JPS5832200Y2 - ion source device - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は質量分析計等のイオン源装置、特にひとつのイ
オン化箱内に釦いてケミカルイオン化法（以下ＣＩ法と
略記する。[Detailed Description of the Invention] The present invention employs a chemical ionization method (hereinafter abbreviated as CI method) using an ion source device such as a mass spectrometer, particularly in one ionization box.

）あるいは電子衝撃イオン化法（以下ＥＩ法と略記する
。) or electron impact ionization method (hereinafter abbreviated as EI method).

）により試料ガスをイオン化するイオン源装置に関する
ものであり、より詳しくはＣＩ法およびＥＩ法を切換的
に使用した場合にあっても、分析管に導入されるイオン
には安定した加速エネルギー分布を与えることができる
イオン源装置に関するものである。) to ionize sample gas, and more specifically, even when using the CI method and EI method alternately, the ion source device that ionizes the sample gas by The present invention relates to an ion source device that can be provided.

従来質量分析計等に用いられるイオン源にはメタン、イ
ソブタン等の反応ガスに電子線を照射してこのガスをイ
オン化し、このイオンと試料ガスとの化学イオン化反応
で試料ガスをイオン化するＣＩイオン源装置あるいは電
子線で直接試料ガスを照射してイオン化する従来から用
いられているＥＩイ本ン源装置か知られているが、近来
ＣＩ法あるいはＥＩ法のいずれにも切換使用することの
できるＣ Ｉ−ＣＩイオン源装置も実用化されてきてい
る。Ion sources conventionally used in mass spectrometers include CI ions, which ionize a reactive gas such as methane or isobutane by irradiating it with an electron beam, and then ionize the sample gas through a chemical ionization reaction between the ions and the sample gas. The conventionally used EI source device or EI source device, which ionizes the sample gas by directly irradiating it with an electron beam, is known, but recently it has become possible to switch to either the CI method or the EI method. CI-CI ion source devices have also been put into practical use.

このＣＩ −Ｅ Ｉイオン源装置を実現するにあたり留
意すべき重要な点は、ＣＩ法の場合のイオン化箱内の真
空度は略１ｔｏｒｒ程度にする必要があるのに対し、Ｅ
Ｉ法の場合のイオン化箱内の真空度は略ＩＸ１０−４ｔ
ｏｒｒかそれ以下にする必要があるという点である。An important point to keep in mind when realizing this CI-E I ion source device is that in the case of the CI method, the degree of vacuum in the ionization chamber needs to be approximately 1 torr, whereas
In the case of I method, the degree of vacuum inside the ionization box is approximately IX10-4t.
The point is that it needs to be orr or lower.

ＣＩ−ＣＩイオン源装置では上記の真空度の違いを克服
するために、イオン化箱のイオン出口孔をＣＩ法による
場合は小口径のものを利用し、ＥＩ法による場合には大
口径のものを利用している。In the CI-CI ion source device, in order to overcome the above-mentioned difference in degree of vacuum, the ion exit hole of the ionization box is used with a small diameter when using the CI method, and a large diameter when using the EI method. We are using.

一方イオン化箱の外部はＩＸｌ ０−４ｔｏｒｒ以下の
真空度に一般に保持されているから試料イオンはＣＩ法
の時にはジェット噴射のごとく分析管に導入され、ＥＩ
法の時には上記出口孔より引□出用の電界によって引出
され分析管に導入される。On the other hand, since the outside of the ionization box is generally maintained at a vacuum of less than 0-4 torr, sample ions are introduced into the analysis tube like a jet during the CI method, and the EI
During the method, the sample is extracted from the exit hole by an electric field for extraction and introduced into the analysis tube.

一方、ＣＩ法およびＥＩ法を切換使用する場合のイオン
化箱は、いわゆる必要な場所以外は空隙がない密封型（
タイト型）イオン化箱が使用される。On the other hand, when using the CI method and the EI method, the ionization box is a sealed type (
(tight type) ionization chamber is used.

また従来のオープン形イオン化箱の不要な空隙を絶縁物
で埋めて密封型（セミタイト型と称されることもある）
イオン化箱としりベラ電極を設けずにＣＩ−ＥＩ切換を
行う構成も考えることはできるが、空隙部を埋めた絶縁
物か試料ガス等により汚染されてイオン源装置としての
寿命が短く実用に適さないため一般にはタイト型が利用
されている。There is also a sealed type (sometimes called a semi-tight type) that fills the unnecessary voids of the conventional open type ionization box with an insulator.
Although it is possible to consider a configuration in which CI-EI switching is performed without providing an ionization box and a counterbalance electrode, it would be contaminated by the insulator filling the void or the sample gas, and the life of the ion source device would be short, making it unsuitable for practical use. Because of this, tight types are generally used.

