JP2001351565A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁波や高速粒子が電子増倍部内に進入する
ことを良好に防止し、取扱いの便利な質量分析器の提
供。 【解決手段】 下部金属板１３には、イオン入射口１１
ａから入射した電磁波や高速粒子を出射させるための出
射口１３ａが形成されている。下部金属板１３の出射口
１３ａは、上部金属板１１に形成されたイオン入射口１
１ａより大きく、イオン入射口１１ａは、下部金属板１
３に形成された出射口１３ａの中心軸Ｘ１方向投射像に
含まれるよう形成されている。上部金属板１１は四重極
電極４１０の中心軸Ｘ２とイオン検出器１の中心軸Ｘ１
が一致するように備えられるから、イオン検出器本体１
０が質量分析器１００に取付けられる際には、イオン化
部３００から四重極電極４１０の中心軸Ｘ２方向を見る
と、イオン検出器１の上部金属板１１のイオン入射口１
１ａから下部金属板１３の出射口１３ａを通じてイオン
検出器１の外部を見通すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は質量分析装置に関し、特
に光等のノイズによる影響を少なくした質量分析装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、質量分析装置においては、フ
ィラメントにおいて生じた電磁波や高速粒子によるフィ
ラメントノイズを避ける対策が施されている。フィラメ
ントノイズを避ける方法としては、フィラメントノイズ
をイオン検出器に到達させない事が最善である。フィラ
メントノイズは直進性があること、試料イオンは電界で
方向を変えることができることを利用し、質量分離部で
ある四重極電極と、イオン検出器の間でイオンの飛行軸
をずらして、イオン検出器にはイオンのみを入射する方
法がとられている。特に、四重極電極から放出されるイ
オンの飛行軸をずらしてイオン検出器に入射させるｏｆ
ｆ‐ａｘｉｓ構造を持ったイオン検出器が知られてい
る。しかし、電磁波や高速粒子の反射までを考えた、よ
り効率の良いｏｆｆ‐ａｘｉｓ構造はできておらず、ｏ
ｆｆ‐ａｘｉｓ構造のみによってはフィラメントノイズ
の問題を完全には解決することができない。

【０００３】また、従来より、図１７、図１８に示され
るような質量分析装置１０１が知られている。図１８に
示されるように、四重極電極４１１のイオン出射部４４
１付近には、コンバージョンダイノード８１５と電子増
倍部８２０がユニット化されたイオン検出器８００が備
えられている。イオン検出器８００の上部金属板８１１
には、イオン入射口８１１ａが形成され、下部金属板８
１３にはコンバージョンダイノード８１５に接続される
リード線を通過させるための貫通孔８１３ａが形成され
ている。図１９に、イオン検出器８００を四重極電極４
１１の中心軸Ｘ３方向、上部金属板８１１方向から見た
様子を示す。参照番号８１３’は、下部金属板８１３に
形成された貫通孔８１３ａの、中心軸Ｘ３方向投射像を
示す。上部金属板８１１に形成されたイオン入射口８１
１ａは四重極電極４１１の中心軸Ｘ３上に形成されてお
り、下部金属板８１３に形成された貫通孔８１３ａは四
重極電極４１１の中心軸Ｘ３からずれた位置に形成され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１７、１８
に示される質量分析装置１０１では、四重極電極４１１
の中心軸Ｘ３方向に直進してきた電磁波や高速粒子を効
率よくイオン検出器８００の外へ出射することができ
ず、電磁波等がイオン検出器８００内で乱反射し、電子
増倍部８２２内に進入してフィラメントノイズが生じて
しまうという問題があった。

【０００５】特開平１０−１８８８７８号公報に記載さ
れた質量分析装置では、コンバージョンダイノードを壁
状のシールド電極で取囲み、シールド電極の壁のうち四
重極電極の中心軸が重なる２箇所に開口を形成し、一方
の開口から入射した電磁波等を他方の開口から出射させ
ることとしている。

【０００６】しかし、特開平１０−１８８８７８号公報
に記載の質量分析装置では、コンバージョンダイノード
と電子増倍部がユニット化されておらず、部品交換の際
には各部材をそれぞれ取外さなければならず、取扱いが
不便であった。

