JPH0354828B2 - - Google Patents
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- JPH0354828B2 JPH0354828B2 JP58104284A JP10428483A JPH0354828B2 JP H0354828 B2 JPH0354828 B2 JP H0354828B2 JP 58104284 A JP58104284 A JP 58104284A JP 10428483 A JP10428483 A JP 10428483A JP H0354828 B2 JPH0354828 B2 JP H0354828B2
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、真空中の気相の分圧を求める交流検
出方式質量分析計に関するものである。従来の質
量分析計(残留ガス分析計)は、型式の如何を問
わず、いずれも気体分子を電子衝撃によつてイオ
ン化し、生成イオンを電気的、もしくは、磁気的
にイオンの質量によつて分離して検出するもので
あるが、特に残留ガス圧力10-12Torr(10-10Pa)
以下の超高真空域で使用される残留ガス分析計に
おいては、1)小型軽量で全圧型電離真空計と同
時に使用できると、2)全体を400℃内外でくり
返し加熱脱ガスができること、3)分析計を
10-10Torr以下に排気できること、4)イオン源
は電子衝撃脱ガスが容易であること、5)気体放
出が極力小さくできること、6)高感度であるこ
と、7)分解能M/AMは50〜100程度の範囲に
あること、8)最小検出可能分圧が10-10Torr以
下であること、9)電子衝撃脱離イオンの成分が
ないこと、10)イオン源の排気速度が小さいこ
と、等の条件を具備することが必要である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an AC detection type mass spectrometer for determining the partial pressure of a gas phase in a vacuum. Conventional mass spectrometers (residual gas analyzers), regardless of type, ionize gas molecules by electron bombardment, and ionize the generated ions electrically or magnetically using the mass of the ions. The residual gas pressure is 10 -12 Torr (10 -10 Pa).
The following residual gas analyzers used in the ultra-high vacuum range: 1) are small and lightweight and can be used simultaneously with full-pressure ionization vacuum gauges, 2) can be repeatedly heated and degassed at temperatures above and below 400°C, and 3) analyzer
4 ) The ion source must be easily degassed by electron impact. 5) Gas release can be minimized. 6) High sensitivity. 7) Resolution M/AM is 50~ 100, 8) The minimum detectable partial pressure is 10 -10 Torr or less, 9) There is no component of electron-impact desorption ions, 10) The pumping speed of the ion source is low, etc. It is necessary to meet the following conditions.
しかしながら超高真空における残留ガス圧等を
測定するためには、先ずイオン源の感度が問題と
なるが、前記4項と5,10項の条件を同時に満足
させることは困難である。なぜならば、イオン源
の電子電流を増幅して感度を増大させると、ガス
放出速度も排気速度も共に増加して測定対象を乱
してしまうためである。又、マグネトロン型等の
イオン源においては、超高感度を得ることができ
るが、前記2,4,10項の条件を満足させること
ができない。 However, in order to measure residual gas pressure, etc. in an ultra-high vacuum, the sensitivity of the ion source becomes a problem, and it is difficult to simultaneously satisfy the conditions in item 4, 5, and 10 above. This is because if the electron current of the ion source is amplified to increase the sensitivity, both the gas release rate and the pumping rate will increase, disturbing the measurement target. Further, although ultrahigh sensitivity can be obtained with a magnetron type ion source, the conditions of items 2, 4, and 10 cannot be satisfied.
最近の質量分析計は、分解能も可変で電界の変
化だけで使えるマスフイルター型(4極子型)が
大勢をしめつつあるが、このマスフイルター型質
量分析計は分析用磁石が不用なばかりか、イオン
のエネルギー分散が大きくとも分析精度に影響を
与えないという特徴を持つもので、前記1〜10項
の条件に比較的適合するイオン源として電子衝撃
型のBAゲージ型イオン源が主流となつている。
このイオン源は陰極から飛び出した熱電子が円筒
状カゴ状陽極に吸引されて、内外に振動すると
き、このカゴ内部でガス分子と衝突してガス分子
をイオン化することを利用したものであるが、こ
のイオン化されたイオンの一部は引き出し電極の
小孔を通つて外部に飛び出すようにしたものであ
る。そしてこのイオン流を分析計にかけてやるこ
とにより、イオンの質量を分析するようにしたも
のである。 The mass filter type (quadrupole type) that has variable resolution and can be used only by changes in the electric field has become the most popular mass spectrometer these days, but not only does this mass filter type mass spectrometer not require an analysis magnet, It has the characteristic that even if the energy dispersion of ions is large, it does not affect the analysis accuracy, and the electron impact type BA gauge ion source has become the mainstream ion source that relatively meets the conditions in items 1 to 10 above. There is.
