of the introduced ions by an electric field by a lead-in electrode.
  • the light amount of the light incident on the first stage electrode of the internal stray light generated inside the ion detection device is equal to or less than the light amount of the light incident on the first stage electrode of external stray light generated outside the ion detection device.
  • an ion detector comprising: a secondary electron multiplier having a plurality of electrodes; and a lead-in electrode for drawing ions to the first electrode of the secondary electron multiplier.
  • the amount of light incident on the first stage electrode of the internal stray light generated inside the ion detection device and measuring the amount of light incident on the first stage electrode of external stray light generated outside the ion detection device And, based on the measurement result, when introducing ions into the ion detection device, the amount of light incident on the first stage electrode of the internal stray light is less than or equal to the amount of light incident on the first stage electrode of the external stray light
  • At least an area of the lead-in electrode and a potential difference between the lead-in electrode and an electrode in the vicinity of the lead-in electrode which is not the electrode of the secondary electron multiplier Characterized by a step of setting one.
  • a lead-in electrode for drawing ions to the first stage electrode side of the secondary electron multiplier is provided, and the influence by the internal stray light (described later) is equal to or less than the influence by the external stray light (described later).
  • An area of the lead-in electrode, and / or an electrode around the lead-in electrode, which is different from an electrode (for example, the electrode D1 or the like) of the secondary electron multiplier, and the lead-in electrode The potential difference between is set. Therefore, the effect of stray light reduction can be improved while securing the effect of the electric field (ion drawing effect) for drawing the ions to be detected into the first stage electrode.
  • FIG. 3A It is a perspective view of the drawing-in electrode and deflection
  • the electrode D1 which is the first stage electrode of the secondary electron multiplier tube is disposed away from the aperture of the mass aperture plate And one end of the lead-in electrode is extended to the vicinity of the aperture.
  • An ion detection unit realizing such a configuration is shown in FIG. 13 as a study example.
  • the electrode D1 is disposed away from the aperture formed in the mass aperture plate 11 in order to reduce the arrival of the stray light 18 to the electrode D1. Further, one end of the lead-in electrode 20 is connected to the electrode D1, and a potential of -2.0 kV, which is the same as that of the electrode D1, is applied to the lead-in electrode 20. Furthermore, the lead-in electrode 20 is extended close to the aperture by positioning the other end of the lead-in electrode 20 near the edge of the aperture.
  • reference numeral 21 denotes a lead-in electrode 20 shown in a perspective view.
  • the position of the electrode D1 is not only the distance from the mass aperture plate 11 but also the extreme off-axis in which the prospect angle (the opening angle from the central axis) is increased.
  • the lead-in electrode 20 of the same potential is elongated to reach close to the mass aperture plate 11. Therefore, while the influence of the stray light 18 is greatly reduced, the detection efficiency of the original ions 13 to be detected can be secured. On the other hand, the area of the lead-in electrode 20 is quite large.
  • the study example shown in FIG. 13 reduces the arrival of the stray light 18 to the electrode D1 and considerably reduces the noise caused by stray light while securing the ion pulling effect by the lead-in electrode 20 extended to the vicinity of the aperture.
  • the higher the potential of the electrode D1 the more noise.
  • the amplification factor increases, but even if this increase is canceled, the amount of noise has a strong voltage dependence on the electrode D1. Therefore, this would be a phenomenon involving the lead-in electrode 20 which is at the same potential as the electrode D1.
  • the second characteristic result is that noise is reduced when a negative high potential is applied to the deflection plate 8 while the potential of the electrode D1 is fixed. This change state was complementary to the voltage dependency to the electrode D1 of the first experimental result (approximately matching the potential difference as a variable).
  • the voltage of the deflecting plate 8 exhibits a sharp change having a top at several tens of volts, but the noise is obviously different from this.
  • the presence of the electrode D1 between the opposing deflection plate 8 and the lead-in electrode 20 may be due to both the deflection plate 8 and the lead-in electrode 20 involved.
  • This phenomenon can occur only when the potential of the lead-in electrode is a negative high potential.
  • electrons are emitted also from the deflection plate irradiated with stray light and other electrodes and inner walls close to the ground potential, but since there is no positive high potential above the ground potential in the vicinity, electrons have high energy. And no problem arises. Therefore, it can not be a factor in the first conventional example, but it is always a factor not only in the examination example as one embodiment of the present invention, but also in the configuration having a minus high potential lead-in electrode such as the second and third conventional examples. obtain.
  • a similar phenomenon is reported as a soft x-ray limit in an ionization vacuum gauge, which is another field.
  • electrons from the filament collide with the grid at about 100 eV, and the soft x-rays generated there irradiate the collector. Electrons are emitted from the collector and this is the pseudo ion current, so the lower limit of the original ion current measurement is determined.
  • the area of the collector is reduced to reduce the irradiation efficiency of the soft X-ray.
  • high energy electrons (@ lead-in electrode / filament) ⁇ soft X-ray (@ deflection plate / grid) ⁇ photoelectron (@ D1 / collector).
  • the source of high energy electrons is photoelectrons from vacuum ultraviolet light in the present invention
  • the thermoelectron from a filament is in the ionization vacuum gauge
  • the object of the electrode D1 is In the ionization vacuum gauge
  • the purpose of the collector is to measure the amount of ions as opposed to the emission of secondary electrons. For this reason, it is difficult to use the improvement measures (reduction of the collector area) in the ionization vacuum gauge as it is as the reduction measures for this factor.
  • the area of the lead-in electrode 20 is considerably large, and the area is about 10 times as large as that of the electrode D1 (the area of the lead-in electrode is large From the viewpoint of not disturbing the ion orbit as much as possible, the electrode surface is installed over the entire travel of the ion, and the length in the direction perpendicular to the paper surface is sufficiently made).
  • the lead-in electrode 20 is present close to the mass aperture plate 11 which is a source of stray light 18, and stray light 18 of extremely high intensity is present in the region of the lead-in electrode 20 near the mass aperture plate 11. It is irradiated. Due to both the reasons 1) and 2), the difference between the stray light reaching the electrode D1 and the stray light irradiated to the lead-in electrode 20 is probably several orders of magnitude.
  • the surface of the electrode D1 is subjected to surface treatment suitable for secondary electron emission, the effect thereof is within 2 times, and it does not largely affect even if the surface of the lead-in electrode 20 is not treated (electrode D1 From then on, the difference in surface treatment of each electrode greatly affects the results of multistage amplification).
  • the light generating photoelectrons at the electrode D1 affecting noise is vacuum ultraviolet light with low energy in the conventional mechanism.
  • light generating photoelectrons at the electrode D1 affecting noise is soft X-rays of higher energy.
  • the dominant noise in the study example of the present invention is stray light ⁇ high energy electron (@ lead-in electrode) ⁇ soft X-ray (@ other electrode such as @ deflection plate) ⁇ photoelectron (@ electrode D1) Judge that it is caused by the new mechanism.
  • the concept of noise by the above novel mechanism is not limited to the examination example of the present invention, and, for example, ion trajectories of the first to third conventional examples described in FIGS.
  • the invention can be applied to an ion detector having an electrode (for example, a lead-in electrode) for bending to the side.
  • the essence of the present invention is to suppress the incidence of the internal stray light, such as soft X-rays, generated by the action of high energy electrons generated in the lead-in electrode or the like in the ion detector by the external stray light described later. It is because.
  • stray light generated outside the ion detector such as an ion source, a mass spectrometer, or the like, which has been conventionally known, is defined as “external stray light”. That is, in FIGS. 10 to 14, the stray light 18 is an external stray light, and the stray light incident upon the ion incidence from the ion introduction unit of the ion detector for introducing ions from an external device such as a mass spectrometer It is called ". Further, stray light generated due to external stray light within the ion detector newly found in the present invention is defined as “internal stray light”. That is, in FIG.
  • the ion detection unit using the lead-in electrode it is an object of the present invention to make the influence by the "internal stray light" at least equal to the influence of the "external stray light". That is, making the influence (the amount of noise due to the internal stray light) on the S / N ratio of the “internal stray light” equal to or less than the effect (the amount of noise due to the external stray light) on the S / N ratio of the “external stray light” Is the goal of the present invention.
  • the influence of "internal stray light” is set to 1/3 or less of the influence of "external stray light".
  • the basis for assuming that the influence of internal stray light is three times the influence of external stray light is as follows. Since noise is an inherently random phenomenon, it is unreasonable and meaningless to decide its value too strictly.
  • one guideline of the present invention is “internal stray light”.
  • the influence on the S / N ratio due to is made 1 / X or less of the influence on the S / N ratio due to "external stray light”.
  • the area of the lead-in electrode, the lead-in electrode, and the electrodes therearound are such that the influence of the internal stray light on the S / N ratio is smaller than the influence of the external stray light on the S / N ratio. It is important to set the potential difference of the electrodes (eg, deflection plates) other than the electrodes (electrodes D1 to D20) of the secondary electron multiplier.
  • the electrodes eg, deflection plates
  • One guideline can be used.
  • the above-described one may be used depending on the reference device configuration.
  • the assumed value for the numerical value of the difference between the internal stray light and the external stray light changes. Therefore, the above-mentioned one guideline of the present invention is only one standard for design when producing the ion detector of the present invention based on the conventional ion detector or the examination example of the present invention.
  • noise due to stray light including the both is distinguished from other noise (noise of SEM itself, noise of electric circuit, etc.).
  • Step (1) After setting the voltage so that all ions do not enter the ion detection unit 4 and turning the filament 5 of the ion source 2 from ON to OFF, the difference becomes noise due to stray light. That is, the noise due to the external stray light and the noise including the noise due to the internal stray light are detected by the collector 10.
  • the potential of the ion generation region of the ion source 2 is made lower (minus) than the central potential of the quadrupole electrode 7, or the mass number of components to be measured is There is a method such as setting to a nonexistent value (such as m / z 5). Since the noise due to stray light is usually overwhelmingly large, the step (1) is positioned as a confirmation operation.
  • Step (2) If the potential difference between the lead-in electrode 20 and other electrodes such as the deflector plate 8 in the vicinity is made a fraction of the original value, preferably 1/10 or less, the difference is noise of "internal stray light" And the remaining part becomes the noise of "external stray light". That is, when the potential difference is changed to, for example, 1/10 or less, the noise of the external stray light is detected by the collector 10, and the noise detected by the collector 10 before the change is detected by the collector 10 this time. The difference between the noise and the noise is the noise of the internal stray light.
  • the noise due to the internal stray light and the noise due to the external stray light are detected by the collector 10 in a state where the ions are not incident on the ion detection unit 4. Therefore, in the method of measuring the amount of noise, the amount of internal stray light and the amount of external stray light which are incident at the electrode D1 which is the first stage electrode of the secondary electron multiplier 9 are measured. That is, in the embodiment of the present invention, it is only necessary to be able to measure the incident amount of the internal stray light and the incident amount of the external stray light at the electrode D1 as described above.
  • a method of disposing the photoelectric element immediately before the surface of the electrode D1 on which ions are incident can be mentioned.
  • various voltages are set so that all ions do not enter the ion detection unit 4 as in step (1).
  • the amount of stray light including internal stray light and external stray light is measured.
  • the potential difference between the lead-in electrode 20 (-2 kV in FIG. 13) and the deflection plate 8 is controlled.
  • the amount of light measured by the photoelectric element is the amount of external stray light. Therefore, the light amount of the internal stray light can be measured by calculating the difference between the light amount measured by the photoelectric element and the light amount of the external stray light before performing the control of the potential difference.
  • any method may be used as long as it is possible to measure the light quantity of the internal stray light at the electrode D1 and the light quantity of the external stray light at the electrode D1 during arbitrary ion incidence.
  • setting of the area of the lead-in electrode, or between the lead-in electrode and its peripheral electrode (e.g., a deflection plate) using the method of measuring the light quantity of the internal stray light and the light quantity of the external stray light can be set.
  • the improvement measures against "internal stray light” depend on how to reduce "the amount of generation" of high energy electron and its "energy value”.
  • the amount of high energy electrons generated is proportional to the amount of light received of stray light (the amount actually irradiated to the lead-in electrode), but the amount of light received is directly proportional to the area of the “lead-in electrode”.
  • the same area reduction is not very effective for other electrodes such as deflection plates that generate soft X-rays.
  • the influence of the internal stray light is three times the influence of the external stray light
  • the following occurs that is, as described above, if the area of the lead-in electrode 20 is made smaller than that in the above-described example, the noise due to the internal stray light is reduced in proportion to this. Therefore, in such a case, if the area of the lead-in electrode 20 in the study example of the present invention is set to 1/3 or less, the influence on the S / N ratio is smaller in the "internal stray light" than in the "external stray light". I can say that.
  • the influence of internal stray light is three times the influence of external stray light as follows. That is, since the final conversion efficiency to photoelectrons is proportional to the 1.6th power, if the potential difference between the lead-in electrode 20 and the deflection plate 8 is made smaller than in the above-described example, the noise due to the internal stray light in proportion to this Is reduced.
  • the noise due to the internal stray light is reduced to 1/3 (1/2 to the 1.6th power) if the potential difference between the lead-in electrode 20 and the deflector 8 is halved with respect to the studied example shown in FIG. Therefore, the influence on the S / N ratio is smaller for "internal stray light” than for "external stray light".
  • the first is a mechanism in which high energy electrons generated in the “pull-in electrode” are directly incident on the electrode D1, the electrode D2, the electrode D3 and the like and amplified. Since the electrode D1 is in a position where it can be expected from the "pull-in electrode", electrons generated by stray light of relatively high energy may have energy capable of emitting secondary electrons also with respect to the potential of the electrode D1.
  • the electrode D2 and the electrode D3 and the like are not in a position where they can be expected, the reflectance of electrons is similar to that of light, so the electrons can be multiply scattered as in stray light and enter the electrodes D2 and D3.
  • the amplification factor is about half, but the influence is considered to be greater because secondary electrons can be sufficiently generated from the potential difference.
  • the second mechanism is that stray ions, not vacuum ultraviolet light, collide with the “pull-in electrode” to generate high energy electrons (the same as described above).
  • Stray ions are ions that are generated by the ion source and are not sufficiently separated (removed) by the mass spectrometer, and electrons collide with stray light if they collide with “negative” electric potential “pull-in electrode” with high energy. generate.
  • the lead-in electrode for drawing ions to the electrode D1 side by the electric field of its own is provided, an off-axis structure for reducing external stray light can be realized, and the ion lead-in effect improves efficiency. Ions can well reach the electrode D1.
  • the area of the lead-in electrode and / or the lead-in electrode and its peripheral electrode are provided so as to reduce the influence on S / N due to the internal stray light newly discovered in the present invention.
  • the potential difference between the secondary electron multiplier and a peripheral electrode (e.g., a deflection plate) other than the electrode of the secondary electron multiplier is set. Therefore, the influence of the internal stray light on the S / N ratio which has not been assumed at all conventionally can be reduced, and noise due to the stray light can be further reduced.
  • the effect of internal stray light on the S / N ratio is reduced by a novel mechanism newly discovered in the present invention, and it is made less than the effect on external stray light on the S / N ratio.
  • external stray light is reduced by adopting an off-axis structure using a lead-in electrode.
  • the external stray light can be further reduced by, for example, moving the electrode D1 away from the aperture formed in the mass aperture plate 11 as shown in the second conventional example, but a structure for reducing the external stray light
  • internal stray light is generated. That is, internal stray light is generated regardless of how much the external stray light is reduced, and the internal stray light affects noise more than the external stray light.
