JP6924497B2 - 質量分析計のための浮遊磁石 - Google Patents
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Description
技術的な問題
本発明は従来技術で存在する欠点の少なくとも一つを軽減するという技術課題のためのものである。
本発明は、第一の目的として1つのヨーク及び2つの極片を備える質量分析計に適した電磁石組立体を有する。前記極片は真空槽に備えられ、イオンのような、偏向される荷電粒子のための通路を設定している極片の切れ目で互いに分離されている。前記ヨークは前記2つの極片を橋渡し、そこで磁気回路を設定する。前記電磁石組立体は、前記磁気回路の磁束を発生させるための1つの電気回路を更に備える。前記電磁石組立体は、前記極片が第1の電気絶縁手段により前記電気回路及び前記ヨークから電気的に絶縁されていて前記真空槽から電気的に絶縁されているという点で著しく優れている。
図1で用いられる参照記号が数字100から増加することが理解されなければならない。図2における同一の要素の参照記号は数字200から増加し、図4においては数字300から、図5においては数字400から増加する。
このSIMS質量分析計は二重収束の分析計になり得る。
磁気回路がU字部を有するヨークにより設定される。U字部のアームが2つの極片の方向に向けられている。電気回路がヨークに、好ましくはU字部の元に並べられる。両方の極片が高電圧(HV)源に接続されるので、電気絶縁物がヨークのU字部のアームと極片の間に存在する。この電気絶縁物により、ヨークに並べられた電気回路により生成された磁界の効果を極片及び通路即ち両方の極片の間に設定される切れ目にもたらすことが出来るようになり、ここを通って分析される粒子が移動する。
ヨーク110及び電気回路150は大気圧の図示しない槽に備えられる。
電気絶縁手段170は、電気絶縁物として当業者に知られたいずれかの材料で構成されることができる。例えば、複合重合体材料が使用され得る。
このアプローチの基となる原理は、磁束が電気絶縁手段170を通して伝えられる一方で、高電圧は前記電気絶縁手段170を通して伝えられないということである。
極片222,224は金属板290の同じ側に装着されている。前記金属板290の反対の側には、第1の電気絶縁物272が付与されていて、これにより極片222,224及び金属板290がヨーク210及びコイル250から電気的に絶縁されている。そこで前記第1の電気絶縁物272は、ヨーク210と極片222,224の間に位置する真空槽の第1の領域を電気的に絶縁する。
前記第1の電気絶縁物272は、優先的にはポリエーテル・エーテル・ケトンやカプトンで作られる。前記第1の電気絶縁物272は薄く、厚さが400μmと1000μmの間で、優先的には450μmと750μmの間で構成され、更に優先的には500μmである。この比較的小さな厚さは、極片222,224及び金属板290をヨーク210及びコイル250から電気的に絶縁するためには十分である。小さな厚さは、コイル250から極片222,224への磁束の十分な伝達を確実にするという要求に応じたものである。
前記第2の電気絶縁物274は、同一厚さの平面的な横断面を有してもよく、その厚さは第1の電気絶縁物272と同一厚さより大きい。
前記第2の電気絶縁物274は、極片222,224と接触しない真空槽260の第2の領域に付与される。
前記第2の電気絶縁物274は、金属板290と真空槽260の間に、より詳しくは金属板290と真空槽260の開閉部の間に付与される。言い換えると、前記第2の電気絶縁物274は金属板290と真空槽260の間の電気絶縁を確実なものとする。
前記第2の電気絶縁物274は、20mmと40mmの間で構成される厚さを有し、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm及び40mmの内の一つであり得て、優先的には28mmである。
優先的には、封止手段が第2の絶縁物274と真空槽260の間に存在する。それらは、例えばO−リングシール(円環状のジョイントとしても知られる)のような種々の横断面の形状であり得る。それらは、金、インジウム、バイトン(登録商標)(ゴムの一種)や他のいずれかの適した材料で作られ得る。
優先的には、金属板290は第2の電気絶縁物274と真空を保ち得るものである。これにより、これらの2つの構成要素間のいかなる封止手段も必要がなくなる。
絶縁を最適なものとするもう一つの方法は、金属板を第2の電気絶縁物とで真空を保てるようにすることである。
極片の切れ目は好ましくは5mmであり、これにより電磁石組立体100、200が0.8テスラまでの磁界で動作し得るようになる。
極片の切れ目は、より高い磁界に耐えるため又はコイル電流をより小さく出来るようにするために2mmまで小さくされ得る。
精密な極片の形状の仕上げ加工は溶接後にのみ行われ、これにより可能な限り最適な機械公差が確実なものとなり、溶接時の極片の変形及び/又は動きに起因するアライメントの失敗を避けられる。
磁気分路395は、荷電粒子(イオン)を通過させる開口397を備える平面断面体である。前記開口397の直径は約5mmである。
磁気分路395の平面断面体の厚さは約10mmである。どのような場合でも、磁気分路395の平面断面体の厚さは磁界を遮断するのに十分である。
更に磁石は一つの入射極面332及び一つの出射極面334を備えている。前記入射極面332及び前記出射極面334は電磁界の均質性を促進する平面的な横断面である。出射極面334は荷電粒子(イオン)ビームの焦点面に面する側にある。この構成では、磁気分路395は金属板(図4には示されていない)に固定されていて、前記磁気分路395は前記通路即ち前記長手方向の軸336に直交し前記入射極面332に隣接している。磁気分路395は極片の入射面と平行である。磁気分路395は浮遊電位にある。
この結果としてより高い加速電圧による収束の改善がなされ、更により高い質量分解能が得られることになる。
−角度αは、通路の入射極面432及び荷電粒子(イオン)ビームの主軌道438に対する垂直の線分により、前記主軌道438及び前記入射極面432の交点において定義される。通常、前記角度αは、44°と54°の間で、優先的には46°と52°の間で構成される。一例として、前記角度αは49°である。