【０００７】そこで本発明は、電磁波や高速粒子が電子
増倍部内に進入することを良好に防止すると共に取扱い
の便利な質量分析装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、分子をイオンに変換するためのイオン化
部と、イオン化した分子のうち所定の質量のもののみを
分離するための質量分離部と、質量分離部から出射され
るイオンの量を検出するためのイオン検出器とを有する
質量分析装置において、該イオン検出器は、イオン入射
口が形成された上部金属板と、該上部金属板から垂直に
延び、荷電粒子通過口が形成された支持金属板と、該上
部金属板と平行に配置され、該支持金属板の該上部金属
板が接続された側とは反対側の端部に固定された下部金
属板と、該支持金属板の一面側で該荷電粒子通過口を臨
む位置に設けられたコンバージョンダイノードと、該イ
オン入射口から入射したイオンを該コンバージョンダイ
ノードに向けて偏向させるための電界形成手段と、該支
持金属板の一面側とは反対の他面側に着脱可能に固定さ
れた電子増倍部とを有し、該電子増倍部は、互いに平行
に配設された一対の絶縁板と、該一対の絶縁板に挟持さ
れた複数のアノード電極とダイノード電極とを有し、該
下部金属板には、該上部金属板に形成された該イオン入
射口より大きい出射口が形成され、該イオン入射口は、
該上部金属板に垂直な仮想軸を想定すると、該下部金属
板に形成された出射口の仮想軸方向投射像に含まれる質
量分析装置を提供している。

【０００９】なお、電界形成手段は、金属板と、支持金
属板と、コンバージョンダイノードとをそれぞれ所定の
電位に設定することにより形成することができる。

【００１０】本発明はまた、分子をイオンに変換するた
めのイオン化部と、イオン化した分子のうち所定の質量
のもののみを分離するための質量分離部と、質量分離部
から出射されるイオンの量を検出するためのイオン検出
器とを有する質量分析装置において、該イオン検出器
は、イオン入射口が形成された上部金属板と、該上部金
属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が形成された支持
金属板と、該上部金属板と平行に配置され、該支持金属
板の該上部金属板が接続された側とは反対側の端部に固
定された下部金属板と、該支持金属板の一面側に固定さ
れた絶縁部材と、該絶縁部材に固定され、該荷電粒子通
過口を臨む位置に設けられたコンバージョンダイノード
と、該イオン入射口から入射したイオンを該コンバージ
ョンダイノードに向けて偏向させるための電界形成手段
と、該支持金属板の一面側とは反対の他面側に着脱可能
に固定される電子増倍部とを有し、該電子増倍部は、互
いに平行に配設された一対の絶縁板と、該一対の絶縁板
に両端を支持され一列に整列して固定される複数のダイ
ノード電極からなる第１ダイノード電極群と、各該絶縁
板に両端を支持され第１ダイノード電極群と平行に一列
に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第
２ダイノード電極群とを有し、該支持金属板の該荷電粒
子通過口に面する位置に荷電粒子入射口が形成され、該
下部金属板には、該上部金属板に形成された該イオン入
射口より大きい出射口が形成され、該イオン入射口は、
該質量分離部の中心軸を想定すると、該下部金属板に形
成された出射口を該質量分離部の中心軸方向に投射した
像に含まれる質量分析装置を提供している。

【００１１】ここで、該絶縁部材は該支持金属板に両端
を支持されたアーチ状をなし、その内部空間が該質量分
離部の中心軸方向に該イオン入射口と連通するように配
置されているのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による質量分
析装置について図１〜図１６に基づき説明する。図１に
示すように、質量分析装置１００は、、真空チャンバー
２００を形成するステンレス製の包囲器１１０を備えて
いる。真空チャンバー２００の内部には、試料分子をイ
オン化するためのイオン化部３００と、イオン化した試
料分子を質量ごとに分離するための質量分離部４００
と、質量分離部４００から放出されるイオンの量を検出
するためのイオン検出器１とが、この順に設けられてい
る。

【００１３】かかる構成の質量分析装置１００は、イオ
ン化部３００をガスクロマトグラフ装置６００と連通さ
せ、かつ、イオン検出器１をデータ処理装置７００と電
気的に接続させて使用する。

【００１４】ガスクロマトグラフ装置６００は図示しな
い測定試料注入口を有しており、測定試料を液体（例え
ば、ヘキサン等に溶かし込んだ液体）としてガスクロマ
トグラフ装置６００内部に注入できるようになってい
る。

【００１５】イオン化部３００は、図示しないフィラメ
ントを備えており、フィラメントに電流を流すことで熱
電子を発生させ、試料分子を正または負の極性のイオン
に変換する。

【００１６】質量分離部４００は、図２及び図３に示す
ように、四重極電極４１０を備えている。四重極電極４
１０は、中心軸Ｘ２の周りで、かつ、中心軸Ｘ２に平行
に配列された４個の円筒電極から構成されており、中心
軸Ｘ２方向の一端部がイオン入射部４３０、他端部がイ
オン出射部４４０となっている。また、４個の円筒電極
内を中心軸Ｘ２に沿って延び、イオン入射部４３０とイ
オン出射部４４０の間の空間がイオン飛翔空間４２０と
なる。四重極電極４１０のイオン入射部４３０はイオン
化部３００に対向配置され、イオン化部３００で発生し
たイオンをこのイオン入射部４３０からイオン飛翔空間
４２０内に導入する。

