イオン放出機構及びイオン付着質量分析装置
【課題】 イオン放出体と基準電圧印加部の間の電位差の変動の発生を抑制し、イオン放出量を安定化させ、精度の高い質量分析を行えるイオン付着質量分析装置を提供する。
【解決手段】 放出体１２と、この放出体にバイアス電圧を印加する電圧印加部１１とを有し、放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、金属イオンを被検出ガスに付着させて被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン付着質量分析装置である。放出体１２の材質を変えることにより、放出体のイオン放出点と電圧印加部の基準電圧印加部１１ａとの間の電気抵抗を低減する。基準電圧印加部とイオン放出点との間の距離を短くすることにより、放出体のイオン放出点と電圧印加部の基準電圧印加部との間の電気抵抗値を１０10Ω以下に低減する。また基準電圧印加部の表面に薄膜状放出体を形成することもできる。
【解決手段】 放出体１２と、この放出体にバイアス電圧を印加する電圧印加部１１とを有し、放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、金属イオンを被検出ガスに付着させて被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン付着質量分析装置である。放出体１２の材質を変えることにより、放出体のイオン放出点と電圧印加部の基準電圧印加部１１ａとの間の電気抵抗を低減する。基準電圧印加部とイオン放出点との間の距離を短くすることにより、放出体のイオン放出点と電圧印加部の基準電圧印加部との間の電気抵抗値を１０10Ω以下に低減する。また基準電圧印加部の表面に薄膜状放出体を形成することもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放出体から放出される金属イオンを被検出ガスに付着させてイオン化し、この被検出ガスを質量分析するイオン付着質量分析装置及びイオン付着質量分析装置に用いられるイオン放出機構に関し、特に、放出体からのイオン放出量を安定化させたイオン源を備えたイオン放出機構及びイオン付着質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分子の質量の分析では、電磁場内での荷電粒子の運動が電荷と質量の比によって異なることを利用するため、ガス分子に正または負の電荷を帯びさせイオン化する必要がある。ガス分子をイオン化させる方法としては、電子衝撃イオン化法、化学イオン化法、大気圧イオン化法、イオン付着イオン化法などがあるが、中でもイオン付着イオン化法は被検出ガスをイオン化する過程において生ずる余剰エネルギが非常に小さいために、弱い結合部を含むガス分子を解離（分裂）せずにイオン化することができる。従って質量分析装置において、イオン付着イオン化法によれば分子イオンピークから被検出ガスの正しい分子量を計測することができ、解離しやすい有機試料の質量分析には有効である。
【０００３】
イオン付着イオン化法では、金属酸化物（絶縁物）を加熱し、含有された金属をイオンとして放出させ、この金属イオンがガス分子の電荷の偏った場所に穏やかに付着する現象を利用している。特にアルカリ金属を含有する酸化物を加熱すると、表面から正電荷の金属イオンが容易に放出されることは知られている。アルカリ金属イオンを他のガス分子に付着させてイオン化することは、ホッジ（Hodges）の方式（非特許文献１参照）ボムビック（Bombick ）の方式（非特許文献２参照）、藤井の方式（非特許文献３参照）として、それぞれの文献で報告されている。
【０００４】
次に図１０〜図１２を参照してイオン付着イオン化法による質量分析装置で利用される従来のイオン源を説明する。図１０はイオン源の概略構成図、図１１は放出体の拡大縦断面図、図１２は放出体の等価回路図である。
【０００５】
図１０に示すごとく、イオン付着イオン化法によるイオン源は、内部にイオン付着領域を形成しかつ一端面が全面的に開口された導電性のケーシング（容器）１０１と、ケーシング１０１の右側開口端面に取り付けられたアパーチャ１０２と、ケーシング１０１の一部の壁部を電気的に絶縁されて貫通する電圧印加部１０３と、電圧印加部１０３の適宜な位置に取り付けられた金属酸化物からなる球状の放出体１０４と、被検出ガスおよび他のガスをイオン付着領域に導入するガス導入部１０５とから構成される。アパーチャ１０２はイオン化された被検出ガスを通過させる開口１０６を有し、ケーシング１０１の開口端部との間に絶縁部１０７を設けることにより、ケーシング１０１から電気的に絶縁されている。また電圧印加部１０３は加熱電源１０８とバイアス電源１０９とに接続されている。
【０００６】
球状の放出体１０４は、図１１に示すごとく、ワイヤ（線）状の電圧印加部１０３に例えば燒結によって固定されている。放出体１０４の直径は例えば２〜３ｍｍ程度のものである。放出体１０４と接触する電圧印加部１０３の部分を、特に、基準電圧印加部１０３ａと呼ぶことにする。放出体１０４は、例えば放出体から放出される金属イオンがＬｉ+ の場合、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 等からなるアルミナシリケイトと、Ｌｉを含有した酸化物（化合物）であるＬｉ2 Ｏ等との混合物である。これらはすべて酸化物であるため、全体としては絶縁体となっており、その比抵抗は１０12Ω・ｍ以上もある。少なくとも基準電圧印加部はＩｒ（イリジウム）やＷ（タングステン）等の高融点金属のワイヤ形構造であり、ここに電流が流れることによりジュール熱が発生するようになっている。
【０００７】
上記のイオン源では、アパーチャ１０２は接地電位に保持され、ガス導入部１０５を介して被検出ガスとその他のガスの混合ガスが、真空状態にされたイオン付着領域に導入され、内部は１００Ｐａ程度の減圧雰囲気とされる。その他のガスは、金属イオンが付着しにくい例えばＮ2 などのガスであり、金属イオンが被検出ガスに付着する際に生ずる余剰エネルギを奪い去るために導入される。電圧印加部１０３には、バイアス電源１０９によって、基準電圧印加部１０３ａが例えば１０Ｖとなるようにバイアス電圧が印加される。さらに放出体１０４は、加熱電源１０８によって基準電圧印加部１０３ａに電流を流すことにより６００℃程度に加熱されている。以上により放出体１０４の表面に金属イオン（Ｌｉ+ ）が生成され、この金属イオンは、接地電位であるアパーチャ１０２との間の空間１１０に形成された電界に引かれて放出体表面から離脱し（放出され）、アパーチャ１０２の方向へ移送される。その後、金属イオンはイオン源内に導入された被検出ガスに付着して、被検出ガスをイオン化する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Analytical Chemistry vol.48 No.6 P825 (1976)）
【非特許文献２】Analytical Chemistry vol.56 No.3 P396 (1984)
【非特許文献３】Journal of Applied Physics vol.82 No.5 P2056 (1997)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した従来のイオン源では、放出体は絶縁物である金属酸化物で作られているため、基準電圧印加部１０３ａと、放出体１０４の表面のイオン放出点との間の電位差が周期的に変化するという問題があった。これは、放出体が絶縁物であることから基準電圧印加部とイオン放出点との間には大きな電気抵抗体が介在していることになるため、そこでの電圧降下の発生が原因となっている。
【００１０】