  • the influence of the internal stray light on the S / N ratio (the amount of incidence on the internal stray light to the electrode D1)
  • the noise can be further reduced by setting the ratio to the N / N ratio (the amount of incident external stray light to the electrode D1) or less.
  • the area of the lead-in electrode, the lead-in electrode and its peripheral electrode, but not the electrode (for example, electrode D1 etc.) possessed by the secondary electron multiplier, for example, the deflection plate And at least one of the potential differences between the two) is properly set.
  • the amount of light of the internal stray light (the amount of noise due to the internal stray light) incident on the electrode D1 at the time of arbitrary ion incidence is the amount of the light of the external stray light incident on the electrode D1 (noise due to the external stray light) Amount) to at least one of the area of the lead-in electrode and the potential difference between the lead-in electrode and its peripheral electrode (not the electrode of the secondary electron multiplier but not the electrode of the secondary electron multiplier)
  • both the incident amount of internal stray light to the electrode D1 (the amount of noise due to the internal stray light) and the amount of incident external stray light to the electrode D1 (the amount of noise due to external stray light)
  • these measurements should just use the method demonstrated already.
  • the smaller the value of x the smaller the amount of generated high energy electrons and the energy value that cause the internal stray light.
  • the area of the lead-in electrode or the lead-in electrode and its peripheral electrode such that the light quantity of the internal stray light becomes equal to or less than the light quantity of the external stray light It is possible to obtain a potential difference between the secondary electron multiplier and a peripheral electrode (e.g., a deflection plate) which is not the electrode of the secondary electron multiplier.
  • a peripheral electrode e.g., a deflection plate
  • FIG. 1A is a schematic view showing a part of a mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analysis unit.
  • FIG. 1B is a perspective view of the lead-in electrode of the ion analysis unit of FIG. 1A.
  • the secondary electron multiplier has 20 stages of electrodes
  • FIG. 1A shows the electrodes (four electrodes) up to the fourth stage.
  • the electrode D1 disposed in the first stage of the secondary electron multiplier and the electrode D2 disposed in the second stage are disposed to face each other, and the k-th electrode Dk (k is an integer of 2 or more) Is disposed opposite to the electrode k ⁇ 1-th electrode Dk ⁇ 1 of the preceding stage and the electrode k + 1-th electrode Dk + 1 of the subsequent stage.
  • each of the electrodes D1 to D20 electrons generated by the collision of ions with the electrode D1 disposed in the first stage of the secondary electron multiplier are incident on the electrode D2 in the subsequent stage and amplified by the electrode D2.
  • the secondary electrons are generated, and the amplified secondary electrons are sequentially incident on the electrodes (D3 to D20) of the subsequent stage so that further amplification is performed.
  • a voltage at which the amplification is performed for example, a voltage at which a potential difference is 100 V is applied to the electrodes D1 to D20, for example, between the electrode at the front stage and the electrode at the rear stage. That is, as shown in FIG.
  • a potential of -2.0 kV is applied to electrode D1
  • a potential of -1.9 kV is applied to electrode D2
  • a potential of -1.8 kV is applied to electrode D3.
  • a potential of -1.7 kV is applied to the electrode D4.
  • the voltage is similarly applied to the electrodes D4 to D20.
  • electrode D1 positioned at the first stage of the plurality of electrodes of the secondary electron multiplier tube emits electrons generated by the incident ions to the second stage electrode (D2) at the second stage, and In each of the second and subsequent stages, electrodes D1 to D20 are configured to amplify secondary electrons incident from the electrode of the first stage and emit the amplified secondary electrons to the electrodes of the second stage.
  • a mass aperture plate 11 in which an aperture is formed is provided in the ion introduction portion to the ion detection unit, and the mass aperture plate 11 is at a ground potential (0 V).
  • a deflection plate 8 which functions as a deflection electrode for changing the trajectory of the incident ion flux is provided at a later stage of the traveling direction of the ion flux incident through the aperture of the mass aperture plate 11 in the ion introducing section. It is done. A potential of several tens of volts is applied to the deflection plate 8, and the traveling direction of the ion flux can be bent by the potential.
  • the lead-in electrode 101 is separately provided. That is, the lead-in electrode 101 is disposed so as to face the deflection plate 8 so that the ions 13 pass through the region between the lead-in electrode 101 and the deflection plate 8.
  • the ions 13 can be drawn to the electrode D1 side to reach the electrode D1.
  • the same potential (-2 kV) as that of the electrode D1 is applied to the lead-in electrode 101.
  • one end of the lead-in electrode 101 can be electrically connected to the electrode D1.
  • Such a connection eliminates the need for re-providing a power supply system for applying a potential to the lead-in electrode 101.
  • Such a configuration is preferable in consideration of simplification of the apparatus.
  • the lead-in electrode 101 is extended close to the above-mentioned aperture.
  • the lead-in electrode 101 has a mesh shape.
  • the ions 13 separated by the quadrupole electrode 7 and having a specific mass number are ejected from the mass aperture plate 11 to the ion detection unit.
  • the ions 13 are drawn in the direction of the SEM by the electric field (-2 kV) by the mesh-like lead-in electrode 101 and the electric field (several tens of volts) of the deflector 8 and fly between the lead-in electrode 101 and the deflector 8 Thereafter, the light is incident on an electrode D1 which is a first stage electrode of the SEM. After that, secondary electrons are emitted and amplified as in the function of a normal SEM.
  • the configuration, structure, and function of the present embodiment are exactly the same as the study example (FIG. 13) of the present invention, but the feature of the present embodiment is that the “draw-in electrode” is formed by a mesh. While the light transmittance of the mesh is 90%, the use of a fine-meshed mesh is almost the same as in the case of the plate-like examination concerning electric field formation. Therefore, even if the mesh-like lead-in electrode 101 according to the present embodiment is used, the detection efficiency of the original ions 13 to be detected can be secured.
  • the stray light transmitted through the mesh-like lead-in electrode 101 is irradiated to the mass aperture plate 11 on the back side, and electrons are generated therefrom, but high energy electrons are not generated because the mass aperture plate 11 is at the ground potential.
  • the influence of the internal stray light on the influence of the external stray light is reduced to 1/10 in this embodiment when it is assumed to be three times in the examination example. That is, in this case, the influence of the internal stray light on the S / N ratio with respect to the influence of the external stray light on the S / N ratio in the present embodiment is 3/10.
  • the transmittance of the mesh In terms of performance, noise is reduced by the amount of transmittance, so it is better for the transmittance of the mesh to be large, and can be increased to about 99%, which is the mechanical limit.
  • the diameter and interval of the mesh are not particularly limited.
  • the effective area (area of the electrode portion) is reduced as compared with the example of the present invention, and the lead-in electrode The area of is set such that the incident amount of internal stray light to the electrode D1 is equal to or less than the incident amount of external stray light to the electrode D1.
  • the shape of the lead-in electrode 101 is a mesh
  • the present invention is not limited to this.
  • an electrode having at least one opening such as an electrode in which a slit is formed or an electrode having a structure in which a plurality of wires are spaced
  • an electrode of any structure may be used. The reason is that by providing at least one opening in the lead-in electrode, it is possible to transmit stray light incident on the opening to the back side, and the amount of stray light incident on the opening is a factor that generates internal stray light. This is because generation of high energy electrons can be suppressed.
  • the area, the number, the position, and the like of the openings may be appropriately set such that the light amount of the internal stray light incident on the electrode D1 is equal to or less than the light amount of the external stray light incident on the electrode D1.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analysis unit.
  • the applied potential to the lead-in electrode 201 is ⁇ 500 V with respect to the study example of the present invention, but the difference is the same, and the other is the same.
  • the ions 13 ejected from the mass aperture plate 11 are mainly drawn in the direction of the SEM 9 by the electric field by the drawing electrode 201, but the potential applied to the drawing electrode for the ion drawing is an example of examination of the present invention Has been changed from -2kV to -500V. For this reason, although the ion attraction effect is somewhat reduced, the detection efficiency of the original ions to be detected is considerably improved as compared with the second and third conventional examples. Also, although the amount of high energy electrons generated at the lead-in electrode 201 is the same as in the example of the present invention, its energy value is reduced from about 2 keV to about 500 eV. Therefore, the noise (N) is reduced by an order of magnitude and the signal (S) is increased according to the relational expression that the conversion efficiency to the final photoelectrons is proportional to the voltage to the 1.6th power as described above.
  • an end plate may be provided at the end of the lead-in electrode 201 on the mass aperture plate 11 side, or the width of the lead-in electrode 201 and other electrodes such as a deflection plate may be reduced as a whole.
  • the voltage applied to the lead-in electrode 201 is ⁇ 500 V.
  • the present invention is not limited to this, and it is possible to freely select an optimum value at which the S / N is maximum.
  • what is important in the present embodiment is to reduce the energy value of the high energy electrons generated in the lead-in electrode 201, and for that purpose, the lead-in electrode 201 and the peripheral electrode of the lead-in electrode are secondary. The potential difference between the electron multiplier tube 9 and the deflection plate 8 which is not the electrode (electrodes D1 to D20) of the electron multiplier tube 9 is reduced.
  • the applied potential to lead-in electrode 201 is set such that the potential difference between lead-in electrode 201 and deflection plate 8 becomes smaller than the potential difference between electrode D1 and deflection plate 8, the above-mentioned decreased potential difference
  • the energy value of high-energy electrons can be reduced by the amount of S, and the influence of the internal stray light on the S / N ratio can be reduced.
  • the light quantity of the internal stray light entering the electrode D1 is less than the light quantity of the external stray light entering the electrode D1.
  • the potential applied to the lead-in electrode 201 may be determined so that That is, in the present embodiment, the potential applied to the lead-in electrode 201 is any potential at which the light quantity of the internal stray light entering the electrode D1 is equal to or less than the light quantity of the external stray light entering the electrode D1. It may be.
  • the potential applied to the lead-in electrode 201 such as 500 V can be separately supplied from the atmosphere side, it is preferable to use a voltage obtained by resistance division in the SEM. Not only is it economical, but even if the voltage applied to the electrode D1 is changed by changing the multiplication factor, the ion trajectory does not change because the potential of the lead-in electrode 201 changes at the same rate by following. is there.
  • the power supply system to the lead-in electrode and the power supply system to the electrodes D1 to D20 are identical, and the potential applied to the lead-in electrode is the electrode It is a usual design principle to make it the same as the applied potential to D1. Therefore, conventionally, a person skilled in the art adopts a configuration in which the same potential is applied to the lead-in electrode and the electrode D1 in order to apply the above-mentioned resistance division under this design principle.
  • the design principle is to electrically connect the electrode D1 and the lead-in electrode and apply the same potential to the two electrodes. There is.
  • the present embodiment it is discovered that the high energy electrons generated by the lead-in electrode greatly contribute to the generation of internal stray light by the above-described novel mechanism, and the potential difference between the lead-in electrode and the deflection plate is It was found that the generation of internal stray light can be reduced by reducing the size. That is, the present embodiment is characterized in that a potential having an absolute value smaller than the absolute value of the potential applied to the electrode D1, which has not existed at all in the above-described design principle, is applied to the lead-in electrode. As a result, it is possible to achieve a remarkable effect not found in the above-described conventional design principle that the influence of the internal stray light on the S / N ratio can be reduced.
  • the sixteenth electrode D16 out of the twenty electrodes D1 to D20 of the secondary electron multiplier tube 9 is also applied.
  • a voltage of -0.5 kV is applied. Therefore, by electrically connecting the electrode D16 and the lead-in electrode 201, it is not necessary to newly provide a power supply for the lead-in electrode 201, and simplification of the device can be ensured.
  • FIG. 3A is a view showing a part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analyzer.
  • FIG. 3B is a perspective view of the lead-in electrode and deflection plate of the ion analysis device shown in FIG. 3A.
  • the deflection plate 8 is divided into two for the examination example of the present invention, and of the two divided deflection plates, the second deflection plate 302 facing the lead-in electrode 20 is used. The other points are the same except that a potential of -1.5 kV is applied.
  • two deflection plates 301 and 302 are used. Then, a potential of several tens of volts is applied to the deflection plate 301 disposed on the front side in the direction of movement of the ions 13, and a potential of -1.5 kV is applied to the deflection plate 302 disposed on the rear side.
  • the potential applied to the deflection plate 302 is -1.5 kV instead of several tens of volts.
  • the energy value of the high-energy electrons generated at is reduced from about 2 keV to about 500 eV. Therefore, noise reduction of one digit comparable to that of the second embodiment can be expected.
  • the second embodiment is slightly better in noise reduction, but the mesh structure of SEM 9 is applied, etc. There is no need to change the shape of the lead-in electrode and the shape of the deflection plate. It is desirable to use a voltage which is also resistively divided in the SEM 9 also for the potential -1.5 kV applied to the deflection plate 302.
  • a plurality of deflection plates are provided, and the potential difference between at least one of the plurality of deflection plates facing the lead-in electrode and the lead-in electrode is made incident on the electrode D1.
  • the potential applied to the lead-in electrode and the at least one deflection plate may be set such that the potential difference is such that the light amount of the internal stray light is equal to or less than the light amount of the external stray light incident on the electrode D1. That is, in the present embodiment, among the plurality of deflection plates, a traveling direction of ions introduced with a potential difference between at least one of the deflection plates facing the lead-in electrode (the deflection plate 302 in FIG. 3A) and the lead-in electrode.
  • the potential applied to the lead-in electrode and the at least one deflection plate is set so as to be smaller than the potential difference between the most upstream deflection plate (deflection plate 301 in FIG. 3A) and the electrode D1. Therefore, the energy value of high energy electrons emitted from the lead-in electrode to the at least one deflection plate can be reduced, and the irradiation amount of the internal stray light to the electrode D1 can be reduced.
  • FIG. 4 is a view showing a part of a mass spectrometer according to an embodiment of the present invention, and is a schematic view for explaining an ion analyzer.
  • the present embodiment is the same as the study example of the present invention except that the length of the lead-in electrode is shortened to 1 ⁇ 4 and the area is reduced.
  • the lead-in electrode 401 is spaced apart from the electrode D 1, and one end of the lead-in electrode 401 is disposed near the aperture of the mass aperture plate 11.
  • the area of the lead-in electrode 401 is reduced from the area of the lead-in electrode 20 in the study example of the present invention, and the area where the incident amount of internal stray light to the electrode D1 is equal to or less than the incident amount of external stray light to the electrode D1. It is set to.
  • the lead-in electrode 401 is shorter than the lead-in electrode 20 in the examination example, it is possible to reduce the irradiation amount of stray light to the lead-in electrode and reduce generation of high energy electrons, that is, noise by internal stray light to 1/4. It can. In the portion where the lead-in electrode 401 between the electrode D1 and the electrode D1 does not exist, stray light is irradiated to the mass aperture plate 11 on the back side and electrons are generated therefrom, but since the mass aperture plate 11 is at ground potential, high energy electrons are It does not occur.
  • the drawing efficiency of ions from the mass aperture plate 11 is the same as in the first embodiment. Although there is some ion scattering in the part where there is no lead-in electrode 401 between the electrode D1 and the electrode D1, it is sufficient if the ion flux is incident on the electrode D1, that is, the ion flux does not have to be a micro beam. It does not. Although the final detection efficiency of ions slightly decreases, this decrease is also not a problem.