【００１７】４個の円筒電極４１０には、定常電圧と所
定の周波数の交流電圧を重畳した電圧が印加され、入射
したイオンのうち、当該周波数に対応する質量数のイオ
ンのみをイオン出射部４４０まで導くことで、所定の質
量数のイオンを他の質量数のイオンから分離している。
なお、イオン飛翔空間４２０には、イオン以外に電磁波
や高速粒子も入射しており、これらが計測対象のイオン
と共にイオン飛翔空間４２０を通り抜ける。

【００１８】図２及び図３に示すように、質量分析装置
１００の包囲器１１０の下流側には、フランジ部１２０
が設けられており、イオン検出器１は、このフランジ部
１２０に複数の支柱１３１、１３２を介して取り付けら
れる。フランジ部１２０には、ピン貫通孔１２６及び１
２８が形成されている。ピン貫通孔１２６には、外部電
圧印加ピン１２２が貫通し封止部材にて封止固定されて
いる。外部電圧印加ピン１２２の外側端部は、データ処
理装置７００に電気的に接続されている。外部電圧印加
ピン１２２の内側端部をイオン検出器１に電気的に接続
することで、後述の電子増倍部２２の第一段ダイノード
Ｄ１がデータ処理装置７００に電気的に接続される。ま
た、ピン貫通孔１２８には、外部電気信号ピン１２４が
貫通し封止部材にて封止固定されている。外部電気信号
ピン１２４の外側端部は、データ処理装置７００に電気
的に接続されている。外部電気信号ピン１２４の内側端
部をイオン検出器１に電気的に接続することで、後述の
電子増倍部２２のアノード２５がデータ処理装置７００
に電気的に接続される。

【００１９】データ処理装置７００は、電子増倍部２２
のダイノード電極Ｄ１への電圧印加を制御するととも
に、アノード２５からの電気信号に基づき、所定のイオ
ンの量を演算し出力する。データ処理装置７００は、ま
た、四重極電極４１０及びイオン化部３００のフィラメ
ントへの電圧印加を制御する。

【００２０】イオン検出器１は、イオン出射部４４０か
ら出射したイオンの量を電気信号に変換するために、真
空チャンバー２００内部に設置される。イオン検出器１
は、所定の中心軸Ｘ１を有し、中心軸Ｘ１が四重極電極
４１０の中心軸Ｘ２と同軸となるように配列される。

【００２１】イオン検出器１は、図４乃至図６に示すよ
うに、イオン検出器本体１０と電子増倍部２２とを有す
る。電子増倍部２２は、イオン検出器本体１０に着脱可
能に取り付けられている。図７にはイオン検出器本体１
０から電子増倍部２２を取外した様子を示す。

【００２２】イオン検出器本体１０は、中心軸Ｘ１に対
して垂直に設けられた上部金属板１１を有し、上部金属
板１１上中心軸Ｘ１が貫通する位置にはイオン入射口１
１ａが形成されている。なお、イオン検出器本体１０を
質量分析装置１００に取り付ける際、イオン検出器１の
中心軸Ｘ１と四重極電極４１０の中心軸Ｘ２とが同軸と
なるように配列して、イオン入射口１１ａを四重極電極
４１０のイオン出射部４４０に対向させる（図３）。上
部金属板１１には支持金属板１２の一端部が固定され、
支持金属板１２は上部金属板１１から垂直に延びてい
る。図７に示すように、支持金属板１２には荷電粒子通
過口１２ａが形成されている。また、支持金属板１２の
他端部には、上部金属板１１と平行となるように下部金
属板１３が固定されている。

【００２３】図８は、イオン検出器１０を下部金属板１
３側から中心軸Ｘ１方向に見た様子を示したものであ
る。下部金属板１３には出射口１３ａが形成されてい
る。下部金属板１３の出射口１３ａは、上部金属板１１
に形成されたイオン入射口１１ａより大きく、中心軸Ｘ
１方向にイオン入射口１１ａと出射口１３ａを投影する
と、下部金属板１３に形成された出射口１３ａはイオン
入射口１１ａを完全に含むような位置関係にある。

【００２４】また、下部金属板１３には、イオン検出器
１を包囲器１１０に固定するための支柱接合用開口１３
ｂ、１３ｃが形成されている。図２に示すように、各支
柱接合用開口１３ｂ、１３ｃにそれぞれ支柱１３１、１
３２を埋設することにより、イオン検出器１を質量分析
装置１００のフランジ部１２０に固定している。また、
図６及び図７に示すように、下部金属板１３には、電
子増倍部２２に接続するピンを導入するためのピン貫通
孔１３ｄ、１３ｅが形成されている。

