(57)【要約】一つの共通の電子ビームを用いてガスの全圧及び分圧の両方を測定する装置は、グリッドまたは開口によって分離された、分圧イオン化領域と全圧イオン化領域とを含む。フィラメントは、リペラと開口またはアノードによって電子ビームに収束される、複数の電子を発生する。前記電子ビームと、前記分圧及び全圧領域内のガス分子との間の相互作用によって、第一及び第二のイオン流が発生する。収束板は、前記第一のイオン流が前記ガスの分圧を算出する分析器に向けられるよう、バイアスをかけられる。イオンコレクタは、前記第二のイオン流からのイオンを収集し、その結果生じる基準電流は前記ガスの全圧を測定するために使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの全圧を測定する装置において、
第一及び第二のイオン化領域を有し、該領域間の境界が開口とアノードグリッドの一方によって定義されるイオン化室と、
前記第一及び第二のイオン化領域を通過する電子ビームを発生し、該電子ビームと前記イオン化室内のガス分子との間の相互作用によって、同一のガス密度から第一及び第二のイオン流を発生させる手段と、
前記第一のイオン流を分析器に向ける手段と、
前記第二のイオン流をイオンコレクタに向ける手段とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記イオンコレクタにおいて前記第二のイオン流を収集する手段と、
前記イオンコレクタにおいて前記第二のイオン流により発生する基準電流を測定する手段と、
前記基準電流を用い、前記イオン化室内のガスの全圧を算出する手段とをさらに備えたことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記分析器は、前記イオン化室内のガスの少なくとも一つの分圧を算出する手段を備えたことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記ガス分子と相互作用しない、実質的に全ての電子を収集する電子ビームストップをさらに備えたことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
前記電子ビーム発生手段は、
複数の電子を放出する放出手段と、
前記複数の電子を前記電子ビームに収束させる収束手段とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記電子ビーム発生手段は、
複数の電子を放出する放出手段と、
前記複数の電子を前記電子ビームに収束させる収束手段とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
前記収束手段は、三つの側面と前記電子ビームが通過する一つの開口とを有するリペラを備えたことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
前記アノードグリッドは、矩形の断面を有することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記アノードグリッドは、前記電子ビームに対して直角に向けられた平面部分を有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、
前記電子ビームは、前記第二のイオン化領域を通過する前に前記第一のイオン化領域を通過することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、
前記電子ビームは、前記第一のイオン化領域を通過する前に前記第二のイオン化領域を通過することを特徴とする装置。
【請求項１２】
ガスの全圧を測定する装置において、
第一及び第二のイオン化領域を有し、該領域間の境界が開口とアノードグリッドの一方によって定義されるイオン化室と、
複数の電子を発生するフィラメントと、
前記複数の電子を前記第一及び第二のイオン化領域を通過する電子ビームに収束させるため、動作可能なようにアノードと結合されて、該電子ビームと前記イオン化室内の前記ガス分子との間の相互作用によって、同一のガス密度から第一及び第二のイオン流を発生させるリペラと、
前記第一のイオン流が、前記イオン化室内のガスの少なくとも一つの分圧を算出する手段を有する分析器に向けられるよう、バイアスをかけられた収束板と、
前記第二のイオン流がイオンコレクタに向けられるようバイアスをかけられたイオンコレクタと、
前記イオンコレクタにおいて第二のイオン流により発生する基準電流を測定する手段と、
前記基準電流を用い、前記イオン化室内のガスの全圧を算出する手段とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記アノードグリッドは、矩形の断面を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、
前記アノードグリッドは、前記電子ビームに対して直角に向けられた平面部分を有することを特徴とする装置。
【請求項１５】
ガスの全圧を測定する方法において、
