JP2757460B2 - Time-of-flight mass spectrometer - Google Patents
Time-of-flight mass spectrometerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は飛行時間型質量分析装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer.
＜従来の技術＞ 飛行時間型質量分析装置としては、対象試料にイオン
ビームを照射することにより発生する中性粒子をイオン
化し、このイオンを所定の電場で加速してイオン検出器
に突入させ、イオンがこのイオン検出器に到達するに要
した時間を計測することによって、イオンの質量を求め
る方式のものが知られている。<Conventional technology> As a time-of-flight mass spectrometer, neutral particles generated by irradiating a target sample with an ion beam are ionized, and the ions are accelerated by a predetermined electric field to enter an ion detector. There is known a method in which the time required for ions to reach the ion detector is measured to determine the mass of the ions.
ところで、この方式の飛行時間型質量分析装置におい
ては、中性粒子を紫外レーザ光もしくは電子ビーム照射
によってイオン化するので、そのイオン化領域がある程
度の幅をもつ。このため、イオン化領域のどの位置で中
性粒子がイオン化されるかによって、その各イオンがも
うエネルギが異なり、各イオンのイオン検出器への飛行
時間に差異が生じ、その結果、分解能が低下するという
問題があった。By the way, in the time-of-flight mass spectrometer of this type, neutral particles are ionized by irradiation of an ultraviolet laser beam or an electron beam, so that the ionization region has a certain width. For this reason, depending on where in the ionization region the neutral particles are ionized, the energy of each ion is already different, and the time of flight of each ion to the ion detector is different, resulting in reduced resolution. There was a problem.
この問題を解決すべく、従来、イオン化された中性粒
子の飛行行程上に、複数枚の補助電極、および二段の反
射電場を形成するイオン反射器を配列し、イオン化領域
の異なる位置でイオン化された各中性粒子をイオン検出
器に同時に突入させる方法が採られている。To solve this problem, conventionally, multiple auxiliary electrodes and an ion reflector that forms a two-stage reflected electric field are arranged on the flight path of ionized neutral particles, and ionization is performed at different positions in the ionization area. A method has been adopted in which each neutral particle is made to simultaneously enter the ion detector.
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、上述の方法によれば、分解能は向上するも
もの、イオンの飛行行程上に、メッシュ状の補助電極を
数多く配列する必要があり、このため、イオン検出器へ
のイオン到達率が悪くなるという問題が残されている。<Problems to be Solved by the Invention> According to the above-described method, although the resolution is improved, it is necessary to arrange a large number of mesh-shaped auxiliary electrodes on the flight path of the ions. There remains a problem that the ion arrival rate to the vessel deteriorates.
本発明の目的は、高分解能で、かつ、高イオン到達率
を達成し得る、飛行時間型質量分析装置を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a time-of-flight mass spectrometer capable of achieving a high resolution and a high ion arrival rate.
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、高電位が印加された電極と接地電極との間
に導かれたガスもしくは中性粒子を、パルスビーム照射
によりイオン化すると同時に、接地電極に向かって加速
するイオン化部と、このイオン化部からのイオンの質量
分析手段として、本発明者が特開昭60−119067号で提案
している傾斜電界型の飛行時間型質量分析計を設け、そ
の質量分析計のイオン入口を、上記イオン化部において
上記接地電極に対する距離が異なる位置でイオン化され
た各イオンがそれぞれ同時に到達する地点に配置したこ
とによって特徴づけられる。<Means for Solving the Problems> The present invention ionizes gas or neutral particles introduced between an electrode to which a high potential is applied and a ground electrode by pulse beam irradiation, and simultaneously An ionizing section to be accelerated, and a time-of-flight mass-spectrometer of a gradient electric field type proposed by the present inventor in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-119067 are provided as mass analysis means for ions from the ionization section. The ion inlet of the meter is characterized by being arranged at a point where each ionized ion arrives at the same time in the ionization section at a position different in distance from the ground electrode.
＜作用＞ 第２図に示すように、レーザビーム照射によるイオン
化領域はある程度の幅をもつため、中性粒子がイオン化
される位置は異なるが、接地電極1bから遠い位置でイオ
ン化されたイオンi1は、接地電極1bに近い位置でイオン
化されたイオンi2よりも大きなエネルギが付与されるの
で、接地電極1bを経た後の速度はイオンi1の方が大とな
る。従って、イオンi1はイオンi2に追いつく地点、F.P.
（focusing,Point）が存在すると考えられ、その位置
は、イオン領域の中心位置と接地電極1b間の距離をｄと
すると、接地電極1bから距離2d離れた位置となり、この
F.P.の位置からイオンがパルス状に発生すると考えてよ
い。ただし、F.P.に到達した各イオンは、その発生位置
によるエネルギ分布をもつ。このイオンのエネルギ分布
は、イオン飛行時間に影響を与え、分解能低下の原因と
なる。<Operation> As shown in FIG. 2, since the ionization region by laser beam irradiation has a certain width, the position where neutral particles are ionized is different, but the ion i 1 ionized at a position far from the ground electrode 1b. since a large energy is imparted than ion i 2 ionized at a position close to the ground electrode 1b, the rate of after a ground electrode 1b is towards the ion i 1 becomes larger. Therefore, the point where ion i 1 catches up with ion i 2 , FP
It is considered that (focusing, Point) exists, and its position is a position 2d away from the ground electrode 1b, where d is the distance between the center position of the ion region and the ground electrode 1b.