図１２は基準電圧印加部とイオン放出点の間を等価回路で示したものである。図１２では基準電圧印加部１０３ａは点とみなされている。基準電圧印加部１０３ａとイオン放出点１１１の間には電気抵抗体１１２が介在している。図１２において、放出体１０４から矢印１１３のごとくイオンが放出されると、大きな抵抗値を有する電気抵抗体１１２には電流が流れ、ここに電圧降下が発生し、イオン放出点１１１における電位は低下する。この電圧降下の関係式は、基準電圧印加部１０３ａの電位をＶａ、放出体１０４の抵抗をＲ、放出体１０４を流れる電流をＩ、イオン放出点１１１の電位をＶｂとするとき、Ｖｂ＝Ｖａ−Ｉ・Ｒ …（１）で表される。この関係式に基づけば、イオン放出点１１１における電位Ｖｂが低下すると、イオン放出点１１１とアパーチャ１０２との間に形成される電界が弱まり、イオンの放出量が減少し、放出体１０４を流れる電流Ｉも減少する。電流Ｉが減少すると、電圧降下が少なくなってＶｂの電位が上昇するので、再びイオンの放出量が増加する。このようにして「Ｖｂ低下→Ｉ減少→Ｖｂ上昇→Ｉ増加→Ｖｂ低下」の過程が繰り返し発生し、イオン放出量と電界の不安定な周期的変化が続くことになる。イオン付着の質量分析装置では、イオン化された被検出ガスの分子数を電気信号として正確に検出するためには、すなわち質量分析を正しく行うためには、イオン放出量が安定していなければならないので、上記のような周期的な変化状態が生じれば、被検出ガスの質量分析を正しく行うことができない。
【００１１】
上記の問題の解決策として、単にイオン放出点１１１における電位変化の割合を少なくするのであれば、基準電圧印加部１０３ａに印加されるバイアス電圧を高くすることが考えられる。しかし、バイアス電圧を高くすると放出体表面から放出されるイオンのエネルギも高くなる。その結果、放出されたイオンが被検出ガスに衝突するエネルギが高くなり被検出ガスを解離させるという他の問題が起きる。イオン付着イオン化法では、金属イオンを低エネルギで穏やかに被検出ガスに付着させなくてはならないため、基準電圧印加部１０３ａに印加されるバイアス電圧を高くすることはできない。
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、イオン放出体と基準電圧印加部の間の電位差の変動の発生を抑制し、イオン放出量を安定化させ、精度の高い質量分析を行えるようにしたイオン付着質量分析装置及び該イオン付着質量分析装置に用いられるイオン放出機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るイオン放出機構は、金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、金属イオンを被検出ガスに付着させて被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン付着質量分析装置において、放出体の材質を、金属を含有した化合物と導電体の複合材料としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るイオン放出機構は、金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、前記金属イオンを被検出ガスに付着させて前記被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン付着質量分析装置において、電圧印加部をコイル形状またはヘアピン形状としたことを特徴とする。また、本発明に係るイオン付着質量分析装置は上述したイオン放出機構を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のイオン放出機構及びイオン付着質量分析装置によれば、放出体の材質を、金属を含有した化合物と導電体の複合材料としたイオン源を備え、若しくは、電圧印加部をコイル形状またはヘアピン形状とすることで、イオン付着領域に安定して金属イオンを供給することができる。その結果、イオン付着イオン化法によって被検出ガスをイオン化し、被検出ガスの質量分析を正しく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第１実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第２実施形態を示す要部縦断面図である。
【図３】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第３実施形態を示す要部縦断面図である。
【図４】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第４実施形態を示す要部斜視図である。
【図５】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第５実施形態を示す要部側面図である。
【図６】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第６実施形態を示す要部側面図である。
【図７】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第７実施形態を示し、（Ａ）は要部縦断面図、（Ｂ）は部分拡大正面図である。
【図８】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第８実施形態を示し、（Ａ）は要部縦断面図、（Ｂ）は部分拡大正面図である。
【図９】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の加熱機構に関する実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】従来のイオン付着質量分析装置のイオン放出機構を示す概略構成図である。
【図１１】従来のイオン放出機構の要部を示す縦断面図である。
【図１２】従来のイオン放出機構を等価回路で示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明によるイオン付着質量分析装置のイオン源では放出体と電圧印加部（基準電圧印加部を含む）からなるイオン放出機構のみに特徴があり、その他の構成は従来と同じ構造である。従って、以下の実施形態の説明では、イオン放出機構のみを主に説明する。イオン放出機構との関連でイオン源のその他の構成の説明が必要なときには、前述した図１０に示した構成を参照して説明する。
【００１９】
本発明の実施形態を説明するにあたり、放出体表面のイオン放出点と基準電圧印加部との間の電位差の変動と、放出体が持つ電気抵抗との定量的な関係について述べる。イオン放出点の電位Ｖb における電位差の変化は、前述の（１）式より電流Ｉと電気抵抗Ｒによって決まる。また質量分析を正しく行うためには放出体表面からのイオン放出量（イオン電流）が少なくとも１０-10 Ａ程度必要である。さらに、イオン化された被検出ガスをイオン源からその外部の質量分析機構へ移送するために形成された電界を安定に保つために、基準電圧印加部とイオン放出点の電位差の変化を１Ｖ以下とする必要がある。従ってこのとき、上記の電気抵抗Ｒを（１）式に基づいて１０10Ω以下とすれば、イオン放出量に関する上記の要求を満足することができる。それ故に以下の実施形態においては、上記の電気抵抗Ｒを１０10Ω以下にする構成が説明される。
【００２０】
図１を参照して本発明の第１実施形態を説明する。第１実施形態は、基準電圧印加部とイオン放出点間の電気抵抗を低下するために放出体の材質を複合材料とし、その比抵抗を低減するものである。図１では、イオン源内に存在する電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａに、複合材料で作られた球状の放出体１２を取り付けたイオン放出機構を示す。
【００２１】
放出体１２は、例えばＬｉ2 Ｏ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 などからなる金属酸化物（絶縁物）と、例えばＡｕ（金）、ＣＢ（カーボンブラック）などの導電体とを複合または充填することにより、電気伝導度が高められた複合材料で作られている。放出体１２における導電体の含有量は、放出体の電気抵抗が上述したように１０10Ω以下となるような量、または少なくとも臨界複合量以上となるような量である。臨界複合量、およびこれと１０10Ω以下の電気抵抗との関連性については後で詳細に説明される。