  • the lead-in electrode 401 is provided separately from the electrode D1, the electrode D1 is disposed away from the aperture to further reduce external stray light, and the influence on the S / N ratio of the internal stray light Even if the area of the lead-out electrode 401 is reduced in order to reduce the energy loss, one end of the lead-out electrode 401 can be positioned in the vicinity of the aperture (ion introduction portion) of the mass aperture plate 11.
  • the electrode D1 is provided to further reduce external stray light. Can be disposed farther from the aperture, and the amount of incident internal stray light to the electrode D1 can be suppressed while securing the ion drawing effect.
  • FIG. 5 is a view showing a part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analyzer.
  • FIG. 5B is a perspective view of the lead-in electrode of the ion analyzer shown in FIG. 5A.
  • the present embodiment is the same as the fourth embodiment except that 1) the "draw-in electrode" has a ring shape, and 2) the two shortening the deflection plate is different. is there.
  • the area of the "draw-in electrode” is about 1/3 of that in the example studied.
  • a deflection plate 8 is provided at the front stage of the traveling direction of the ions 13 introduced from the mass aperture plate 11 as an ion introducing unit, and a ring-like lead-in electrode 501 such as a flat plate with holes is provided at the rear stage. It is done.
  • the ions 13 introduced into the ion detection unit 4 pass through the opening of the ring-shaped lead-in electrode 501.
  • a potential of ⁇ 2.0 kV is applied to the lead-in electrode 501.
  • the area of the lead-in electrode 501 is set such that the amount of incident internal stray light to the electrode D1 is less than or equal to the amount of incident external stray light to the electrode D1 during arbitrary ion introduction.
  • the lead-in electrode 501 is ring-shaped, it is axially symmetric with respect to the direction of the electrode D1. Therefore, even in the portion for transporting the ions 13 to the electrode D1 (the portion where the “pull-in electrode” in the fourth embodiment does not exist), the disturbance of the ion beam is small, and the final ion detection efficiency is higher than in the fourth embodiment. Can also be high.
  • FIG. 6A is a view showing a part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analyzer.
  • FIG. 6B is a view for explaining the lead-in electrode of the ion analyzer shown in FIG. 6A.
  • This embodiment is different from the fifth embodiment in 1) the point that the ring-shaped “draw-in electrode” is doubled, and 2) the applied voltage on the electrode D1 side of the double ring-like lead-in electrode. The other conditions are the same except that the voltage is ⁇ 0.5 kV and the applied voltage on the deflection plate side is 0 V.
  • the deflecting plate 8 is provided at the front stage of the traveling direction of the ions 13 introduced from the mass aperture plate 11 as the ion introducing unit, and the ring-shaped lead-in electrode 601 and the ring-shaped lead-in electrode 602 are provided at the subsequent stage. It is provided.
  • the ions 13 introduced into the ion detection unit 4 pass through the opening portions of the ring-shaped lead-in electrodes 601 and 602.
  • a potential of 0 kV is applied to the lead-in electrode 601, and a potential of ⁇ 0.5 kV is applied to the lead-in electrode 602.
  • the area of the lead-in electrodes 601 and 602 is set such that the amount of incident internal stray light to the electrode D1 is equal to or less than the amount of incident external stray light to the electrode D1 during arbitrary ion introduction.
  • the area of the “effective” “pull-in electrode” is half that of the fifth embodiment.
  • the area of the “effective” “pull-in electrode” is 1/6 that of the example studied, and the amount of high energy electrons generated and the noise are also 1/6.
  • the number of "lead-in electrodes” is two and the actual surface area is doubled, but both sides sandwiched between the two lead-in electrodes 601 and 602 are stray light Irradiation of is less. Therefore, the area of both sides can be neglected because the high energy electrons generated therefrom also reach the electrode D1 very little.
  • the noise applied to the lead-in electrode 601 which is one of the electrodes is 0 V, the area can also be ignored from the viewpoint of noise.
  • the potential applied to the lead-in electrode 602, which is an electrode to which a voltage is applied is also 1 ⁇ 4 of that in the example of the present invention, the noise is proportional to the 1.6th power of energy. The noise is reduced by an order of magnitude. Therefore, the noise due to the internal stray light can be reduced to 1/60 compared to the studied example from the contribution of both area and voltage.
  • the electric field 603 on the lower side has a low applied voltage by cleverly using the bleeding electric field.
  • the ion is strongly focused (immersion type lens), so the detection efficiency of the original ion to be detected, that is, the signal is improved. That is, as in the present embodiment, by providing two ring-shaped lead-in electrodes, ions can be converged efficiently.
  • the bleeding electric field can be skillfully used as described above, and ion focusing is made more efficient. It can be carried out.
  • the present invention is not limited to this, and it is possible to freely select the optimum value at which the S / N becomes maximum. Moreover, it is more desirable to divert the voltage which resistance-divided these in SEM9.
  • FIG. 7A is a view showing a part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analyzer.
  • FIG. 7B is a perspective view of the lead-in and focusing electrodes of the ion analysis device shown in FIG. 7A.
  • another “pull-in electrode” is disposed immediately behind the mass aperture plate 11, and a potential of ⁇ 0.5 kV is applied to the other pull-in electrode. The only differences are the same.
  • a ring-shaped lead-in electrode (focusing electrode) 701 is provided between the mass aperture plate 11 as the ion introduction portion and the deflection plate 8. There is.
  • the ions 13 introduced from the aperture of the mass aperture plate 11 pass through the opening of the lead-in electrode 701 as a focusing electrode.
  • a potential of ⁇ 0.5 kV is applied to the lead-in electrode 701.
  • the ions exiting the mass aperture plate 11 are converged by the new pull-in electrode 701, and As described above, the detection efficiency of the original ions to be detected is further improved by further focusing by the effect of the bleeding electric field generated between the aperture and the lead-in electrode 701. However, since the area of the lead-in electrode is doubled as compared with the sixth embodiment, the reduction of noise is 1/30 compared to the examination example of the present invention.
  • the voltage applied to the lead-in electrode 701 is ⁇ 0.5 kV, it is not limited to this, and it is possible to freely select an optimum value at which the S / N becomes maximum. Moreover, it is more desirable to divert the voltage which resistance-divided these in SEM.
  • FIG. 8 is a view showing a part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and is a schematic view for explaining an ion analyzer.
  • the seventh embodiment is the same as the seventh embodiment except that the shield case covers the SEM 9.
  • the secondary electron multiplier (SEM) 9 is surrounded by a shield case 801.
  • the shield case 802 is provided with an ion intake inlet 802 as an ion introducing unit.
  • the ion capturing inlet 802 is positioned such that the ions 13 drawn by the drawing electrodes 601 and 602 appropriately enter the electrode D1.
  • the shield case 801 is sealed as much as possible except the ion intake inlet 802, and prevents high energy electrons generated from the lead-in electrodes 601, 602 from being directly incident on the electrodes D2, D3 and the like to be noises. Therefore, although the reduction by the effect of the area and voltage of the “drawing electrode” described above is the same as the seventh embodiment, the noise of another factor can be reduced by the shield case 801.
  • the length W in the direction perpendicular to the traveling direction of the ions 1502 of the lead-in electrode 1501 is twice or more the distance to the ions 1502 Is required. That is, as shown in FIG. 15B, assuming that the distance between the lead-in electrode 1501 and the ions 1502 is D, the length W of the lead-in electrode 1501 is 2 ⁇ D or more. Therefore, for example, as shown in FIGS.
  • high energy electron generation area S (Also referred to as ')' is an area which can be seen from the ion trajectory from the mass aperture plate to the SEM at a part of the lead-in electrode.
  • the surface where stray light and stray ions can hardly reach, and the surface where generated high energy electrons are hardly scattered out are excluded from the high energy electron generation area S ′.
  • High energy electron generation areas for various shapes of extraction electrodes are shown in FIGS. 19A-19C and FIGS. 20A, 20B.
  • the area S 2 ′ ⁇ ( ⁇ / 2) 2 ⁇ ( ⁇ / 2) 2 is obtained.
  • “ion travel” is the distance from the 80% potential surface of the lead-in electrode to the SEM entrance surface. This is due to the fact that an 80% potential surface of the "pull-in electrode” will be necessary from the viewpoint of the ion pull-in effect, and the "SEM entrance plane” and subsequent ones become effective trajectories in the SEM. 21A to 23 show the various ion strokes.
  • the ion travels in the second conventional example shown in FIG. 11, the third conventional example shown in FIG. 12, and the examination example of the present invention shown in FIG. Show.
  • FIGS. 21A, 22 and 23 the 80% potential surfaces of the lead-in electrodes are shown at 2101, 2201 and 2301 and the SEM inlet faces are shown at 2102, 2202 and 2302.
  • FIG. The 80% potential surface of the lead-in electrode can be determined from the simulation analysis result as shown in FIG. 21B by performing potential surface analysis simulation.
  • the present invention is generalized using the reference example assumed and defined above.
  • the area of the "drawing electrode” (more precisely, the area of high energy electron generation), and the second, third conventional examples and It is smaller than the examination example of the present invention. This is because the inventor of the present invention has newly found that the noise is proportional to the area of the "pull-in electrode", but this has not been conventionally considered and the "pull-in electrode” is from another point of view such as the ion trajectory. It is designed.
  • the potential difference between the “pull-in electrode” and the electrode (for example, the deflection plate) existing in the vicinity thereof in each of the second embodiment, the third embodiment It also makes it smaller. This is because the inventor of the present invention has newly found that the noise is proportional to the square of the voltage of the "pull-in electrode", but this is not conventionally considered, and the voltage applied to the pull-in electrode is most The potential is made equal to the potential of the first stage electrode (D1) of the secondary electron multiplier having a high drawing efficiency and easy voltage application.
  • the potential of the first stage electrode of the secondary electron multiplier tube is Assuming that V D1 , the potential of the "pull-in electrode” is V E , and the potential of the electrode near the "pull-in electrode” is V S ,
  • first embodiment meh
  • second embodiment small potential difference
  • first embodiment meh
  • fifth embodiment ring shape
  • eighth embodiment shield case
  • the secondary electron multiplier tube SEM
  • SEM secondary electron multiplier tube
  • the “draw-in electrode” is described as an example installed separately from the SEM, the “draw-in electrode” may be configured integrally with the SEM or incorporated therein.
  • the first cause of noise generation has been described as stray light (vacuum ultraviolet light or soft x-ray), but any excitation source (neutral particles, ions, electrons, electromagnetic waves) that generates electrons with the extraction electrode that has a negative high potential It becomes effective to).
  • the generation source of the excitation source is assumed as the generation source of the excitation source.
  • the generation source of the excitation source when ions collide with the aperture plate at high speed, ions or soft X-rays are generated.
  • the wiring ions and soft X-rays are generated by discharge due to excess withstand voltage.
  • ions and vacuum ultraviolet light are generated due to the collision of ions and residual gas.
  • disturbance from outside the mass spectrometer is also assumed.
  • An example is the monitoring of neutral gases present in plasma devices, where high energy neutral particles, ions, electrons and electromagnetic waves become a problem.
  • any form of generating an influencing excitation source such as inductively coupled plasma (ICP) mode, atmospheric pressure chemical ionization (APCI), atmospheric pressure photoionization (APPI), etc. Can be applied.
  • ICP inductively coupled plasma
  • APCI atmospheric pressure chemical ionization
  • APPI atmospheric pressure photoionization
  • the present invention can also be applied to a mass spectrometer that does not include an ion source and detects ions generated outside the mass spectrometer.
  • An example is the monitoring of ions present in a plasma device.
  • mass spectrometer has been described as a quadrupole type, any other type of mass analysis mechanism such as a sector type or TOF type can be applied. Therefore, what is described as a mass aperture plate is generally referred to as an outlet aperture plate of a mass spectrometer.
  • the ion detector of the present invention is a unit capable of obtaining high S / N in a mass spectrometer, and is suitable for various mass spectrometers for a wide range of applications.