このタイト型のＣＩ−ＥＩイオン源装置の場合にはイオ
ン出口孔がオープン形に較べて小さくならざるを得ない
ため、Ｅｉ法に切換使用の場合には、たまたま出口孔付
近に発生もしくは到達したイオンのみか引出用の電界に
そって出口孔から分離管に導入されることになり、出口
孔が大きい単独ＥＩイオン源装置の場合と比較すると分
離管に導入されるイオンの数は減少し結果的に検出感度
が下ることになる。In the case of this tight type CI-EI ion source device, the ion exit hole must be smaller than that of the open type, so when switching to the Ei method, ions that happen to occur or reach the vicinity of the exit hole must be used. Only ions are introduced into the separation tube from the exit hole along the electric field for extraction, and the number of ions introduced into the separation tube is reduced compared to the case of a single EI ion source device with a large exit hole. Therefore, the detection sensitivity will decrease.

このためにＣＩ−ＥＩイオン源装置においては、イオン
化箱内にリペラ（反動電極を配置してイオン化箱に附加
されている一定高圧よりさらに高い電圧をこのりベラ電
極に附加し、Ｅｉ法における分析管に導入されるイオン
の数を増大させようとする試みが行なわれている。For this purpose, in the CI-EI ion source device, a repeller (reaction electrode) is placed inside the ionization box, and a voltage higher than the constant high voltage applied to the ionization box is applied to the repeller electrode. Attempts have been made to increase the number of ions introduced into the tube.

しかしながらこのリペラ電極の電圧を上記のように附加
した場合にはイオン加速電圧か変化するため分析管に導
入されるイオンの加速エネルギーが変動するので、加速
電圧（又は磁界）等と質量イオンとのリニヤ−な関係が
ずれ、正確な質量数を得るには装置を較正しなければな
らないという問題点があった。However, when the repeller electrode voltage is applied as described above, the ion accelerating voltage changes and the accelerating energy of the ions introduced into the analysis tube changes, so the acceleration voltage (or magnetic field) etc. and the mass ion There was a problem in that the linear relationship deviated and the device had to be calibrated to obtain an accurate mass number.

本考案は上記問題を解決した簡単な構成のＣＩ−ＥＩ両
用のタイト型のイオン源装置を提供しようとするもので
ある。The present invention aims to provide a tight-type ion source device for both CI and EI, which has a simple configuration and solves the above-mentioned problems.

その構成の要旨は、イオン化箱内に配置したりベラ電極
に一定高電圧を印加するための定電圧機構とイオン化箱
に上記リペラ電極を基準としこれに対して負の電位を与
えるための機構を設けたところにある。The gist of its configuration is a constant voltage mechanism for applying a constant high voltage to the repeller electrode placed inside the ionization box, and a mechanism for applying a negative potential to the ionization box with the repeller electrode as a reference. It's where it's set up.

すなわちリペラ電極にイオンの最大加速電圧を決定する
一定の高電圧を印加するとともに最適な反発電界を発生
させるためにイオン化箱に上記リペラ電極電圧以下の電
圧を印加するようにしたものである。That is, a constant high voltage that determines the maximum acceleration voltage of ions is applied to the repeller electrode, and a voltage lower than the repeller electrode voltage is applied to the ionization box in order to generate an optimal repulsive power field.

従って最大加速電圧は変化せず一定イオンに対してはイ
オン加速エネルギー分布は常に一定状態になシ、一定イ
オンに対し常に正しい質量数を得ることができるのであ
る。Therefore, the maximum acceleration voltage does not change and the ion acceleration energy distribution remains constant for a given ion, making it possible to always obtain the correct mass number for a given ion.

次に実施例に従って、本考案の動作を説明する。Next, the operation of the present invention will be explained according to an embodiment.

第１図にかいて１はイオン化箱、２はリベラ電極、３は
イオン化箱１にリペラ電位に対して負の電位を選択的に
印加する電圧附加機構、４はリベラ電極２用の定電圧機
構、５はスライド板移動機構、（５１，５２はＣＩ 、
ＥＩ用の出口孔あるいは電子入射孔Ｃ１，Ｅｉかうかか
れているスライド板）６はフィラメント、Ｔ、８はイオ
ンの引出用電極、９は出口スリット、１０はイオン化さ
れた試料ガスの出口孔、１１は試料ガスおよび反応ガス
の導入流路、１２は電子入射孔、１３は真空制御機構で
ある。In Fig. 1, 1 is an ionization box, 2 is a liberator electrode, 3 is a voltage applying mechanism that selectively applies a negative potential to the ionization box 1 with respect to the repeller potential, and 4 is a constant voltage mechanism for the libera electrode 2. , 5 is a slide plate moving mechanism, (51, 52 are CI,
Exit hole for EI or electron incidence hole C1, slide plate on which Ei is inserted) 6 is a filament, T, 8 is an electrode for extracting ions, 9 is an exit slit, 10 is an exit hole for ionized sample gas, Reference numeral 11 represents an introduction channel for sample gas and reaction gas, 12 represents an electron incidence hole, and 13 represents a vacuum control mechanism.