This ion source utilizes the fact that thermionic electrons ejected from the cathode are attracted to a cylindrical cage-shaped anode, and when they vibrate in and out, they collide with gas molecules inside the cage and ionize the gas molecules. A part of these ionized ions is made to escape to the outside through a small hole in the extraction electrode. This ion flow is then passed through an analyzer to analyze the mass of the ions.
分析計の分析方式としては、磁界偏向型、安定
軌道型、飛行時間型、高周波共鳴加速型等細かく
分類すると非常に多種類のものがあるが、現在は
前述のような理由からマスフイルター型が主流と
なつている。該マスフイルター型による分析法
は、イオン源よりのイオンを4本の分析ロツドで
囲まれた分析空間に入射する。(この分析ロツド
には直流電圧と高周波電圧が重ねて加えられてい
る。)該分析空間をイオンが飛行するとき、イオ
ンはその質量に応じて周期振動を行なうが、電気
条件に合わないイオンは時間の経過と共に発散し
て振幅を増大しつづけ、ロツドに衝突して通過を
阻まれる。すなわち、前記電気条件を変えること
によつて、その条件に合つた質量のイオンだけを
イオン入射口の反対側から取出すことができる。
このことからマス(質量)フイルターの名が生ま
れた。マスフイルター通過後のイオン流は、イオ
ン収集電極でとらえられ、直流微小電流計で読取
られ圧力に換算され、分圧が求められる。このイ
オン流は超高真空域の残留ガス分析などの場合
は、10-12A以下10-14〜10-15A程度になることが
多いので、イオン流の検出器に2次電子増信管が
使用されることが多い。 There are a wide variety of analytical methods for analyzers, such as magnetic field deflection type, stable orbit type, time-of-flight type, and high frequency resonance acceleration type, but currently mass filter type is the most popular for the reasons mentioned above. It has become mainstream. In the mass filter type analysis method, ions from an ion source are incident on an analysis space surrounded by four analysis rods. (DC voltage and high frequency voltage are applied to this analysis rod in parallel.) When ions fly through the analysis space, they oscillate periodically according to their mass, but ions that do not meet the electrical conditions As time passes, it diverges and continues to increase in amplitude, colliding with the rod and being blocked from passing. That is, by changing the electrical conditions, only ions having masses that meet the conditions can be taken out from the opposite side of the ion entrance.
This gave rise to the name mass filter. The ion flow after passing through the mass filter is captured by an ion collection electrode, read by a DC microcurrent meter, and converted to pressure to determine the partial pressure. In cases such as residual gas analysis in the ultra-high vacuum region, this ion flow is often below 10 -12 A or about 10 -14 to 10 -15 A, so a secondary electron intensifier is installed in the ion flow detector. Often used.