【００２５】図７に示すように、支持金属板１２の一面
側にはアーチ状の絶縁部材１４が取り付けられている。
アーチ形状の絶縁部材１４は、その内部空間がイオン入
射口１１ａと中心軸Ｘ１方向に連通するように配向され
ており、絶縁部材１４の２本の脚部が支持金属板１２に
固定されている。その２本の脚部は中心軸方向Ｘ１で下
部金属板１３側に延設されている。

【００２６】上述のように、イオン検出器１はその中心
軸Ｘ１が四重極電極４１０の中心軸Ｘ２と一致するよう
に配列されているため、図９に示すように、イオン化部
３００から四重極電極４１０の中心軸Ｘ２方向を見る
と、イオン検出器１の上部金属板１１のイオン入射口１
１ａから下部金属板１３の出射口１３ａを通じてイオン
検出器１の外部を見通すことができる。これにより、イ
オン化部３００から四重極電極４１０の中心軸Ｘ２方向
にイオンと共に放出された電磁波や高速粒子は、イオン
検出器１の上部金属板１１のイオン入射口１１ａからイ
オン検出器１の内部へ進入するが、イオン検出器１内で
乱反射されることなく、下部金属板１３の出射口１３ａ
から出射されることになる。

【００２７】図７に示すように、絶縁部材１４には、支
持金属板１２の荷電粒子通過口１２ａと対向する位置
に、コンバージョンダイノード１５が固定されている。
本実施形態で使用するコンバージョンダイノード１５は
イオンが入射することにより電子またはイオンを放出す
るものであり、コンバージョンダイノード１５への印加
電圧の極性を切り換えることにより正イオン、負イオン
の双方に対応することができる。即ち、検出対象たるイ
オンが正イオンである場合はコンバージョンダイノード
１５を負電位とし、検出対象たるイオンが負イオンであ
る場合はコンバージョンダイノード１５を正電位とする
により、入射イオンが正イオンの場合、入射した正イオ
ンに対応した数の電子を放出することができる。また、
入射イオンが負イオンの場合、入射した負イオンに対応
した数の正イオンを放出することができる。そして、後
段のダイノードＤ１にて正イオンを電子に変換する。な
お、図示はしないが、本実施の形態のコンバージョンダ
イノード１５も、図１７、図１８に示されるコンバージ
ョンダイノード８１５と同様にリード線に接続されてい
る。

【００２８】上部金属板１１及び支持金属板１２はグラ
ンド電位に接地されており、正または負の電位を帯びた
コンバージョンダイノード１５と、グランド電位の上部
金属板１１と支持金属板１２とで、イオン入射口１１ａ
から入射されたイオンをコンバージョンダイノード１５
に導くための電界形成手段を構成している。

【００２９】電子増倍部２２は、支持金属板１２の前記
一面側とは反対側の面に着脱可能に装着されている。電
子増倍部２２は、図１０に示すように、凹型金属固定板
２１と電子増倍部本体２０とからなる。

【００３０】電子増倍部本体２０は、互いに平行な一対
の絶縁板２３、２４を有しており、その間に複数段のダ
イノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４が設けられている。図１４
に示すように、第１段ダイノード電極Ｄ１、第２段ダイ
ノード電極Ｄ２はボックス型、第３段乃至第１４段のダ
イノード電極Ｄ３乃至Ｄ１４はライン型のダイノード電
極である。各ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４は、両端が
絶縁板に形成された穴に差し込まれ固定されている。

【００３１】２枚の絶縁板２３、２４の外側に露出した
各段のダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４の端部は抵抗体を
介在させて順次接続されている。第１段ダイノード電極
Ｄ１は、データ処理装置７００に接続されて負の電圧が
印加され、第２段以降のダイノード電極には、第１段ダ
イノード電極Ｄ１に印加された電圧を等分に分圧した電
圧が印加される。即ち、第１段ダイノード電極Ｄ１から
抵抗体を介して接地されている最下段の第１４段ダイノ
ード電極には段階的に増加する電圧が印加されることに
なる。

【００３２】電子増倍部本体２０の第１段ダイノード電
極Ｄ１が対向する位置が、電子増倍部２２の荷電粒子入
射口となっている。荷電粒子入射口は、支持金属板１２
の荷電粒子通過口１２ａと連通し、上述のコンバージョ
ンダイノード１５を臨む位置に形成されている。最下段
の第１４段ダイノード電極Ｄ１４に対向する位置には、
アノード２５が設けられている。アノード２５はデータ
処理装置７００に接続されており、電子増倍部２２に入
射した荷電粒子数に対応した電気信号を出力する。

