JPS58659B2 - 質量分析計用イオン源およびその製作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は質量分析計用イオン源の改良とその製作方法に
関するものである。

従来使用されている質量分析計用イオン源は各種電極板
間を電気的に絶縁するためのスペーサーを挾み絶縁され
た支柱で連結して１体に構成したものであった。

第１図、第２図はその１例を示す図で、第１図はその正
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ’断面図である。

第１図において、イオン化室１内で試料気体が電子衝撃
によってイオン化され、引出し電極２によって引き出さ
れてイオンビーム１２を生ずる。

このイオンビームは加速電極３、アース電極４で加速集
束され出射スリット５から出て質量分析計の分析管内を
進む。

第２図に示すように、上記各電極や出射スリットは各々
２個の取付用円孔をもっている半円形の不銹鋼板（非磁
性材）で作られており、その対向する辺には刃先を設け
ていた。

」１記出射スリツト５には電圧を印加する必要はないが
、その他の電極板には所定の電圧が加えられる。

特に、引出し電極２の左右電極板には異なる電圧が印加
できそれを調節してイオンビート１２の出射方向を微調
整するようにしている。

別型式のイオン源においては出射スリット５を分離して
設置するものもあるが、イオン源全体としての構成作用
は同じである。

上記イオン源を組立てるには、まず、イオン化室１、各
種電極２，３．４および出射スリット５の孔にねじを切
った金属支柱６を入れ、この支柱に更に細長い碍子管９
をはめ込む。

次に、各板の間に所要寸法の高さをもち上記碍子管９に
はめこむこ吉ができる絶縁材よりなるスペーサー８を夾
む。

イオン化室１および出射スリット５の外側には適当な高
さの絶縁管Ｔを挾みワッシャ１０を介してナツト１１で
締め付ける。

このとき各刃先の間隙の中心は一致し、刃先の段差喰い
違いが生じないように調節組立てる。

このイオン源は支柱６を利用して質量分析計の分析部に
取付けられる。

第３図は質量分析δ１−のイオン光学系を説明する図で
ある。

イオン源より発生したイオンビーム１２は、図示を省略
している分析管内を進むと磁場１３でその軌道が曲げら
れ、分析管の他端にあるコレクタースリット１６から取
り出され検知される。

質量分析計における分析性能（感度、分解能、Ｍ／ｅ範
囲）を設計値通りに発揮するのは磁場とスリットの関係
位置が理論値通りに糾み立てられており、これに対し入
射するイオンビームは正規のイオン軌道１４の方向に入
ったときである。

もしイオン源の組立てが不良であるかその取付は調整法
が不十分で出射されたイオンが外れたイオン軌道１５を
通るときは所期の分析性能を得ることができない。

上記従来の質量分析計のイオン源は、各電極板等を正確
な厚さと平行度をもつように作っておかないとスリット
刃先が喰い違ってイオンビームを偏向させることになる
。

また、上記電極等の厚さを等しくしたとしてもその間に
挾むスペーサーの寸法と平行度が揃っていなければなら
ない。

特にこのスペーサーは外径が１０ｍｍ以下の小さい環状
のものであるので、その両端面の平行度と高さの等しい
ものを選別して組立てなければならないし、この作業に
は多大の労力と経験を要する。

もし上記電極板とスペーサーの誤差が積み重なってスリ
ット刃先の段差が大きくなったときは、イオン源全体の
取付けや引出し電極の左右電極板に加える電圧を加減し
てももはやイオンビーム出射方向を修正することができ
なくなるからである。

以−ヒのように従来のイオン源は構成部品の工作とその
組立て調整に多大の経費を要していた。

また、イオン源は実験している間に試料の分解物が付着
して汚染するので、イオン源を取りはずして洗浄除去１
．なければならない。

完全に洗浄するときは一旦イオン源を解体し再組立てす
るが、そのとき初期の組立て精度を再現することは困難
であった。

本発明のＬ１的は上記従来のイオン源の欠点を除き、加
工度の少い安価な部品を使用し、組立調整が容易でかつ
高精度である質量分析計用イオ゛ン源とその製法を提供
するにある。

本発明の要点は、薄い不銹鋼状から正確な形状で互換性
ある各種電極板を作り、その時電極板等に設けた共通の
孔に組立て用治具を通ずと共に、各電極板間には所定の
間隔を保持させるための雇いブロックを挿入しこの状態
で各電極板を支持部利である金属線とガラスとを用いて
融着固定するものである。

電極板とガラスを直接固定することは両者の膨張係数が
大きく異なり、直接融着させることはできないので、ガ
ラスと融着可能な金属線を電極に溶接しておきその金属
線を棒状ガラスに融着させるようにしてイオン源を構成
させるもので、その後使用した治具や雇いブロックは取
りはずす。