しかしながら、このマスフイルター型質量分析
計においては、イオン源として比較的高感度で脱
ガスできるBA型イオン源を使用しているが、分
析計に入射するイオン量はイオン源で生成されて
いる全イオン量の10〜20%であり、しかも、イオ
ン源は金属円筒で囲まれていることが多いため、
電子衝撃脱ガスも充分ではない上、放出ガスが多
く、したがつてイオン源自体の出す放出ガスまで
分析してしまうことになる。又、超高真空におけ
る残留ガス質量スペクトルに関して電子衝撃型イ
オン源を用いた場合、イオン源の陽極の表面に吸
着している分子が電子衝撃されて生じる電子衝撃
脱離イオンが気相イオンに混入して正確な分圧測
定を困難にしているという大きな問題もあり、従
つて、現在の質量分析計の主たる問題は、そのイ
オン源にあるといつてよい。 However, although this mass filter type mass spectrometer uses a BA type ion source that can degas with relatively high sensitivity as an ion source, the amount of ions incident on the analyzer is limited to all of the ions generated in the ion source. 10 to 20% of the ion amount, and since the ion source is often surrounded by a metal cylinder,
Electron impact degassing is not sufficient, and a large amount of gas is released, so even the gas released by the ion source itself must be analyzed. Furthermore, when using an electron impact ion source for residual gas mass spectra in ultra-high vacuum, electron impact desorption ions generated when molecules adsorbed on the surface of the anode of the ion source are bombarded with electrons are mixed into gas phase ions. There is also a major problem that makes accurate partial pressure measurement difficult.Therefore, it can be said that the main problem with current mass spectrometers lies in their ion sources.
又、分析通過後のイオン電流は10-13〜10-15A
程度の微少電流を増幅することになる。この位の
微少電流を直流増幅器で増幅すると、ドリフトや
オフセツトの問題が生じてくる上、外来雑音に弱
く、強電界や強磁界の存在する加速器や刻融合炉
などの装置を運転中に分圧測定することは不可能
に近く、このため、高級な微少直流増幅器が必要
となるだけではなく、その測定には高度の技術を
要する。 Also, the ion current after passing through analysis is 10 -13 to 10 -15 A.
This will amplify a very small current. If such a small current is amplified by a DC amplifier, problems of drift and offset will occur, and it will also be susceptible to external noise. It is nearly impossible to measure it, and therefore not only does a high-grade minute DC amplifier become necessary, but its measurement also requires advanced technology.
又、10-14Torr以下の測定などでは、2次電子
増倍管を用いて増幅し、入射荷電類子をパルス的
にはかる計数方式が用いられる。しかしながら、
如何なる方式であつても、その圧力(分圧)の校
正は10-8以上の高い圧力で行わなければならない
ため、計数方式では10-8以下の圧力で絶対値較正
することは、計数が多くなつて計数しきれなくな
るため、難かしくなつているのが現状である。 In addition, for measurements below 10 -14 Torr, a counting method is used in which a secondary electron multiplier is used to amplify and the incident charged electrons are measured in a pulse manner. however,
No matter what method is used, the pressure (partial pressure) must be calibrated at a high pressure of 10 -8 or higher; therefore, in the counting method, calibrating the absolute value at a pressure of 10 -8 or lower requires a large number of counts. The current situation is that it is becoming increasingly difficult to count as the numbers get older.
そこで本発明では、上記従来の実情に鑑みてな
されたものであつて、真空中の気相の分圧を求め
る場合、気相イオンに固体表面から生じる電子衝
撃脱離イオンが混入して誤差を生じても、これを
除去すると共に、高感度、かつ、脱ガスが容易な
電子衝撃イオン源を用いてガス放出をおさえ、交
流増幅・位相検出によつて電子増倍管なしで
10-11Torr以下の分圧測定を可能にしたものであ
る。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional situation, and when determining the partial pressure of a gas phase in a vacuum, the electron impact desorption ions generated from the solid surface are mixed into the gas phase ions, causing an error. Even if it occurs, it can be removed, suppress gas release using a highly sensitive and easily degassed electron impact ion source, and use AC amplification and phase detection to eliminate the need for an electron multiplier.
This makes it possible to measure partial pressures below 10 -11 Torr.
そのため本発明では、電子衝撃型イオン源の、
略半球面状に形成された陽極の外周に沿つて熱陰
極を配設し、かつ、前記陽極の開放端に対向し、
該開放端方向に行くに従つて漸次拡開するラツパ
状イオン引き出し電極を設けると共に、該イオン
源と分析計の分析部の間に変調電極を配置した交
流検出方式質量分析計を提供することにより所期
の目的を達成するようにしたものである。 Therefore, in the present invention, the electron impact ion source
A hot cathode is disposed along the outer periphery of an anode formed in a substantially hemispherical shape, and is opposed to the open end of the anode,
By providing an alternating current detection type mass spectrometer in which a lattice-shaped ion extraction electrode is provided that gradually expands toward the open end, and a modulation electrode is arranged between the ion source and the analysis section of the analyzer. It is designed to achieve the intended purpose.