【００３３】第１ダイノード電極Ｄ１を除く奇数番目の
ダイノード電極Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９、Ｄ１１、Ｄ１
３は、１列に整列され、第１ダイノード電極群２６をな
し、第２ダイノード電極Ｄ２を除く偶数番目のダイノー
ド電極Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０、Ｄ１２、Ｄ１４は、
第１ダイノード電極群２６と平行に１列に整列され、第
２ダイノード電極群２７をなす。絶縁板２３、２４に
は、第１ダイノード電極群２６と第２ダイノード電極群
２７とによって挟まれる空間に対向する位置に、第１ダ
イノード電極群２６及び第２ダイノード電極群２７に平
行なスリット状の開口部２３ａ、２４ａが形成されてい
る。図１４には絶縁板２３に形成された開口部２３ａを
示すが、絶縁板２４にも同様の開口部２４ａが形成され
ている。図１３に示すように、絶縁板２３、２４の最上
端と最下端には、絶縁板２３、２４のスペーサとして機
能するプラスチック樹脂部材２８、２９が固定されてい
る。プラスチック樹脂部材２８、２９には、図１２に示
すように、凹型金属固定板２１に固定するためのネジ孔
２８ａ、２９ａが形成されており、図１３に示すように
して、ネジにより凹型金属固定板２１を電子増倍部本体
２０に固定する。このように電子増倍部本体２０と凹型
金属固定板２１はプラスチック樹脂部材２８、２９を介
して固定されているので、凹型金属固定板２１は電子増
倍部本体２０から絶縁された状態にあり十分な耐圧を維
持することができる。

【００３４】凹型金属固定板２１は、その背面部２１Ａ
がイオン検出器本体１０の支持金属板１２と面接触する
ように取り付ける。図７に示すように、凹型金属固定板
２１の背面部２１Ａには、支持金属板１２の荷電粒子通
過口１２ａと連通する位置に荷電粒子通過口２１ａが形
成されている。また、凹型金属固定板２１の背面部２１
Ａには、図１３に示すように、上述の電子増倍部本体２
０のプラスチック樹脂部２８、２９に形成されたネジ孔
２８ａ、２９ａに対応するネジ孔２１ｂが形成されてい
る。また、凹型金属固定板２１は、背面部２１Ａから垂
直に延び、互いに平行な側部２１Ｂ、２１Ｃを有し、こ
のために凹型金属固定板２１の断面形状は凹型となって
いる。

【００３５】図１１及び図１２に示すように、電子増倍
部本体２０は凹型金属固定板２１の内部空間に収容され
るので、２枚の絶縁板２３、２４の外側に露出したダイ
ノード電極の端部及びそれに接続される配線等は、凹型
金属固定板２１の側部２１Ｂ、２１Ｃによって覆われ
る。これにより、電子増倍部２２をイオン検出器本体１
０に取付けまたは取外しする際に絶縁板２３、２４の外
側に露出した配線等に触れる恐れが少なくなり、配線等
の断線や短絡等が生じる恐れが少なくなる。なお、絶縁
板２３、２４の外側に露出したダイノード電極の端部や
配線等から凹型金属固定板２１の側部２１Ｂ、２１Ｃに
対して放電が生じるのを防止するため、凹型金属固定板
２１の側部２１Ｂ、２１Ｃと絶縁板２３、２４との間の
距離は十分長くとってある。

【００３６】背面部２１Ａの最下端には、電子増倍部本
体２０を支持するための底部２１Ｄが、設けられてい
る。底部２１Ｄには、図１２に示すように、電子増倍部
本体２０に接続するピンを導入するためのピン貫通孔２
１ｃ、２１ｄが形成されている。ピン貫通孔２１ｃに
は、電圧印加ピン１６が貫通して固定され、電圧印加ピ
ン１６は電子増倍部本体２０の第一段ダイノードＤ１に
ワイヤで電気的に接続される。電圧印加ピン１６は、図
３に示すように、外部電圧印加ピン１２２に接続され、
データ処理装置７００へ接続される。また、他方のピン
貫通孔２１ｄには、電子増倍部本体２０のアノード２５
にワイヤで電気的に接続される電気信号ピン１７が貫通
して固定される。電気信号ピン１７は、同じく図３に示
すように、外部電気信号ピン１２４に接続され、データ
処理装置７００へ接続される。電子増倍部２２をイオン
検出器本体１０に取付ける際、電圧印加ピン１６は、下
部金属板１３のピン貫通孔１３ｄを貫通し、電気信号ピ
ン１７は下部金属板１３のピン貫通孔１３ｅを貫通す
る。

【００３７】また、凹型金属固定板２１の背面部２１Ａ
には取付け部２１Ｅ、２１Ｆが設けられている。取付け
部２１Ｅ、２１Ｆには、電子増倍部２２をイオン検出器
本体１０に取付けるためのネジ孔２１ｅ、２１ｆが形成
されている。ネジ孔２１ｅ、２１ｆを利用したネジ止め
により、電子増倍部２２はイオン検出器本体に固定され
る。