【００２２】
基準電圧印加部１１ａに対しては、その電位が１０Ｖとなるように電圧印加部１１を介してバイアス電源１０９からバイアス電圧を印加し、さらに加熱用電源１０８を介して電流を流す。基準電圧印加部１１ａに取り付けられた放出体１２は、ジュール熱により６００℃程度に加熱され、その表面に金属イオンを生成する。この金属イオンは、接地電位であるアパーチャ１０２と放出体表面との電位差によって形成された電界によって、アパーチャ方向のイオン付着領域１１０へと移送される。基準電圧印加部１１ａと放出体１２の表面のイオン放出点との間には、放出したイオン量と同等な電流が流れ、放出体１２の有する電気抵抗により電圧降下が発生し、基準電圧印加部１２と放出体表面のイオン放出点との電位差が発生する。しかし、放出体１２は、上記の金属酸化物よりも比抵抗値が小さく電気伝導度が向上された複合材料で作られているため、イオン放出点における電位の変化量は、従来の放出体と比べて小さくなる。
【００２３】
イオン化された被検出ガスの分子数を電気信号として正確に検出するために必要なイオンの放出量は少なくとも１０-10 Ａ程度であり、また放出体１２は基準電圧印加部１２とイオン放出点の間の電気抵抗が１０10Ω以下になるように設定されているので、前述の（１）式よりイオン放出点における電位の変化量を１Ｖ以下とすることができる。従って、アパーチャ１０２と放出体１２の表面のイオン放出点との電位差によって形成された電界は、イオン放出開始時の９０％以上を維持することができ、周期的変動を抑制して、イオン放出点から放出される金属イオンをイオン付着領域１１０に安定的に供給することができる。その結果、イオン付着質量分析装置において被検出ガスの質量分析を正しく行うことができる。
【００２４】
次に放出体１２について上記複合材料の作り方について詳述する。複合材料の作り方としては、前述した金属酸化物を母材とし、そこに上記のＡｕ等の導電体を複合（または充填）したものと、例えばＣ（炭素）やＷ（タングステン）などの導電体を母材とし、そこに金属酸化物を複合（または充填）したものがある。しかし、前者の導電体はＡｕやＣＢに限定されず、後者の導電体はＣやＷに限定されない。電気伝導度が高く、高融点および耐腐食性に優れた物質であれば何でもよい。ここで、ＣＢとは、天然ガスや石油、クレオソート油などの炭化水素の熱分解と不完全燃焼の組合せによって得られる微粉炭素のことである。
【００２５】
一般的に絶縁体に導電性を持たせる方法として例えばナイロン６やＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）などの合成樹脂にＣＢを複合等させる方法が知られている。合成樹脂などの母材にＣＢを複合等して得られる電気伝導度は、母材の粒子の大きさや母材の表面張力によって多少異なるが、ＣＢの複合量（充填量）によってほぼ決められる。含有されるＣＢの増加量と電気伝導度との関係は、次のようになる。
【００２６】
絶縁体にＣＢの複合等を開始すると、電気伝導度は非常に僅かに増加していくが、或る臨界複合量（臨界充填量）に達すると、複合材料の電気伝導度は転移的（急激）に増大し、その後再び穏やかな増加に戻る。この臨界複合量は、体積分率で表すと、例えばナイロン６で０．３％以下、ＳＢＲで０．２％以下の少量である。
【００２７】
以上のごとく本実施形態による放出体１２の材質は金属酸化物に臨界複合量以上の導電体を含有した複合材料であれば好ましい。このようにして比抵抗値が１０12Ω・ｍ程度ある金属酸化物に導電体を複合することにより、相対的に放出体の比抵抗値を低いものにし、イオン放出量を安定化させる。ただし、導電体を複合等する量が臨界複合量以下で、かつ基準電圧印加部とイオン放出点の間の電気抵抗が１０10Ω以下となる場合には、導電体の複合量は臨界複合量以下であってもよい。
【００２８】
次に図２を参照して本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、イオン源内に存在する電圧印加部の一部を複合材料とすることによって放出体と基準電圧印加部の機能を共有するイオン放出機構を形成している。すなわち、イオン源内に存在する電圧印加部１１の一部１１ｂを、前述のＬｉ2 Ｏ等の金属酸化物と臨界複合量以上のＷ等の導電体からなる複合材料として形成することによって、前述の放出体１２と基準電圧印加部１１ａの両方の機能を有する放出部を電圧印加部に形成するものである。かかる放出部の作り方は、例えばＬｉやＬｉを含有する化合物などを燃焼し、その炎の中に電圧印加部１１の一部（１１ｂの部分）を入れて付着および拡散させ、その内部にＬｉ等を含有させる。その結果、このように形成した電圧印加部１１の一部１１ｂをバイアス電圧を印加した状態で加熱すると、電圧印加部１１の一部１１ｂからイオン付着領域に対して金属イオンを安定的に供給することが可能となる。
【００２９】
さらに電圧印加部（１１）と同一の形状を有する放出部（１１ｂ）の他の作り方として波、例えば線形構造の金属酸化物に臨界複合量以上の導電体を複合させたものであって、かつその両端がそれぞれ異なる電圧印加部の先端に着脱可能のものを作り、イオン付着質量分析計のイオン源の動作時には、これを電気的に接続させてバイアス印加回路を形成するように構成することも可能である。
【００３０】
第２実施形態によるイオン源のイオン放出機構によれば、電圧印加部１１の一部に上記のごとくドーピング処理を行うことによって前述の放出体に相当する放出部１１ｂを作るようにしたため、イオン放出量の周期的変動の原因になった電気的抵抗を望ましい状態に小さくすることができ、イオン放出量を安定化させることができる。
【００３１】
次に図３を参照して本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、イオン源内に存在する電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａの周りに金属酸化物からなる薄膜１３を堆積させてイオン放出機構を形成している。具体的には、ＷやＩｒ等で作られた基準電圧印加部１１ａの周囲表面に前述のＬｉ2 Ｏ等の金属酸化物の薄膜１３をコーティングして形成する。薄膜１３は放出体として機能する。本実施形態によるイオン放出機構では、放出体を薄膜１３として形成したため、基準電圧印加部１１ａとイオン放出点の間の距離を短くすることができ、その間の電気抵抗値を小さくすることができる。これにより放出体である薄膜１３から放出されるイオン放出量を安定化させることができる。
【００３２】
本実施形態によるイオン放出機構でも、前述のように一般に放出体の電気抵抗は１０10Ω程度に設定される。上記の金属酸化物では比抵抗値は一般的に１０12Ω・ｍ程度であるので、基準電圧印加部１１ａの周囲表面に堆積させる薄膜１３を一様な厚さ０．５μｍの金属酸化物であるとすると、Ｒ＝σ・Ｌ／Ｓ（Ｒ：電気抵抗、σ：比抵抗、Ｌ：長さ、Ｓ：断面積）…（２）の式から、薄膜１３において電流の流れに対して垂直な方向の断面積は５×１０-5ｍ2 程度必要となる。電流の流れに垂直な方向の薄膜１３の断面積は基準電圧印加部１１ａの表面積とほぼ同等と考えることができるので、基準電圧印加部１１ａを直径０．２５ｍｍの線形構造とすると、基準電圧印加部１１ａ上に堆積される薄膜１４の領域の長さは約６．３７ｃｍとなる。
【００３３】
本実施形態では、放出体を形成する薄膜１３をＬｉ2 Ｏ等の金属酸化物で形成したが、この比抵抗は、それぞれの混合比や不純物濃度によって決まるので、特定することはできない。薄膜１３の堆積に使用される金属酸化物の比抵抗が上記の１０12Ω・ｍを大きく上回るものである場合には、薄膜１３は基準電圧印加部１１ａ上に上記の厚みよりも薄く、かつ広い領域に堆積させられる。
【００３４】
次に図４を参照して本発明の第４実施形態を説明する。この第４実施形態では、イオン源内に存在する電圧印加部の基準電圧印加部を平板形状とし、この平板形状の基準