以下、本発明を図示せる1実施例に随て説明す
る。 The present invention will be described below with reference to an illustrative embodiment.
aは交流検出方式質量分析計Aのイオン源であ
つて、陽極1、熱陰極2、電子リフレクター3及
びシールド電極4とから構成されている。陽極1
はモリブデン金網によりプレス加工によつて略半
球面状に形成され、その直径を14mmとし、又、金
網の透過率は90%以上としている。熱陰極2は酸
化ナトリウムを被覆したイリジウム線により円環
状に形成され、2mAの電子電流のときの陰極加
熱電力は3ワツト以下で非常に小さいもので、前
記陽極1の外周に沿つて配置されている。イオン
引き出し電極である電子リフレクター3は、モリ
ブデンによつて漸次拡開するラツパ状に形成さ
れ、その中央の孔径を約4mmとしている。該電子
リフレクター3は、その拡開された開放端を前記
陽極1の開放端に対向するようにして設けられて
いる。シールド電極4は前記陽極1と同様にモリ
ブデン金網によりプレス加工によつて略半球面状
に形成され、前記陽極1及び熱陰極2を覆うよう
にして取付けられている。これによりイオン源a
は静電的にシールドされ、電子の振動を安定化し
た高感度のイオン源となる。 Reference character a is an ion source of an AC detection type mass spectrometer A, which is composed of an anode 1, a hot cathode 2, an electron reflector 3, and a shield electrode 4. Anode 1
is formed into a substantially hemispherical shape by pressing a molybdenum wire mesh, the diameter of which is 14 mm, and the transmittance of the wire mesh is 90% or more. The hot cathode 2 is formed in an annular shape by an iridium wire coated with sodium oxide, and the cathode heating power is very small at 3 watts or less when an electron current of 2 mA is applied, and is arranged along the outer periphery of the anode 1. There is. The electron reflector 3, which is an ion extraction electrode, is formed of molybdenum in the shape of a trumpet that gradually expands, and has a central hole diameter of about 4 mm. The electron reflector 3 is provided with its enlarged open end facing the open end of the anode 1. Like the anode 1, the shield electrode 4 is formed into a substantially hemispherical shape by pressing a molybdenum wire mesh, and is attached to cover the anode 1 and the hot cathode 2. This allows the ion source a
is electrostatically shielded and becomes a highly sensitive ion source with stabilized electron vibrations.
このイオン源aの動作について説明すれば、負
の電位に置かれた熱陰極2を飛びだした電子は、
陽極に引かれ、その半球の内側に入射するが、フ
イラメントより負の電位に置かれた電子リフレク
ター3に反射され、再び陽極1に引かれ加速され
て該陽極1を飛び出し、今度は電子リフレクター
3と同じ電位に置かれたシールド電極4に反射さ
れることにより、前記陽極の内外に振動をくり返
すことになる。ところが、これらの電極の組合せ
によつて生じる電界は、この電子振動をこれらの
電極の中心軸上に集中させる働きをもつため、振
動電子の多くは中心軸上に集中、すなわち、第1
図に示すx−y方向に振動するため、イオンの生
成もこの軸上に集中する。この軸上に生成された
イオンのうち、陽極1と電子リフレクター3の間
に生じたものは該電子リフレクター3に加速され
て容易に電子リフレクター3のイオン出口を飛び
出しうるが、陽極1の金網はメツシユをプレスし
たものであるから、軸上の電子透過率は非常に高
く著しく感度を高めることができる。このため陽
極が半径14mmの非常に小型ながら感度はイオン源
aのイオン出口で13Torr-1と従来のこのタイプ
のイオン源の体積の1/10〜1/20と小型にすること
ができた。又、小型であるため、陰極1、電子リ
フレクター3、シールド電極4の3つの電極を電
気的に結合して電子衝撃脱ガスを行つた場合でも
600V,100mAの比較的低電力で1200℃〜1300℃
高温脱ガスができ、従来のイオン源に比して、こ
のイオン源aの放出ガスは無視できる程小さく、
10-12Torr台の圧力でも邪魔にならなかつた。
又、イオン源aは真空側Pにラツパ状に180゜の立
体角をもつて開いているので気体の分圧測定に非
常に適している。 To explain the operation of this ion source a, electrons flying out of the hot cathode 2 placed at a negative potential are
The electrons are attracted to the anode and enter the inside of the hemisphere, but are reflected by the electron reflector 3, which is placed at a more negative potential than the filament, and are again attracted to the anode 1, accelerated, and fly out of the anode 1. This time, the electrons reflector 3 By being reflected by the shield electrode 4 placed at the same potential as the anode, vibrations are repeated inside and outside the anode. However, the electric field generated by the combination of these electrodes has the effect of concentrating these electron oscillations on the central axes of these electrodes, so most of the oscillating electrons are concentrated on the central axes, that is, the first