【００３８】次に、本実施の形態のイオン検出器１の動
作について説明する。まず、ガスクロマトグラフ装置６
００の図示しない測定試料注入口から液体の測定試料を
注入すると、ガスクロマトグラフ装置６００内部にて気
化し、ガスクロマトグラフ装置６００に連通したイオン
化部３００内部に、気体として導入される。

【００３９】この測定試料気体分子は、イオン化部３０
０において、図示しないフィラメントで発生した熱電子
により、正極性もしくは負極性のイオンにイオン化され
る。当該発生したイオンが四重極電極４１０のイオン入
射部４３０よりイオン飛翔空間４２０内部に入射する
と、これらイオンのうち、所望の質量数のイオンのみが
イオン出射部４４０から出射して、イオン検出器１のイ
オン入射口１１ａからイオン検出器１内部に入射する。

【００４０】イオン検出器１内部に入射したイオンは、
コンバージョンダイノード１５と上部金属板１１と支持
金属板１２とにより形成された電子レンズにより、コン
バージョンダイノード１５に入射する。このとき、同じ
く四重極電極４１０を通過してイオン入射口１１ａを通
過した電磁波や高速粒子は、この電子レンズにより軌道
を曲げられることが無く、そのまま直進する。

【００４１】本実施の形態のイオン検出器１では、下部
金属板１３には、上部金属板１１に形成されたイオン入
射口１１ａより大きい出射口１３ａが形成され、上部金
属板１１に垂直な仮想軸を想定すると、イオン入射口１
１ａは、下部金属板１３に形成された出射口１３ａの仮
想軸方向投射像に含まれるよう形成されている。従っ
て、イオン入射口１１ａを通過した電磁波や高速粒子が
下部金属板１３により乱反射されて支持金属板１２に形
成された荷電粒子通過口１２ａを通じてコンバージョン
ダイノード１５や電子増倍部２２の荷電粒子入射口に到
達することはない。

【００４２】コンバージョンダイノード１５に正イオン
が入射すると、コンバージョンダイノード１５に衝突し
た正イオンの量に対応した量の電子をコンバージョンダ
イノード１５が放出し、この電子が電子増倍部２２の荷
電粒子入射口を介して第１段ダイノード電極Ｄ１に入射
する。第１段ダイノード電極Ｄ１に電子が入射すると、
第１段ダイノード電極Ｄ１から二次電子が放出され、そ
れが第２段ダイノード電極Ｄ２へ入射する。なお、コン
バージョンダイノード１５に負イオンが入射した場合
は、コンバージョンダイノード１５に衝突した負イオン
の量に対応した量の正イオンをコンバージョンダイノー
ド１５が放出し、この正イオンが電子増倍部２２の荷電
粒子入射口を介して第１段ダイノード電極Ｄ１に入射す
る。第１段ダイノード電極Ｄ１に正イオンが入射する
と、第１段ダイノード電極Ｄ１から二次電子が放出さ
れ、それが第２段ダイノード電極Ｄ２へ入射する。

【００４３】第２乃至第１４段ダイノード電極Ｄ２乃至
Ｄ１４においても同様に、ダイノード電極表面（二次電
子面）に入射した電子による二次電子放出が生じ、これ
らの二次電子はより下段のダイノード電極Ｄ３乃至Ｄ１
４の表面に入射し、これにより更に二次電子が放出さ
れ、最終的には指数関数的な増倍が行われる。最下段の
第１４段ダイノード電極Ｄ１４から出射した二次電子
は、アノード２５に入射し、電気信号として検出され
る。こうして、コンバージョンダイノード１５に入射す
るイオン信号は、元は微少であるにも係わらず、大きな
電気信号として取り出すことができる。

【００４４】ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４の表面に電
子が入射した際には、二次電子以外にも、入射電子量や
入射電子エネルギーにより、ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ
１４の表面に吸着したガス分子や、ダイノード電極Ｄ１
乃至Ｄ１４の表面から比較的浅い部分に取り込まれてい
るガス分子も放出される。ここで放出されたガス分子
は、最終的には質量分析装置の真空ポンプにより質量分
析装置内から放出されるが、ある程度の時間、複数のダ
イノード電極に挟まれた位置に漂っている。ダイノード
電極Ｄ１乃至Ｄ１４間に漂っているガス分子に二次電子
が衝突すると、ガス分子はイオン化され、電気的にみて
最も入射しやすいダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４のいず
れかに入射する。イオン化されたガス分子が入射したダ
イノード電極では、そのエネルギーにより二次電子が放
出される。こうして生じた二次電子も電子増倍部２２内
で増倍されてしまうため、最終的には、コンバージョン
ダイノード１５から出射したイオンが電子増倍部２２に
入射した場合と同様な電気信号として検出されてしま
う。このような現象は二次電子の量が多いほど顕著に見
られるため、第１段ダイノード電極Ｄ１に印加される電
圧が高いほどこの疑似信号が多く生じる。