電圧印加部１４の表面に放出体となる金属酸化物の薄膜１５を堆積させてイオン放出機構を形成している。図４において、基準電圧印加部１４は、例えば長さ１６ｃｍ、幅５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍの平板として形成される。基準電圧印加部１４では電流の流れに対し直角な方向の断面積は８０ｃｍ2 となり、薄膜１５の厚みが一様で、厚さ０．１μｍの場合で、１０15Ω・ｍ程度の比抵抗をもつ金属酸化物を薄膜１５の形成に用いることができる。また１０15Ω・ｍ以下の比抵抗を有する金属酸化物を用いる場合には、放出体である薄膜１５からのイオン放出量を高くし、より高い感度を得たとしても、基準電圧印加部とイオン放出点の電位差の変動を１Ｖ以下と少なくすることができる。
【００３５】
次に図５と図６を参照して第５および第６の実施形態を説明する。図５に示した第５実施形態では、例えばＩｒ線からなる基準電圧印加部１６をヘアピン状の形状とすることにイオン源内に多くの基準電圧印加部を存在させる。これにより金属酸化物の堆積可能領域を増やし、その上に一様に金属酸化物を堆積させて、放出体における電流の流れと直角な方向の断面積を増大することができる。さらに図６に示した第６実施形態では、同じくＩｒ線からなる基準電圧印加部の形状を螺旋状（コイル形状）とすることによって、イオン源内にさらに多くの基準電圧印加部１７を存在させる。基準電圧印加部１７の表面には一様に放出体になる薄膜が堆積させられる。このように金属酸化物の堆積可能領域を増やし、その上に一様に金属酸化物を堆積させれば、放出体における電流の流れと直角な方向の断面積を増大することができる。以上のヘアピン形状および螺旋形状の場合には放出体である薄膜の表面からのイオン放出をアパーチャの開口を通る中心軸上付近に集中することができるので、検出感度を高くすることができる。
【００３６】
なお準電圧印加部の形状および寸法は、上述に限らず、イオン源内の放出体（金属酸化物）が堆積可能な領域を増大させるものであればよく、さらに、その上に堆積される金属酸化物は電気抵抗を１０10Ω以下としたときに上記の（２）式を満たす寸法であれよい。
【００３７】
図７の（Ａ），（Ｂ）を参照して本発明の第７実施形態を説明する。この実施形態では、電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａ上に設けた金属酸化物の放出体２１に、網状導電体からなる第２の基準電圧印加部２２を形成してイオン放出機構を形成している。
【００３８】
第２基準電圧印加部２２では放出体２１の表面上に導電体を網状（メッシュ状）に密着して形成している。この網状導電体は、例えば直径１０μｍのＩｒ線やＷ線などであり、これらの導電体に囲まれた放出体２１の表面の露出面は、図（Ｂ）に示すごとく２５ｍｍ×２５ｍｍの領域あたりに４００個程度以上の細かさ、すなわち４００メッシュとなっている。以上の構成によれば、上記露出面内のイオン放出点と第２基準電圧印加部２２との距離が短くなり電圧降下の影響を低減することができる。
【００３９】
図８の（Ａ），（Ｂ）を参照して本発明の第８実施形態を説明する。この実施形態では、電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａ上に設けた金属酸化物の放出体２１において、その表面に導電体からなる第２基準電圧印加部２３を皮膜してイオン放出機構を形成している。
【００４０】
第２基準電圧印加部２３は、放出体２１の表面において導電体を薄膜状に被膜させたものである。しかし、放出体２１の表面を完全に覆うように形成すると、放出体表面から放出されるイオンの飛行空間を遮断してしまい、イオン付着領域にイオンが供給されなくなる。そこで第２基準電圧印加部２３には図８（Ｂ）に示されるごとくその表面に第２基準電圧印加部２３を貫通した微細な孔２４を多数設けるようにし、これにより放出体２１の表面から放出されるイオンの飛行空間を確保している。
【００４１】
第２基準電圧印加部２３に形成された孔２４の開口面積の合計は、放出体２１の表面積の１０％以上であることが好ましい。これは、放出体２１の表面から放出するイオンが被検出ガスをイオン化して質量分析する際に、その分子数を電気信号として正確に検出するために必要な量を確保するためである。
【００４２】
以上の本発明の実施形態の説明では、各構成および構造は本発明が理解できる程度に概略的に示したものにすぎず、さらに各寸法および物質の成分などは例示にすぎない。また本発明による放出体の加熱方法は、電圧印加部に接続された加熱用電源によって電圧印加部および基準電圧印加部に電流を流してジュール熱を発生させ、このジュール熱を利用して放出体を加熱する従来の方法に限定されない。
【００４３】
例えば図９に示すごとく、イオン源３１内の電圧印加部３２の一部の基準電圧印加部に取付けられた放出体３３の近傍であって、放出体３３および基準電圧印加部からみて、イオン付着領域の反対側の領域に電気抵抗がやや高い導電体からなるヒータ３４を配置したものであってもよい。このヒータ３４に加熱用電源３５によって電流を流して発熱させ、その際の輻射熱により放出体３３を加熱する手段であってもよい。なお図９において、図１０で説明した要素と実質的に同じ要素には同じ符号を付している。
【００４４】
さらに前述の各実施形態はそれぞれ単独での実施に限定されず、それらの組合せによって基準電圧印加部とイオン放出点の電位差の変動を発生させないように構成することができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ 電圧印加部１１ａ 基準電圧印加部１２ 放出体１３ 薄膜１４ 平板形状の基準電圧印加部１５ 薄膜１６，１７ 基準電圧印加部２１ 放出体２２，２３ 第２基準電圧印加部２４ 孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放出体から放出される金属イオンを被検出ガスに付着させてイオン化し、この被検出ガスを質量分析するイオン付着質量分析装置及びイオン付着質量分析装置に用いられるイオン放出機構に関し、特に、放出体からのイオン放出量を安定化させたイオン源を備えたイオン放出機構及びイオン付着質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分子の質量の分析では、電磁場内での荷電粒子の運動が電荷と質量の比によって異なることを利用するため、ガス分子に正または負の電荷を帯びさせイオン化する必要がある。ガス分子をイオン化させる方法としては、電子衝撃イオン化法、化学イオン化法、大気圧イオン化法、イオン付着イオン化法などがあるが、中でもイオン付着イオン化法は被検出ガスをイオン化する過程において生ずる余剰エネルギが非常に小さいために、弱い結合部を含むガス分子を解離（分裂）せずにイオン化することができる。従って質量分析装置において、イオン付着イオン化法によれば分子イオンピークから被検出ガスの正しい分子量を計測することができ、解離しやすい有機試料の質量分析には有効である。
【０００３】
イオン付着イオン化法では、金属酸化物（絶縁物）を加熱し、含有された金属をイオンとして放出させ、この金属イオンがガス分子の電荷の偏った場所に穏やかに付着する現象を利用している。特にアルカリ金属を含有する酸化物を加熱すると、表面から正電荷の金属イオンが容易に放出されることは知られている。アルカリ金属イオンを他のガス分子に付着させてイオン化することは、ホッジ（Hodges）の方式（非特許文献１参照）ボムビック（Bombick ）の方式（非特許文献２参照）、藤井の方式（非特許文献３参照）として、それぞれの文献で報告されている。
【０００４】
次に図１０〜図１２を参照してイオン付着イオン化法による質量分析装置で利用される従来のイオン源を説明する。図１０はイオン源の概略構成図、図１１は放出体の拡大縦断面図、図１２は放出体の等価回路図である。
【０００５】
