特許 6449541 プラズマ質量分析装置用イオン光学システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6449541

(24)【登録日】2018年12月14日

(45)【発行日】2019年1月9日

(54)【発明の名称】プラズマ質量分析装置用イオン光学システム

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/06 20060101AFI20181220BHJP

   H01J 49/22 20060101ALI20181220BHJP

   H01J 49/42 20060101ALI20181220BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20181220BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/06

   H01J49/22

   H01J49/42

   G01N27/62 E

   G01N27/62 G

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-273544(P2013-273544)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-128032(P2015-128032A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2016年12月5日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】399117121

【氏名又は名称】アジレント・テクノロジーズ・インク

【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(72)【発明者】

【氏名】平野 一司

(72)【発明者】

【氏名】北本 淳

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６６６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０５３５６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−２６９９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２８８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０７８５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１６１７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８４９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２１５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第０２２８５１７０（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４９／０６

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

Ｈ０１Ｊ ４９／２２

Ｈ０１Ｊ ４９／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導入される試料をイオン化するためのプラズマを生成するプラズマ発生手段と、前記プラズマを真空中に引き込むためのインターフェース手段と、前記プラズマからイオンをイオンビームとして引き出し誘導するためのイオンレンズ手段と、イオンビーム中から所定のイオンを質量電荷比に基づいて第１の軸に沿って通過させる質量分析手段と、イオンを検出するためのイオン検出手段とを含む、質量分析装置であって、
前記質量分析手段より前に配置されイオン偏向を行う少なくとも一つの第１のイオン偏向手段と、
前記質量分析手段と前記イオン検出手段との間に配置され、前記第１の軸に沿って前記質量分析手段を通過した前記所定のイオンを、前記イオン検出手段へと第２の軸に沿うように偏向して誘導するための電場を生成するように構成された少なくとも一つの第２のイオン偏向手段とを含み、
前記少なくとも一つの第２のイオン偏向手段が、それへの電圧の印加に応じて前記イオンビームを前記第２の軸の方へ偏向するように配置された第１の電極、及び前記イオンビームを挟んで前記第１の電極に対向するように配置された少なくとも一つの追加の電極を含む、質量分析装置。

【請求項2】

前記少なくとも一つの追加の電極が、
第２の電極、又は
第３の電極および第４の電極、又は
前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極からなり、
前記第２の電極は、前記イオンビームを挟んで前記第１の軸に対して及び前記第２の軸に対して斜めに向かう方向に沿って前記第１の電極に対向するように配置され、
前記第３の電極は、前記第１の軸を挟んで前記第１の電極に対向するように配置され、前記第４の電極は、前記第２の軸を挟んで前記第１の電極に対向するように配置されている、請求項１に記載の質量分析装置。

【請求項3】

前記第１の電極および前記少なくとも一つの追加の電極が、ロッド状電極である、請求項１又は２に記載の質量分析装置。

【請求項4】

前記少なくとも一つの第２のイオン偏向手段は、前記第１の軸を囲む第１のアパーチャを備えた第１の遮蔽板と、
前記第２の軸を囲む第２のアパーチャを備えた第２の遮蔽板とを含む、請求項１〜３の何れかに記載の質量分析装置。

【請求項5】

前記イオンレンズ手段と前記質量分析手段との間にコリジョン／リアクションセル手段を含む、請求項１〜４の何れかに記載の質量分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマをイオン源として用いる質量分析装置に関し、特にイオン偏向装置を備える質量分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無機元素を高精度で分析するための分析装置として、プラズマ質量分析装置が知られている。この装置は、プラズマトーチ上に形成したプラズマ内に霧化された被分析試料を導入して、それに含有される元素をイオン化し、その後プラズマ中に存在するイオンをイオンビームの形で抽出して、イオンビームを構成するイオンの質量スペクトル分析を行うものである。試料が導入されるプラズマとしては、プラズマトーチに隣接したコイルから提供される高周波の電磁場をエネルギー源として生成される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、又はプラズマトーチ先端に導入されるマイクロ波によって生成されるマイクロ波プラズマが利用され、前者は誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）と呼ばれ、後者はマイクロ波プラズマ質量分析装置（ＭＩＰ−ＭＳ）と一般に呼ばれる。