第一及び第二のイオン化領域を有し、該領域間の境界が開口とアノードグリッドの一方によって定義されるイオン化室を設けるステップと、
前記第一及び第二のイオン化領域を通過する電子ビームを発生し、該電子ビームと前記イオン化室内のガス分子との間の相互作用によって、同一のガス密度から第一及び第二のイオン流を発生させるステップと、
前記第一のイオン流を分析器に向けるステップと、
前記第二のイオン流をイオンコレクタに向けるステップとを備えたことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記イオンコレクタにおいて前記第二のイオン流を収集するステップと、
前記イオンコレクタにおいて前記第二のイオン流により発生する基準電流を測定するステップと、
前記基準電流を用い、前記イオン化室内のガスの全圧を算出するステップとをさらに備えたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、質量分析計用のガス試料をイオン化する分野に関し、特に二つのイオン化領域を通過する一つの電子ビームを用いて、分離したイオンの流れを供給し、前記ガス試料の全圧及び分圧の両方を独立して測定することに関する。
【０００２】
（本発明の背景）
質量分析計などの多くの化学機器において、イオンが加速するよう、もしくは試料の確認、測定、及びその他の目的のための機器に入力されるよう、イオンを発生させることが要求される。四重極型残留ガス分析計は、イオン化電流を全圧測定値として示し、さらにイオン電流にフィルタをかけ特定のイオン種を示すことが望ましい。
【０００３】
従来のイオン源は、電子エミッタとして機能するフィラメントと、希薄ガスを含有するイオンボリュームと、イオン加速器とを含む。前記フィラメントからの電子は、前記イオンボリュームを取り囲むイオン化室の開口を通ってえ、該イオンボリュームに入射し、該イオンボリューム中のガス分子をイオン化する。前記イオン加速器は、結果として生じるイオンを前記イオンボリュームから引き出し、四重極フィルタまたはその他の質量分析機器への注入に適したイオンビームへと収束させる。
【０００４】
そのような装置を使用する時、通常、四重極マスフィルタやその他の機器に供給されるイオン流やイオン電流を正確に測定することが望ましい。イオン流の一部はイオン加速器に影響を与えるため、ある従来のイオン電流測定方法では、一般的に、イオン加速器におけるイオン電流を測定する。しかしながら、この方法はいくつかの欠点を有する。主な欠点は、質量範囲が走査される際に、加速に影響を与える極微量のイオンが変化することである。例えば、イオン加速器はしばしば漏電を起こす。測定はイオン化処理による迷走電流の影響をも受けることがある。
【０００５】
他の従来方法では、イオンコレクタをイオン流の進路に設置する。しかしながら、この方法は前記イオン流を妨害するという欠点を有する。さらに、前記両方の方法、及びほんのわずかなイオン流のみを測定する他の方法では、全体のイオン流の強度が変化するにつれて、前記イオン流の“利用可能な”部分と測定コレクタに影響を与える“試験”部分との間の比率が未知の方法で変化する可能性があるため、前記“試験”部分を測定することで正確な使用可能イオン電流を判断することは難しい。
【０００６】
（本発明の要旨）
簡潔に述べると、一つの共通の電子ビームを用い、ガスの全圧及び分圧の両方を測定する装置は、グリッドまたは開口によって分離された、分圧イオン化領域と全圧イオン化領域とを含む。フィラメントは、リペラとアノードによって電子ビームへと収束される複数の電子を発生する。前記電子ビームと前記分圧及び全圧領域中の前記ガスの分子との間の相互作用によって、第一及び第二のイオン流が発生する。収束板は、前記第一のイオン流が前記ガスの分圧を算出する分析器に向けられるようバイアスをかけられる。イオンコレクタは、前記第二のイオン流からのイオンを収集し、結果として生じる基準電圧は前記ガスの全圧を測定するために使われる。
【０００７】
本発明の実施の形態によると、ガスの全圧を測定する装置は、第一及び第二のイオン化領域を有し、該領域間の境界がアノードグリッドまたは開口によって定義されるイオン化室と、前記第一及び第二のイオン化領域を通過する電子ビームを発生し、該電子ビームと前記イオン化室内のガス分子との間の相互作用によって、同一のガス密度から第一及び第二のイオン流を発生させる手段と、前記第一のイオン流を分析器に向ける手段と、前記第二のイオン流をイオンコレクタに向ける手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施の形態によると、ガスの全圧を測定する装置は、第一及び第二のイオン化領域を有し、該領域間の境界がアノードグリッドまたは開口によって定義されるイオン化室と、複数の電子を発生するフィラメントと、前記複数の電子を前記第一及び第二のイオン化領域を通過する電子ビームに収束させるため、動作可能なようにアノードと結合されて、該電子ビームと前記イオン化室内の前記ガス分子との間の相互作用によって、同一のガス密度から第一及び第二のイオン流を発生させるリペラと、前記第一のイオン流が、前記イオン化室内のガスの少なくとも一つの分圧を算出する手段を有する