図１０に示すごとく、イオン付着イオン化法によるイオン源は、内部にイオン付着領域を形成しかつ一端面が全面的に開口された導電性のケーシング（容器）１０１と、ケーシング１０１の右側開口端面に取り付けられたアパーチャ１０２と、ケーシング１０１の一部の壁部を電気的に絶縁されて貫通する電圧印加部１０３と、電圧印加部１０３の適宜な位置に取り付けられた金属酸化物からなる球状の放出体１０４と、被検出ガスおよび他のガスをイオン付着領域に導入するガス導入部１０５とから構成される。アパーチャ１０２はイオン化された被検出ガスを通過させる開口１０６を有し、ケーシング１０１の開口端部との間に絶縁部１０７を設けることにより、ケーシング１０１から電気的に絶縁されている。また電圧印加部１０３は加熱電源１０８とバイアス電源１０９とに接続されている。
【０００６】
球状の放出体１０４は、図１１に示すごとく、ワイヤ（線）状の電圧印加部１０３に例えば燒結によって固定されている。放出体１０４の直径は例えば２〜３ｍｍ程度のものである。放出体１０４と接触する電圧印加部１０３の部分を、特に、基準電圧印加部１０３ａと呼ぶことにする。放出体１０４は、例えば放出体から放出される金属イオンがＬｉ+ の場合、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 等からなるアルミナシリケイトと、Ｌｉを含有した酸化物（化合物）であるＬｉ2 Ｏ等との混合物である。これらはすべて酸化物であるため、全体としては絶縁体となっており、その比抵抗は１０12Ω・ｍ以上もある。少なくとも基準電圧印加部はＩｒ（イリジウム）やＷ（タングステン）等の高融点金属のワイヤ形構造であり、ここに電流が流れることによりジュール熱が発生するようになっている。
【０００７】
上記のイオン源では、アパーチャ１０２は接地電位に保持され、ガス導入部１０５を介して被検出ガスとその他のガスの混合ガスが、真空状態にされたイオン付着領域に導入され、内部は１００Ｐａ程度の減圧雰囲気とされる。その他のガスは、金属イオンが付着しにくい例えばＮ2 などのガスであり、金属イオンが被検出ガスに付着する際に生ずる余剰エネルギを奪い去るために導入される。電圧印加部１０３には、バイアス電源１０９によって、基準電圧印加部１０３ａが例えば１０Ｖとなるようにバイアス電圧が印加される。さらに放出体１０４は、加熱電源１０８によって基準電圧印加部１０３ａに電流を流すことにより６００℃程度に加熱されている。以上により放出体１０４の表面に金属イオン（Ｌｉ+ ）が生成され、この金属イオンは、接地電位であるアパーチャ１０２との間の空間１１０に形成された電界に引かれて放出体表面から離脱し（放出され）、アパーチャ１０２の方向へ移送される。その後、金属イオンはイオン源内に導入された被検出ガスに付着して、被検出ガスをイオン化する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Analytical Chemistry vol.48 No.6 P825 (1976)）
【非特許文献２】Analytical Chemistry vol.56 No.3 P396 (1984)
【非特許文献３】Journal of Applied Physics vol.82 No.5 P2056 (1997)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した従来のイオン源では、放出体は絶縁物である金属酸化物で作られているため、基準電圧印加部１０３ａと、放出体１０４の表面のイオン放出点との間の電位差が周期的に変化するという問題があった。これは、放出体が絶縁物であることから基準電圧印加部とイオン放出点との間には大きな電気抵抗体が介在していることになるため、そこでの電圧降下の発生が原因となっている。
【００１０】
図１２は基準電圧印加部とイオン放出点の間を等価回路で示したものである。図１２では基準電圧印加部１０３ａは点とみなされている。基準電圧印加部１０３ａとイオン放出点１１１の間には電気抵抗体１１２が介在している。図１２において、放出体１０４から矢印１１３のごとくイオンが放出されると、大きな抵抗値を有する電気抵抗体１１２には電流が流れ、ここに電圧降下が発生し、イオン放出点１１１における電位は低下する。この電圧降下の関係式は、基準電圧印加部１０３ａの電位をＶａ、放出体１０４の抵抗をＲ、放出体１０４を流れる電流をＩ、イオン放出点１１１の電位をＶｂとするとき、Ｖｂ＝Ｖａ−Ｉ・Ｒ …（１）で表される。この関係式に基づけば、イオン放出点１１１における電位Ｖｂが低下すると、イオン放出点１１１とアパーチャ１０２との間に形成される電界が弱まり、イオンの放出量が減少し、放出体１０４を流れる電流Ｉも減少する。電流Ｉが減少すると、電圧降下が少なくなってＶｂの電位が上昇するので、再びイオンの放出量が増加する。このようにして「Ｖｂ低下→Ｉ減少→Ｖｂ上昇→Ｉ増加→Ｖｂ低下」の過程が繰り返し発生し、イオン放出量と電界の不安定な周期的変化が続くことになる。イオン付着の質量分析装置では、イオン化された被検出ガスの分子数を電気信号として正確に検出するためには、すなわち質量分析を正しく行うためには、イオン放出量が安定していなければならないので、上記のような周期的な変化状態が生じれば、被検出ガスの質量分析を正しく行うことができない。
【００１１】
上記の問題の解決策として、単にイオン放出点１１１における電位変化の割合を少なくするのであれば、基準電圧印加部１０３ａに印加されるバイアス電圧を高くすることが考えられる。しかし、バイアス電圧を高くすると放出体表面から放出されるイオンのエネルギも高くなる。その結果、放出されたイオンが被検出ガスに衝突するエネルギが高くなり被検出ガスを解離させるという他の問題が起きる。イオン付着イオン化法では、金属イオンを低エネルギで穏やかに被検出ガスに付着させなくてはならないため、基準電圧印加部１０３ａに印加されるバイアス電圧を高くすることはできない。
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、イオン放出体と基準電圧印加部の間の電位差の変動の発生を抑制し、イオン放出量を安定化させ、精度の高い質量分析を行えるようにしたイオン付着質量分析装置及び該イオン付着質量分析装置に用いられるイオン放出機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るイオン放出機構は、金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、金属イオンを被検出ガスに付着させて被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン付着質量分析装置において、放出体の材質を、金属を含有した化合物と導電体の複合材料としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るイオン放出機構は、金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、前記金属イオンを被検出ガスに付着させて前記被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン付着質量分析装置において、電圧印加部をコイル形状またはヘアピン形状としたことを特徴とする。また、本発明に係るイオン付着質量分析装置は上述したイオン放出機構を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のイオン放出機構及びイオン付着質量分析装置によれば、放出体の材質を、金属を含有した化合物と導電体の複合材料としたイオン源を備え、若しくは、電圧印加部をコイル形状またはヘアピン形状とすることで、イオン付着領域に安定して金属イオンを供給することができる。その結果、イオン付着イオン化法によって被検出ガスをイオン化し、被検出ガスの質量分析を正しく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第１実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第２実施形態を示す要部縦断面図である。