【0003】

図７は、従来技術の例示的な誘導結合プラズマ質量分析装置（以下、単に装置ともいう）１１の基本的な概念を表す略示図である。装置１１は、プラズマ２２を生成するプラズマトーチ２０、プラズマ２２に面する位置に置かれるインタフェース部３０、当該インタフェース部３０の後に置かれるイオンレンズ部５０、当該イオンレンズ部５０の後に置かれるイオンガイド部７０、及びイオンガイド部７０の後に置かれる質量分析部８０を有する。装置１１は一般に、正イオンを測定するが、負イオンを測定することもできる。本明細書では、装置１１が正イオンを測定することを想定して説明を行う。当業者には明らかなように、装置１１が負イオンを測定する場合には、電極等に印加される電圧の極性は反転される。

【0004】

プラズマトーチ２０は、先端近傍に高周波電磁場を発生するためのコイル２１を備え、大気圧下に置かれている。コイル２１は、図示しないＲＦ電源に接続される。プラズマトーチ２０内では、コイル２１によって生じる高周波電磁場により、大気圧下において高周波誘導結合プラズマ２２が発生する。プラズマトーチ２０内において、霧化された図示しない試料が、プラズマトーチ２０の前方よりプラズマ２２中に導入される。導入された図示しない試料は、プラズマ２２の作用により、蒸発、分解し、大多数の元素の場合、最終的にイオンへと変換される。イオン化された図示しない試料は、プラズマ２２に含まれる。また、プラズマトーチ２０の内部では後端から先端に向けてガス流が生じているので、プラズマ２２はサンプリングコーン３１に向かって伸びる。

【0005】

インタフェース部３０には、サンプリングコーン３１及びスキマーコーン３３の２つのコーン部材が設けられる。プラズマ２２に直接面するサンプリングコーン３１のアパーチャ３７を通過した一部のプラズマ３２は、さらにその後に位置するスキマーコーン３３に達する。その後、プラズマ３２の一部は、スキマーコーン３３に形成されるアパーチャ３８を通過し、その背後に至る。なお、スキマーコーン３３を通過し得ない気体分子（中和されたイオンを含む）は、回転ポンプＲＰによって、排気口３９を介してインタフェース部３０から排気される。

【0006】

イオンレンズ部５０には、引出電極部を構成する第１電極５３及び第２電極５４が設けられる。引出電極部を構成する第1電極５３または第２電極５４は、負電位とされるので、プラズマ２２から、正イオンのみがイオンビームの形で取り出される。イオンビームは、第２電極５４からイオンガイド部７０のコリジョン／リアクションセル７１内へ導かれるが、第２電極５４の後段に偏向イオンレンズを配置して、偏向イオンレンズを介してコリジョン／リアクションセル７１内に導かれてもよい。

【0007】

コリジョン／リアクションセル７１内に導かれたイオンビームは、多重極電極７３により生成される電場によって決められる軌道に沿って後段に誘導される。多重極電極７３は、例えば、八重極（オクタポール）構造とされる。また、コリジョン／リアクションセル７１内には、導入口７２から衝突／反応ガスが導入される場合もある。導入されるガスの分子がイオンビームに含まれる種々のイオンと衝突または電荷移動を伴う反応を生じることにより、キャリアガスおよび試料に含まれる元素からなり、質量スペクトルに干渉を生じるような多原子イオン、即ち干渉イオンが、イオンビームから除去される。

【0008】

なお、装置１１の動作時には、イオンガイド部７０は、イオンレンズ部５０と共に、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ１）を用いて排気される。従って、プラズマ２２に含まれていたが、イオンレンズ部５０又はイオンガイド部７０内で中和された分子、或いはコリジョン／リアクションセル内に導入された衝突・反応ガスの分子は、排気口７９から排気される。

【0009】

コリジョンセル７１から取り出されたイオンビーム７５は、質量分析部８０内に導入される。質量分析部８０内には一般に、四重極とされる多重極構造８１が設けられており、四重極の多重極構造は一般に、四重極質量分析器または四重極マスフィルタとも呼ばれている（以降、多重極構造８１を、質量分析器８１と呼ぶ）。質量分析器８１によって生じる電場によって、イオンビーム中のイオンは、図７のＸ軸に沿って質量分析器８１を通過すると共に質量電荷比に基づいて分離される。続いて、分離されたイオン８５（波線で示される）は、後段のイオン検出器８２に導かれる。質量分析部８０も、イオンガイド部７０と同様に、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ２）を用いて排気されており、質量分析器８１によって分離された不要なイオン及び他の分子等が、排気口８４から排気される。