Since it vibrates in the x-y direction shown in the figure, ion generation is also concentrated on this axis. Among the ions generated on this axis, those generated between the anode 1 and the electron reflector 3 are accelerated by the electron reflector 3 and can easily fly out of the ion outlet of the electron reflector 3, but the wire mesh of the anode 1 Since it is a pressed mesh, the on-axis electron transmittance is very high and the sensitivity can be significantly increased. Therefore, although the anode is extremely small with a radius of 14 mm, the sensitivity can be reduced to 13 Torr -1 at the ion exit of ion source a, which is 1/10 to 1/20 of the volume of a conventional ion source of this type. In addition, because of its small size, even when the three electrodes of cathode 1, electron reflector 3, and shield electrode 4 are electrically coupled to perform electron impact degassing,
1200℃~1300℃ with relatively low power of 600V, 100mA
High-temperature degassing is possible, and compared to conventional ion sources, the emitted gas of this ion source a is negligibly small.
Even pressure in the 10 -12 Torr range did not interfere.
Furthermore, since the ion source a opens toward the vacuum side P with a solid angle of 180 degrees, it is very suitable for measuring the partial pressure of gas.
このイオン源aでさらに特筆すべきことは、イ
オンがx−y線上に集中ため、従来不可能に近か
つた気相イオンと電子衝撃脱離イオンが完全に分
離することができることである。すなわち、電子
衝撃脱離イオンは振動電子が沢山回振動後ついに
は陽極1に補獲されてしまうが、その時この電極
1に化学吸着している気体分子があるとこの電子
衝撃によつてイオン化され固体表面からイオンが
飛び出すことになり、これが電子衝撃脱離イオン
と呼ばれるものである。ところが、この電極配置
では、脱離イオンは陽極1、電子リフレクター3
の2つの電極で構成される最も高い電位から加速
されてイオン源aの出口から飛び出す。この時脱
離イオンは前記2つの電極ですでに7eVの運動エ
ネルギーも持つて飛び出しているので、その平均
エネルギーは気相に比べて非常に高くなつている
ので、これに比して気相イオンはx−y線上の陽
極1と電子リフレクター3の2つの電極の間で作
られるので、電子リフレクター3に向つて加速さ
れるイオンの平均の運動エネルギーは前述のもの
よりも小さい。 What is further noteworthy about this ion source a is that because the ions are concentrated on the x-y line, gas phase ions and electron-impact desorbed ions can be completely separated, which was nearly impossible in the past. In other words, the ions released by electron impact are captured by the anode 1 after the oscillating electrons vibrate many times, but at that time, if there are gas molecules chemically adsorbed to the electrode 1, they are ionized by the electron impact. Ions are ejected from the solid surface, and this is called an electron-impact desorption ion. However, with this electrode arrangement, the desorbed ions are separated from the anode 1 and the electron reflector 3.
The ions are accelerated from the highest potential formed by the two electrodes , and fly out of the exit of the ion source a. At this time, the desorbed ions have already ejected from the two electrodes with a kinetic energy of 7 eV, so their average energy is much higher than that of the gas phase. is created between the two electrodes of the anode 1 and the electron reflector 3 on the x-y line, so the average kinetic energy of the ions accelerated towards the electron reflector 3 is smaller than that mentioned above.