【図３】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第３実施形態を示す要部縦断面図である。
【図４】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第４実施形態を示す要部斜視図である。
【図５】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第５実施形態を示す要部側面図である。
【図６】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第６実施形態を示す要部側面図である。
【図７】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第７実施形態を示し、（Ａ）は要部縦断面図、（Ｂ）は部分拡大正面図である。
【図８】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の第８実施形態を示し、（Ａ）は要部縦断面図、（Ｂ）は部分拡大正面図である。
【図９】本発明に係るイオン付着質量分析装置のイオン放出機構の加熱機構に関する実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】従来のイオン付着質量分析装置のイオン放出機構を示す概略構成図である。
【図１１】従来のイオン放出機構の要部を示す縦断面図である。
【図１２】従来のイオン放出機構を等価回路で示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明によるイオン付着質量分析装置のイオン源では放出体と電圧印加部（基準電圧印加部を含む）からなるイオン放出機構のみに特徴があり、その他の構成は従来と同じ構造である。従って、以下の実施形態の説明では、イオン放出機構のみを主に説明する。イオン放出機構との関連でイオン源のその他の構成の説明が必要なときには、前述した図１０に示した構成を参照して説明する。
【００１９】
本発明の実施形態を説明するにあたり、放出体表面のイオン放出点と基準電圧印加部との間の電位差の変動と、放出体が持つ電気抵抗との定量的な関係について述べる。イオン放出点の電位Ｖb における電位差の変化は、前述の（１）式より電流Ｉと電気抵抗Ｒによって決まる。また質量分析を正しく行うためには放出体表面からのイオン放出量（イオン電流）が少なくとも１０-10 Ａ程度必要である。さらに、イオン化された被検出ガスをイオン源からその外部の質量分析機構へ移送するために形成された電界を安定に保つために、基準電圧印加部とイオン放出点の電位差の変化を１Ｖ以下とする必要がある。従ってこのとき、上記の電気抵抗Ｒを（１）式に基づいて１０10Ω以下とすれば、イオン放出量に関する上記の要求を満足することができる。それ故に以下の実施形態においては、上記の電気抵抗Ｒを１０10Ω以下にする構成が説明される。
【００２０】
図１を参照して本発明の第１実施形態を説明する。第１実施形態は、基準電圧印加部とイオン放出点間の電気抵抗を低下するために放出体の材質を複合材料とし、その比抵抗を低減するものである。図１では、イオン源内に存在する電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａに、複合材料で作られた球状の放出体１２を取り付けたイオン放出機構を示す。
【００２１】
放出体１２は、例えばＬｉ2 Ｏ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 などからなる金属酸化物（絶縁物）と、例えばＡｕ（金）、ＣＢ（カーボンブラック）などの導電体とを複合または充填することにより、電気伝導度が高められた複合材料で作られている。放出体１２における導電体の含有量は、放出体の電気抵抗が上述したように１０10Ω以下となるような量、または少なくとも臨界複合量以上となるような量である。臨界複合量、およびこれと１０10Ω以下の電気抵抗との関連性については後で詳細に説明される。
【００２２】
基準電圧印加部１１ａに対しては、その電位が１０Ｖとなるように電圧印加部１１を介してバイアス電源１０９からバイアス電圧を印加し、さらに加熱用電源１０８を介して電流を流す。基準電圧印加部１１ａに取り付けられた放出体１２は、ジュール熱により６００℃程度に加熱され、その表面に金属イオンを生成する。この金属イオンは、接地電位であるアパーチャ１０２と放出体表面との電位差によって形成された電界によって、アパーチャ方向のイオン付着領域１１０へと移送される。基準電圧印加部１１ａと放出体１２の表面のイオン放出点との間には、放出したイオン量と同等な電流が流れ、放出体１２の有する電気抵抗により電圧降下が発生し、基準電圧印加部１２と放出体表面のイオン放出点との電位差が発生する。しかし、放出体１２は、上記の金属酸化物よりも比抵抗値が小さく電気伝導度が向上された複合材料で作られているため、イオン放出点における電位の変化量は、従来の放出体と比べて小さくなる。
【００２３】
イオン化された被検出ガスの分子数を電気信号として正確に検出するために必要なイオンの放出量は少なくとも１０-10 Ａ程度であり、また放出体１２は基準電圧印加部１２とイオン放出点の間の電気抵抗が１０10Ω以下になるように設定されているので、前述の（１）式よりイオン放出点における電位の変化量を１Ｖ以下とすることができる。従って、アパーチャ１０２と放出体１２の表面のイオン放出点との電位差によって形成された電界は、イオン放出開始時の９０％以上を維持することができ、周期的変動を抑制して、イオン放出点から放出される金属イオンをイオン付着領域１１０に安定的に供給することができる。その結果、イオン付着質量分析装置において被検出ガスの質量分析を正しく行うことができる。
【００２４】
次に放出体１２について上記複合材料の作り方について詳述する。複合材料の作り方としては、前述した金属酸化物を母材とし、そこに上記のＡｕ等の導電体を複合（または充填）したものと、例えばＣ（炭素）やＷ（タングステン）などの導電体を母材とし、そこに金属酸化物を複合（または充填）したものがある。しかし、前者の導電体はＡｕやＣＢに限定されず、後者の導電体はＣやＷに限定されない。電気伝導度が高く、高融点および耐腐食性に優れた物質であれば何でもよい。ここで、ＣＢとは、天然ガスや石油、クレオソート油などの炭化水素の熱分解と不完全燃焼の組合せによって得られる微粉炭素のことである。
【００２５】
一般的に絶縁体に導電性を持たせる方法として例えばナイロン６やＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）などの合成樹脂にＣＢを複合等させる方法が知られている。合成樹脂などの母材にＣＢを複合等して得られる電気伝導度は、母材の粒子の大きさや母材の表面張力によって多少異なるが、ＣＢの複合量（充填量）によってほぼ決められる。含有されるＣＢの増加量と電気伝導度との関係は、次のようになる。
【００２６】
絶縁体にＣＢの複合等を開始すると、電気伝導度は非常に僅かに増加していくが、或る臨界複合量（臨界充填量）に達すると、複合材料の電気伝導度は転移的（急激）に増大し、その後再び穏やかな増加に戻る。この臨界複合量は、体積分率で表すと、例えばナイロン６で０．３％以下、ＳＢＲで０．２％以下の少量である。
【００２７】
以上のごとく本実施形態による放出体１２の材質は金属酸化物に臨界複合量以上の導電体を含有した複合材料であれば好ましい。このようにして比抵抗値が１０12Ω・ｍ程度ある金属酸化物に導電体を複合することにより、相対的に放出体の比抵抗値を低いものにし、イオン放出量を安定化させる。ただし、導電体を複合等する量が臨界複合量以下で、かつ基準電圧印加部とイオン放出点の間の電気抵抗が１０10Ω以下となる場合には、導電体の複合量は臨界複合量以下であってもよい。
【００２８】