【0010】

イオン検出器８２は、質量分析器８１において分離されたイオンを受け取って検出し、電気信号に変換する。例えば、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）は、ダイナミックレンジの大きな装置であり、検出される信号は極微量（例えば、０．１cps）から主成分（例えば、１０^１０cps）にまで及ぶ。一般に、検出される信号が低い場合にはイオンカウンティングによる計測が使用され、検出される信号が高い場合にはアナログ計測が使用される。例えば、イオンカウンティングの場合には、イオンが、二次電子増倍管に導入されることにより１０^５から１０^６倍に増幅された電子に変換される。そのような電子を電圧パルスに変換して一定時間計数することにより、イオンカウントが求められる。

【0011】

このような質量分析装置においては、第１電極５３または第２電極５４においてプラズマからイオンを引き出す際などに、エネルギーの高い中性粒子が生成される。このような中性粒子は一般にバックグラウンドノイズの原因として知られており、このような中性粒子をイオンと分離することが必要とされている。例えば、そのような分離を行うための機構が、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に開示されている。

【0012】

例えば、特許文献１では、イオンレンズが９０°偏向器を備えることにより、インターフェースを通過したイオンビームに含まれる中性粒子がマスフィルタに到達しないようにしている。また、特許文献２でも、スキマーコーンの開口を介して送られて来るイオンと中性粒子からなるビームを、イオン鏡によって９０°反射して質量分析器に送ることにより、中性粒子が質量分析器に到達しないようにしている。

【0013】

特許文献３は、上記の特許文献２と類似したイオン鏡４２を開示する。そして、質量分析部のイオン入射部の透過率を上げるために、このイオン鏡４２と線形四重極質量分離部５４との間に四重極フリンジ電極５６を設けることも開示する。この四重極フリンジ電極５６の４本のロッド電極は、互いに平行を保ったまま湾曲されており、中性粒子が線形四重極質量分離部５４に到達しないようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開平７−７８５９０号

【特許文献2】特表２００２−５２５８２１号

【特許文献3】特表２００４−５１５８８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

しかしながら、イオンが質量分析器（例えば、四重極質量分析器）へ導入され、これらのイオンが四重極のＲＦ電圧で加速されて、残留ガスの分子と衝突する場合には、当該イオンが衝突前のエネルギーを有する中性粒子へ変化する場合がある。このような中性粒子がイオン検出器の近くの壁、又はイオン検出器内部の壁に衝突することにより、二次イオンが生成され、イオン検出器によりバックグラウンドノイズとして検出される可能性がある。特に、プラズマ質量分析装置においては、ＧＣ−ＭＳやＬＣ−ＭＳなどと比較して、キャリアガスに由来するイオン量が多いため、この中性粒子の発生を原因とするバックグラウンドノイズが問題となりやすいと考えられる。

【0016】

また、特許文献１から特許文献３に開示されたように偏向器またはイオン鏡を質量分析器の前段に配置した場合には、測定されるべきイオンが多少失われることになり、測定感度が低下する可能性もある。それはイオンの質量数によりエネルギーの差があるため偏向角度に違いが生じることや、偏向器へのイオンの入射位置や入射角度の違いによりイオンの出射位置に違いが生じることなどのためである。また、特許文献３に開示されたような湾曲した四重極フリンジ電極は、単純な直線状のフリンジ電極に比べてイオン透過率が低下する可能性があり、４本のロッド状電極を互いに平行に保ちながら湾曲させることは、構造が複雑になると共に、加工のコストと労力も増加する。