分析器に向けられるよう、バイアスをかけられた収束板と、前記第二のイオン流がイオンコレクタに向けられるようバイアスをかけられたイオンコレクタと、前記イオンコレクタにおいて第二のイオン流により発生する基準電流を測定する手段と、前記基準電流を用い、前記イオン化室内のガスの全圧を算出する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の実施の形態によると、ガスの全圧を測定する方法は、（ａ）第一及び第二のイオン化領域を有し、該領域間の境界がアノードグリッドまたは開口によって定義されるイオン化室を提供することと、（ｂ）前記第一及び第二のイオン化領域を通過する電子ビームを発生し、該電子ビームと前記イオン化室内のガス分子との間の相互作用によって、同一のガス密度から第一及び第二のイオン流を発生させることと、（ｃ）前記第一のイオン流を分析器に向けることと、（ｄ）前記第二のイオン流をイオンコレクタに向けることとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
（好ましい実施の形態の詳細な説明）
図１及び図２を参照すると、電子ビーム１０がフィラメント１２から放出されている。電子ビーム中の電子は、フィラメント１２の中央がリペラ１４の四隅から引かれた対角線の中心に位置するよう搭載された三面リペラ１４によって収束される。リペラ１４はフィラメント１２のマイナス側に連結されており、これによりリペラ１４は、前記電子が放出される地点におけるマイナスのリード線に対して、フィラメント電圧と同等分だけ、放出された電子の電位よりマイナスとなる。これは、フィラメントを横切る電圧の約半分である（〜１．５Ｖ）。
【００１１】
前記電子ビーム１０中の電子は、フィラメント１２に対してプラスの電圧によりアノード１６に引きつけられる。アノード１６は望ましくは７０Ｖのバイアスを印加されている。アノード１６は第一の領域２０と第二の領域２２を分離する。電子ビーム１０は、前記第一及び第二の領域２０、２２の両方においてイオンを生成する。第一の領域２０からの複数のイオン３０は、収束板２４により抽出され、質量分析装置に導かれ、領域２０におけるガス成分の圧力に比例したイオン電流を生成する。第二の領域２２からの複数のイオン３２は、コレクタ板２６などのイオン収集装置により収集され、第二の領域２２におけるガス成分の全圧に比例した電流を発生する。
【００１２】
前記電子ビーム１０中の電子は、第一及び第二の領域２０、２２を進み、ビームストップ２８に衝突する。アノード１６とビームストップ２８は共に電子ビーム１０のアノードとして機能することにより、構造により確立された等電位線に垂直な電子ビーム１０中の電子は加速され、そして収束ビームとなる。
【００１３】
図３を参照すると、本発明の実施の形態は方形アノード１６’を含み、それにより電子が、フィラメント１２からアノード１６’の入射側にある平面グリッド１８を介し、より効率的に引き出される。前記アノード１６’の領域における電子に対する高効率性により、第一及び第二の領域２０、２２におけるイオン生成が増加する。
【００１４】
図４を参照すると、電子及びイオンの軌道を示すイオン光学特性図が示されている。前記電子の加速は、収束ビームを形成する構造によって確立された等電位線３４に対し垂直である。分圧イオン化領域（第一の領域２０）において電子ビーム１０によって形成されたイオンは、収束板２４へ引きつけられ、質量分析計（図示せず）による分離のためのイオン流３０を形成する。全圧イオン化領域（第二の領域２２）において、電子ビーム１０の継続により形成されたイオン３２は、全圧コレクタ板２６により収集される。
【００１５】
図５を参照すると、全圧イオン電流と、１０００ｕＡの電子放出で発生した質量分析イオン電流とが、広範囲のＡｒガス圧力に対し示される。全圧イオン電流は、前記領域にわたり圧力に直線的に反応する。質量４０イオン電流は、２Ｅ−５トルまでのＡｒ圧力には直線的に反応する。それ以上の高圧力では、因子ｅｘｐ[−ｋＰ]（“ｋ”は定数、“Ｐ”は処理圧力）によるガスの拡散により、前記イオン電流は期待イオン電流から減衰する。
【００１６】
本発明は特定の好ましい実施の形態及び添付の図面を参照し説明したが、本発明は前記好ましい実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を逸脱することなく各種変形等が可能であることは、当業者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のある実施の形態の部分断面図である。
【図２】
図１の実施の形態の一部の側面図である。
【図３】
本発明のある実施の形態の部分断面図である。
【図４】
図３の実施の形態による、電子及びイオンの軌道を示すイオン光学特性図である。
【図５】
本発明により測定された全圧電流とＡｒ圧力の作用としてのＡｒ−４０イオン電流である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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