(57)【要約】【課題】いろいろな有機物ガスに起因する開裂パターンが重なると、どのような種類の有機物ガスが放出されているのかという質量スペクトルの解釈がきわめて困難となる。【解決手段】本発明は、上記課題を克服するために、真空容器の外部からリークなどで流入するガス成分の分析において、電子衝撃をイオン化に用いた四極子形質量分析計を使う場合、イオン化電圧が小さいことに起因する質量スペクトルの開裂パターンの発生が少なく、かつ、１ｐｐｍ以下の濃度を分析できる程度の高感度化を達成する技術に関する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被分析ガスをイオン化部でイオン化し、そのイオンを四極子電極部に入射し、ある特定の質量−電荷数比（ｍ／ｅ）のイオンのみが四極子電極部を通過し、通過後イオンをイオン検出部で検出するようにした四極子形質量分析計において、イオン化部にホロー電極と針電極を備え、かつ、該ホロー電極の片側開放端をオリフィス板で塞ぎ、このオリフィス付ホロー電極と針電極との間に直流、あるいは交流の高電圧を印加してグロー放電を生じさせて被分析イオンを生成することを特徴とする四極子形質量分析計。
【請求項２】
イオン化部の該オリフィス付ホロー電極と該針電極との間のグロー放電で生成したイオンを四極子電極部まで効率的に輸送し、該電極部へ入射するため、該オリフィス付ホロー電極と四極子電極部の間に、１個以上のオリフィス電極を追加し、該オリフィス付ホロー電極と追加オリフィス電極の間を真空ポンプで排気することを特徴とする請求項１に記載の四極子形質量分析計。
【請求項３】
イオン化部の該オリフィス付ホロー電極と追加オリフィス電極のそれぞれに直流電圧を印加して、該オリフィス付ホロー電極と追加オリフィス電極の間にイオン加速用電界を形成するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の四極子形質量分析計。
【請求項４】
イオン化部の該オリフィス付ホロー電極の周囲に環状磁場を配設してグロー放電の開始、及び維持を容易にしたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の四極子形質量分析計。
【請求項５】
被分析ガスを、該オリフィス付ホロー電極と該針電極の間でのグロー放電が可能となる圧力領域まで昇圧するために、真空ポンプをイオン化部の前段に配設したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の四極子形質量分析計。
【請求項６】
イオン化部の前段に配設する真空ポンプとして分子ポンプを使うことを特徴とする請求項５に記載の四極子形質量分析計。
【請求項７】
イオン化部の前段に配設する真空ポンプとして拡散ポンプを使うことを特徴とする請求項５に記載の四極子形質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空容器内のガス成分を分析する質量分析計に属し、特に、真空リークの有無などを常時監視するための高感度四極子質量分析計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図２をもとに従来の四極子質量分析計を説明する。真空容器（１８）内の残留ガス成分を分析するには、四極子形質量分析計のガス導入口（２８）をターボ分子ポンプ（１９）と粗引ポンプ（２０）からなる真空排気系の上流側に設け、真空ポンプ（２６）で排気しながら系内を＜５×１０−３Ｐａとする。
【０００３】
かかる状態にて、熱フィラメント（２１）にて電子ビーム（２２）を生成し、ガス導入口（２８）から導入されたガスをイオン化し、イオン化されたガスをイオン収束用電極（２３）で収束した後、四極子電極（２４）に入射し、特定の質量一電荷数比（ｍ／ｅ）を有するイオンのみが出口側に到達する。出口側のイオンは、二次電子増倍管（２５）で１０４〜１０６まで増倍され、信号（２７）として外部に取り出される。このような分析計については、四極子マスフィルタなる名称で、７０ｅＶ程度の熱電子衝撃によるイオン化を用いた従来技術が、例えば、非特許文献１等に開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
金持徹著、「真空技術ハンドブック」、日刊工業新聞社、１９９０年３月３日発行、Ｐ．３７７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２の従来技術で示す真空容器（１８）内の壁面には、大気の主成分である窒素や酸素等の他、極微量の有機物ガス等が吸着していると考えられる。従来の四極子形質量分析計では、真空容器（１８）からの放出ガス成分を分析するため、熱フィラメント（２１）から放出される電子ビーム（２２）によりガスをイオン化する方法がとられている。電子ビーム（２２）の加速電圧は、通常、窒素の電子衝撃によるイオン化効率が最大となる７０Ｖ前後に合わせる。
【０００６】
しかしながら、有機物ガスは一般にイオン化電圧が数Ｖ以下であるため、７０Ｖ程度の電子ビーム（２２）の加速電圧では有機物ガスの分子構造が部分的に分断され、別なｍ／ｅを有する分子イオン群が生成する。この分子イオン群の質量分析計によるスペクトルを開裂パターンと呼ぶが、いろいろな有機物ガスに起因する開裂パターンが重なると、どのような種類の有機物ガスが放出されているのかという質量スペクトルの解釈がきわめて困難となってしまう。