次に図２を参照して本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、イオン源内に存在する電圧印加部の一部を複合材料とすることによって放出体と基準電圧印加部の機能を共有するイオン放出機構を形成している。すなわち、イオン源内に存在する電圧印加部１１の一部１１ｂを、前述のＬｉ2 Ｏ等の金属酸化物と臨界複合量以上のＷ等の導電体からなる複合材料として形成することによって、前述の放出体１２と基準電圧印加部１１ａの両方の機能を有する放出部を電圧印加部に形成するものである。かかる放出部の作り方は、例えばＬｉやＬｉを含有する化合物などを燃焼し、その炎の中に電圧印加部１１の一部（１１ｂの部分）を入れて付着および拡散させ、その内部にＬｉ等を含有させる。その結果、このように形成した電圧印加部１１の一部１１ｂをバイアス電圧を印加した状態で加熱すると、電圧印加部１１の一部１１ｂからイオン付着領域に対して金属イオンを安定的に供給することが可能となる。
【００２９】
さらに電圧印加部（１１）と同一の形状を有する放出部（１１ｂ）の他の作り方として波、例えば線形構造の金属酸化物に臨界複合量以上の導電体を複合させたものであって、かつその両端がそれぞれ異なる電圧印加部の先端に着脱可能のものを作り、イオン付着質量分析計のイオン源の動作時には、これを電気的に接続させてバイアス印加回路を形成するように構成することも可能である。
【００３０】
第２実施形態によるイオン源のイオン放出機構によれば、電圧印加部１１の一部に上記のごとくドーピング処理を行うことによって前述の放出体に相当する放出部１１ｂを作るようにしたため、イオン放出量の周期的変動の原因になった電気的抵抗を望ましい状態に小さくすることができ、イオン放出量を安定化させることができる。
【００３１】
次に図３を参照して本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、イオン源内に存在する電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａの周りに金属酸化物からなる薄膜１３を堆積させてイオン放出機構を形成している。具体的には、ＷやＩｒ等で作られた基準電圧印加部１１ａの周囲表面に前述のＬｉ2 Ｏ等の金属酸化物の薄膜１３をコーティングして形成する。薄膜１３は放出体として機能する。本実施形態によるイオン放出機構では、放出体を薄膜１３として形成したため、基準電圧印加部１１ａとイオン放出点の間の距離を短くすることができ、その間の電気抵抗値を小さくすることができる。これにより放出体である薄膜１３から放出されるイオン放出量を安定化させることができる。
【００３２】
本実施形態によるイオン放出機構でも、前述のように一般に放出体の電気抵抗は１０10Ω程度に設定される。上記の金属酸化物では比抵抗値は一般的に１０12Ω・ｍ程度であるので、基準電圧印加部１１ａの周囲表面に堆積させる薄膜１３を一様な厚さ０．５μｍの金属酸化物であるとすると、Ｒ＝σ・Ｌ／Ｓ（Ｒ：電気抵抗、σ：比抵抗、Ｌ：長さ、Ｓ：断面積）…（２）の式から、薄膜１３において電流の流れに対して垂直な方向の断面積は５×１０-5ｍ2 程度必要となる。電流の流れに垂直な方向の薄膜１３の断面積は基準電圧印加部１１ａの表面積とほぼ同等と考えることができるので、基準電圧印加部１１ａを直径０．２５ｍｍの線形構造とすると、基準電圧印加部１１ａ上に堆積される薄膜１４の領域の長さは約６．３７ｃｍとなる。
【００３３】
本実施形態では、放出体を形成する薄膜１３をＬｉ2 Ｏ等の金属酸化物で形成したが、この比抵抗は、それぞれの混合比や不純物濃度によって決まるので、特定することはできない。薄膜１３の堆積に使用される金属酸化物の比抵抗が上記の１０12Ω・ｍを大きく上回るものである場合には、薄膜１３は基準電圧印加部１１ａ上に上記の厚みよりも薄く、かつ広い領域に堆積させられる。
【００３４】
次に図４を参照して本発明の第４実施形態を説明する。この第４実施形態では、イオン源内に存在する電圧印加部の基準電圧印加部を平板形状とし、この平板形状の基準
電圧印加部１４の表面に放出体となる金属酸化物の薄膜１５を堆積させてイオン放出機構を形成している。図４において、基準電圧印加部１４は、例えば長さ１６ｃｍ、幅５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍの平板として形成される。基準電圧印加部１４では電流の流れに対し直角な方向の断面積は８０ｃｍ2 となり、薄膜１５の厚みが一様で、厚さ０．１μｍの場合で、１０15Ω・ｍ程度の比抵抗をもつ金属酸化物を薄膜１５の形成に用いることができる。また１０15Ω・ｍ以下の比抵抗を有する金属酸化物を用いる場合には、放出体である薄膜１５からのイオン放出量を高くし、より高い感度を得たとしても、基準電圧印加部とイオン放出点の電位差の変動を１Ｖ以下と少なくすることができる。
【００３５】
次に図５と図６を参照して第５および第６の実施形態を説明する。図５に示した第５実施形態では、例えばＩｒ線からなる基準電圧印加部１６をヘアピン状の形状とすることにイオン源内に多くの基準電圧印加部を存在させる。これにより金属酸化物の堆積可能領域を増やし、その上に一様に金属酸化物を堆積させて、放出体における電流の流れと直角な方向の断面積を増大することができる。さらに図６に示した第６実施形態では、同じくＩｒ線からなる基準電圧印加部の形状を螺旋状（コイル形状）とすることによって、イオン源内にさらに多くの基準電圧印加部１７を存在させる。基準電圧印加部１７の表面には一様に放出体になる薄膜が堆積させられる。このように金属酸化物の堆積可能領域を増やし、その上に一様に金属酸化物を堆積させれば、放出体における電流の流れと直角な方向の断面積を増大することができる。以上のヘアピン形状および螺旋形状の場合には放出体である薄膜の表面からのイオン放出をアパーチャの開口を通る中心軸上付近に集中することができるので、検出感度を高くすることができる。
【００３６】
なお準電圧印加部の形状および寸法は、上述に限らず、イオン源内の放出体（金属酸化物）が堆積可能な領域を増大させるものであればよく、さらに、その上に堆積される金属酸化物は電気抵抗を１０10Ω以下としたときに上記の（２）式を満たす寸法であれよい。
【００３７】
図７の（Ａ），（Ｂ）を参照して本発明の第７実施形態を説明する。この実施形態では、電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａ上に設けた金属酸化物の放出体２１に、網状導電体からなる第２の基準電圧印加部２２を形成してイオン放出機構を形成している。
【００３８】
第２基準電圧印加部２２では放出体２１の表面上に導電体を網状（メッシュ状）に密着して形成している。この網状導電体は、例えば直径１０μｍのＩｒ線やＷ線などであり、これらの導電体に囲まれた放出体２１の表面の露出面は、図（Ｂ）に示すごとく２５ｍｍ×２５ｍｍの領域あたりに４００個程度以上の細かさ、すなわち４００メッシュとなっている。以上の構成によれば、上記露出面内のイオン放出点と第２基準電圧印加部２２との距離が短くなり電圧降下の影響を低減することができる。
【００３９】
図８の（Ａ），（Ｂ）を参照して本発明の第８実施形態を説明する。この実施形態では、電圧印加部１１の一部である基準電圧印加部１１ａ上に設けた金属酸化物の放出体２１において、その表面に導電体からなる第２基準電圧印加部２３を皮膜してイオン放出機構を形成している。
【００４０】
第２基準電圧印加部２３は、放出体２１の表面において導電体を薄膜状に被膜させたものである。しかし、放出体２１の表面を完全に覆うように形成すると、放出体表面から放出されるイオンの飛行空間を遮断してしまい、イオン付着領域にイオンが供給されなくなる。そこで第２基準電圧印加部２３には図８（Ｂ）に示されるごとくその表面に第２基準電圧印加部２３を貫通した微細な孔２４を多数設けるようにし、これにより放出体２１の表面から放出されるイオンの飛行空間を確保している。
【００４１】
