JPS6210852A - 質量分析光学系 - Google Patents
質量分析光学系Info
- Publication number
- JPS6210852A JPS6210852A JP61167921A JP16792186A JPS6210852A JP S6210852 A JPS6210852 A JP S6210852A JP 61167921 A JP61167921 A JP 61167921A JP 16792186 A JP16792186 A JP 16792186A JP S6210852 A JPS6210852 A JP S6210852A
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- Japan
- Prior art keywords
- lens
- ion
- analyzer
- optical system
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- Pending
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- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、イオン線の質量分析に係り、特にイオン線を
細く絞るマイクロイオン線に好適な無収差質量分析光学
系に関する。
細く絞るマイクロイオン線に好適な無収差質量分析光学
系に関する。
第１図は、質料分析器の原理を示す図面である。
（例えば、ソング等によるジャーナル オプバキュウム
サイエンス テクノロジー（Ｊ、Ｖａｃ、 Ｓｃｉ。
サイエンス テクノロジー（Ｊ、Ｖａｃ、 Ｓｃｉ。
Ｔｅｃｈｎｏｌ）、１９８１．１９巻／１６４、ｐｐＨ
５８〜１１６３参照）。すなわち、電極１，２に＋Ｕ、
−Ｕなる電圧を印加し、磁場発生磁極（例えば永久磁石
）３．４を電極１，２に直交して配置し、電界Ｅと磁場
Ｂとが直交するように構成しである。このとき、質量ｍ
ｌとｍ２なるイオン線が第１図のように入射したとする
。
５８〜１１６３参照）。すなわち、電極１，２に＋Ｕ、
−Ｕなる電圧を印加し、磁場発生磁極（例えば永久磁石
）３．４を電極１，２に直交して配置し、電界Ｅと磁場
Ｂとが直交するように構成しである。このとき、質量ｍ
ｌとｍ２なるイオン線が第１図のように入射したとする
。
ｅ：電荷）の関係があるとすると質量１１１１のイオン
線は直進するが、質量ｍ２のイオン線は図のように偏向
される。このとき、絞り５を図のように配置しておけば
、質量ｍ１のイオン線のみが取り出せる。
線は直進するが、質量ｍ２のイオン線は図のように偏向
される。このとき、絞り５を図のように配置しておけば
、質量ｍ１のイオン線のみが取り出せる。
第２図は、実際の装置で従来から用いられている構成を
示した図面である。イオン発生源から発生したイオン線
は、レンズ６により絞り５上に結像させらｎており、こ
の間に質量分析器が図のように配置させられている。こ
の後段にレンズ７が配置させられておシ、試料面８に所
望のイオン線のみを結像させている。このような構成を
用いている理由は、以下の２点である。■本来この分析
器はイオン種のエネルギー分析のためになされたもので
あり、このときこの構成は必要欠くべからざる構成であ
った。■絞り５上で結像しているゆえ分析感度が高い。
示した図面である。イオン発生源から発生したイオン線
は、レンズ６により絞り５上に結像させらｎており、こ
の間に質量分析器が図のように配置させられている。こ
の後段にレンズ７が配置させられておシ、試料面８に所
望のイオン線のみを結像させている。このような構成を
用いている理由は、以下の２点である。■本来この分析
器はイオン種のエネルギー分析のためになされたもので
あり、このときこの構成は必要欠くべからざる構成であ
った。■絞り５上で結像しているゆえ分析感度が高い。
一方、欠点として非点収差が大きくイオン線を細く絞る
際に障害となっていることが近年明らかとなり、これを
取り除く方法としてサイクロトロン半径に相当する角変
だけ磁場発生磁極３，４を傾斜させる分析器が考えられ
ている。しかし、加速電圧が変化した場合にこの角度を
変化（機械的）させる必要があったり、次に述べる欠点
は取り除けない。すなわち、分析器の色やコマ等の収差
と同位体とにより、イオン線が試料面８上で拡がる欠点
である。以下に説明する。
際に障害となっていることが近年明らかとなり、これを
取り除く方法としてサイクロトロン半径に相当する角変
だけ磁場発生磁極３，４を傾斜させる分析器が考えられ
ている。しかし、加速電圧が変化した場合にこの角度を
変化（機械的）させる必要があったり、次に述べる欠点
は取り除けない。すなわち、分析器の色やコマ等の収差
と同位体とにより、イオン線が試料面８上で拡がる欠点
である。以下に説明する。
まず、分析器の収差であるが、本分析器は、特定のエネ
ルギー、質量のイオン線のみが直進するものである。例
えばエネルギーに拡がりがあると第２図の軌道９のよう
になり、試料面８上で一点に結像しなくなる。これは色
収差であり、エネルギー分析に応用するのはこの性質を
利用したものである。コマ収差等も同様に生じる。
ルギー、質量のイオン線のみが直進するものである。例
えばエネルギーに拡がりがあると第２図の軌道９のよう