【0017】

従って、本発明の課題は、プラズマ質量分析装置において、測定されるべきイオンの測定感度をなるべく低下させずに、イオンビームから中性粒子を取り除くことにより、プラズマ質量分析装置のバックグラウンドノイズを低減すること、及びイオンビームから中性粒子を取り除くための手段として構造が簡単で安価なイオン偏向装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明では、上記の課題を解決するために、プラズマイオン源と質量分析器との間に、中性粒子を取り除くための第１のイオン偏向装置を設けると共に、質量分析器とイオン検出器との間に第２のイオン偏向装置を設け、質量分析器を通過したイオンを電場により偏向させてイオン検出器に入射させるようにしている。これにより、質量分析器に導入される前に発生した中性粒子等が質量分析器に導入されることを防止すると共に、主に質量分析器で生成されて質量分析器を通過したイオンに含まれる中性粒子等を取り除き、結果としてバックグラウンドノイズを低減することができる。

【0019】

本発明の一態様によれば、導入される試料をイオン化するためのプラズマを生成するプラズマ発生手段と、プラズマを真空中に引き込むためのインターフェース手段と、プラズマからイオンをイオンビームとして引き出し誘導するためのイオンレンズ手段と、イオンビームから妨害イオンを除去するためのコリジョン／リアクションセル手段と、コリジョン／リアクションセル手段からのイオンビーム中から所定のイオンを質量電荷比に基づいて第１の軸に沿って通過させる質量分析手段と、イオンを検出するための検出手段とを含む、質量分析装置が開示され、その質量分析装置は、イオンレンズ手段から質量分析手段までの間に配置されてイオンの偏向を行い、イオンビームから中性粒子等を除去する少なくとも一つの第１のイオン偏向手段と、質量分析手段と検出手段との間に配置されイオン偏向を行う、少なくとも一つの第２のイオン偏向手段を含み、第２のイオン偏向手段は、第１の軸に沿って質量分析手段を通過した所定のイオンを、検出手段へと第２の軸に沿うように偏向して誘導するための電場を生成する電極を備える。

【0020】

また、第２のイオン偏向手段は例えば、質量分析手段からのイオンが通過する第１のアパーチャを備えた第１の遮蔽板と、検出手段に通じる第２のアパーチャを備えた第２の遮蔽板とを含むことができる。電極は、第１の軸に交わらないように配置することができ、これは、中性粒子が第１の軸に沿って第１のアパーチャを通過して直進したと仮定した場合に、その中性粒子が電極に衝突しないように配置し得ることを意味する。また、電極は、第１のアパーチャを通過するイオンを第２のアパーチャに集束させながら偏向するように複数配置することができる。更に、その場合の複数の電極は、２本、３本、４本など、様々な構成が考えられるが、３本の電極の場合には、第１及び第２の電極は、第１の軸を挟んで対向するように配置され、第３の電極は、第２の軸を挟んで第１の電極に対向するように配置され得る。電極は、ロッド状電極とすることができる。また、第１の軸と第２の軸は直交しても良く、直角以外の角度でもよい。第１の遮蔽板は第２の遮蔽板に結合され得る。

【0021】

イオンを偏向して誘導するための電場を発生するために、例えば、正イオンの場合、第１の電極には、第２及び第３の電極に比して負の電圧が印加され得る。また、第２及び第３の電極には同じ電圧を印加してもよい。しかしながら、これらの電圧は、分析されるイオンのエネルギーに依存する。また、コリジョン／リアクションセルには、衝突／反応ガスが導入され得る。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、少なくとも１つの第１のイオン偏向手段がイオンレンズ手段と質量分析手段との間に配置されると共に、質量分析手段とイオン検出器との間に少なくとも１つの第２のイオン偏向手段が配置されることにより、イオンの質量分離を行う前に生成された中性粒子等が質量分析手段に導入されることを防止すると共に、主に質量分析手段で生成され質量分析手段を通過した中性粒子等を取り除くことができ、検出器により検出される二次イオンを生成するだけのエネルギーを有する中性粒子が取り除かれ、バックグラウンドノイズを低減することができる。また、第２のイオン偏向装置は、主たる構成要素として単一のもしくは複数のロッド状電極により構成することができるので、構造が簡単で安価なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明による、誘導結合プラズマ質量分析装置の実施例表す略示図である。

【図2】本発明による、第２のイオン偏向装置の斜視図である。

【図3】本発明による、第２のイオン偏向装置の上面図である。

【図4】本発明による、第２のイオン偏向装置のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】本発明による、代替の第２のイオン偏向装置の上面図である。