Landscapes

  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

本発明は、検出すべきイオンを２次電子増倍管の初段電極へと引き込むための電界の効果を向上しつつ、迷光低減の効果を向上可能なイオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法を提供する。本発明に一実施形態では、複数の電極を有する２次電子増倍管とイオンを２次電子増倍管の初段電極側へと引き込むための引き込み電極とを備えるイオン検出装置である。該イオン検出装置にイオンを導入する際に、イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の初段電極に入射する光量が、イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の初段電極に入射する光量以下となるように、引き込み電極の面積および引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方が設定されている。

Description

質量分析用イオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法
　本発明は、質量分析装置において質量選別されたイオンを極めて高いＳ/Ｎ（シグナル/ノイズ比）で検出するイオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法に関するものである。
　質量分析装置は試料成分の質量数ごとの存在量を測定することの出来る分析装置であって、他の分析装置に比べて、極めて感度が高い（検出限界が低い）ことが大きな特長となっている。これを実現している要素のひとつは質量選別されたイオンを検出するユニット（イオン検出ユニット）であり、２次電子増倍管（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ；ＳＥＭ）と偏向板、コレクタなどを備えている。ＳＥＭは20段程度の電極を有しており、初段の電極（Ｄ１）から終段電極まで100Ｖ～200Ｖ程度の電位差で順に電圧が印加されている。この各電圧はＳＥＭ内部にて初段電極Ｄ１への印加電圧を抵抗で分割して供給されることが多い。電極Ｄ１には-1.5ｋＶ～3ｋＶが印加されており、ここに質量選別されたイオンがその電位に相当するエネルギーで衝突する。電極Ｄ１に2ｋＶが印加されていれば衝突エネルギーはほぼ2ｋeＶとなるが、この程度のエネルギーでは電極Ｄ１表面で電子（２次電子）が発生する。すなわち、電極Ｄ１にてイオン/電子変換が行なわれる。この収率（効率）は0.1～0.2程度であり、電極Ｄ１表面の材質や状態にはあまり影響されない。しかし、衝突エネルギーには依存し、概ね衝突エネルギーＥに比例するので、イオン/電子変換にとってはイオンのエネルギーが重要となる。
　電極Ｄ１から発生した電子は電極Ｄ１よりも100Ｖ程度高い（プラス方向の）電位を持つ二段目の電極（Ｄ２）に引き込まれ、電位差に対応した100eＶ程度のエネルギーで衝突する。電子衝突による２次電子発生の収率は大変高く、この程度のエネルギーでは適切な表面状態において1.5～2.0程度となる。したがって、ここでは電子の増幅が実現していることになる。これ以降、三段目の電極Ｄ３、四段目の電極Ｄ４で同じように電子増幅が行なわれ、最終段目の電極では５桁から６桁もの増幅が行うことができる（特許文献１～３、非特許文献１参照）。このように極めて高い増幅を行なえるＳＥＭは質量分析によっては必須のユニットとなっている。
　しかしながら、イオン検出ユニット（イオン検出装置）には質量選別され信号（シグナル）となる検出すべきイオンだけでなく、ノイズの原因となる光も到来する。電極Ｄ１では光も電子に変化されるので、初段電極である電極Ｄ１に入射した光は、電極Ｄ２以降ではシグナルと同じように増幅されてしまう。よって、いくら増幅率を高くしてもＳ/Ｎ（シグナル/ノイズ比）は改善されず意味のないことになってしまう。質量分析装置では5-6桁もの濃度差を持つ試料成分の測定が望まれており、このためにはＳ/Ｎは6桁が必要となるので、ノイズをいかに抑えるかが性能を決定的に左右することとなる。
　質量分別をするためには、まずは測定すべき中性分子をイオンとする（イオン化する）必要がある。代表的なイオン化法は電子イオン化と呼ばれており、イオン源にて70eV程度の熱電子を中性分子に衝突させ、外殻電子を弾き飛ばしてイオン化する（この他に、熱電子の代わりにプラズマを使うなどいくつもの方法がある）。しかし、この過程でイオン化されずに励起された分子も多く発生し、これらはしばらくして光（数～50eV程度の電磁波：真空紫外光）を放出して安定化する。この真空紫外光は電荷を持たないので質量分析計では分別されずにイオン検出ユニットに到来するが、そのままＳＥＭの初段電極Ｄ１に照射されると電子（光起因のため光電子とも言われる）を放出する。この効率は表面状態にも強く依存するが、0.1内外（0.01～0.2）となる。つまり、本来の信号であるイオンと同程度の効率で電子が発生する。
　また、質量分析計からもノイズ原因となる光が出る可能性が知られている。最も代表的な四重極質量分析計ではマイナスの高電圧となった四重極ポールにイオンが衝突して、真空紫外光よりもエネルギーの高い光（50eV～2ｋeV程度の電磁波：軟Ｘ線）が発生する。以上の状況を図９に示す。
　図９は、従来の質量分析装置を模式的に示した図である。　
　図９において、真空容器１ａ内に配置された質量分析装置１は、イオン源２、質量分別計３、およびイオン検出ユニット４を備えている。　
　イオン源２は、フィラメント５を有し、該フィラメントにより発生した熱電子６を用いて測定対象の分子を含む中性分子をイオン化し、該生成されたイオンを質量分別計３へと導入する。
　質量分析計３は、４本の円柱状電極からなる四重極電極７を有している。四重極電極７のうち対向する電極セットを電気的に結合し、それぞれの電極セットに直流電圧と高周波交流電圧とを印加することにより、各電圧、周波数等に応じた質量数を有するイオンのみを、四重極電極７の長軸方向に通過させるようにしている。
　イオン検出ユニット４は、イオンの軌道を曲げるための電極として機能する偏向板８と、二次電子増倍管（ＳＥＭ）９とを有している。図９において、二次電子増倍管９は、２０段（２０個）の電極Ｄ１～Ｄ２０、およびコレクタ１０を有している。また、偏向板８の前段のイオン検出ユニット４のイオン導入部には、アパーチャが形成された質量アパーチャ板１１が配置されている。該質量アパーチャ板８は、所定の電位に設定されるが、通常グランド電位（アース電位、０Ｖ）となっている。
　このような構成において、イオン源２にて発生したイオンが質量分別計３に入射されると、所望の質量数を有するイオン１３が質量分別計３を通過し、該イオン１３がイオン検出ユニット４に入射される。イオン検出ユニット４に入射したイオン１３は、偏向板８の作用により、電極Ｄ１側へとその軌道を変化させる。電極Ｄ１にイオン１３が入射すると、該電極Ｄ１にてイオン/電子変換により電子を発生する。該電子が電極Ｄ２に入射すると、電極Ｄ２にて２次電子１２が発生し、該２次電子１２が後段の電極Ｄ３～Ｄ２０にて順次増幅されてコレクタ１０に入射する。コレクタ１０では入射された２次電子に応じた信号１５を出力する。
　このような質量分析の際には、上述のようにイオン源２から質量分別計３にはイオンの他に真空紫外線１５が入射することがある。また、四重極電極７にイオン１６が衝突することにより、軟Ｘ線１７が発生することもある。
　このようにして発生した真空紫外光と軟Ｘ線とは質量分析装置にとってはノイズ原因となるので「迷光」と呼ばれている。迷光は質量分析装置の基本的性能を大きく左右するので、イオン検出ユニットとしては本来のイオンのみを検出し、迷光は出来るだけ検出しないような工夫がなされているが、必ずしも十分な性能となっていない。
特開２００２－３２９４７４号公報 特開平１０－１８８８７８号公報 特開２００１－３５１５６５号公報
大村　孝幸、山口　晴久、「質量分析計の検出器－二次電子増倍管」、J.Vac.Soc.Jpn.、真空　Ｖｏｌ50、Ｎｏ4、Ｐ258-263（2007）
　迷光を検出しないようにするため、イオン検出ユニットには以下のような工夫がなされている。図１０は第一の従来例の質量分析装置の一部分を示す図であって、図９に示したイオン検出ユニット４入口付近の拡大図である。　
　質量アパーチャ板１１は通常グランド電位（アース電位、０Ｖ）となっており、イオン検出ユニット４がここを通過して来たイオン１３を検出する。イオンの検出だけを考えれば２次電子増倍管９の初段電極である電極Ｄ１は質量アパーチャ板１１と同じ軸上に位置するのが効率的ではあるが、この配置では、真空紫外線および軟Ｘ線の少なくとも一方を含む迷光１８をまともに検出してしまう。そこで、第一の従来例では、偏向板８によってイオンの軌道を曲げて、四重極電極７の長軸方向に沿った軸上からずらして配置した電極Ｄ１によってイオン１３を検出する構造となっている。電極Ｄ１は2ｋV程度のマイナス高電位が印加されているので、この引き込み電界、と偏向板８に印加された数十Vの電位により生じる電界とで、検出すべき本来のイオン１３はあまり損失なく検出される。一方、電荷を持たない迷光１８は直進するので電極Ｄ１にはあまり到達しない。この構造はＯｆｆ-Ａｘｉｓ構造として広く普及している。　
　しかしながら迷光は反射率が0.2程度と高いこと、質量アパーチャ板１１からは迷光はある程度広がって放出されることから、第一の従来にかかる方式による迷光１８の低減効果は1桁程度となっている。
　これを改善したイオン検出ユニットを第二の従来例として図１１に示す。図１１では基本的にはＯｆｆ-Ａｘｉｓ構造であるが、電極Ｄ１をより遠くに位置させて迷光１８の到来をより低減している。また、検出すべき本来のイオン１３の検出効率は出来るだけ低減させないようにするため、イオン１３を電界で引き込むための電極１９（以降、「引き込み電極」とも呼ぶ）を新たに設置し、引き込み電極１９に電極Ｄ１と同じマイナス高電位を印加している。図１１に示した第二の従来例にかかる構造では、概ね距離の逆２乗に比例する迷光１８の影響は低減している。しかしながら、「引き込み電極１９」を設置したとは言え第一の従来例に比べれば質量アパーチャ板１１付近での引き込み電界は弱くなっており、電極Ｄ１へと到達する、検出すべき本来のイオン１３も低減してしまっている。そのためＳ/Ｎとしてはまだ十分な性能となっていない。
　さらに改善したイオン検出ユニットを第三の従来例として図１２に示す。図１２では、±数十Ｖの電位が印加された第１の偏向板８ａと、質量アパーチャ板１１との間に、±数十Ｖの電位が印加された第２の偏向板８ｂを配置している。従って、電極Ｄ１自体はあまりＯｆｆ-Ａｘｉｓとはなっていないが、質量アパーチャ板１１と電極Ｄ１の間に障害物として第２の偏向板８ｂおよび引き込み電極１９を設けているので、質量アパーチャ板１１からは電極Ｄ１が直接見込めない（見通せない）ようになっている。よって、迷光１８の影響は大幅に低減している。また、第二の従来例と同じく電極Ｄ１と同電位の引き込み電極１９を設置し、検出すべき本来のイオン１３の検出効率を確保しようとしている。しかし、引き込み電極１９の電界が質量アパーチャ板１１付近までは及ばないので、検出すべき本来のイオンの引き込み効果が低減されていることが課題となっている。
　例えば四重極質量分析計といった質量分析計３から射出されたイオンはその位置と横方向（軸に直角方向）のエネルギーに大きな広がりを持っているので、イオンを収束しつつ望むべき方向に進むよう強い電界をかけることが、検出すべき本来のイオンを効率よく検出するために重要となっている。このイオン引き込み効果については、第一の従来例＞第二の従来例＞第三の従来例となっており、迷光低減の効果と相反する結果になっている。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、検出すべきイオンを２次電子増倍管の初段電極へと引き込むための電界の効果を向上しつつ、迷光低減の効果を向上可能なイオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様は、イオン検出装置であって、複数の電極を有する２次電子増倍管と、イオンを前記２次電子増倍管の初段電極側へと引き込むための引き込み電極とを備え、前記イオン検出装置にイオンを導入する際に、前記イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の前記初段電極に入射する光量が、前記イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の前記初段電極に入射する光量以下となるように、前記引き込み電極の面積および前記引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって前記２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方が設定されていることを特徴とする。
　本発明の第２の態様は、イオン検出方法であって、入射されたイオンを質量分別してイオン検出装置に導入する工程と、前記導入されたイオンを、引き込み電極による電界により２次電子増倍管の初段電極側に引き込む工程と、前記引き込まれたイオンを前記初段電極にて電子に変換し、該変換された電子を増幅する工程とを有し、前記イオン検出装置にイオンを導入する際に、前記イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の前記初段電極に入射する光量が、前記イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の前記初段電極に入射する光量以下となるように、前記引き込み電極の面積および前記引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって前記２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方が設定されていること特徴とする。　本発明の第３の態様は、複数の電極を有する２次電子増倍管と、イオンを前記２次電子増倍管の初段電極側へと引き込むための引き込み電極とを備えるイオン検出装置の製造方法であって、前記イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の前記初段電極に入射する光量、および前記イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の前記初段電極に入射する光量をそれぞれ測定する工程と、前記測定結果に基づいて、前記イオン検出装置にイオンを導入する際に、前記内部迷光の前記初段電極に入射する光量が、前記外部迷光の前記初段電極に入射する光量以下となるように、前記引き込み電極の面積および前記引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって前記２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方を設定する工程とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、イオンを２次電子増倍管の初段電極側に引き込むための引き込み電極を設け、内部迷光（後述）による影響が外部迷光（後述）による影響の同等以下となるように、引き込み電極の面積、および／または引き込み電極の周辺の電極であって２次電子増倍管が有する電極（例えば、電極Ｄ１等）とは別個の電極（例えば、偏向板など）と該引き込み電極との間の電位差を設定している。従って、検出すべきイオンを上記初段電極へと引き込むための電界の効果（イオン引き込み効果）を確保しつつ、迷光低減の効果を向上することができる。