になり、試料面８上で一点に結像しなくなる。これは色
収差であり、エネルギー分析に応用するのはこの性質を
利用したものである。コマ収差等も同様に生じる。
一方、同位体による拡がりについて説明する。
イオン源から発生したイオンは、いく種類かのイオン種
があり本分析器で所望のイオン種のみを取り出すのであ
るが、所望のイオン種にも質量のわずかに異なる同位体
が混在している。例えばｍｌとｍ’ｌとするとｍｌは直
進してもｍ′Ｉけ第２図の軌道９のようになり試料面８
上で一点に結像しなくなる。
があり本分析器で所望のイオン種のみを取り出すのであ
るが、所望のイオン種にも質量のわずかに異なる同位体
が混在している。例えばｍｌとｍ’ｌとするとｍｌは直
進してもｍ′Ｉけ第２図の軌道９のようになり試料面８
上で一点に結像しなくなる。
従来技術は、以上の欠点のためにイオン線を細く絞れな
いという問題がある。
いという問題がある。
本発明の目的は、無収差で所望のイオン種のみ選択でき
イオン線を細く絞るのに好適な光学系を提供することに
ある。
イオン線を細く絞るのに好適な光学系を提供することに
ある。
従来技術の欠点は、絞り５−ヒとレンズ６の結像画を一
致させたことにあり、捷た収差の理論解析がなされてい
なかったために、歴史的実情と分析感度の観点から第２
図の構成で用いらｎていた。
致させたことにあり、捷た収差の理論解析がなされてい
なかったために、歴史的実情と分析感度の観点から第２
図の構成で用いらｎていた。
イオン源側のレンズの結像面を分析器内にあるようにし
たこと、特に、偏向中心にイオン源側のレンズの結像面
を一致させれば、レンズの物点が見かけ上一点と見なせ
ることに着目し、収差の理論解析の裏づけのもとに行な
った。
たこと、特に、偏向中心にイオン源側のレンズの結像面
を一致させれば、レンズの物点が見かけ上一点と見なせ
ることに着目し、収差の理論解析の裏づけのもとに行な
った。
イオン源側のレンズの結像面を分析器内にあるようにす
ることによシ、収差をなくし、イオン線を細く絞ること
ができる。
ることによシ、収差をなくし、イオン線を細く絞ること
ができる。
本発明の実施例を第３図に示し、以下説明する。
レンズ６の結像面を分析器の偏向中心１０に一致させ、
絞り５で所望のイオン種のみを選択する。
絞り５で所望のイオン種のみを選択する。
この後レンズ７で試料面８上に結像させる光学系である
。このとき、所望以外のイオン種は質量が大きく異なる
ために絞り５で遮断される。一方、所望のイオン種は直
進するが、このなかでもエネルギーの異なるイオン線や
質量のわずかに異なる同位体は軌道１１のようにわずか
に偏向される。
。このとき、所望以外のイオン種は質量が大きく異なる
ために絞り５で遮断される。一方、所望のイオン種は直
進するが、このなかでもエネルギーの異なるイオン線や
質量のわずかに異なる同位体は軌道１１のようにわずか
に偏向される。
しかし、偏向中心は１０の位置にあるためレンズ７を通
過後も試料面８上では一点に結像する。すなわち色収差
と同位体によるイオン線の拡がりは全く生じない。
過後も試料面８上では一点に結像する。すなわち色収差
と同位体によるイオン線の拡がりは全く生じない。
コマ収差も色収差同様に考えられ、全く生じない〇
一方、非点収差と彎曲収差は完全に取り除けないが、後
者はイオン線の直進方向のずれのみゆえレンズ７の焦点
合わせで消去され観測されない。
者はイオン線の直進方向のずれのみゆえレンズ７の焦点
合わせで消去され観測されない。
非点収差は、わずかに残るが、従来のものに比較して十
分小さくなる。第４図は、こ扛を説明するための図面で
、分析器のイオン線と直交する断面を示したものである
。４−（ａ）図は従来のものであり、４−（ｂ）は本発
明の実施例のものである。円１２と円１３は、分析器を
イオン線が通過している間の平均イオン径を示１〜だも
のである。当然従来の径の方が大きい。このとき、缶径
とＸ、ｙ軸との交点の電位をみると各図のようになって
おり、各電位が異なっている。こ扛が非点収差を生じさ
せる原因である。したがって、この電位変化の小さなも
のの方が非点収差は小さくなる。すなわち、本発明の方
が非点収差は小さいことになる。
分小さくなる。第４図は、こ扛を説明するための図面で
、分析器のイオン線と直交する断面を示したものである
。４−（ａ）図は従来のものであり、４−（ｂ）は本発
明の実施例のものである。円１２と円１３は、分析器を
イオン線が通過している間の平均イオン径を示１〜だも
のである。当然従来の径の方が大きい。このとき、缶径
とＸ、ｙ軸との交点の電位をみると各図のようになって
おり、各電位が異なっている。こ扛が非点収差を生じさ
せる原因である。したがって、この電位変化の小さなも
のの方が非点収差は小さくなる。すなわち、本発明の方
が非点収差は小さいことになる。
以上述べたごとく、本発明によれば、はとＡ７ど無収差
な質量分析が可能となる。
な質量分析が可能となる。
一方、分析感電について従来とほぼ同程度であることを
一例を上げて述べる。まず、分析器の偏向中心１０と絞
り５の間を５０ｍｍとし、イオン線の広がり半角を５ｍ
「、とすると絞り土で半径０．２５ｍｍの円になる。一
方イオン源からＢ 、Ｂの同位体とＮ１ のイオン
種が発生させられているとする。いｔＢが直進し、Ｎ１
が絞シ５上で５ｍｍ偏向さ扛るように電界Ｅと磁場
Ｂが印加されているとする。このと１Ｂは絞り５上で、