まずＣＩ法による試料ガスのイオン化を説明する。First, ionization of sample gas by the CI method will be explained.

出口孔１０および電子入射孔１２か小さい方（例えば０
．１ｍｍψ）Ｃ１に切換えられるように、スライド板５
１，５２はスライド板移動機構５により移動させられ、
またイオン化箱１内の真空度は常に真空制御機構１３に
よって１ｔｏｒｒ程度に保持されている。The smaller of the exit hole 10 and the electron entrance hole 12 (for example, 0
．． Slide plate 5 so that it can be switched to C1 (1mmψ)
1 and 52 are moved by the slide plate moving mechanism 5,
Further, the degree of vacuum within the ionization box 1 is always maintained at approximately 1 torr by the vacuum control mechanism 13.

この状況下で導入流路１１からは反応ガス卦よび試料ガ
スかイオン化箱１に導入される（ここでイオン化箱内に
導入される反応ガスおよび試料ガスの量の程度では、上
記の真空度の状態を変化させるものではない）と、反応
ガスは電子入射孔１２を通してフィラメント６から放射
される熱電子流によりイオン化され、ついで試料ガスが
上記イオン化された反応ガスと化学イオン化反応を起し
て、イオン化される。Under this situation, the reaction gas and sample gas are introduced into the ionization box 1 from the introduction flow path 11 (here, the amount of reaction gas and sample gas introduced into the ionization box does not exceed the above degree of vacuum). ), the reaction gas is ionized by the thermionic current emitted from the filament 6 through the electron incidence hole 12, and then the sample gas undergoes a chemical ionization reaction with the ionized reaction gas, Ionized.

このイオン化された試料ガネはイオン化箱１の内外の真
空度の相違から出口孔１０からジェット噴射される（イ
オン化箱１外の真空度は略Ｉ Ｘ １０−４ｔｏｒｒ以
下である）。This ionized sample gun is jet-injected from the exit hole 10 due to the difference in the degree of vacuum inside and outside the ionization box 1 (the degree of vacuum outside the ionization box 1 is about I x 10 -4 torr or less).

噴射されたイオン化された試料ガスは引出用電極７．８
により引出され、出口スリット９を通って分離管（図示
されていない。The injected ionized sample gas is transferred to the extraction electrode 7.8.
and through the outlet slit 9 into a separation tube (not shown).

）に導入される。) will be introduced.

この場合リペラ電極とイオン化箱との電位差は導電値ま
たは僅かイオン化箱が低い値に選択されている。In this case, the potential difference between the repeller electrode and the ionization box is selected to be a conductive value or a value that is slightly lower for the ionization box.

つき゛にＥｉ法による試料ガスのイオン化を説明する。First, ionization of sample gas using the Ei method will be explained.

出口孔１０および電子入射孔１２は大きい方Ｅｉ（例え
ば４ｍｍψ）に切換えられるように、スライド板５１．
５２はスライド板移動機構５により移動させられる。The slide plate 51.
52 is moved by the slide plate moving mechanism 5.

またイオン化箱１内の真空度は真空制御機構１３により
常にＩＸ ＩＦ’ｔ ｏ ｒ ｒＨｇかそれ以下に保持
されている。Further, the degree of vacuum in the ionization box 1 is always maintained at IX IF'tor rHg or lower by a vacuum control mechanism 13.

ついで導入流路１１から導入された試料ガスは電子入射
孔１２を介してフィラメント６から放射される電子流に
よりイオン化される。Next, the sample gas introduced from the introduction channel 11 is ionized by the electron flow emitted from the filament 6 through the electron incidence hole 12.

このイオン化された試料ガスは、イオン化箱１内に配置
されたりベラ電極２による電界のために出口孔１０の方
に移動させられる。This ionized sample gas is placed in the ionization box 1 and moved towards the exit hole 10 due to the electric field provided by the bellows electrode 2 .