【図6】本発明による、別の代替の第２のイオン偏向装置の上面図である。

【図7】従来技術の誘導結合プラズマ質量分析装置の基本的な概念を表す略示図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の例示となる誘導結合プラズマ質量分析装置（以下、単に装置ともいう）１０の基本的な概念を表す略示図である。ここで、前述した図７と同じ構成要素には同じ参照符号を付けることにより、図７と同じ構成要素の説明を省略する。本発明の装置１０と、基本概念図で説明した従来技術の装置１１との違いは、本発明の装置１０が第１のイオン偏向手段および第２のイオン偏向手段を備える点である。本発明の装置１０は、第１のイオン偏向手段の一例として、イオンレンズ部５０に位置するイオン偏向装置５６、及びコリジョンセル７１と四重極質量分析部８０との間に位置するイオン偏向装置７６を備えている。また、本発明の装置１０は、質量分析器８１とイオン検出器８２との間に第２のイオン偏向手段の一例であるイオン偏向装置１００も備えている。これらのイオン偏向装置５６、７６、１００について、以下でより詳細に説明する。

【0025】

イオン偏向装置５６は、イオンレンズ部５０の後段部に位置し、引出電極部により引き出されたイオンビーム５５を、進行軸を平行移動させるように偏向させることにより、プラズマから飛来するもしくは引出電極部で生成された中性粒子等を除去しつつ、コリジョンセル７１に導入する。例えば、イオン偏向装置は、図１に示されたような円筒状電極５８とイオンを通過させるアパーチャを備えた遮蔽板５７からなる。第２電極５４は−１５０Ｖ前後の負電圧、円筒状電極５８は＋１０Ｖ前後の電圧、遮蔽板５７は−１００Ｖ前後の負電圧に印加される。円筒状電極５８の中心軸はイオンビームの進入軸とずらして配置されるため、円筒状電極５８の内面の電位によりイオンビームは偏向され、円筒状電極５８の反対側の面に近づく。ここでイオンビームは再度偏向され、遮蔽板５７のアパーチャを通過していく。

【0026】

イオン偏向装置７６は、コリジョンセル７１と質量分析器８１との間に位置し、コリジョンセル７１を通過したイオンビーム７５を、進行軸を平行移動させるように偏向させることにより、イオンレンズ部５０もしくはコリジョンセル７１で生成された中性粒子等を除去しつつ、質量分析器８１に導入する。例えば、イオン偏向装置７６は、図１に示されたように円筒の一部を切り欠いた円筒状電極７７とその前後に配置されたイオンを通過させるアパーチャを備えた遮蔽板７８、７９からなる。遮蔽板７８、７９はどちらも−５０Ｖ前後の負電圧、円筒状電極７７には＋１０Ｖ前後の電圧が印加される。円筒状電極７７はイオン入射側の一部が切り欠かれているため、イオンビームは円筒状電極７７の内面の電位により偏向され、反対側の面に近づく。ここでイオンビームは再度偏向され、遮蔽板７９のアパーチャを通過していく。

【0027】

イオン偏向装置１００は、質量分析器８１とイオン検出器８２との間に配置される。イオン偏向装置１００は、Ｘ軸に沿って質量分析器８１（例えば、四重極質量分析器）を通過するイオンを受け取って、イオン検出器８２へとＹ軸に沿って偏向させるように構成されている。即ち、イオンはＸ軸に沿って質量分析器８１を通過し、イオン偏向装置１００により９０°偏向されて、イオン検出器へとＹ軸に沿って進む。ここで、Ｘ軸およびＹ軸はデカルト座標系を意味している。このようなイオン偏向装置１００の詳細が図２に示される。