本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 図１Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 図３Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極および偏向板の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 図５Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 図６Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 図７Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極および集束電極の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。 第一の従来例の質量分析装置の全体を模式的に示す図である。 第一の従来例の質量分析装置の一部分を示す図である。 第二の従来例の質量分析装置の一部分を示す図である。 第三の従来例の質量分析装置の一部分を示す図である。 本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部分を模式的に示す図である。 図１３に示す質量分析装置において迷光がノイズとして起因するメカニズムを説明するための図である。 図１３に示す質量分析装置において迷光がノイズとして起因するメカニズムを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る、本発明の定量化の一例を説明するための図であって、面積に対する説明図である。 図１５ＡのＸＶＢ－ＸＶＢ線切断図である。 本発明の一実施形態に係る、本発明の定量化の一例を説明するための図であって、面積に対する説明図である。 本発明の一実施形態に係る、本発明の定量化の一例を説明するための図であって、面積に対する説明図である。 本発明の一実施形態に係る、本発明の定量化の一例を説明するための図であって、面積に対する説明図である。 本発明の一実施形態に係る高エネルギー電子発生面積を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る高エネルギー電子発生面積を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る高エネルギー電子発生面積を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る高エネルギー電子発生面積を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る高エネルギー電子発生面積を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るイオン行程を説明するための図である。 図２１Ａの引き込み電極の８０％の電位面を決定するために実施したシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るイオン行程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るイオン行程を説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
　（本発明を実施するにあたって実行した検討事項）　
　上述のように、イオン引き込み効果および迷光低減の効果を向上させるために、本発明の一実施形態では、２次電子増倍管の初段電極である電極Ｄ１を質量アパーチャ板のアパーチャから遠ざけて配置すると共に、引き込み電極の一方端を該アパーチャ近傍まで伸ばしている。このような構成を実現したイオン検出ユニットを検討例として図１３に示す。
　図１３において、電極Ｄ１は、迷光１８の電極Ｄ１への到来を低減させるために、質量アパーチャ板１１に形成されたアパーチャから遠ざけて配置されている。また、引き込み電極２０の一方端を電極Ｄ１に接続し、該引き込み電極２０に電極Ｄ１と同じ電位である－２．０ｋＶの電位を印加する。さらに、引き込み電極２０の他方端を上記アパーチャの縁近傍に位置させることにより引き込み電極２０を上記アパーチャのすぐ近くまで伸ばしている。なお、図１３において、符号２１は、斜視的に示された引き込み電極２０である。
　このように本発明の検討例では、電極Ｄ１の位置を質量アパーチャ板１１からの距離だけでなく見込み角（中心軸からの開き角）も大きくした極端なＯｆｆ-Ａｘｉｓとするとともに、電極Ｄ１と同電位の引き込み電極２０を長くして質量アパーチャ板１１のすぐ近くまで届くようにしている。そのため迷光１８の影響は大幅に低減しつつ、検出すべき本来のイオン１３の検出効率を確保することが出来ている。一方、引き込み電極２０の面積はかなり大きなものとなっている。
　このように、図１３に示す検討例は、アパーチャ近傍まで伸ばされた引き込み電極２０によりイオン引き込み効果を確保しつつ、迷光１８の電極Ｄ１への到来を低減して迷光起因のノイズをかなり低減することができ、有効な構成である。すなわち、迷光の到来を低減させるために電極Ｄ１を遠くに配置しつつ、質量アパーチャ板に形成されたアパーチャ付近まで延びた引き込み電極２０によりイオン引き込み効果を確保できる。よって、第三の従来例のように迷光に対して衝立として機能する第２の偏向板８ｂのような迷光１８に対する衝立として機能する部材を設ける必要が無く、迷光の低減効果を向上しつつも、イオン引き込み効果の向上も実現できる。
　このような有用な検討例において、上記迷光起因のノイズをさらに低減することができれば、Ｓ/Ｎ比をさらに向上した非常に有用なイオン検出装置を実現することができる。すなわち、上記検討例は望ましい構造と思われるが、それでもまだノイズが検出されており、さらなる低減が強く望まれる。
　（発明の原理）　
　未だ残っている迷光起因のノイズの原因として、イオン検出ユニットの内部で乱反射・多重反射して迷光が電極Ｄ１までたどり着いている可能性がある。この状況は喩えで言えば、窓を締め切り真暗闇のなかで作業しなければならない現像作業を、開け放した窓から見込めない片隅で無理やりやってしまうようなものである。当然ながら、黒く塗った壁でも光はかなり反射するので、窓の正面からずらす程度では迷光が入り込み、かぶった写真しか出来ないであろう。なお、窓を締め切ることが出来ないのはイオンビーム入射のためである。
　しかし、検討例に関して多くの評価・実験を行った結果、これ以外の要因を見出すことが出来た。　
　第一の特徴的な実験結果として、電極Ｄ１の電位が高いほどノイズは多くなった。当然電極Ｄ１電位を高くすると増幅率は増加するが、この増加分をキャンセルしてもノイズ量には強い電極Ｄ１への電位依存性があった。そのため、これは電極Ｄ１と同じ電位である引き込み電極２０に関わる現象であろう。　
　第二の特徴的結果は、電極Ｄ１の電位を固定したまま偏向板８にマイナス高電位を印加するとノイズは少なくなった。この変化状況は、第一の実験結果の電極Ｄ１への電位依存性と相補的（電位差を変数とすればほぼ一致）であった。
　本来のイオン検出では偏向板８の電圧は数十Vに頂点を持つ急峻な変化を示すが、ノイズは明らかにこれとは異なる変化になっている。対向している偏向板８と引き込み電極２０の間のその先に電極Ｄ１が存在しているので、これは偏向板８と引き込み電極２０の両者が関与しているのであろう。これらの結果は、従来の迷光が直接電極Ｄ１に入射する形態におけるメカニズムではどうしても説明することが出来ない。
　そこで、本願の発明者は、鋭意検討の結果、次のようなメカニズムの要因が存在していると推測した。　
　図１３において、迷光１８は電極Ｄ１だけでなく引き込み電極２０にも照射されているので、引き込み電極２０からは電極Ｄ１と同じように電子（光電子）が放出されている。この電子は引き込み電極２０と対向している偏向板８など他電極の間の強い電界に導かれ、両者の電位差に相当するエネルギー（2keV程度）で偏向板８など他電極に照射される。この程度のエネルギーであれば電子光変換が起こって偏向板８など他電極にて軟Ｘ線が発生することになる。この軟Ｘ線が直接あるいは反射して電極Ｄ１に照射されると、真空紫外光の場合と同じように電子（光電子）が放出されて増幅されてしまう。つまり、従来の理解であれば迷光→光電子（＠電極Ｄ１）のみであったが、本発明では、上記事象を鑑みて、迷光→高エネルギー電子（＠引き込み電極）→軟Ｘ線（＠偏向板など他電極）→光電子（＠電極Ｄ１）のメカニズム（本発明にて新たに発見されたメカニズム；以降では、“新規メカニズム”とも呼ぶ）による要因を想定する。この新規メカニズムであれば、上記の実験結果を説明することが出来る。図１４Ａ、１４Ｂに該メカニズムの説明図を示す。
　図１４Ａ、１４Ｂに示すように、迷光１８が偏向板８にて反射して引き込み電極２０に入射することより高エネルギー電子２２が発生し、その高エネルギー電子２２が偏向板８に衝突することにより軟X線２３ａが発生する。該軟Ｘ線２３ａは引き込み電極２０にて反射される。図１４Ａにおいて、符号２３ｂは、反射された軟Ｘ線である。その軟X線２３ｂが電極Ｄ１に入射すると、迷光１８に起因したノイズが発生してしまう。
　この現象は引き込み電極の電位がマイナス高電位でこそ起こりえるものである。当然、迷光が照射されている偏向板やその他グランド電位に近い電極・内壁でも電子が放出されるが、その近傍にはグランド電位よりプラスの高電位は存在しないので、電子は高いエネルギーを持つことも無く何の問題も生じない。したがって第一の従来例では要因になり得ないが、本発明の一実施形態としての検討例だけでなく、第二および第三の従来例などマイナス高電位の引き込み電極を持つ構成では常に要因となり得る。
　類似した現象は、別分野であるが電離真空計にて軟Ｘ線限界として報告されている。ここではフィラメントからの電子が約100eVでグリッドに衝突し、そこで発生した軟Ｘ線がコレクタを照射する。コレクタでは電子が放出され、これが擬似イオン電流となるので、本来のイオン電流計測の下限が決まってしまうのである。この対策として、コレクタの面積を小さくして軟Ｘ線の照射効率を低減している。上述の本発明にて想定した要因（新規メカニズム）と対応させると、高エネルギー電子（＠引き込み電極／フィラメント）→軟Ｘ線（＠偏向板／グリッド）→光電子（＠Ｄ１／コレクタ）となる。ただし、差異としては、本発明では高エネルギー電子の発生源が真空紫外光による光電子であることに対して、電離真空計ではフィラメントからの熱電子であること、ならびに本発明では電極Ｄ１の目的が２次電子の放出であることに対して、電離真空計ではコレクタの目的はイオン量計測であることとなる。このため、電離真空計での改善策（コレクタ面積縮小化）を本要因の低減策としてそのまま流用することは難しい。
　この軟Ｘ線限界の研究にて、高エネルギー電子から光電子への変換効率が調べられている。変換効率はエネルギーのおよそ１.６乗に比例し、その絶対値は２keVで10-５台とされている。この結果からは、従来の迷光→光電子のノイズに対して、本発明の新規メカニズムによる迷光→高エネルギー電子→軟Ｘ線→光電子のノイズは無視し得るようにも感じられる。しかし、下記のように詳しく検討した結果、本発明の新規メカニズムによるノイズが最終的なＳ/Ｎ比に十分に寄与する可能性があることが判明した。
　その理由は、簡単に言えば、ノイズとなる外部迷光は偏向板など他電極と引き込み電極との間を多重反射し減衰した末にようやく電極Ｄ１にたどり着いたものであるが、引き込み電極Ｄ１では最終的にたどり着いた迷光と比較にならないほど多くの外部迷光が照射され、しかも途中で電位差分のエネルギーも得ているからである。以下、1）～4）にて詳しくに説明する。
　１）実際に、図１３に示す検討例では、まず、引き込み電極２０の面積はかなり大きくなっており、その面積は、電極Ｄ１よりも10倍程度もある（引き込み電極の面積が大きいのは、イオン軌道を出来るだけ乱さないようにとの観点から、イオンの全行程に渡って電極面を設置し、しかも紙面に垂直方向の長さを十分にとっているため）。２）つぎに、引き込み電極２０は、迷光１８の放出源である質量アパーチャ板１１の近くまで存在しており、引き込み電極２０の、該質量アパーチャ板１１近くの領域では極めて高い強度の迷光１８が照射されている。この１）、２）の両原因によって、電極Ｄ１にたどり着く迷光と引き込み電極２０に照射される迷光の差は恐らく数桁にも及ぶであろう。
　なお、電極Ｄ１表面は２次電子放出に適した表面処理がなされてはいるが、それによる効果は２倍以内であって、引き込み電極２０に表面処理が無くても大勢に影響しない（電極Ｄ１以降各電極の表面処理の差は多段増幅の結果には大きく影響する）。
　３）また、ノイズに影響する電極Ｄ１での光電子を発生させる光は、従来メカニズムではエネルギーの低い真空紫外光である。これに対して、本発明の新規メカニズムでは、ノイズに影響する電極Ｄ１での光電子を発生させる光は、よりエネルギーの高い軟Ｘ線となっている。４）さらに、電離真空計での経験的な定量値を、構造・材質など多くの点で異なるイオン検出ユニットにそのまま適用することに問題もあろう。
　以上１）～４）により、本発明の検討例で支配的なノイズは、迷光→高エネルギー電子（＠引き込み電極）→軟Ｘ線（＠偏向板など他電極）→光電子（＠電極Ｄ１）による新規メカニズムにより生じると判断する。
　なお、上記新規メカニズムによるノイズの考え方は、本発明の検討例に限定されるものではなく、例えば、図１０～１２にて説明した第１～第３の従来例等、イオンの軌道を電極Ｄ１側に曲げるための電極（例えば、引き込み電極）を有するイオン検出装置に適用することができることは言うまでもない。何故ならば、後述する外部迷光によりイオン検出装置内の引き込み電極等にて生じた高エネルギー電子の作用により生じた軟Ｘ線といった内部迷光の電極Ｄ１への入射を抑えることが、本発明の本質であるからである。
　ここで、従来知られていた、イオン源、質量分析計など、イオン検出装置（例えば、イオン検出ユニット４）の外部で発生する迷光を「外部迷光」と定義する。すなわち、図１０～１４においては迷光１８が外部迷光であり、質量分析計といった外部装置からイオンを導入するための、イオン検出装置が有するイオン導入部からイオン入射と共に入射される迷光を「外部迷光」と呼ぶのである。　
　また、本発明にて新たに見出されたイオン検出装置の内部で、外部迷光が起因して発生する迷光を「内部迷光」と定義する。すなわち、図１４Ａにおいては、軟Ｘ線２３ａ、２３ｂが内部迷光に含まれ、外部迷光がイオン検出装置内の引き込み電極や偏向板といった部材に照射されて発生した高エネルギー電子により生じた光（例えば、軟Ｘ線）を「内部迷光」と呼ぶのである。
　質量分析装置において高いＳ/Ｎを実現するためには、従来から想定されていた「外部迷光」に加えて、本発明にて新たに想定した「内部迷光」を下げなければならないことになる。　
　従来では（特に第一の従来例では明らかに）支配的であった「外部迷光」を減らすため、本発明の検討例では、引き込み電極２０を積極的に用いている。しかしながら、この引き込み電極２０が新たに「内部迷光」を発生してしまい、結果的には「内部迷光」による影響の方が「外部迷光」の影響よりも大きくなってしまっていたのである。
　そこで、引き込み電極を用いたイオン検出ユニットにおいて、「内部迷光」による影響を少なくとも「外部迷光」の影響より同等とすることが本発明の目標となる。すなわち、「内部迷光」のＳ/Ｎ比への影響（内部迷光によるノイズ量）を、「外部迷光」のＳ/Ｎ比への影響（外部迷光によるノイズ量）に対して同等以下にすることが本発明の目標である。これは、イオン検出装置のイオン導入部からのあるイオン導入において、２次電子増倍管の初段電極である電極Ｄ１に到達する「内部迷光」の光量を、該電極Ｄ１に到達する「外部迷光」の光量以下にすることに他ならない。
　なお、「内部迷光」および「外部迷光」の影響の大きさを厳密に比較するのは難しいが、図１３に示す検討例ではこの差は数倍から一桁近くであった。そこで、上記影響の大きさを比較することは難しいが、判断基準の一例として、現状は、この差を３倍とする。そして、「内部迷光」による影響を、「外部迷光」による影響の1/3以下にすることとする。例えば、判断基準の一例として、内部迷光の影響が外部迷光の影響の３倍である、とする根拠は以下による。ノイズは本来的にランダムな現象なので、その数値をあまり厳密に決めることは無理があり意味もない。そこで質量分析を含む「分析」分野では、Ｓ/Ｎの最小単位を３とすることが一般的であり、例えばＳ/Ｎ＞３が検出(有無判断)可能な条件、Ｓ/Ｎ＞１０が定量的な測定が可能な条件、Ｓ/Ｎ＞３０が良好な定量測定が可能な条件とする。すなわち、その差を３倍とすることがＳ/Ｎレベルを一段階上げることになる。
　なお、あるイオン検出装置の構成において、上記内部迷光の影響の外部迷光の影響に対する差をＸ倍（Ｘ；１より大きい数）と想定する場合は、本発明の一指針は、「内部迷光」によるＳ/Ｎ比への影響を、「外部迷光」によるＳ/Ｎ比への影響の１/Ｘ以下にすることになる。
　本発明では、内部迷光によるＳ/Ｎ比への影響が、外部迷光によるＳ/Ｎ比への影響よりも小さくなるように、引き込み電極の面積や、引き込み電極およびその周辺の電極であって２次電子増倍管が有する電極（電極Ｄ１～電極Ｄ２０）ではない電極（例えば、偏向板）の電位差を設定することが重要である。本発明では、引き込み電極の面積や、引き込み電極およびその周辺の電極であって２次電子増倍管が有する電極ではない電極（例えば、偏向板）の電位差を設計する上で、上記本発明の一指針を用いることができる。すなわち、本発明の一実施形態にかかるイオン検出装置を作製する際に、仮に従来のイオン検出装置や本発明の検討例を基準に用いる場合、該基準となる装置構成に応じて、上述の、内部迷光と外部迷光との差にかかる数値に対する想定値は変わってくる。よって、上記本発明の一指針は、仮に従来のイオン検出装置や本発明の検討例に基づいて本発明のイオン検出装置を作製する際の設計のための一基準に過ぎないのである。
　ここで、「外部迷光」と「内部迷光」によるノイズ量の測定方法を、図９を用いて説明しておく。まず、下記工程（１）のようにして、両者を含めた迷光によるノイズとその他のノイズ（ＳＥＭ自身のノイズ、電気回路のノイズなど）を区別する。