そのために、前記イオン源aと質量分析計Aの
分析部であるマスフイルター分析計5の間にフオ
ーカス電極6を介して変調電極7を配置させ、該
変調電極7の電位を正にして、電位の低に方から
高い方へ上昇させてやると、先ず運動エネルギー
の小さい気相イオンが該変調電極7で反射されて
通れなくなり、(イオンのフイルターの役目をも
つ)次に電子衝撃脱離イオンが通過できなくな
る。さらに、前記変調電極7を円筒状に形成する
と、この電極の効果により、イオンビームは細く
なり、マスフイルター分析計5に入射しやすくな
る。5′は分析ロツドである。このため、変調電
極7の中心電位を気相イオンの阻止電位よりわず
かに小さいところにセツトし、これを中心に小さ
な振幅で変調させてやると、気相イオンのみが変
調される。尚、脱離イオンは通過してしまうので
変調されない。又、電子衝撃脱離イオンの阻止電
圧よりわずかに小さい電位に中心をセツトすれ
ば、陽極1表面の気体分子の吸着状態も知ること
ができる。 For this purpose, a modulation electrode 7 is arranged via a focus electrode 6 between the ion source a and a mass filter analyzer 5 which is the analysis section of the mass spectrometer A, and the potential of the modulation electrode 7 is made positive. When the temperature is raised from a low level to a high level, gas phase ions with low kinetic energy are first reflected by the modulation electrode 7 and cannot pass through, and then electron-impact desorbed ions (which act as an ion filter) becomes unable to pass. Further, if the modulation electrode 7 is formed into a cylindrical shape, the ion beam becomes narrower due to the effect of this electrode, and becomes easier to enter the mass filter analyzer 5. 5' is an analysis rod. For this reason, if the center potential of the modulation electrode 7 is set to be slightly lower than the blocking potential of gas phase ions, and modulation is performed with a small amplitude around this point, only gas phase ions will be modulated. Note that since the desorbed ions pass through, they are not modulated. Furthermore, by setting the center at a potential slightly lower than the blocking voltage of ions desorbed by electron impact, the adsorption state of gas molecules on the surface of the anode 1 can also be determined.
マスフイルター分析計5に入つたイオンはイオ
ンの電荷比に応じたイオンの質量に分けられて反
対側に出て、イオン収集電極8に集められ、導線
を通してイオン電流として計られる。このイオン
電流は、微少交流電流増幅器9によつて電圧に変
換され、さらに、変調成分のみを交流増幅器10
によつて増幅される。増幅された信号は変調器1
1から分割して得た信号を直流成分カツトオフ用
コンデンサー12で直流分をカツトし、位相器1
3を通して前記増幅信号と同位相にしてアナログ
掛算器14に入れ、その出力を低域波器(ロー
パスフイルター)15を通して出力とする。前記
位相器13とアナログ掛算器14及び低域波器
15で位相弁別検波器を構成している。16は変
調電極7の中心電位を決める電池である。 The ions entering the mass filter analyzer 5 are separated into ion masses corresponding to the charge ratio of the ions, exit on the other side, are collected at the ion collection electrode 8, and are measured as an ion current through a conductive wire. This ionic current is converted into voltage by a minute alternating current amplifier 9, and further, only the modulation component is transferred to an alternating current amplifier 10.
is amplified by The amplified signal is sent to modulator 1
The DC component of the signal obtained by dividing the signal from 1 is cut off by a DC component cut-off capacitor 12,
3 to be in the same phase as the amplified signal and input to an analog multiplier 14, and its output is passed through a low-pass filter 15 and output. The phase shifter 13, the analog multiplier 14, and the low frequency filter 15 constitute a phase discrimination detector. 16 is a battery that determines the center potential of the modulation electrode 7;
第2図はX−Yレコーダーによる変調電極7の
出口での気相イオンと脱離イオンの分離効果を見
たもので、変調に用いたのは、変調振幅10Vpp、
変調周波数12Hz、電子電流2mAの正弦波で行つ
たもので、縦軸は変調電極を出たイオン電流の変
調成分だけを増幅して直流に整流した出力であ
る。 Figure 2 shows the separation effect of gas phase ions and desorbed ions at the exit of the modulation electrode 7 using an X-Y recorder.