【００４５】しかし、本実施の形態のイオン検出器１に
よれば、図１４に示すように、電子増倍部２２の絶縁板
２３、２４に、第１ダイノード電極群２６と第２ダイノ
ード電極群２７に挟まれた空間に面する位置にスリット
状の開口部２３ａ、２４ａを形成したので、質量分析装
置の真空ポンプによりここからガス分子が速やかに排出
される。従って、ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４から放
出されたガス分子は、第１ダイノード電極群２６と第２
ダイノード電極群２７に挟まれた空間、即ち、二次電子
の経路上に長期間存在することがない。また、凹型金属
固定板２１は背面部２１Ａと側部２１Ｂ、２１Ｃと底部
２１Ｄとにより電子増倍部２２を覆っているが、電子増
倍部２２の外周全体を覆ってはいない。従って、絶縁板
２３、２４の開口部２３ａ、２４ａから排出されたガス
分子の拡散が阻害されることがない。

【００４６】図１５は、本実施の形態の質量分析装置１
００を用いて、イオン化部３００の電源をＯＮにしたと
きとＯＦＦにしたときのノイズを測定したものである。
始めはイオン化部３００の電源をＯＦＦにした状態での
ノイズの測定を行い、その後に電源をＯＮにし、電源を
ＯＮにした状態でのノイズを測定した。図１５のＡは、
イオン化部３００の電源をＯＮした時点を示す。図１５
から明らかなように、イオン化部３００の電源をＯＮに
した状態であっても、ＯＦＦにした状態であってもノイ
ズの信号強度は５０〜１００（電子増倍部２２のアンプ
出力をＡＤ変換した値であって、単位はない。）程度で
あり、検出されるフィラメントノイズはほぼゼロである
ことがわかる。

【００４７】また、図１６は、図１７、図１８に示す従
来の質量分析装置８００のイオン化部３００の電源をＯ
ＮにしたときとＯＦＦにしたときのノイズを測定したも
のである。始めはイオン化部３００の電源をＯＦＦにし
た状態でノイズの測定を行い、その後に電源をＯＮし、
電源をＯＮにした状態でノイズを測定した。図１６のＢ
は、イオン化部３００の電源をＯＮした時点を示す。図
１６から明らかなように、イオン化部３００の電源をＯ
ＦＦした状態では６０〜１１０程度であったノイズの信
号強度が、イオン化部３００の電源をＯＮした状態では
１００〜１５０程度となっており、約４０程度のフィラ
メントノイズが入射して検出されてしまったことがわか
る。

【００４８】本発明による質量分析装置は上述した実施
の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で
種々の変形や改良が可能である。

【００４９】

【発明の効果】請求項１または２記載の質量分析装置に
よれば、下部金属板には、上部金属板に形成されたイオ
ン入射口より大きい出射口が形成され、イオン入射口
は、上部金属板に垂直な仮想軸を想定すると、下部金属
板に形成された出射口の仮想軸方向投射像に含まれる。
従って、イオン入射口を通過した電磁波や高速粒子が下
部金属板により乱反射されて支持金属板に形成された荷
電粒子通過口を通じて電子増倍部に到達することはな
い。

【００５０】請求項３記載の質量分析装置によれば、絶
縁部材は支持金属板に両端を支持されたアーチ状をな
し、その内部空間が質量分離部の中心軸方向にイオン入
射口と連通するように配置されている。従って、イオン
入射口を通過した電磁波や高速粒子が絶縁部材により乱
反射されて支持金属板に形成された荷電粒子通過口を通
じて電子増倍部に到達することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による質量分析装置を示す
ブロック図。