It can be considered that ions are generated in a pulse form from the position of the FP. However, each ion that has reached the FP has an energy distribution depending on the generation position. The energy distribution of the ions affects the ion flight time and causes a reduction in resolution.
ここで、傾斜電界型の飛行時間型質量分析計は、イオ
ンの持つエネルギ分布が分解能に影響を及ぼさないよう
構成されている。従って、質量分析手段として、この傾
斜電界型の飛行時間型質量分析計を用い、その分析計に
おけるイオン入口位置を上記のF.P.とすることにより、
接地電極1bを通過した後の各イオンの速度分布およびエ
ネルギ分布よる分解能への影響は除去される。しかも、
イオンの飛行行程上には、一枚の接地電極1bが存在する
のみで、検出器へのイオン到達率が低下することもな
い。Here, the gradient electric field type time-of-flight mass spectrometer is configured such that the energy distribution of the ions does not affect the resolution. Therefore, by using this gradient electric field type time-of-flight mass spectrometer as the mass spectrometer and setting the ion inlet position in the spectrometer to the above FP,
The influence on the resolution due to the velocity distribution and energy distribution of each ion after passing through the ground electrode 1b is removed. Moreover,
There is only one ground electrode 1b on the flight path of ions, and the ion arrival rate to the detector does not decrease.
＜実施例＞ 第１図は本発明実施例の要部構成図である。<Embodiment> FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an embodiment of the present invention.
メッシュ状の反射電極1aおよび加速電極1b間には、加
速電圧電源２によって電位差が付与され、所定の加速電
場が形成される。分析すべき試料Ｗは反射電極1aの後方
に配設され、Arイオンガン４からパルス状のイオンビー
ムが照射される。このイオンビーム照射により試料Ｗか
らスパッタされた粒子の内、イオンは反射電極1aにより
反射され、中性粒子のみが反射電極1aと加速電極1b間に
到達する。この二つの電極間において中性粒子は、エキ
シマレーザ５からのレーザビーム照射によりイオン化さ
れると同時に、電場により加速されて自由ドリフト部
（無電界領域）２を経てイオンリフレクタ３に導かれ
る。A potential difference is applied between the mesh-shaped reflective electrode 1a and the accelerating electrode 1b by the accelerating voltage power supply 2, and a predetermined accelerating electric field is formed. Sample W to be analyzed is disposed behind the reflective electrodes 1a, pulsed ion beam from A r gun 4 is irradiated. Of the particles sputtered from the sample W by this ion beam irradiation, ions are reflected by the reflective electrode 1a, and only neutral particles reach between the reflective electrode 1a and the acceleration electrode 1b. Neutral particles between the two electrodes are ionized by the irradiation of the laser beam from the excimer laser 5 and simultaneously accelerated by an electric field and guided to the ion reflector 3 via the free drift portion (electric field-free region) 2.
イオンリフレクタ３は、イオンの飛行方向に対向して
最前列に配列されたMCP（マイクロチャンネルプレー
ト）3aと、同じく最後列に配設された後端電極3bと、こ
れらの間に同軸状に配設された複数個のリング状電極3c
…3cおよびこれらの電極にそれぞれ所定の電圧を印加す
るためのリフレクタ用電源3dと抵抗R1…RNから成ってい
る。The ion reflector 3 includes an MCP (microchannel plate) 3a arranged in the front row facing the flight direction of ions, a rear end electrode 3b also arranged in the last row, and a coaxial arrangement between them. A plurality of ring-shaped electrodes 3c provided
Each ... to 3c and the electrodes consist of reflectors power 3d and a resistor R 1 ... R N for applying a predetermined voltage.
これらの各電極には、リフレクタ用電源3dからの電圧
を抵抗R1〜RNによって適宜に分圧した電圧が印加され、
全体としてイオン飛行方向に比例して直線的に増大する
傾斜電界を形成する。この傾斜電界によって、導かれた
イオンは押し戻されてMCP3aに突入し、このMCP3aの出力
から質量スペクトルを得ることができる。Each of these electrodes, divided voltage is applied to the appropriate voltage from the reflector power 3d by a resistor R 1 to R N,
As a whole, a gradient electric field which increases linearly in proportion to the ion flight direction is formed. Due to this gradient electric field, the guided ions are pushed back and enter the MCP 3a, and a mass spectrum can be obtained from the output of the MCP 3a.