　工程（１）；すべてのイオンがイオン検出ユニット４に入らないように電圧設定した上で、イオン源２のフィラメント５をＯＮからＯＦＦにすると、その差分が迷光によるノイズとなる。すなわち、外部迷光によるノイズおよび内部迷光によるノイズを含めたノイズをコレクタ１０にて検出することになる。イオンをイオン検出ユニット４に入らないようにするには、イオン源２のイオン発生領域の電位を四重極電極７の中心電位よりも低く(マイナスに)する、または計測する質量数を成分が存在しない値（ｍ/ｚ５など）に設定する、などの方法がある。　
　なお、通常は迷光によるノイズが圧倒的に多いので、工程（１）は確認作業的な位置付けになる。
　つぎに、工程（１）のフィラメントＯＮ状態において、下記工程（２）のようにして、「外部迷光」と「内部迷光」とを区別する。
　工程（２）；引き込み電極２０とその周辺の偏向板８など他電極との電位差を本来の値からその数分の一、出来れば1/10以下にすると、その差分が「内部迷光」のノイズとなり、残った分が「外部迷光」のノイズとなる。すなわち、上記電位差を例えば１/１０以下に変更すると、コレクタ１０にて外部迷光のノイズを検出することになり、該変更の前にコレクタ１０にて検出されたノイズと今回コレクタ１０にて検出されたノイズとの差分が内部迷光のノイズとなるのである。
　これは、光のみの過程である「外部迷光」の影響は電位変化に全く影響を受けないが、途中に電子が入る「内部迷光」のノイズは電位に強く依存するからである。なお、厳密には「内部迷光」のノイズはエネルギーの1.6乗に比例するので、電位差を1/10にしても2.5％のノイズは残ることになるがこの程度の誤差は無視できるであろう。なお、電極Ｄ１の電位を変化させた場合は、増幅率も変化するのでこの寄与は除かなければならない。
　なお、上記ノイズ量の測定方法では、イオンをイオン検出ユニット４に入射しない状態において、コレクタ１０にて内部迷光によるノイズおよび外部迷光によるノイズを検出している。従って、上記ノイズ量の測定方法では、２次電子増倍管９の初段電極である電極Ｄ１において入射された、内部迷光の量と外部迷光の量とをそれぞれ測定していることになる。すなわち、本発明の一実施形態では、このように電極Ｄ１での、内部迷光の入射量および外部迷光の入射量をそれぞれ測定できれば良いのである。
　このような方法としては、ノイズ量の測定方法の他に、例えば、光電素子を電極Ｄ１のイオンが入射される面の直前に配置する方法が挙げられる。この方法においては、上記工程（１）と同様に、すべてのイオンがイオン検出ユニット４に入らないように各種電圧を設定する。この状態で、上記光電素子にて測定を行うと、内部迷光および外部迷光を含んだ迷光の光量が測定される。次いで、上記工程（２）と同様に、引き込み電極２０（図１３では－２ｋＶ）と偏向板８（図１３では±数十Ｖ）との間の電位差を例えば１/１０以下となるように引き込み電極２０および偏向板８への印加電位を制御する。この場合、光電素子で測定される光量は外部迷光の光量となる。従って、上記電位差の制御を行う前に光電素子で測定された光量と、上記外部迷光の光量との差分を計算することで、内部迷光の光量を測定することができる。
　このように、任意のイオン入射時における、電極Ｄ１での内部迷光の光量と、該電極Ｄ１での外部迷光の光量とを測定できればいずれの方法を用いても良い。本発明の一実施形態では、このような内部迷光の光量および外部迷光の光量の測定方法を用いて、引き込み電極の面積の設定や、引き込み電極とその周辺電極（例えば、偏向板）との間の電位差を設定することができる。
　さて、「内部迷光」に対する改善策は、高エネルギー電子の『発生量』とその『エネルギー値』をいかに減らすかにかかっている。　
　まず、高エネルギー電子の発生量の低減には「引き込み電極」の面積の縮小化が有効である。高エネルギー電子の発生量は照射される迷光の受光量（実際に引き込み電極に照射された量）に比例するが、その受光量は「引き込み電極」の面積にそのまま比例する。なお、軟Ｘ線を発生させる偏向板など他電極に対しては、同様な面積縮小化はあまり有効ではない。それは、電荷を持っている高エネルギー電子は偏向板など他電極に電気力で引き寄せられること、偏向板など他電極への衝突を回避しても結局はグランド電位の電極・内壁に衝突して軟Ｘ線が発生されることの理由による。これに対して「引き込み電極」への迷光の照射では、電気力による引き寄せがない上、グランド電位の電極・内壁への迷光の照射では有害となる高エネルギー電子は発生しないので、「引き込み電極」の面積縮小化が有効となるのである。
　そこで、例えば本発明の検討例において、内部迷光の影響が外部迷光の影響の３倍であると想定する場合は以下のようになる。すなわち、上述のように引き込み電極２０の面積を上記検討例に比べて小さくすれば、これに比例して内部迷光によるノイズが低減する。従って、このような場合、本発明の検討例における引き込み電極２０の面積を１/３以下にすれば、Ｓ/Ｎ比への影響は「内部迷光」の方が「外部迷光」よりも小さくなると言える。
　つぎに、高エネルギー電子のエネルギー値の低減には「引き込み電極」と周辺の偏向板など他電極との電位差の低下が有効である。例えば本発明の検討例において、内部迷光の影響が外部迷光の影響の３倍であると想定する以下のようになる。すなわち、最終的な光電子への変換効率は1.6乗に比例するので、引き込み電極２０と偏向板８との間の電位差を上記検討例に比べて小さくすれば、これに比例して内部迷光によるノイズが低減する。従って、図１３に示す検討例に対して、引き込み電極２０と偏向板８との間の電位差を1/2にすれば内部迷光によるノイズは1/3（1/2の1.6乗）まで低減するので、Ｓ/Ｎ比への影響は「内部迷光」の方が「外部迷光」よりも小さくなる。
　以上新規な要因（新規メカニズム）として迷光→高エネルギー電子→軟Ｘ線→光電子のみを考えてきたが、これ以外の要因もあり得る。　
　例えば、第一に、「引き込み電極」で発生した高エネルギー電子が直接電極Ｄ１や電極Ｄ２、電極Ｄ３などに入射して増幅されるメカニズムである。電極Ｄ１は「引き込み電極」から見込める位置にあるので、比較的高いエネルギーの迷光で発生した電子は電極Ｄ１の電位に対しても２次電子を放出し得るエネルギーを持つ可能性がある。電極Ｄ２、電極Ｄ３などは見込める位置にはないが、電子の反射率は、光と同程度であるので、上記電子は迷光と同じように多重散乱して電極Ｄ２，電極Ｄ３に入り得る。電極Ｄ２，電極Ｄ３に入る場合は、増幅率が半分程度とはなるが、電位差から２次電子を十分に発生し得るので影響はより大きいと思われる。
　第二に、真空紫外光ではなく迷イオンが「引き込み電極」に衝突して高エネルギー電子を発生させるメカニズム（その後は上述と同じ）である。迷イオンはイオン源で発生したイオンが質量分析計で十分に分別（除去）されずに到来するもので、マイナス高電位の「引き込み電極」に高エネルギーで衝突すれば迷光と同じように電子を発生させる。
　この両メカニズムとも上記の実験結果とは大きく矛盾しないので、同時に発生している可能性もある。また、質量分析計の構成・構造や設定条件によってはその影響度合いが変わる可能性もある。しかしながら、これらの３要因とも高エネルギー電子を発生させることが元凶となっていることは全く同じであり、その対策はほぼ同じものとなる。
　本発明の一実施形態では、自身の電界によりイオンを電極Ｄ１側へと引き込むための引き込み電極を設けているので、外部迷光を低減させるためのＯｆｆ－Ａｘｉｓ構造を実現でき、イオン引き込み効果により効率良くイオンを電極Ｄ１へと到達させることができる。さらに、本発明の一実施形態では、本発明にて新規に発見された内部迷光によるＳ/Ｎへの影響を低減するように、引き込み電極の面積および／または引き込み電極とその周辺電極であって２次電子増倍管が有する電極では無い周辺電極（例えば、偏向板）との間の電位差を設定する。従って、従来では全く想定されていなかった内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を低減することができ、迷光起因のノイズをより一層低減することができる。
　すなわち、本発明の一実施形態では、本発明において新しく発見した新規メカニズムにおいて内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を低減させ、それを外部迷光のＳ/Ｎ比への影響以下にすることが本質であり、ある条件（同一の条件）でイオンを入射する際の、電極Ｄ１での、内部迷光の入射量を外部迷光の入射量以下にすることが重要である。本発明では、引き込み電極を用いてＯｆｆ－Ａｘｉｓ構造を採用することで、外部迷光の低減を図っている。該外部迷光は、第二の従来例にて示したように、電極Ｄ１を質量アパーチャ板１１に形成されたアパーチャから遠ざけるなどしてさらに低減させることができるが、外部迷光を低減させるための構造のいずれにおいても内部迷光が発生してしまう。すなわち、外部迷光をいくら低減させても内部迷光が発生しており、該内部迷光は外部迷光よりも大きくノイズに影響している。この内部迷光は従来では全く想定されていなかったが、本発明の一実施形態ではこの内部迷光のＳ/Ｎ比への影響（電極Ｄ１への内部迷光への入射量）を、外部迷光のＳ/Ｎ比への影響（電極Ｄ１への外部迷光の入射量）以下にすることで、さらなるノイズの低減を図ることができるのである。
　そのために、本発明の一実施形態では、引き込み電極の面積および引き込み電極とその周辺電極であって２次電子増倍管が有する電極（例えば、電極Ｄ１など）ではない周辺電極（例えば、偏向板）との間の電位差の少なくとも一方を適切に設定している。すなわち、本発明の一実施形態では、任意のイオン入射時において、電極Ｄ１に入射される内部迷光の光量（内部迷光によるノイズ量）が電極Ｄ１に入射される外部迷光の光量（外部迷光によるノイズ量）以下となるように、引き込み電極の面積および引き込み電極とその周辺電極であって２次電子増倍管が有する電極ではない周辺電極（例えば、偏向板）との間の電位差の少なくとも一方を設定する。
　このように、上記面積や電位差を設計する際に、電極Ｄ１への内部迷光の入射量（内部迷光によるノイズ量）、および電極Ｄ１への外部迷光の入射量（外部迷光によるノイズ量）の双方を測定する必要があるが、これらの測定は、すでに説明した方法を用いれば良い。上述のように、引き込み電極の面積を小さくすればするほど、あるいは引き込み電極とその周辺電極であって２次電子増倍管が有する電極ではない周辺電極（例えば、偏向板）との間の電位差を小さくすればするほど、内部迷光の要因となる高エネルギー電子の発生量やエネルギー値を低減することができる。よって、この戦略に従い、上記測定を行いながら上記面積や電位差を設計することにより、上記内部迷光の光量が上記外部迷光の光量以下となるような、引き込み電極の面積、あるいは引き込み電極とその周辺電極であって２次電子増倍管が有する電極ではない周辺電極（例えば、偏向板）との間の電位差を得ることができる。
　（第１の実施形態）　
　図１Ａは、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す模式図であって、イオン分析ユニットを説明するための模式図である。また、図１Ｂは、図１Ａのイオン分析ユニットの引き込み電極の斜視図である。　
　本実施形態では、２次電子増倍管が２０段の電極を有しているが、図１Ａでは、４段目までの電極（４個の電極）を示している。本実施形態では、２次電子増倍管の初段に配置された電極Ｄ１と二段目に配置された電極Ｄ２とは対向して配置され、ｋ番目の電極Ｄｋ（ｋは、２以上の整数）は、その前段の電極ｋ－１番目の電極Ｄｋ-１とその後段の電極ｋ＋１番目の電極Ｄｋ＋１に対して対向して配置されている。
　すなわち、電極Ｄ１～Ｄ２０の各々は、二次電子増倍管の初段に配置された電極Ｄ１にイオンが衝突することにより生じた電子が後段の電極Ｄ２に入射して該電極Ｄ２にて増幅された２次電子を発生させ、該増幅された２次電子を後段の電極（Ｄ３～Ｄ２０）に順次入射させて更なる増幅が行われるように配置されている。これら電極Ｄ１～Ｄ２０には、上記増幅が行われるような電圧、例えば、前段の電極と後段の電極との間に電位差が１００Vとなるような電圧が印加されている。すなわち、図１Ａに示すように、電極Ｄ１には－２．０ｋＶの電位が印加され、電極Ｄ２には－１．９ｋＶの電位が印加され、電極Ｄ３には－１．８ｋＶの電位が印加され、電極Ｄ４には－１．７ｋＶの電位が印加されている。電極Ｄ４～Ｄ２０についても、同様に電圧が印加されている。
　このように、二次電子増倍管が有する複数の電極の初段に位置する電極（電極Ｄ１）は、入射したイオンにより発生した電子を後段の２段目の電極（Ｄ２）に出射し、かつ２段目以降の各々は、前段の電極から入射された２次電子を増幅して後段の電極に出射するように、電極Ｄ１～Ｄ２０が構成されている。
　また、イオン検出ユニットへのイオン導入部には、アパーチャが形成された質量アパーチャ板１１が設けられており、該質量アパーチャ板１１はグランド電位（０Ｖ）である。また、上記イオン導入部の、質量アパーチャ板１１のアパーチャを介して入射されたイオン束の進行方向の後段に、入射されたイオン束の軌道を変えるための偏向電極として機能する偏向板８が設けられている。該偏向板８には、±数十Ｖの電位が印加されており、該電位により、イオン束の進行方向が曲げることができる。
　通常のイオン検出ユニットの入口付近には２次電子増倍管（ＳＥＭ）と偏向板のみが配置されていることが多いが、本実施形態では引き込み電極１０１が別途設置されている。すなわち、引き込み電極１０１が、偏向板８と対向し、引き込み電極１０１と偏向板８との間の領域をイオン１３が通過するように配置されている。この引き込み電極１０１により生じる電界により、イオン１３を電極Ｄ１側へと引き込んで電極Ｄ１へと到達させることができる。この引き込み電極１０１には、電極Ｄ１と同じ電位（－２kV）が印加されている。よって、引き込み電極１０１の一方端と電極Ｄ１とを電気的に接続することができる。このように接続すると、引き込み電極１０１へと電位を印加するための電源供給系を改めて設ける必要が無くなるので、装置の簡便化を考慮するとこのような形態は好ましい。また、引き込み電極２０の他方端を質量アパーチャ板１１のアパーチャの縁近傍に位置させることにより引き込み電極１０１を上記アパーチャのすぐ近くまで伸ばしている。さらに、本実施形態では、図１Ｂに示すように、引き込み電極１０１はメッシュ形状を有する。
　このような構成において、四重極電極７で分別されて特定の質量数を持つイオン１３が質量アパーチャ板１１からイオン検出ユニットに射出される。このイオン１３は、メッシュ状の引き込み電極１０１による電界（－２kV）と、偏向板８の電界（数十Ｖ）によってＳＥＭの方向に引き込まれ、引き込み電極１０１と偏向板８との間を飛行した後、ＳＥＭの初段電極である電極Ｄ１に入射する。以後は通常のＳＥＭの機能どおりに２次電子を放出して増幅される。
　本実施形態の構成・構造・機能は、本発明の検討例（図１３）と全く同じであるが、本実施形態の特徴は、「引き込み電極」がメッシュにて形成されていることである。メッシュの光に対する透過率は90％である一方、目の細かいメッシュを使用すれば、電界形成に関しては板状である検討例とほとんど同じとなる。従って、本実施形態に係るメッシュ状の引き込み電極１０１を用いても、検出すべき本来のイオン１３の検出効率を確保することが出来る。
　しかし、本実施形態では、90％の迷光はメッシュを透過するので、本実施形態に係るメッシュ状の引き込み電極１０１においては高エネルギー電子の発生を1/10に低減することが出来る。
　なお、メッシュ状の引き込み電極１０１を透過した迷光は背面の質量アパーチャ板１１に照射され、そこから電子が発生するが、質量アパーチャ板１１はグランド電位となっているので高エネルギー電子は発生しない。外部迷光による影響に対する内部迷光による影響は検討例では３倍であると想定する場合、本実施形態ではその1/10に低減する。すなわち、この場合、本実施形態での外部迷光によるＳ/Ｎ比への影響に対する内部迷光によるＳ/Ｎ比への影響は3/10となる。
　性能的には透過率の分だけノイズが低減するのでメッシュの透過率は大きい方が良く、機械的な限界である99％程度まで大きくすることが出来る。なお、メッシュによって形成する電界はそれほど精密である必要は無いので、メッシュの径・間隔にはあまり限定はない。
　このように、本実施形態では、引き込み電極１０１の形状をメッシュにしているので、実効的な面積（電極部分の面積）は本発明の検討例に比べると減少していることになり、引き込み電極の面積は、電極Ｄ１への内部迷光の入射量が電極Ｄ１への外部迷光の入射量以下となるような面積に設定されていることになる。
　なお、本実施形態では、引き込み電極１０１の形状をメッシュとしたが、これに限定されない。例えば、スリットが形成された電極、複数のワイヤを離間して配置した構造を有する電極など、少なくとも１つの開口部を有する電極であれば、いずれの構造の電極を用いても良い。何故ならば、引き込み電極に少なくとも１つの開口部を設けることにより、該開口部に入射した迷光を背面側に透過させることができ、開口部に入射した迷光分だけ、内部迷光の発生要因である高エネルギー電子の発生を抑えることができるからである。なお、このとき、電極Ｄ１に入射する内部迷光の光量が、電極Ｄ１に入射する外部迷光の光量以下となるように、開口部の面積、数、位置などを適宜設定すれば良い。
　（第２の実施形態）　