このリペラ電極２には定電圧機構４によって一定高電圧
か印加され、一方イオン化箱１には、リベラ電極２に対
してこれより低い電圧が選択的に機構３によって印加さ
れているため、イオン化された試料ガスの加速エネルギ
ー分布は変化せず、出口孔１０の付近に到達したイオン
化された試料ガスは引出し電極７，８により引出され、
出口スリット９を通って、分離管（図示されていない）
に導入される。A constant high voltage is applied to the repeller electrode 2 by a constant voltage mechanism 4, while a lower voltage is selectively applied to the ionization box 1 by a mechanism 3 to the liberator electrode 2, so that no ionization occurs. The acceleration energy distribution of the sample gas remains unchanged, and the ionized sample gas that has reached the vicinity of the exit hole 10 is extracted by the extraction electrodes 7 and 8.
Through the outlet slit 9, a separation tube (not shown)
will be introduced in

以上詳述したように、ＣＩ法、ＥＩ法に切換使用するイ
オン源装置では、ＥＩ法の場合でもイオン化された試料
ガスの出口孔をあまり大きくすることができず、リペラ
電極を使用している。As detailed above, in the ion source device used for switching between the CI method and the EI method, even in the case of the EI method, the exit hole for the ionized sample gas cannot be made very large, and a repeller electrode is used. .

しかし従来のように、イオン化箱に一定高電圧を印加す
るとともにリペラ電極に上記イオン化箱電圧以上の最適
電圧を印加する構成では、最大イオン加速電圧の変化に
ともなって、分離管に導入されるイオン化された試料ガ
スの加速エネルギー分布が変動するために、イオンの有
する精密な質量数を決定することができないが、本願考
案の如り、リペラ電極に一定高電圧を印加するとともに
イオン化箱にはりベラ電極電圧以下の最適な電圧を選択
的に印加する構成では、最大イオン加速電圧か常に一定
であるために分離管に導入されるイオン化された試料ガ
スの加速エネルギー分布は変動せず、イオンの有する精
密な質量数を正確に決定することができるのである。However, in the conventional configuration in which a constant high voltage is applied to the ionization box and an optimum voltage higher than the ionization box voltage is applied to the repeller electrode, the ionization introduced into the separation tube changes as the maximum ion acceleration voltage changes. Because the acceleration energy distribution of the sample gas fluctuates, it is not possible to determine the precise mass number of the ions, but as in the invention of the present invention, a constant high voltage is applied to the repeller electrode, and the ionization box is filled with a ionizer. In a configuration in which an optimal voltage lower than the electrode voltage is selectively applied, the maximum ion acceleration voltage is always constant, so the acceleration energy distribution of the ionized sample gas introduced into the separation tube does not change, and the ions possess It is possible to accurately determine the precise mass number.

従って本願考案は、分析精度向上に大いに有効であり、
利用価値は非常に大きいものである。Therefore, the present invention is highly effective in improving analytical accuracy,
The utility value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本考案の一実施例の説明図。 １・・・イオン化箱、２・・・リペラ電極、３・・・電
圧附加機構、４・・・定電圧機構、５・・・スライド板
移動機構、５１，５２・・・スライドＬ ６・・・フ
ィラメント、１０・・・出口孔、１１・・・導入流路、
１３・・・真空制御機構。The drawing is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ionization box, 2... Repeller electrode, 3... Voltage addition mechanism, 4... Constant voltage mechanism, 5... Slide plate moving mechanism, 51, 52... Slide L 6...・Filament, 10... Outlet hole, 11... Introducing channel,
13...Vacuum control mechanism.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 １ イオン出口孔の大きさを少くとも大小２段に切り換
える機構を備え、ＥＩ法およびＣＩ法によるイオン化手
段を選択できるようにしたイオン源において、イオン化
箱内のイオン出口孔と反対・側にイオン反発電界を与え
るためのりベラ電極を設け、このリペラ電極に一定の高
電圧を印加するための定電圧機構を接続し、イオン化箱
にはこの一定すペラ電位に対して負のバイアス電位を選
択的に付与する機構を設けたことを特徴とするイオン源
装置。 ２ イオン出口孔とともにイオン化のための電子の入射
孔をも少くとも大小２段に切換える機構を備えたことを
特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載のイオン
源装置。[Claims for Utility Model Registration] 1. In an ion source that is equipped with a mechanism for switching the size of the ion exit hole into at least two stages, large and small, and that allows selection of ionization methods based on the EI method and the CI method, A repeller electrode is provided on the side opposite to the exit hole to provide an ion repulsion electric field, a constant voltage mechanism is connected to this repeller electrode to apply a constant high voltage, and the ionization box is equipped with a An ion source device comprising a mechanism for selectively applying a negative bias potential. 2. The ion source device according to claim 1, which is a registered utility model, characterized in that the ion source device is equipped with a mechanism for switching the electron entrance hole for ionization into at least two large and small stages together with the ion exit hole.