以上の構成において、自由ドリフト部２の入口の位置
を、先に説明したF.P.としており、これによって、加速
電極1bを通過した各イオンの速度分布による影響は除去
され、しかも、イオンリフレクタ３に導かれたイオン
は、その各イオンのエネルギ分布によらず、イオンリフ
レクタ３内での飛行時間は一定となるので、高分解能の
質量分析測定が可能になる。また、イオンの飛行行程上
には、一枚のメッシュ電極が存在するのみで、検出器へ
のイオン到達率が低下することもない。In the above configuration, the position of the entrance of the free drift portion 2 is set to the FP described above, whereby the influence of the velocity distribution of each ion passing through the accelerating electrode 1b is removed. The time of flight of the placed ions in the ion reflector 3 is constant irrespective of the energy distribution of each ion, so that high-resolution mass spectrometry can be performed. Further, only one mesh electrode exists on the flight path of the ions, and the ion arrival rate to the detector does not decrease.
なお、加速用の電極として、第３図に示すように、円
形開孔レンズ31bを用いれば、イオン集束が可能になる
とともに、イオン到達率をより高めることも可能にな
る。When a circular aperture lens 31b is used as an acceleration electrode as shown in FIG. 3, it is possible to focus ions and to further increase the ion arrival rate.
以上は、固体試料Ｗの質量分析に本発明を適用した例
についてしたが、本発明はこれに限られることなく、反
射電極1aと加速電極1b間にガスを導くよう構成すれば、
ガスの質量分析にも適用可能であることは勿論である。The above is an example in which the present invention is applied to mass spectrometry of the solid sample W.However, the present invention is not limited to this, provided that a gas is introduced between the reflective electrode 1a and the accelerating electrode 1b.
Of course, the present invention can be applied to gas mass spectrometry.
＜発明の効果＞ 本発明よれば、イオン化部からのイオンの飛行行程上
に、多数のメッシュ状補助電極等を配列することなく、
イオンの速度分布およびエネルギ分布による影響をとも
に除去できるよう構成したので、高分解能でしかも高イ
オン到達率の質量分析装置を実現できる。<Effects of the Invention> According to the present invention, a large number of mesh-like auxiliary electrodes and the like are not arranged on the flight path of ions from the ionization unit,
Since the configuration is such that the influence of both the ion velocity distribution and the energy distribution can be removed, a mass spectrometer with high resolution and high ion arrival rate can be realized.
第１図は本発明実施例の要部構成図、第２図は作用説明
図である。 第３図は本発明実施例の変形例を説明する図である。 1a……反射電極 1b……加速電極（接地電極） 1c……加速電圧電源 ２……ドリフト部 ３……イオンリフレクタ 3a……MCP 3b……後端電極 3c…3c……リング状電極 3d……リフレクタ用電極 ４……Arイオンガン ５……エキシマレーザFIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a view for explaining a modification of the embodiment of the present invention. 1a Reflecting electrode 1b Accelerating electrode (ground electrode) 1c Accelerating voltage power supply 2 Drift section 3 Ion reflector 3a MCP 3b Rear electrode 3c 3c Ring electrode 3d ... electrode reflector 4 ...... a r gun 5 ...... excimer laser
Claims (1)
に導かれたガスもしくは中性粒子を、パルスビーム照射
によりイオン化すると同時に、上記接地電極に向かって
加速するイオン化部と、そのイオン化部からのイオンの
飛行行程上に設けられ、飛来するイオンを押し戻す向き
で、かつ、上記イオン化部から離れるに従って比例する
強さを有する傾斜電界を形成し得るイオンリフレクタ、
およびそのイオンリフレクタによって押し戻されたイオ
ンを所定位置において検出するイオン検出器により構成
される質量分析計とを備え、その質量分析計のイオン入
口を、上記イオン化部において上記接地電極に対する距
離が異なる位置でイオン化された各イオンがそれぞれ同
時に到達する地点に、配置したことを特徴とする、飛行
時間型質量分析装置。An ionization section for ionizing gas or neutral particles introduced between an electrode to which a high potential is applied and a ground electrode by pulse beam irradiation, and simultaneously accelerating toward the ground electrode; An ion reflector that is provided on the flight path of ions from the ionization unit, is capable of forming a gradient electric field having a strength proportional to the direction in which the flying ions are pushed back and away from the ionization unit,
And a mass spectrometer constituted by an ion detector for detecting ions pushed back by the ion reflector at a predetermined position, wherein the ion inlet of the mass spectrometer is located at a different distance from the ground electrode in the ionization section. A time-of-flight mass spectrometer, wherein the mass spectrometers are arranged at points where the ions ionized at the same time respectively reach.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1137668A JP2757460B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Time-of-flight mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1137668A JP2757460B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Time-of-flight mass spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH034433A JPH034433A (en) | 1991-01-10 |
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Family
ID=15204024
Family Applications (1)
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| JP1137668A Expired - Fee Related JP2757460B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Time-of-flight mass spectrometer |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2757460B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1989
- 1989-05-31 JP JP1137668A patent/JP2757460B2/en not_active Expired - Fee Related
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