／１０ ％１５８ 偏向された位置にある、イオン流の減少を防ぐためには
、Ｂ、Ｂ 共に利用すると、従来方式では絞り５の穴
径は小さくとも半径０．４０ ｍｍを要す。
一例を上げて述べる。まず、分析器の偏向中心１０と絞
り５の間を５０ｍｍとし、イオン線の広がり半角を５ｍ
「、とすると絞り土で半径０．２５ｍｍの円になる。一
方イオン源からＢ 、Ｂの同位体とＮ１ のイオン
種が発生させられているとする。いｔＢが直進し、Ｎ１
が絞シ５上で５ｍｍ偏向さ扛るように電界Ｅと磁場
Ｂが印加されているとする。このと１Ｂは絞り５上で、
／１０ ％１５８ 偏向された位置にある、イオン流の減少を防ぐためには
、Ｂ、Ｂ 共に利用すると、従来方式では絞り５の穴
径は小さくとも半径０．４０ ｍｍを要す。
本発明の実施例では、（０，４０＋０．２５＝）０．６
５ｍｍを要す。Ｎ１ の５ｍｍに対してこれらの値は
決して分析感度を減少させるものではない。したがって
問題は全く生じない。
５ｍｍを要す。Ｎ１ の５ｍｍに対してこれらの値は
決して分析感度を減少させるものではない。したがって
問題は全く生じない。
本発明によれば、質量分析を行なっても無収差で行なえ
るので、イオン線を細く絞れる効果がある。また、同体
位すべてを利用できるためにイオン流の減少がない。ま
た、分析感電は従来とほとんど変化がない。
るので、イオン線を細く絞れる効果がある。また、同体
位すべてを利用できるためにイオン流の減少がない。ま
た、分析感電は従来とほとんど変化がない。
第１図は、電界Ｅと磁場Ｂとを直交させて質量分析を行
なう原理図、第２図は、従来の光学系を示した基本図、
第３図は、本発明の一実施例の光学系を示した基本図、
第４図は、非点収差が生じる理由を説明する分析器の断
面図であり、（ａ） 、 （ｂ）それぞれは、従来と本
発明の実施例の図面である。 １．２・・電界Ｅを生じさせる電極、３，４・・磁場Ｂ
を発生させる磁極、５・・・質量分析用絞り、６゜７・
・・レンズ、８・試料面。
なう原理図、第２図は、従来の光学系を示した基本図、
第３図は、本発明の一実施例の光学系を示した基本図、
第４図は、非点収差が生じる理由を説明する分析器の断
面図であり、（ａ） 、 （ｂ）それぞれは、従来と本
発明の実施例の図面である。 １．２・・電界Ｅを生じさせる電極、３，４・・磁場Ｂ
を発生させる磁極、５・・・質量分析用絞り、６゜７・
・・レンズ、８・試料面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、イオン源より発生したイオン線を細く絞るためのレ
ンズと、このイオン線と直交する断面上で電界と磁場と
を直交させて印加し、質量を分析せしめる分析器とを具
備した装置において、少なくとも２個のレンズを用い、
レンズ間に分析器を配置せしめ、イオン源側のレンズの
結像位置を分析器内にあるようにせしめたことを特徴と
する質量分析光学系。 ２、上記イオン源側のレンズの結像位置を上記分析器の
偏向中心と一致せしめたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の質量分析光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61167921A JPS6210852A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 質量分析光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61167921A JPS6210852A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 質量分析光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6210852A true JPS6210852A (ja) | 1987-01-19 |
Family
ID=15858525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61167921A Pending JPS6210852A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 質量分析光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6210852A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63231860A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Jeol Ltd | 電場磁場重畳型エネルギ分析装置 |
-
1986
- 1986-07-18 JP JP61167921A patent/JPS6210852A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63231860A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Jeol Ltd | 電場磁場重畳型エネルギ分析装置 |
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