　図２は、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す模式図であって、イオン分析ユニットを説明するための模式図である。本実施形態では、本発明の検討例に対して、引き込み電極２０１への印加電位が－500Ｖとなっているが異なっているだけで、その他は同じである。
　本実施形態では、質量アパーチャ板１１から射出したイオン１３は主に引き込み電極２０１による電界によってＳＥＭ９の方向に引き込まれるが、そのイオン引き込みのための引き込み電極への印加電位が、本発明の検討例の－２kVから－500Ｖに変更されている。このためイオン引き込み効果は多少低減しているが、第二、第三の従来例に比べると、検出すべき本来のイオンの検出効率はかなり改善されている。また、引き込み電極２０１で発生する高エネルギー電子の量は本発明の検討例と同じであるが、そのエネルギー値は約２keVから約500eＶに低減されている。そのため、最終的な光電子への変換効率は前述したとおり電圧の１.６乗に比例するとの関係式よりノイズ（Ｎ）は１桁低減されるうえ、シグナル（Ｓ）は増加する。
　なお、「引き込み電極」の電位を変えるに伴ってイオン１３が電極Ｄ１に到達するよう引き込み電極２０１や偏向板８など他電極の形状を変更させる必要があるが、これはイオン軌道のシミュレーションで容易に知ることが出来る。例えば、引き込み電極２０１の質量アパーチャ板１１側の終端に端版を設ける、全体的に引き込み電極２０１と偏向板など他電極の幅を小さくするなどがある。
　また、本実施形態では、引き込み電極２０１への印加電圧は－500Ｖとしたがこれに限定される訳ではなく、Ｓ/Ｎが最大となる最適値を自由に選ぶことが出来る。ここで、本実施形態で重要なことは、引き込み電極２０１にて発生する高エネルギー電子のエネルギー値を低減することであり、そのために、引き込み電極２０１と該引き込み電極の周辺電極であって２次電子増倍管９が有する電極（電極Ｄ１～Ｄ２０）ではない電極である偏向板８との間の電位差を小さくしている。すなわち、引き込み電極２０１と偏向板８との間の電位差が、電極Ｄ１と偏向板８との間の電位差よりも小さくなるように引き込み電極２０１への印加電位を設定すれば、上記小さくなった電位差の分だけ高エネルギー電子のエネルギー値を小さくすることができ、内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を小さくすることができる。このとき、上述した光量の測定方法を用いて内部迷光および外部迷光の光量を測定しながら設計することにより、電極Ｄ１に入射する内部迷光の光量が、電極Ｄ１に入射する外部迷光の光量以下となるように、引き込み電極２０１への印加電位を決定すればよい。すなわち、本実施形態では、引き込み電極２０１への印加電位は、電極Ｄ１に入射する内部迷光の光量が、電極Ｄ１に入射する外部迷光の光量以下となるような電位であれば、いずれの電位であっても良い。
　また、この500Ｖといった引き込み電極２０１への印加電位は、大気側から別途供給することも出来るが、ＳＥＭ内で抵抗分割している電圧を流用する方が望ましい。それは経済的であるだけでなく、増倍率を変化させるなどで電極Ｄ１への印加電圧を変化させても、追従して同じ割合で引き込み電極２０１の電位が変化するのでイオン軌道が変わらないためである。
　さて、従来では、装置の簡便化のために、引き込み電極への電源供給系と、電極Ｄ１～Ｄ２０への電源供給系とを同一にすることを前提としており、引き込み電極への印加電位を電極Ｄ１への印加電位と同一にすることが通常の設計理念である。従って、従来、当業者は、この設計理念の下、上記抵抗分割を適用するために、引き込み電極と電極Ｄ１とに同じ電位を印加する構成を採用している。このように、従来では、単純な構造にて引き込み電極を設けることを念頭において、電極Ｄ１と引き込み電極とを電気的に接続し、それら２つの電極に同一の電位を印加することを設計理念としている。すなわち、従来では、装置の簡便化という要望により、２次電子増倍管の分野において、電極Ｄ１への印加電位と異なる電位を引き込み電極に印加するというモチベーションは存在していない。何故ならば、引き込み電極と電極Ｄ１への印加電位を同じにすれば、引き込み電極と電極Ｄ１とを接続するだけで電極Ｄ１のみならず引き込み電極へも電位を印加することができ、非常にシンプルな構成が実現されることになる。よって、装置の簡便化という通常の設計理念を考慮すると、引き込み電極への印加電位を電極Ｄ１への印加電位と異なるようにすることは、装置の簡便化とは逆方向に向かうことになるので、従来技術において上記モチベーションは存在しない、と言えるのである。
　これに対して、本実施形態では、上述の新規メカニズムにより引き込み電極により発生する高エネルギー電子が内部迷光の発生に大きく寄与していることを発見し、引き込み電極と偏向板との間の電位差を小さくすることにより、内部迷光の発生を低減できることを見出した。すなわち、本実施形態では、従来では上述の設計理念には全く存在しなかった、電極Ｄ１への印加電位の絶対値よりも小さい絶対値の電位を引き込み電極に印加することを特徴としている。これにより、内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を小さくできる、という上記従来の設計理念には無い格別な効果を奏することができる。
　なお、本実施形態では、引き込み電極には－０．５ｋＶの電位が印加されているが、２次電子増倍管９が有する２０個の電極Ｄ１～Ｄ２０のうち、１６番目の電極Ｄ１６にも－０．５ｋＶの電圧が印加されている。従って、電極Ｄ１６と引き込み電極２０１とを電気的に接続することで、引き込み電極２０１用に新たに電源を設ける必要がなくなり、装置の簡便化を確保することができる。
　（第３の実施形態）　
　図３Ａは、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。図３Ｂは、図３Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極および偏向板の斜視図である。本実施形態は、本発明の検討例に対して、偏向板８を二つに分割し、該二つに分割された偏向板のうち引き込み電極２０に対向している第２の偏向板３０２に－1.5kVの電位を印加している点が異なっているだけで、その他は同じである。
　図３Ａ、３Ｂに示すように、本実施形態では、２つの偏向板３０１、３０２を用いる。そして、イオン１３の進行方向の前段側に配置された偏向板３０１には±数十ｖの電位を印加し、後段側に配置された偏向板３０２には－１．５ｋＶの電位を印加する。
　引き込み電極２０で発生する高エネルギー電子のほとんどは、対向している偏向板３０２に向かうが、偏向板３０２への印加電位が数十Vではなく－1.5kVになっているので、上記引き込み電極２０にて発生した高エネルギー電子のエネルギー値は約２keVから約500eＶに低減されている。そのため、第２の実施形態と同程度の１桁のノイズ低減が期待できる。
　偏向板３０２以外に衝突する一部の高エネルギー電子は軟Ｘ線を放出してしまうので、ノイズ低減については第２の実施形態の方が若干良くなるが、ＳＥＭ９のメッシュ構造を適用する等の引き込み電極の形状変更や、偏向板の形状変更は必要がない。偏向板３０２に印加する電位－1.5kVもＳＥＭ９内で抵抗分割している電圧を流用する方が望ましい。
　このように、本実施形態では、偏向板を複数個設け、さらに該複数の偏向板のうち引き込み電極に対向する偏向板の少なくとも１つと、引き込み電極との間の電位差を、電極Ｄ１に入射する内部迷光の光量が、電極Ｄ１に入射する外部迷光の光量以下となるような電位差となるように、引き込み電極と上記少なくとも１つの偏向板とへの印加電位を設定すれば良い。すなわち、本実施形態では、複数の偏向板のうち、引き込み電極に対向する偏向板の少なくとも１つ（図３Ａでは偏向板３０２）と引き込み電極との間の電位差が、導入されたイオンの進行方向の最も前段の偏向板（図３Ａでは偏向板３０１）と電極Ｄ１との間の電位差よりも小さくなるように、引き込み電極および上記少なくとも１つの偏向板への印加電位が設定されている。従って、引き込み電極から上記少なくとも１つの偏向板へと出射される高エネルギー電子のエネルギー値を小さくすることができ、内部迷光の電極Ｄ１への照射量を低減することができる。
　（第４の実施形態）　
　図４は、本発明の一実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。本実施形態は、本発明の検討例に対して、引き込み電極の長さを1/4に短くして面積を小さくしている点が異なっているだけで、その他は同じである。　
　図４において、引き込み電極４０１は、電極Ｄ１から離間し、かつ引き込み電極４０１の一方端が質量アパーチャ板１１のアパーチャ付近に存在するように配置されている。この引き込み電極４０１の面積は、本発明の検討例の引き込み電極２０の面積から縮小して、電極Ｄ１への内部迷光の入射量が、電極Ｄ１への外部迷光の入射量以下となるような面積に設定されている。
　引き込み電極４０１は検討例の引き込み電極２０よりも短いので、引き込み電極への迷光の照射量を少なくすることができ、高エネルギー電子の発生、すなわち内部迷光によるノイズを1/4に低減させることが出来る。電極Ｄ１との間の引き込み電極４０１が存在しない部分では迷光は背面の質量アパーチャ板１１に照射され、そこから電子が発生するが、質量アパーチャ板１１はグランド電位となっているので高エネルギー電子は発生しない。
　本実施形態では、質量アパーチャ板１１からのイオンの引き込み効率は第一の実施形態と同じである。電極Ｄ１との間の引き込み電極４０１が存在しない部分ではイオンの散乱が多少発生するが、イオン束が電極D1に入射すれば十分なので、即ちイオン束はマイクロビームである必要はないので問題とはならない。ただ最終的なイオンの検出効率はやや低下するが、この低下も問題にならない程度である。
　本実施形態では、電極Ｄ１から離間して引き込み電極４０１を設けているので、外部迷光をより低減させるために電極Ｄ１を上記アパーチャから遠ざけて配置し、かつ内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を低減させるために引き出し電極４０１の面積を小さくしても、その一方端を質量アパーチャ板１１のアパーチャ（イオン導入部）付近に位置させることができる。このように、本実施形態では、引き出し電極４０１を電極Ｄ１から離間して配置し、かつ引き出し電極４０１の一方端を上記アパーチャ付近に位置させているので、外部迷光をより低減させるために電極Ｄ１を上記アパーチャからより遠くに配置することができ、イオン引き込み効果を確保しつつ、電極Ｄ１への内部迷光の入射量を抑えることができる。
　（第５の実施形態）　
　図５は、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。図５Ｂは、図５Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極の斜視図である。本実施形態は、第４の実施形態に対して、1）「引き込み電極」がリング状となっている、2）偏向板を短くしている２点が異なっているだけで、その他は同じである。「引き込み電極」の面積は検討例の1/3程度となっている。
　図５Ａにおいて、イオン導入部としての、質量アパーチャ板１１から導入されるイオン１３の進行方向の前段に偏向板８が設けられ、後段に、例えば孔付平板等のリング状の引き込み電極５０１が設けられている。イオン検出ユニット４に導入されたイオン１３は、リング状の引き込み電極５０１の開口部分を通過する。上記引き込み電極５０１には、－２．０ｋＶの電位が印加されている。また、引き込み電極５０１の面積は、任意のイオン導入時において、電極Ｄ１への内部迷光の入射量が、電極Ｄ１への外部迷光の入射量以下となるような面積に設定されている。
　第４の実施形態に比べると、本実施形態では、「引き込み電極」の面積が多少大きいので高エネルギー電子の発生量も多少大きいが、検討例に比べればノイズは1/3に低減されている。一方、引き込み電極５０１の形状がリング状であるので、電極Ｄ１方向に関して軸対称となる。従って、イオン１３を電極Ｄ１に輸送する部分（第４の実施形態での「引き込み電極」が存在しない部分）でもイオンビームの乱れは少なく、最終的なイオンの検出効率は第４の実施形態よりも高くすることができる。
　（第６の実施形態）　
　図６Ａは、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。図６Ｂは、図６Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極を説明するための図である。本実施形態は、第５の実施形態に対して、1）リング状の「引き込み電極」が二重となっている点、2）二重のリング状引き込み電極のうち電極Ｄ１側の印加電圧が－0.5kVであり、偏向板側の印加電圧が0Vである点が異なっているだけで、その他は同じである。
　図６Ａにおいて、イオン導入部としての、質量アパーチャ板１１から導入されるイオン１３の進行方向の前段に偏向板８が設けられ、後段に、リング状の引き込み電極６０１およびリング状の引き込み電極６０２が設けられている。イオン検出ユニット４に導入されたイオン１３は、リング状の引き込み電極６０１、６０２の開口部分を通過する。上記引き込み電極６０１には、０ｋＶの電位が印加され、引き込み電極６０２には、－０．５ｋＶの電位が印加される。また、引き込み電極６０１、６０２の面積は、任意のイオン導入時において、電極Ｄ１への内部迷光の入射量が、電極Ｄ１への外部迷光の入射量以下となるような面積に設定されている。
　本実施形態は、第５の実施形態に比べると、“実効的”な「引き込み電極」の面積は半分となる。一方、“実効的”な「引き込み電極」の面積は、検討例のそれに対して1/6となり、高エネルギー電子の発生量そしてノイズも1/6になる。“実効的”について説明すると、本実施形態では、「引き込み電極」は２枚となり実際の表面積は２倍となっているが、２枚の引き込み電極６０１、６０２の間に挟まれた両面は迷光の照射はわずかとなる。よって、そこから発生した高エネルギー電子も電極Ｄ１に到達するのはごくわずかであることから、この両面の面積は無視することが出来る。さらに、一方の電極である引き込み電極６０１への印加電位が0Vとなっているので、ノイズの観点ではその面積も無視できる。また、電圧が印加されている電極である引き込み電極６０２への印加電位も、本発明の検討例に比べて1/4になっているので、ノイズはエネルギーの１.６乗に比例するという関係からノイズは１桁低減される。したがって、面積・電圧の両寄与から内部迷光によるノイズを検討例に比べて1/60に低減することができる。
　一方、図６Ｂに示すように、引き込み電極６０１および６０２にて生成される電界のうち下側（質量アパーチャ板１１側）の電界６０３は、浸みだし電界を巧妙に使って印加電圧が低いにも関わらずイオンを強く収束する形（イマージョン型レンズ）となっているので、検出すべき本来のイオンの検出効率、すなわちシグナルは向上している。すなわち、本実施形態のように、２つのリング状の引き込み電極を設けることによって、イオンを効率良く収束することができる。そして、偏向板８側の引き込み電極６０１から電極Ｄ１側の引き込み電極６０２にイオンが加速する電位とすることで、上述のように染みだし電界を巧妙に用いることができ、イオン収束をより効率良く行うことができる。
　引き込み電極６０１および６０２への印加電圧は－0.5kVと0Vとしたがこれに限定される訳ではなく、Ｓ/Ｎが最大となる最適値を自由に選ぶことが出来る。また、これらはＳＥＭ９内で抵抗分割している電圧を流用する方が望ましい。
　（第７の実施形態）　
　図７Ａは、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。図７Ｂは、図７Ａに示すイオン分析装置の引き込み電極および集束電極の斜視図である。本実施形態では、第６の実施形態に対して、質量アパーチャ板１１のすぐ後ろに別の「引き込み電極」が設置され、該別の引き込み電極へ－0.5kVの電位が印加されている点が異なっているだけで、その他は同じである。
　本実施形態では、図７に示すように、図６に示す形態において、イオン導入部としての質量アパーチャ板１１と偏向板８との間に、リング状の引き込み電極（集束電極）７０１を設けている。上記質量アパーチャ板１１のアパーチャから導入されたイオン１３は、集束電極としての引き込み電極７０１の開口部分を通過する。この引き込み電極７０１には、－０．５ｋＶの電位が印加される。
　本実施形態では、第６の実施形態に比べると、「引き込み電極」の面積は増加しノイズも増えるが、質量アパーチャ板１１を出たイオンが新たな引き込み電極７０１により収束されて、また先に説明したがアパーチャと引き込み電極７０１間で発生する染みだし電場の効果により更に収束されて、検出すべき本来のイオンの検出効率はさらに向上している。しかし、第６の実施形態に比べて引き込み電極の面積は倍となったので、本発明の検討例に比べればノイズの低減は1/30となる。
　引き込み電極７０１への印加電圧は－0.5kVとしたがこれに限定される訳ではなく、Ｓ/Ｎが最大となる最適値を自由に選ぶことが出来る。また、これらはＳＥＭ内で抵抗分割している電圧を流用する方が望ましい。