【０００７】
図４は従来技術によるアンモニア（ＮＨ３）の検出例である。アンモニアは有機物ガスではないが、イオン化電圧が１０Ｖ以下で、電子衝撃により、容易に開裂パターンを生じるガスとして知られている。  図４では、空気中に１０ｐｐｍのアンモニアを混入させたガスを真空容器（１８）内にリークさせた場合であるが、空気中の水蒸気（Ｈ２Ｏ，ｍ／ｅ＝１８）が７０ｅＶの電子ビーム衝撃により、一部がＯＨ（ｍ／ｅ＝１７）とＨ（ｍ／ｅ＝１）に開裂するため、本来のＮＨ３（ｍ／ｅ＝１７）のイオン電流信号とＯＨ（ｍ／ｅ＝１７）のイオン電流信号が重なってしまい、アンモニア（ＮＨ３）の高感度検出が困難である。
【０００８】
なお、アンモニアのリーク開始直後にｍ／ｅ＝１７とｍ／ｅ＝１８のイオン電流強度が共に一時的に減少し、再び増加するのは、ＮＨ３が７０ｅＶの電子ビーム衝撃によりＮＨ４（ｍ／ｅ＝１８）、その他に開裂しているためと考えられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような課題を克服するためになされたものであり、真空容器の外部からリークなどで流入するガス成分の分析において、電子衝撃をイオン化に用いた四極子形質量分析計を使う場合、イオン化電圧が小さいことに起因する質量スペクトルの開裂パターンの発生が少なく、かつ、１ｐｐｍ以下の濃度を分析できる程度の高感度化を達成する技術に関するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、被分析ガスをイオン化部でイオン化し、そのイオンを四極子電極部に入射し、ある特定の質量一電荷数比（ｍ／ｅ）のイオンのみが四極子電極部を通過し、通過後イオンをイオン検出部で検出するようにした四極子形質量分析計において、イオン化部にホロー電極と針電極を備え、かつ、該ホロー電極の片側開放端をオリフィス板で塞ぎ、このオリフィス付ホロー電極と針電極との間に直流、あるいは交流の高電圧を印加してグロー放電を生じさせて被分析イオンを生成することからなる四極子形質量分析計に関するものである。
【００１１】
被分析ガスである有機物ガスは、一般にイオン化電圧が数Ｖ以下であるため、数１０Ｖ程度の電子ビームの加速電圧で有機物ガスの分子構造が部分的に分断され、別なｍ／ｅを有する分子イオン群が生成し、質量分析計のスペクトルに開裂パターンを発生させ、いろいろな有機物ガスに起因する開裂パターンが重なると、どのような種類の有機物ガスが放出されているのかを識別するのが困難になる。
【００１２】
本発明によれば、四極子形質量分析計において、イオン化部にホロー電極と針電極を設け、該ホロー電極の片側開放端をオリフィス板で塞ぎ、このオリフィス付ホロー電極と針電極との間に直流、あるいは交流の高電圧を印加してグロー放電を生じさせて被分析イオンを生成することにより、該開裂パターンの発生を防ぎ、イオン化電圧が小さいアンモニア等の検出においても、高感度検出を可能とすることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、図１を例に本発明の一実施例を説明する。真空容器（１６）を真空排気するためにターボ分子ポンプ（６）と粗引ポンプ（７）を用いる。本発明による四極子形質量分析計のガス導入口（１７）は、ターボ分子ポンプ（６）の吐出口側に接続する。針電極（２）にはオリフィス付ホロー電極（３）に対し、最大＋１０ｋＶの直流高電圧を印加し、オリフィス付ホロー電極（３）のオリフィス径を０．１ｍｍとした。  環状磁石（４）の中心磁場は０．３Ｔだった。
【００１４】
かかる構造にて、空気に１０ｐｐｍのアンモニアを混入したガスを真空容器（１６）内にリークさせたところ、放電室（５）の圧力が約２×１０４Ｐａとなり、安定なグロー放電（１）が発生した。また、中間排気室（１０）の圧力は１０Ｐａ、四極子電極部以降は５×１０−３Ｐａとなった。
【００１５】
図３に、本発明の四極子形質量分析計によるアンモニアの検出例を示す。アンモニア導入前は、Ｈ２Ｏ（ｍ／ｅ＝１８）が検出されているにもかかわらずｍ／ｅ＝１７のイオン電流はゼロであり、アンモニア導入直後にｍ／ｅ＝１７が増加し、この結果によれば０．１ｐｐｍ程度まで検出可能であることがわっかった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、イオン化電圧が小さいアンモニア等、あるいは有機物ガス等の検出において、開裂ピークの少ない、高感度検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明するための四極子形質量分析計の図である。
【図２】従来技術を説明するための一例である。
【図３】本発明によるアンモニアの検出例である。
【図４】従来技術によるアンモニアの検出例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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