以上のようにすれば互換性ある高精度のイオン源が安価
に製作できることになり、このイオン源が汚染したとき
は使い捨て交換して実験能率を高めるということもげ能
となる。

以Ｆ本発明のイオン源の構成および製作法を図によって
説明する。

第４図は本発明１実施例であるイオン源の構造を示す正
面図であり、第５図はそのＢ−Ｂ’断面図である。

突出部内にイオンを発生させる機構をもつイオン化室２
１の下に引出し電極２２があり、これは２片に分離して
スリットを形成している。

次に、加速電極２３、アース電極２４は各々その中央に
孔２９をもっている１枚の板であり、出射スリット板２
５は中央に狭いスリット孔３０をもつ１枚の板である。

以上のイオン化室、各種電極板および出射スリット板は
すべて非磁性体である不銹鋼板、例えばＳＵＳ ３０４
の０．２朋程度の薄板で作られている。

上記各電極板等には金属線２７が各々溶接されており、
この金属線２Ｔは４本のガラス支柱２６に融着して１体
のイオン源を形成している。

上記ガラス支柱２６のガラス種類と金属線２７の材質は
その膨張係数の関係から下記の絹合わせが用いられる。

例えば、フエルニコガラスとフエルニコ合金線、硬質ガ
ラスとモリブデン線、タングステンガラスとタングステ
ン線等である。

しかし、以上の糾合わせに限るものではなく、不銹鋼板
番こ溶接可能で各種ガラスに融着できる金属線または金
属板であれば電極板等とガラス支柱を接続固定するため
に用いることが可能である。

更に、−上記金属線を１種類の材質のものでなく、例え
ばニッケル線とフエルニコ合金線を途中で接続したもの
を用い、電極板−ニッケル線−フエルニコ合金線−フエ
ルニコガラスの組合わせにしても差支えない。

一上記各電極板等にはすべて共通した治具挿入孔２８が
あけられ、イオン化室２１、引出し電極２２を除いて各
電極板２３．２４にはイオンビーム仕２９が、出射スリ
ット板２５にはスリット３０が開けられている。

これらの孔の工作および外形の寸法を揃えるには専用の
金型を用いて打抜いて製作するか、あるいは所定の図形
を印刷した後その図形を化学的に腐蝕させる方法によっ
て同寸法に精密に加圧できるのでｑ換性あるものが製作
できる。

各電極板の型針は１〜２ｇ程度であるので、それを支持
する上記金属線２７の線径は０、５１ｎｍ程度の剛性細
線で十分に支持固定することができる。

また、引出し電極２２は左右極板に異なる電圧を印加す
る心安上別個に取付けられるが、各柱板の重さは１ｇ以
下−であるので、２本の金属線２７で固定すれば十分安
定に支持できることを実験によって確かめている。

第６図は本発明のイオン源を治具を用いて組立て製作す
る方法を示す正面図であり、第１図はその平面図である
。

まず、金属製の台３１上に両端にねじを切った４本の金
属製の軸３３を立てる。

この軸の外径は第５図に示すイオン源のイオン化室、各
種電極板、イオン化室等が具えている孔２８の径よりわ
ずかに小さく、ガタつくことなく嵌め込まれるように作
られている。

次に、出射スリット２５を軸３３を通して台３１上に押
し込み、その上に出射スリット板とアース電極の間隔と
等しい厚さに製作された雇いブロック３６を第７図のよ
うに左右１組載せる。

その−トにアース電極２４を軸を通して雇いブロック３
６−Ｌに載せる。

このようにして各種電極間隔と等しい厚さの雇いブロッ
クと各種電極板およびイオン化室を置き、最後に、押え
板３２を載せてワッシャ３５を介してナツト３４で締め
Ｈける。

各電極板等には金属線２７が溶接しであるので、この金
属線にガラス支柱２６を近づけて小さな炎で加熱して金
属線とガラスとを融着させる。

このときガラス棒を用いずに各金属線間を軟化したガラ
スによって順次連結してガラス支柱２６を形成させるよ
うにしても良い。

以上のごとく１体のイオン源を構成させたならば、ナツ
ト３４、ワッシャ３５、押え板３２を取りはずし、各雇
いブロック３６を横方向に抜き取ってイオン源をガラス
支柱２６を持って引上げれば第４図、第５図に示オーイ
オン源が得られる。

なお、上記イオン源を質量分析計の分析管部に取付ける
には、例えば出射スリット２５に支持金具を取りつけて
この支持金具を分析管内部に固定する。

以上本実施例のイオン源は、イオン化室、各種電極板、
出射スリンｌ［ｉ等の各部品が統 した寸法に精度良く
作られており、その組立法も治具、雇い等を使用してい
るので高精度に製作することができる。