　（第８の実施形態）　
　図８は、本実施形態に係る質量分析装置の一部を示す図であって、イオン分析装置を説明するための模式図である。本実施形態では、第７の実施形態に対して、ＳＥＭ９をシールドケースが覆っている点が異なっているだけで、その他は同じである。　
　本実施形態では、図８に示すように、図７に示す形態において、２次電子増倍管（ＳＥＭ）９をシールドケース８０１にて囲んでいる。該シールドケース８０２には、イオン導入部としてのイオン取り込み用入口８０２が設けられている。このイオン取り込み用入口８０２は、引き込み電極６０１、６０２により引き込まれたイオン１３が適切に電極Ｄ１へと入射するように位置決めされている。
　シールドケース８０１は、イオン取り込み用入口８０２以外できるだけ密閉されており、引き込み電極６０１、６０２から発生した高エネルギー電子が直接電極Ｄ２、Ｄ３などに入射しノイズとなることを防いでいる。したがって、上述してきた「引き込み電極」の面積・電圧の効果による低減は第７の実施形態と同じではあるが、シールドケース８０１により別要因のノイズを低減することができる。
　（第９の実施形態）　
　本発明では複雑な構造物を扱い、現象も各種粒子の変換や反射・照射・飛行など敏感・多様なものとなっているので、その共通概念を示すべく、本実施形態では、本発明の基準の１つに従って、本発明を定量化する一例を示す。
　最初に各種条件の仮定・定義を行なうが、必要とされる効果は半分・一桁と大雑多でもあるため細部に拘らず本質的な観点から概略的に決めるようにする。まず、「引き込み電極」の背面や側面はグランド電位となっているので、図１～８において、引き込み電極の紙面に垂直方向の長さ（引き込み電極の、イオンの進行方向に垂直方向の長さ）が短すぎるとイオンの軌道上での電界が乱れ、イオンの電極Ｄ１への到達に影響する。図１５Ａに示すように、電界を乱さないためには引き込み電極１５０１のイオン１５０２の進行方向に垂直方向の長さ（上記紙面に垂直方向の長さ）Ｗはイオン１５０２との距離の２倍以上が必要となる。すなわち、図１５Ｂに示すように、引き込み電極１５０１とイオン１５０２との距離をＤとすると、引き込み電極１５０１の長さＷは２・Ｄ以上になる。そこで、例えば、図１６～１８に示すように、引き込み電極１６０１、１７０１、および１８０１のイオン（符号１６０２、１７０２、１８０２）通過方向の長さをＡ+Ｂとすると、引き込み電極１６０１、１７０１、および１８０１の面積Ｓは ２・（Ａ+Ｂ）・Ｄ 以上となる。
　つぎに、本実施形態では一基準として、「引き込み電極の面積」のうちで実際に電極Ｄ１への入射（ノイズ発生）に寄与し得る高エネルギー電子が発生する面積（「高エネルギー電子発生面積Ｓ'」とも呼ぶ）を、引き込み電極の一部で質量アパーチャ板からＳＥＭに向かうイオン軌道から見込める面積とする。ただし、迷光・迷イオンがほとんど到達できない面や発生した高エネルギー電子がほとんど外に散乱しない面（壁・電極が至近距離で向かい合っている裏面など）は、高エネルギー電子発生面積Ｓ'から除く。種々の形状の引き出し電極に対する高エネルギー電子発生面積を図１９Ａ～１９Ｃ、および図２０Ａ、２０Ｂに示す。
　図１９Ａにおいて、符号１９０１は板状の引き込み電極である。従って、高エネルギー電子発生面積Ｓ'＝Ａ・Ｗとなる。また、図１９Ｂにおいて、符号１９０２は板状の電極を２箇所で折り曲げた形状の引き込み電極である。従って、高エネルギー電子発生面積Ｓ'＝Ａ・Ｗ＋３・ＢＷとなる。さらに、図１９Ｃにおいて、符号１９０３はリング状の引き込み電極である。従って、高エネルギー電子発生面積Ｓ'＝２｛π（β/２）２－π（α/２）２｝となる。
　また、図２０Ａにおいて、符号２００１～２００２は、リング状の引き込み電極である。従って、リング状の引き込み電極２００１については、高エネルギー電子発生面積Ｓ１'＝π（β/２）２－π（α/２）２となり、リング状の引き込み電極２００２については、高エネルギー電子発生面積Ｓ２'＝π（β/２）２－π（α/２）２となる。
　さらに、図２０Ｂにおいて、符号２００３～２００５は、リング状の引き込み電極である。従って、リング状の引き込み電極２００３については、高エネルギー電子発生面積Ｓ１'＝π（β/２）２－π（α/２）２となり、リング状の引き込み電極２００４については、高エネルギー電子発生面積Ｓ２'＝π（β/２）２－π（α/２）２となり、リング状の引き込み電極２００５については、高エネルギー電子発生面積Ｓ３'＝π（γ/２）２－π（λ/２）２となる。
　さらに、本実施形態では、一基準として、「イオン行程」は、引き込み電極の80％の電位面からＳＥＭ入口面までの距離」とする。これは、イオンの引き込み効果の観点から“「引き込み電極」の80％の電位面”が必要であろうこと、“ＳＥＭ入口面”以降はＳＥＭ内で有効な軌道となることに拠る。このようなイオン行程について、図２１Ａ～２３に示す。
　例として、図１１に示した第２の従来例、図１２に示した第３の従来例、および図１３に示した本発明の検討例におけるイオン行程をそれぞれ、図２１Ａ、２２、および２３に示す。図２１Ａ、２２、および２３において、引き込み電極の８０％電位面を符号２１０１、２２０１、および２３０１にて示し、ＳＥＭ入口面を符号２１０２、２２０２、および２３０２に示す。なお、引き込み電極の８０％電位面は、電位面解析シミュレーションを実施し、図２１Ｂに示すようなシミュレーション解析結果から決定することができる。
　以上に仮定・定義された基準例を用いて、本発明を一般化する。第１、第４、第５、第６、第７の実施形態では、いずれも「引き込み電極」の面積（正確には高エネルギー電子発生面積）を、また第２、・第３の従来例および本発明の検討例よりも小さくしている。これは本願発明者が、ノイズは「引き込み電極」の面積に比例することを新たに見出したことによるが、従来ではこれは想定されておらず「引き込み電極」はイオンの軌道など別の観点から設計されている。そこで、本発明の検討例において、内部迷光の影響が外部迷光の影響よりも３倍であると想定すると、「内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を外部迷光のＳ/Ｎ比への影響より小さくするためには、イオン行程をＬ、イオンと引き込み電極との距離をＤ、高エネルギー電子発生面積をＳとする時、Ｓ ＜ 1/3・（２・Ｌ・Ｄ）とすべき」と定量的に一般化することができる。これはあくまで定量化の一例であるが、図１３の検討例では内部迷光の影響が外部迷光の影響よりも３倍であると想定すると、上記定量化により得られた関係式を設計の一指針として用いることができる。
　また、第２、第３、第６、第７の実施形態では、いずれも「引き込み電極」とその近傍に存在する電極（例えば、偏向板）との電位差を従来、あるいは本発明の検討例よりも小さくしている。これは、本願発明者がノイズは「引き込み電極」の電圧の２乗に比例することを新たに見出したことによるが、従来ではこれは想定されておらず、引き込み電極への印加電圧を、最も引き込み効率が高く、かつ電圧印加も容易な２次電子増倍管の初段電極（Ｄ１）の電位と同じにしている。そこで、同じく本発明の検討例から「内部迷光のＳ/Ｎ比への影響を外部迷光のＳ/Ｎ比への影響より小さくするためには、２次電子増倍管の初段電極の電位をＶＤ１、「引き込み電極」の電位をＶＥ、「引き込み電極」の近傍に存在する電極の電位をＶＳとする時、｜ＶＤ１－ＶＳ｜絶対値　＜　1/2　｜ＶＥ｜絶対値とすべき」と定量的に一般化することができる。これも、あくまで定量化の一例である。
　以上の式を用いて従来例、検討例および各実施形態に各量の概略を定量的に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１において、アンダーラインにて記載された数値は、検討例との比率を示す。また、記号“～”はほぼ同じであることを示す。さらに、記号ＶＥは、電極Ｄ１電極の電位を示す。
　（その他の実施形態）　
　以上すべての実施形態は、検討例をベースにした実施例にて説明したが、第二の従来例、第三の従来例をはじめ、「引き込み電極」を持つあらゆる形式のイオン検出ユニットに適用することができる。　
　上記実施形態の各々は複合して採用することも出来る。例えば、第一の実施形態(メッシュ)、第二の実施形態（電位差小）を複合して、引き込み電極をメッシュ形状にしかつ引き込み電極への印加電位を500Ｖ印加とすることが出来る。また、第一の実施形態(メッシュ)、第五の実施形態（リング状）を複合して、メッシュ形状であり、リング状の引き込み電極とすることが出来る。第八の実施形態（シールドケース）は第４～第６の実施形態などスペースが許されるすべての実施形態に適用できる。
　２次電子増倍管（ＳＥＭ）は多段かつ垂直方向入射型で説明したが、他形式（多段かつ軸方向入射型、連続かつ垂直方向入射型、連続かつ軸方向入射型など）も用いることができる。　
　「引き込み電極」をＳＥＭとは別に設置した例で説明したが、「引き込み電極」がＳＥＭと一体で、あるいは内部に組み込む形で構成されていても構わない。
　ノイズ発生の第一原因は迷光（真空紫外光や軟Ｘ線）として説明したが、マイナスの高電位となっている引出し電極で電子を発生させるあらゆる励起源（中性粒子、イオン、電子、電磁波）に有効となる。　
　励起源の発生場所としてはイオン源や四重極電極だけでなく、アパーチャ板、配線など質量分析装置の他の部品、および質量分析装置の内部空間も想定される。具体例としては、アパーチャ板にイオンが高速で衝突するとイオンや軟Ｘ線を発生する。配線では耐圧超過による放電によりイオンや軟Ｘ線を発生する。内部空間ではイオンと残留ガスの衝突によりイオンや真空紫外光を発生する。　
　励起源の発生場所としては質量分析装置外からの擾乱も想定される。例として、プラズマ装置内に存在する中性ガスのモニタリングがあり、この場合には高エネルギーの中性粒子・イオン・電子・電磁波が問題となる。
　イオン源は電子イオン化（ＥＩ）方式で説明したが、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式や大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）をはじめ、影響を与える励起源を発生するあらゆる形式のイオン源を適用することができる。
　イオン源を構成品とする質量分析装置として説明したが、イオン源を含まず質量分析装置外で生成されたイオンを検出する質量分析装置にも適用することができる。例として、プラズマ装置内に存在するイオンのモニタリングがある。
　質量分析計は四重極型として説明したが、セクター型、ＴＯＦ型など他のあらゆる形式の質量分析機構を適用することができる。したがって、説明で質量アパーチャ板としているものは、一般的には質量分析計の出口アパーチャ板と言うべきものである。
　このように、本発明のイオン検出装置は質量分析装置において高いＳ/Ｎを得ることができるユニットであって、幅広い用途向けの多種の質量分析装置に好適となる。

Claims (12)

  1. 　イオン検出装置であって、
    　複数の電極を有する２次電子増倍管と、
    　イオンを前記２次電子増倍管の初段電極側へと引き込むための引き込み電極とを備え、
    　前記イオン検出装置にイオンを導入する際に、前記イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の前記初段電極に入射する光量が、前記イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の前記初段電極に入射する光量以下となるように、前記引き込み電極の面積および前記引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって前記２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方が設定されていることを特徴とするイオン検出装置。
  2. 　前記引き込み電極は、少なくとも１つの開口部を有する電極であることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出装置。
  3. 　前記引き込み電極は、メッシュ形状、スリット形状、または複数のワイヤを離間して配置した形状であることを特徴とする請求項２に記載のイオン検出装置。
  4. 　前記周辺の電極は、イオンの軌道を曲げるための偏向電極であり、
    　前記引き込み電極と前記偏向電極との間の電位差が、前記初段電極と前記偏向電極との間の電位差よりも小さくなるように、前記引き込み電極への印加電位が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出装置。
  5. 　前記周辺の電極は、複数個の、イオンの軌道を曲げるための偏向電極であり、
    　前記複数の偏向電極のうち前記引き込み電極に対向する偏向電極の少なくとも１つと前記引き込み電極との間の電位差が、前記複数の偏向電極のうち前記イオン検出装置に導入されたイオンの進行方向の最も前段の偏向電極と前記初段電極との間の電位差よりも小さくなるように、前記引き込み電極および前記少なくとも１つの偏向電極への印加電位が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出装置。
  6. 　前記引き込み電極は、前記初段電極と離間して配置されており、
    　前記引き込み電極の一方端は、前記イオン検出装置のイオン導入部の近傍に位置していることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出装置。
  7. 　前記周辺の電極は、イオンの軌道を曲げるための偏向電極であり、
    　前記偏向電極は、前記イオン検出装置に導入されたイオンの進行方向の、前記引き込み電極の前段に配置されており、
    　前記引き込み電極は、自身が有する開口部中をイオンが通過するように配置されたリング状の電極であることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出装置。
  8. 　前記リング状の引き込み電極と前記偏向電極との間に配置された第２のリング状の引き込み電極をさらに備え、
    　前記第２のリング状の引き込み電極への印加電位は、前記第２のリング状の引き込み電極から前記リング状の引き込み電極にイオンが加速する電位であることを特徴とする請求項７に記載のイオン検出装置。
  9. 　前記イオン検出装置に導入されたイオンの進行方向の、前記偏向電極の前段に、自身が有する開口部中をイオンが通過するように配置されたリング状の電極をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のイオン検出装置。
  10. 　前記２次電子増倍管を囲むシールドケースであって、前記引き込み電極にて引き込まれたイオンを前記初段電極へと導入するためのイオン導入部を有するシールドケースをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出装置。
  11. 　入射されたイオンを質量分別してイオン検出装置に導入する工程と、
    　前記導入されたイオンを、引き込み電極による電界により２次電子増倍管の初段電極側に引き込む工程と、
    　前記引き込まれたイオンを前記初段電極にて電子に変換し、該変換された電子を増幅する工程と、
    　前記イオン検出装置にイオンを導入する際に、前記イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の前記初段電極に入射する光量が、前記イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の前記初段電極に入射する光量以下となるように、前記引き込み電極の面積および前記引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって前記２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方を設定する工程と
    　を有すること特徴とするイオン検出方法。
  12. 　複数の電極を有する２次電子増倍管と、イオンを前記２次電子増倍管の初段電極側へと引き込むための引き込み電極とを備えるイオン検出装置の製造方法であって、
    　前記イオン検出装置の内部で発生した内部迷光の前記初段電極に入射する光量、および前記イオン検出装置の外部で発生した外部迷光の前記初段電極に入射する光量をそれぞれ測定する工程と、
    　前記測定結果に基づいて、前記イオン検出装置にイオンを導入する際に、前記内部迷光の前記初段電極に入射する光量が、前記外部迷光の前記初段電極に入射する光量以下となるように、前記引き込み電極の面積および前記引き込み電極と該引き込み電極の周辺の電極であって前記２次電子増倍管が有する電極ではない周辺の電極との間の電位差の少なくとも一方を設定する工程と
    　を有することを特徴とするイオン検出装置の製造方法。
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