【図２】本発明の実施の形態による質量分析装置を示す
斜視図。

【図３】本発明の実施の形態による質量分析装置を示す
概略図。

【図４】本発明の実施の形態による質量分析装置に使用
されるイオン検出器を示す斜視図。

【図５】本発明の実施の形態による質量分析装置に使用
されるイオン検出器を示す斜視図。

【図６】本発明の実施の形態による質量分析装置に使用
されるイオン検出器を示す斜視図。

【図７】本発明の実施の形態による質量分析装置に使用
されるイオン検出器において電子増倍部がイオン検出器
本体から取外された様子を示す斜視図。

【図８】本発明の実施の形態による質量分析装置に使用
されるイオン検出器を下部金属板側から仮想軸方向に見
た様子を示す図。

【図９】本発明の実施の形態による質量分析装置を示す
断面図。

【図１０】本発明の実施の形態による質量分析装置の電
子増倍部を示す斜視図。

【図１１】本発明の実施の形態による質量分析装置の電
子増倍部を示す斜視図。

【図１２】本発明の実施の形態による質量分析装置の電
子増倍部を示す斜視図。

【図１３】本発明の実施の形態による質量分析装置の電
子増倍部の組立ての様子を示す斜視図。

【図１４】本発明の実施の形態による質量分析装置の電
子増倍部を示す斜視図。

【図１５】本発明の実施の形態の質量分析装置を使用し
て得られたノイズ信号を示す図。

【図１６】従来の質量分析装置を使用して得られたノイ
ズ信号を示す図。

【図１７】従来の質量分析装置を示すブロック図。

【図１８】従来の質量分析装置を示す斜視図。

【図１９】従来の質量分析装置に使用されるイオン検出
器を上部金属板側から仮想軸方向に見た様子を示す図。

【符号の説明】

１ イオン検出器 １１ 上部金属板 １１ａ イオン入射口 １２ 支持金属板 １２ａ 荷電粒子通過口 １３ 下部金属板 １３ａ 出射口 １５ コンバージョンダイノード ２２ 電子増倍部 ２３、２４ 絶縁板 ２５ アノード電極 Ｄ１〜Ｄ１４ ダイノード電極 ２６ 第１ダイノード電極群 ２７ 第２ダイノード電極群 １００ 質量分析装置 ３００ イオン化部 ４００ 質量分離部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 孝幸 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 5C038 FF04 FF10 HH19 JJ09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分子をイオンに変換するためのイオン化
   部と、 イオン化した分子のうち所定の質量のもののみを分離す
   るための質量分離部と、 質量分離部から出射されるイオンの量を検出するための
   イオン検出器とを有する質量分析装置において、 該イオン検出器は、イオン入射口が形成された上部金属
   板と、該上部金属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が
   形成された支持金属板と、該上部金属板と平行に配置さ
   れ、該支持金属板の該上部金属板が接続された側とは反
   対側の端部に固定された下部金属板と、該支持金属板の
   一面側で該荷電粒子通過口を臨む位置に設けられたコン
   バージョンダイノードと、該イオン入射口から入射した
   イオンを該コンバージョンダイノードに向けて偏向させ
   るための電界形成手段と、該支持金属板の一面側とは反
   対の他面側に着脱可能に固定された電子増倍部とを有
   し、 該電子増倍部は、互いに平行に配設された一対の絶縁板
   と、該一対の絶縁板に挟持されたアノード電極と複数の
   ダイノード電極とを有し、 該下部金属板には、該上部金属板に形成された該イオン
   入射口より大きい出射口が形成され、該イオン入射口
   は、該上部金属板に垂直な仮想軸を想定すると、該下部
   金属板に形成された出射口の仮想軸方向投射像に含まれ
   ることを特徴とする質量分析装置。
2. 【請求項２】 分子をイオンに変換するためのイオン化
   部と、 イオン化した分子のうち所定の質量のもののみを分離す
   るための質量分離部と、 質量分離部から出射されるイオンの量を検出するための
   イオン検出器とを有する質量分析装置において、 該イオン検出器は、イオン入射口が形成された上部金属
   板と、該上部金属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が
   形成された支持金属板と、該上部金属板と平行に配置さ
   れ、該支持金属板の該上部金属板が接続された側とは反
   対側の端部に固定された下部金属板と、該支持金属板の
   一面側に固定された絶縁部材と、該絶縁部材に固定さ
   れ、該荷電粒子通過口を臨む位置に設けられたコンバー
   ジョンダイノードと、該イオン入射口から入射したイオ
   ンを該コンバージョンダイノードに向けて偏向させるた
   めの電界形成手段と、該支持金属板の一面側とは反対の
   他面側に着脱可能に固定される電子増倍部とを有し、 該電子増倍部は、互いに平行に配設された一対の絶縁板
   と、該一対の絶縁板に両端を支持され一列に整列して固
   定される複数のダイノード電極からなる第１ダイノード
   電極群と、該一対の絶縁板に両端を支持され第１ダイノ
   ード電極群と平行に一列に整列して固定される複数のダ
   イノード電極からなる第２ダイノード電極群とを有し、
   該支持金属板の該荷電粒子通過口に面する位置に荷電粒
   子入射口が形成され、 該下部金属板には、該上部金属板に形成された該イオン
   入射口より大きい出射口が形成され、該イオン入射口
   は、該質量分離部の中心軸を想定すると、該下部金属板
   に形成された出射口を該質量分離部の中心軸方向に投射
   した像に含まれることを特徴とする質量分析装置。
3. 【請求項３】 該絶縁部材は該支持金属板に両端を支持
   されたアーチ状をなし、その内部空間が該質量分離部の
   中心軸方向に該イオン入射口と連通するように配置され
   ていることを特徴とする請求項２記載の質量分析装置。