It was performed using a sine wave with a modulation frequency of 12Hz and an electron current of 2mA, and the vertical axis is the output of only the modulation component of the ion current exiting the modulation electrode amplified and rectified into direct current.
尚、上記実施例において、イオンの分析計には
マスフイルター型を用いて説明したが、該分析計
はマスフイルター型に限つたものではなく、磁界
偏向型、安定軌道型、飛行時間型、高周波共鳴加
速型等すべてに適合させることができるものであ
る。又、変調電極7は上述のように円筒状にした
方が好ましいが、該円筒状に限つたものではな
く、メツシユ状のものでもよい。イオン源aも上
記実施例のように半球面状のものに限つたもので
はなく、BA型の円筒状の金網でもよい。 In the above embodiments, a mass filter type was used as the ion analyzer, but the analyzer is not limited to the mass filter type, and may be a magnetic field deflection type, a stable orbit type, a time-of-flight type, or a high frequency type. It can be adapted to all types such as resonance acceleration type. Further, although it is preferable that the modulation electrode 7 has a cylindrical shape as described above, it is not limited to the cylindrical shape, and may be mesh-shaped. The ion source a is not limited to a hemispherical one as in the above embodiment, but may also be a BA type cylindrical wire mesh.
以上述べたように本発明によれば、イオン源の
出口にイオン流を変調する変調電極を配置して、
イオン源からの電子衝撃脱離イオンと気相イオン
とを、変調域を変えることによつて完全に分離で
きるようにしてから分析計に送り込むようにし、
かつ、分析計を通過後のイオン電流は交流微小電
流増幅器で増幅後、変調信号と同期させて位相弁
別検波器にかけ、該検波出力を低域波器で平滑
にした後、該出力によりそのイオに起因する気体
の分圧を測定するようにしたので、増幅器のドリ
フトやオフセツトが生じることがないので、長期
運転が可能になるだけではなく、位相弁別検波を
行なうので、外来ノイズにうずもれた微小信号で
あつても、高精度、高信頼性をもつて検出できる
ため、加速器や核融合炉等のシビヤなノイズ中で
も運転中に測定することができ、100m以上の遠
隔測定も可能となる。 As described above, according to the present invention, a modulation electrode that modulates the ion flow is arranged at the exit of the ion source,
By changing the modulation range, the electron-impact desorbed ions from the ion source and the gas phase ions can be completely separated before being sent to the analyzer.
In addition, the ion current after passing through the analyzer is amplified by an AC microcurrent amplifier, then synchronized with the modulation signal and applied to a phase discrimination detector.The detected output is smoothed by a low frequency detector, and then the ion current is detected by the output. Since the partial pressure of gas caused by Even small signals can be detected with high accuracy and reliability, making it possible to measure during operation even in severe noise from accelerators and nuclear fusion reactors, and remote measurement over 100 meters is also possible. .
又、本発明によれば、位相弁別検波方式である
ため、低域波器の時定数を大きくすれば、微小
電流の増幅限界は10-13Torrまで可能となり、2
次電子増倍管を用いなくとも10-10Torr以下の分
圧測定が充分に可能となる。 Furthermore, according to the present invention, since the phase-discriminative detection method is used, by increasing the time constant of the low-pass filter, the amplification limit of minute currents can be up to 10 -13 Torr, which is 2.
Partial pressure measurement below 10 -10 Torr is fully possible without using a secondary electron multiplier.
又、本発明によれば、イオン源を小型で脱ガス
容易なものとすることができるだけではなく、該
分析計をいかなる場所に取り付けても、感度を一
定にすることができるイオン源のシールド電極で
信頼性を著しく高めることができる等の効果を有
するものである。 Further, according to the present invention, the shield electrode of the ion source not only allows the ion source to be made small and easy to degas, but also allows the sensitivity to be constant no matter where the analyzer is installed. This has the effect of significantly increasing reliability.