また、その製作費は成程度箭産されれば安価であるとい
う効果がある。

実際にこのイオン源を質量分析計に組込んで使用すると
きは、各種電極間は開放空間になっているので、従来の
イオン源に比べてガス通路を隋書するものがなく排気効
率が良いという利点も併せもっている。

第８図は本発明の他の実施例であるイオン源の正面図、
第９図は第８図のＣ−Ｃ’断面図である。

本実施例のイオン源はイオン化室２１、各種電極２２．
２３．２４および出射スリット２５は上記第４図と同一
部品を使用し、イオン化室から加速電極までは上記実施
例と同じ方法で治具等を使用して１体化したものである
。

そして加速電極から出射スリットまでは従来の方法であ
る絶縁スベ、−サー８、碍子管９および支柱６を用いて
組立てたものである。

なお、上記硝子管９の外径は上記加速電極板、アース電
極板および出射スリット板が持っている孔２８に隙間な
く嵌合するごとく作られている。

以上本実施例のイオン源の効果は、イオン化室に近く最
も汚染し易い部分を交換し易くシ、この部分の洗浄再使
用あるいは使い捨て交換も考慮した安価なイオン源とし
た点にある。

上記２つの実施例は３枚以上の極板をガラス支柱で１体
化したものであるが、例えばイオン化室２１と引出し電
極２２だけを１体化し、この部分を交換容易にしたもの
でも良い。

以上本発明は一様に加工された互換性ある部品を半ば量
産し、組立治具を用いて熟練を要せずに支持部材によっ
て組立調整できる高精度で安価な質量分析用用イオン源
を製作するに顕著な効果をもっている。

更に、上記安価なイオン源を提供することによって汚染
した部分を交換し質量分析計による実験能率を向上させ
るという効果も生ずる１

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の質量分析計のイオン源の正面図第２図は
第１図のＡ−Ａ、’断面図、第３図は質量分析計のイオ
ン光学系の説明図、第４図は本発明の１実施例であるイ
オン源の正面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ’断面図、第
６図は第４図のイオン源の組立て法を示す正面図、第７
図は第６図の平面図、第８図は本発明の他の実施例であ
るイオン源の正面図、第９図は第８図のｃ−ｃ’断面図
である。 符号の説明１．１，２１・・・・・・イオン化室、２゜
２２・・・・・・引出し電極、３，２３・・・・・・加
速電極、４゜２４・・・・・・アース電極、５．２５・
・・・・・出射スリット、６・・・・・・支柱、７・・
・・・・絶縁管、８・・・・・・スペーサー、９・・・
・・・碍子管、３５．１０・・・・・・ワッシャ、３４
゜１１・・・・・・ナツト、１２・・・・・・イオンビ
ーム、１３・・・・・・磁場、１４・・・・・・正規の
イオン軌道、１５・・・・・・外れたイオン軌道、１６
・・・・・・コレクタースリット、２６・・・・・・ガ
ラス支柱、２γ・・・・・・金属線、２８・・・・・・
孔、３０・・・・・・スリット、３１・・・・・・台、
３２・・・・・・押え板、３３・・・・・・軸、３６．
・・・・・雇いブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料気体を電子で衝撃してイオン化するイオン化室
   と、このイオン化室内に発生したイオンビームを取出す
   引出し電極と、上記イオンビームを加速集束する加速電
   極およびアース電極と、上記イオン化室および上記各種
   電極を電気的に絶縁支持する支持部材とを具えた質量分
   析計用イオン源において、上記支持部材を上記各種電極
   の外側に設けたガラス支柱と、そのガラス支柱と上記電
   極とを接続する中間部材とで構成したことを特徴とする
   質量分析用イオン源。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記各種電極の中
   小なくとも２種の電極板を」二記ガラス支柱とｈ部中間
   部材とで一体化したことを特徴とする質量分析計用イオ
   ン源。 ３ 特許請求の範囲第１項において、上記イオン化室お
   よび各種電極板を不銹鋼製とし、−上記ガラス支柱と上
   記不銹鋼板との間に、上記ガラスとは融着可能で上記不
   銹鋼板とは溶接可能な金属線を介して一体化したことを
   特徴とする質量量分析語用イオン源。 ４ 試料気体を電子で衝撃してイオン化するイオン化室
   と、このイオン化室内に発生したイオンビームを取出す
   引出し電極と、上記イオンビームを加速集束する加速電
   極およびアース電極と、上記各種電極を電気的に絶縁支
   持する支持部材とを具えた質量分析計用イオン源の製作
   方法において、上記各種電極の位置および間隔を治具お
   よび雇いブロックを使用して所定の位置間隔を保持し、
   上記各電極の外側に予め溶接した中間部材にガラスを融
   着連結してイオン源を構成した後、上記治具および雇い
   ブロックを除去することを特徴とする質量分析計用イオ
   ン源の製作方法。