【0028】

図２は、イオン偏向装置１００の斜視図を示し、図３はイオン偏向装置１００の上面図を示す。図２及び図３において、イオン偏向装置１００は、第１の遮蔽板１４０、第２の遮蔽板１５０、第１のロッド状電極１１０、第２のロッド状電極１２０、及び第３のロッド状電極１３０を含む。第１の遮蔽板１４０は、質量分析器８１に隣接して配置され、Ｘ軸に直交する。また、第１の遮蔽板１４０は、Ｘ軸に沿って質量分析器８１を通過したイオンが通過できるアパーチャ１４１を含む。このアパーチャ１４１の直径は例えば、約５ｍｍである。第１のロッド状電極１１０、及び第２のロッド状電極１２０は、第１の遮蔽板１４０を介して質量分析器８１とは反対側に配置され、第１の遮蔽板１４０に対して離隔して配置される。そして、第１のロッド状電極１１０、及び第２のロッド状電極１２０は、アパーチャ１４１を通過するＸ軸を挟んで対向するように配置される。従って、Ｘ軸に沿ってアパーチャ１４１を通過したイオンが、第１のロッド状電極１１０と第２のロッド状電極１２０との間を通過する。第１の遮蔽板１４０と第１のロッド状電極１１０又は第２のロッド状電極１２０との間の間隔は例えば、約１０ｍｍであり、第１のロッド状電極１１０と第２のロッド状電極１２０との間の間隔は例えば、約２０ｍｍである。

【0029】

第２の遮蔽板１５０は、第１の遮蔽板１４０に直交し、検出器８２に隣接して配置される。第２の遮蔽板１５０は、イオン検出器８２へと通じるアパーチャ１５１を含む。このアパーチャ１５１の直径は例えば、約１０ｍｍである。第２の遮蔽板１５０と第１の遮蔽板１４０は結合されてもされなくてもよい。第１のロッド状電極１１０、及び第３のロッド状電極１３０は、第２の遮蔽板１５０を介して検出器８２とは反対側に配置され、第２の遮蔽板１５０に対して離隔して配置される。第１のロッド状電極１１０と第３のロッド状電極１３０は、アパーチャ１５１を通るＹ軸に平行な軸を挟んで対向するように配置される。第２の遮蔽板１５０と第１のロッド状電極１１０又は第３のロッド状電極１３０との間の間隔は例えば、約１０ｍｍであり、第１のロッド状電極１１０と第３のロッド状電極１３０との間の間隔は例えば、約２０ｍｍである。

【0030】

第１のロッド状電極１１０には例えば、約−３００Ｖの電圧が印加され、第２のロッド状電極１２０、及び第３のロッド状電極１３０にはそれぞれ、例えば約０Ｖの電圧が印加される。第２のロッド状電極１２０及び第３のロッド状電極１３０に印加される電圧は同じとすることもできる。また、第１の遮蔽板１４０及び第２の遮蔽板１５０には例えば、約０Ｖの電圧が印加される。このように各電極および各遮蔽板に電圧を印加することにより、イオン偏向装置１００の内部に電場が生成される。この電場は、アパーチャ１４１を通過したイオンがアパーチャ１５１へ入射するようにイオンを９０°偏向させると共に、アパーチャ１５１に集束させるような働きをする。従って、Ｘ軸に沿って質量分析器８１を通過したイオンは、イオン偏向装置１００により９０°偏向されてＹ軸に沿ってイオン検出器８２へ入射する。このようなイオンの流れが、図２及び図３において概略的に線により示される。

【0031】

第１、第２、及び第３のロッド状電極１１０から１３０の断面形状は、円形が好ましいが、楕円、半円形、三角形、又は矩形のような他の形状も可能である。断面が円形のロッド状電極の場合、その直径は約１ｍｍから３０ｍｍである。第１、第２、及び第３のロッド状電極１１０から１３０の材質は例えば、ステンレス鋼とすることができる。また、第１及び第２の遮蔽板１４０、１５０の材質は例えば、ステンレス鋼とすることができる。

【0032】

図４は、本発明のイオン偏向装置１００の例示的なシミュレーション結果を示している。このシミュレーションの条件は、第１のロッド状電極１１０には−４００Ｖ、第２及び第３のロッド状電極１２０、１３０には＋２０Ｖ、第１及び第２の遮蔽板１４０、１５０には−３０Ｖが印加され、イオンのエネルギーを＋５ｅＶとしている。この図４からも明らかなように、アパーチャ１４１を通過したイオンがアパーチャ１５１へ入射するように９０°偏向されると共に、アパーチャ１５１に集束されている。