−角度γは、通路の出射極面434及び荷電粒子(イオン)ビームの主軌道438に対する垂直の線分により、前記主軌道438及び前記出射極面434の交点において定義される。通常、前記角度γは、−47.5°と−57.5°の間で、優先的には−49.5°と−55.5°の間で構成される。一例として、前記角度γは−52.5°である。
−角度βは、荷電粒子(イオン)ビームの主軌道438の全曲げ角により定義される。通常、前記角度βは、65°と100°の間で、優先的には70°と80°の間で、更に優先的には72°と78°の間で構成される。一例として、前記角度βは75°である。
Claims (15)
- 二次イオン質量分析計に適した電磁石組立体(100;200;300)であって、
a)1つのヨーク(110;210)と;
b)2つの極片(122,124;222,224;322,324)と
を備え、
前記極片(122,124;222,224;322,324)は真空槽(160;260)に備えられ、イオンのような、偏向される荷電粒子のための通路(130;230;330)を設定している極片の切れ目で互いに分離されていて;
前記ヨーク(110;210)は前記2つの極片(122,124;222,224;322,324)を橋渡し、そこで磁気回路を設定し;更に、
c)前記磁気回路の磁束を発生させるための1つの電気回路(150;250;350);
を備え、
前記極片(122,124;222,224;322,324)が第1の共通の平面電気絶縁手段(170;272)により前記電気回路(150;250;350)、前記ヨーク(110;210)及び前記真空槽(160;260)から電気的に絶縁されていることを特徴とする電磁石組立体。 - 請求項1に記載の電磁石組立体(100;200;300)であって、前記極片(122,124;222,224;322,324)は100Vと10000V又は−100Vと−10000Vの間で構成される電位となっていることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜2のうちの一項に記載の電磁石組立体(100;200;300)であって、前記第1の共通の平面電気絶縁手段(170;272)は、厚さが400μmと1000μmの間で構成され、優先的には500μmである平面的な横断面を形成していることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1又は3に記載の電磁石組立体(200)であって、前記2つの極片(222,224)は金属板(290)の第1の表面に、この金属板(290)のこの第1の表面の反対側である第2の表面上の前記第1の共通の平面電気絶縁手段(272)と共に装着されていることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項4に記載の電磁石組立体(200)であって、第2の電気絶縁手段(274)が前記金属板(290)及び前記真空槽(260)の間に装着されていることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項5に記載の電磁石組立体(200)であって、前記第2の電気絶縁手段(274)は、厚さが20mmと40mmの間で構成され、優先的には28mmである平面的な横断面を形成していることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の電磁石組立体(100;200;300)であって、前記電気回路(150;250;350)は少なくとも前記ヨーク(110;210)の一部の回りに巻かれるコイルを備えていることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜7のうちいずれか一項に記載の電磁石組立体(100;200;300)であって、前記極片の切れ目は10mmより小さく、優先的には6mmより小さく更に優先的には5mm以下の寸法となることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の電磁石組立体(300)であって、少なくとも1つの磁気分路(395)が存在し、これが偏向される荷電粒子の通路(330)と直交し前記通路(330)の前記入射極面(332)と隣接していて、前記の少なくとも1つの磁気分路(395)は更に荷電粒子を通過させるように構成された開口(397)を備えていることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の電磁石組立体であって、前記通路の入射極面(432)及び荷電粒子ビームの主軌道(438)に対する垂直の線分により、前記主軌道(438)及び前記入射極面(432)の交点において定義される角度αは、44°と54°の間で、優先的には46°と52°の間で構成され、更に優先的にはこの角度αは49°であることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の電磁石組立体であって、前記通路の出射極面(434)及び荷電粒子ビームの主軌道(438)に対する垂直の線分により、前記主軌道(438)及び前記出射極面(434)の交点において定義される角度γは、−47.5°と−57.5°の間で、優先的には−49.5°と−55.5°の間で構成され、更に優先的にはこの角度γは中央の光線については−52.5°であることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜11のうちいずれか一項に記載の電磁石組立体であって、荷電粒子ビームの主軌道(438)の全曲げ角により定義される角度βは、65°と100°の間で、優先的には70°と80°の間で、更に優先的には72°と78°の間で構成され、加えて更に優先的にはこの全曲げ角は75°であることを特徴とする電磁石組立体。
- 請求項1〜12のうちいずれか一項に従う電磁石組立体(100;200;300)の使用方法であって、二次イオン質量分析計の偏向手段としての電磁石組立体の使用方法。
- 電磁石組立体(100;200;300)を備える二次イオン質量分析計であって、前記電磁石組立体(100;200;300)が請求項1〜12のうちいずれか一項に従っていることを特徴とする二次イオン質量分析計。
- 請求項14に記載の二次イオン質量分析計であって、更に一つの引き出しシステムを備え、前記の一つの引き出しシステムの引き出し電位は50Vと500Vの間で構成される電位にあることを特徴とする二次イオン質量分析計。
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