第２基準電圧印加部２３に形成された孔２４の開口面積の合計は、放出体２１の表面積の１０％以上であることが好ましい。これは、放出体２１の表面から放出するイオンが被検出ガスをイオン化して質量分析する際に、その分子数を電気信号として正確に検出するために必要な量を確保するためである。
【００４２】
以上の本発明の実施形態の説明では、各構成および構造は本発明が理解できる程度に概略的に示したものにすぎず、さらに各寸法および物質の成分などは例示にすぎない。また本発明による放出体の加熱方法は、電圧印加部に接続された加熱用電源によって電圧印加部および基準電圧印加部に電流を流してジュール熱を発生させ、このジュール熱を利用して放出体を加熱する従来の方法に限定されない。
【００４３】
例えば図９に示すごとく、イオン源３１内の電圧印加部３２の一部の基準電圧印加部に取付けられた放出体３３の近傍であって、放出体３３および基準電圧印加部からみて、イオン付着領域の反対側の領域に電気抵抗がやや高い導電体からなるヒータ３４を配置したものであってもよい。このヒータ３４に加熱用電源３５によって電流を流して発熱させ、その際の輻射熱により放出体３３を加熱する手段であってもよい。なお図９において、図１０で説明した要素と実質的に同じ要素には同じ符号を付している。
【００４４】
さらに前述の各実施形態はそれぞれ単独での実施に限定されず、それらの組合せによって基準電圧印加部とイオン放出点の電位差の変動を発生させないように構成することができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ 電圧印加部１１ａ 基準電圧印加部１２ 放出体１３ 薄膜１４ 平板形状の基準電圧印加部１５ 薄膜１６，１７ 基準電圧印加部２１ 放出体２２，２３ 第２基準電圧印加部２４ 孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、前記金属イオンを被検出ガスに付着させて前記被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン放出機構において、
前記放出体の材質を、金属を含有した化合物と導電体の複合材料としたことを特徴とするイオン放出機構。
【請求項２】
前記複合材料は、前記化合物と前記導電体のうちのいずれか一方を母材とし、これに他方を複合させて形成される複合物であることを特徴とする請求項１記載のイオン放出機構。
【請求項３】
前記電圧印加部の一部の材質を変え、この一部を前記放出体として形成したことを特徴とする請求項１記載のイオン放出機構。
【請求項４】
前記導電体は、金、炭素、イリジウム、白金、タンタル、レニウム、モリブデン、およびこれらの複合物のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン放出機構。
【請求項５】
前記複合材料を前記電圧印加部の表面に薄膜状に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン放出機構。
【請求項６】
前記電圧印加部を平板形状としたことを特徴とする請求項５記載のイオン放出機構。
【請求項７】
金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、前記金属イオンを被検出ガスに付着させて前記被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン放出機構において、
前記電圧印加部をコイル形状またはヘアピン形状としたことを特徴とするイオン放出機構。
【請求項８】
前記放出体の表面を、前記電圧印加部と電気的に導通した網状金属線で接触状態で覆ったことを特徴とする請求項１〜７記載のイオン放出機構。
【請求項９】
前記放出体の表面の一部または全部を、前記電圧印加部と電気的に導通した微細孔を有する導電性薄膜で被膜したことを特徴とする請求項１〜７記載のイオン放出機構。
【請求項１０】
前記金属イオンは、Ｌｉ+ 、Ｋ+ 、Ｎａ+ 、Ｒｂ+ 、Ｃｓ+ 、Ａｌ+ 、Ｇａ+
、Ｉｎ+ のうちいずれかであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のイオン放出機構。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のイオン放出機構を備えたことを特徴とするイオン付着質量分析装置。
【請求項１】
金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、前記金属イオンを被検出ガスに付着させて前記被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン放出機構において、
前記放出体の材質を、金属を含有した化合物と導電体の複合材料としたことを特徴とするイオン放出機構。
【請求項２】
前記複合材料は、前記化合物と前記導電体のうちのいずれか一方を母材とし、これに他方を複合させて形成される複合物であることを特徴とする請求項１記載のイオン放出機構。
【請求項３】
前記電圧印加部の一部の材質を変え、この一部を前記放出体として形成したことを特徴とする請求項１記載のイオン放出機構。
【請求項４】
前記導電体は、金、炭素、イリジウム、白金、タンタル、レニウム、モリブデン、およびこれらの複合物のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン放出機構。
【請求項５】
前記複合材料を前記電圧印加部の表面に薄膜状に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン放出機構。
【請求項６】
前記電圧印加部を平板形状としたことを特徴とする請求項５記載のイオン放出機構。
【請求項７】
金属を含有する放出体と、この放出体に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記放出体を加熱して正電荷の金属イオンを放出させ、前記金属イオンを被検出ガスに付着させて前記被検出ガスをイオン化するイオン源を備えたイオン放出機構において、
前記電圧印加部をコイル形状またはヘアピン形状としたことを特徴とするイオン放出機構。
【請求項８】
前記放出体の表面を、前記電圧印加部と電気的に導通した網状金属線で接触状態で覆ったことを特徴とする請求項１〜７記載のイオン放出機構。
【請求項９】
前記放出体の表面の一部または全部を、前記電圧印加部と電気的に導通した微細孔を有する導電性薄膜で被膜したことを特徴とする請求項１〜７記載のイオン放出機構。
【請求項１０】
前記金属イオンは、Ｌｉ+ 、Ｋ+ 、Ｎａ+ 、Ｒｂ+ 、Ｃｓ+ 、Ａｌ+ 、Ｇａ+
、Ｉｎ+ のうちいずれかであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のイオン放出機構。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のイオン放出機構を備えたことを特徴とするイオン付着質量分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２５９８４５（Ｐ２００９−２５９８４５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８１２８９（Ｐ２００９−１８１２８９）
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【分割の表示】特願２０００−８５３９３（Ｐ２０００−８５３９３）の分割
【原出願日】平成１２年３月２４日（２０００．３．２４）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【分割の表示】特願２０００−８５３９３（Ｐ２０００−８５３９３）の分割
【原出願日】平成１２年３月２４日（２０００．３．２４）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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