さらに本発明によれば、今まで不可能に近かつ
た気相イオン(分圧)と電子衝撃脱離イオンを分
離し、どちらのイオンも質量分析できる等非常に
画期的なものである。 Further, according to the present invention, gas phase ions (partial pressure) and electron impact desorption ions can be separated, which has been nearly impossible until now, and both ions can be subjected to mass spectrometry, which is extremely innovative.
第1図は質量分析計とイオン源との関係を示す
ブロツク図、第2図は変調電極の出口での気相イ
オンと脱離イオンの分離効果を表わしたグラフ図
である。
Aは質量分析計、aはイオン源、1は陽極、2
は熱陰極、3は電子リフレクター、4はシールド
電極、5は分析計、7は変調電極。
FIG. 1 is a block diagram showing the relationship between the mass spectrometer and the ion source, and FIG. 2 is a graph showing the separation effect between gas phase ions and desorbed ions at the exit of the modulation electrode. A is a mass spectrometer, a is an ion source, 1 is an anode, 2
is a hot cathode, 3 is an electron reflector, 4 is a shield electrode, 5 is an analyzer, and 7 is a modulation electrode.
Claims (1)
度を知るために、分子を電子衝撃によつて電離
し、その電離によつて得られたイオンを、分析部
に適当に配置した電界や磁界の作用でそのイオン
の電荷対質量比に応じて分離し、そのイオン電流
の大きさから、分子の種類及びその分子密度を求
める質量分析計において、前記分析部に入る前段
階で、イオン源からのイオン電流を変調し、前記
分析部通過後の分離されたイオン電流の変調成分
のみを交流増幅し、かつ増幅後の信号と変調信号
とを同期させて位相検波できるように、前記分析
部と電子衝撃型イオン源の間に変調電極を配置す
ると共に、前記イオン源の、略半球面状に形成さ
れた陽極の外周に沿つて熱陰極を配設し、かつ、
前記陽極の開放端に対向し、該開放端方向に行く
に従つて漸次拡開するラツパ状イオン引き出し電
極を設けたことを特徴とする交流検出方式質量分
析計。 2 イオン源のイオン生成の安定化と信頼性向上
のために、前記イオン源全体を金網からなる格子
状のシールド電極で静電シールドしたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載の交流検出方
式質量分析計。[Claims] 1. In order to find out the molecular density of a specific type of gas molecule in a vacuum device, the molecules are ionized by electron bombardment, and the ions obtained by the ionization are sent to an appropriate analysis section. In a mass spectrometer, ions are separated according to their charge-to-mass ratio by the action of an electric or magnetic field placed in the field, and the type of molecule and its molecular density are determined from the magnitude of the ion current. In the step, the ion current from the ion source is modulated, only the modulation component of the separated ion current after passing through the analysis section is AC amplified, and the amplified signal and the modulation signal are synchronized so that phase detection can be performed. a modulation electrode is disposed between the analysis section and the electron impact ion source, and a hot cathode is disposed along the outer periphery of an anode formed in a substantially hemispherical shape of the ion source, and
An alternating current detection type mass spectrometer, characterized in that a trumpet-shaped ion extraction electrode is provided facing the open end of the anode and gradually expanding toward the open end. 2. The ion source according to claim 1, characterized in that the entire ion source is electrostatically shielded with a grid-shaped shield electrode made of wire mesh in order to stabilize ion generation and improve reliability of the ion source. AC detection mass spectrometer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58104284A JPS59230245A (en) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | A.c. detection-system mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58104284A JPS59230245A (en) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | A.c. detection-system mass spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59230245A JPS59230245A (en) | 1984-12-24 |
| JPH0354828B2 true JPH0354828B2 (en) | 1991-08-21 |
Family
ID=14376624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58104284A Granted JPS59230245A (en) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | A.c. detection-system mass spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59230245A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105021494B (en) * | 2015-07-20 | 2017-12-19 | 中国科学院光电研究院 | A kind of material partial pressure deflation rate test system and method |
-
1983
- 1983-06-13 JP JP58104284A patent/JPS59230245A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59230245A (en) | 1984-12-24 |
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