【0033】

質量分析器８１からは質量分離されたイオンビームとともにバックグラウンドノイズの原因となる中性粒子も放出される。しかしながら、本発明のイオン偏向装置１００に入射した中性粒子は、静電的な力を受けないため、９０°偏向されずにそのまま直進する。即ち、中性粒子または少なくとも検出器により検出される二次イオンを生成するだけのエネルギーを有する中性粒子は、検出器８２の方へ向かうことができず、結果としてバックグラウンドノイズが低減される。また、Ｘ軸に沿ってアパーチャ１４１を通過した中性粒子は前述のように直進するが、このような中性粒子が例えばロッド状電極等に衝突した場合には、二次イオンが生成されてバックグラウンドノイズの原因となる。従って、ロッド状電極は、このような直進する中性粒子が衝突しないような位置に配置される必要がある。

【0034】

以下の表１は、アジレント・テクノロジー社のＩＣＰ質量分析装置７７００ｘを実験装置として使用して、本発明による質量分離後イオン偏向装置１００を使用しない場合（図１の装置において、イオン偏向装置１００の位置にイオン検出器８２を置いた構成）と、質量分離後イオン偏向装置１００を組み込んで使用した場合（図１の装置）とのバックグラウンドノイズの実測データを示している。ここで、プラズマは、低マトリックス（Low Matrix）条件を使用し、コリジョンセルには衝突／反応ガスを導入していない状態で測定を行った。

【0035】

【表1】

【0036】

表１からも明らかなように、本発明による質量分離後イオン偏向装置１００を使用することにより、質量数７ｕ、８９ｕ、２０５ｕのそれぞれのバックグラウンドノイズは、イオン偏向装置１００を使用しない場合に比べて低減されている。質量数７ｕ、８９ｕ、２０５ｕのそれぞれについて、バックグラウンドノイズがそれぞれ４０％、１３％、３５％に低減され、大幅に改善された。

【0037】

上記では、本発明のイオン偏向装置１００は、入射してくるイオンを９０°偏向させて出射する（即ち、第１の遮蔽板１４０と第２の遮蔽板１５０とが直交する）ように説明されている。しかしながら、イオンを偏向させる角度、即ち第１の遮蔽板１４０と第２の遮蔽板１５０とのなす角は必ずしも９０°でなくてもよく、第１の遮蔽板１４０と第２の遮蔽板１５０とのなす角は例えば、約３０度から約１８０度の範囲にすることができる。また、イオン偏向装置１００は、イオンを偏向させるために３本のロッド状電極を備えるように説明されているが、その本数は、必ずしも３本でなくてもよく、１本、２本または４本以上でもよい。例えば、図５は２本のロッド状電極１１０、１１１を備えるイオン偏向装置を示し、図６は４本のロッド状電極１１０、１１１、１２０、１３０を備えるイオン偏向装置を示す。図５及び図６において、イオンの流れが概略的に線により示されている。例えば、ロッド状電極１１１の位置は、第１の遮蔽板１４０に平行に第３のロッド状電極１３０から延長された線と第２の遮蔽板１５０に平行に第２のロッド状電極１２０から延長された線との交点とすることができる。例えば、図５のイオン偏向装置においては、第１のロッド状電極１１０には−３００Ｖが印加され、ロッド状電極１１１には０Ｖが印加され得る。図６のイオン偏向装置においては、第１のロッド状電極１１０には−３００Ｖが印加され、第２及び第３のロッド状電極１２０、１３０、及びロッド状電極１１１には０Ｖが印加され得る。但し、２本または４本以上のロッド状電極を使用する場合には、前述したように、Ｘ軸に沿ってアパーチャ１４１を通過して直進する中性粒子が、ロッド状電極に衝突しないような位置にロッド状電極を配置することが重要である。尚、イオン偏向装置１００が１本のロッド状電極（例えば、１１０）のみを備える場合については、質量分析装置１０がコリジョンガスモード（衝突ガスをコリジョン／リアクションセル内に導入するモード）で動作する際にイオンのエネルギーが変化するため、イオン偏向装置１００の機能が十分でないことが判明している。

【符号の説明】

【0038】

10 質量分析装置
20 プラズマトーチ
22 プラズマ
30 インタフェース部
50 イオンレンズ部
56、76 イオン偏向装置
71 コリジョン／リアクションセル
81 質量分析器
82 イオン検出器
100 イオン偏向装置
110、111、120、130 電極
140、150 遮蔽板
141、151 アパーチャ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】