JP2009110853A - Laser ablation inductively coupled plasma mass spectroscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置に関するものである。 The present invention relates to a laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer.
質量分析法の一つとして、誘導結合プラズマ質量分析(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)がある。かかる分析法は、固体試料を溶解して溶液化しさらに霧状にして、高温の誘導結合プラズマ中に導入して、試料をイオン化する。そして、得られたイオンを質量分析計に導入し、質量電荷比に応じた分離分析を経て、定性定量を行う。 One of the mass spectrometry methods is inductively coupled plasma mass spectrometry. In such an analysis method, a solid sample is dissolved, converted into a mist, introduced into a high-temperature inductively coupled plasma, and the sample is ionized. And the obtained ion is introduce | transduced into a mass spectrometer, and qualitative quantification is performed through the separation analysis according to mass to charge ratio.
また、誘導結合プラズマ質量分析装置のなかには、特許文献1から了解されるように、レーザ気化装置(Laser Ablation system)を用い、固体試料に直接、レーザを照射して気化させるレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置(LA−ICP−MS)も存在している。
ところで、こうしたレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置においては、イオン強度のばらつき低減が望まれている。本発明は、イオン強度のばらつきを低減させることができるレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置を提供することを目的とする。 By the way, in such a laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer, it is desired to reduce variations in ion intensity. An object of the present invention is to provide a laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer capable of reducing variations in ion intensity.
上述した課題を解決するため、本発明に係るレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置は、試料にレーザを照射し、試料を気化させて試料ガスとし、その試料ガスをキャリアガスと共に放出するレーザアブレーション部と、誘電結合プラズマをイオン化源として、試料をイオン化し、質量分析を行う誘導結合プラズマ質量分析部と、前記レーザアブレーション部及び前記誘導結合プラズマ質量分析部の間に設けられ、試料ガスとキャリアガスとの均一な混合を行う混合室を有する混合部とを備える。 In order to solve the above-described problems, a laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer according to the present invention irradiates a sample with a laser, vaporizes the sample to form a sample gas, and releases the sample gas together with a carrier gas. And an inductively coupled plasma mass analyzer that ionizes a sample using a dielectric coupled plasma as an ionization source to perform mass analysis, and is provided between the laser ablation unit and the inductively coupled plasma mass analyzer, and a sample gas and a carrier gas And a mixing section having a mixing chamber for performing uniform mixing with the mixing chamber.
好適には、前記混合室の容積は、50〜100[ml]である。 Preferably, the volume of the mixing chamber is 50 to 100 [ml].
前記混合部は、開口を有する樹脂製容器と、前記開口を閉塞する蓋部材とを含み、前記蓋部材に、前記レーザアブレーション部から放出された試料ガス及びキャリアガスを受けるガス入口と、前記混合室内に受け容れられた試料ガス及びキャリアガスを前記誘導結合プラズマ質量分析部へと放出するガス出口とが設けられているように構成してもよい。 The mixing unit includes a resin container having an opening and a lid member that closes the opening, the gas inlet receiving the sample gas and the carrier gas discharged from the laser ablation unit in the lid member, and the mixing You may comprise so that the gas outlet which discharge | releases the sample gas and carrier gas received in the chamber to the said inductively coupled plasma mass spectrometry part may be provided.
前記ガス出口におけるガス進行方向のベクトル成分には、前記ガス入口におけるガス進行方向のベクトルと逆方向もしくは直交方向のものが含まれるように構成してもよい。 The vector component in the gas traveling direction at the gas outlet may include a vector component in a direction opposite or orthogonal to the vector of the gas traveling direction at the gas inlet.
前記ガス入口には、上流端が前記レーザアブレーション部に連通されている導入管の下流端側が挿入され、前記ガス出口には、下流端が前記誘導結合プラズマ質量分析部に接続されている導出管の上流端側が挿入されており、前記導入管のうち前記蓋部材から前記混合室内に延出する部分は、前記導出管における前記蓋部材から前記混合室内に延出する部分よりも長くなっているように構成してもよい。 The gas inlet is inserted with the downstream end of the introduction pipe whose upstream end is communicated with the laser ablation section, and the gas outlet is connected with the inductively coupled plasma mass spectrometer at the downstream end. The portion of the introduction pipe that extends from the lid member into the mixing chamber is longer than the portion of the lead-out pipe that extends from the lid member into the mixing chamber. You may comprise as follows.
本発明によれば、ガスを、レーザアブレーション部から直接に誘導結合プラズマ質量分析部に供給するのではなく、いったん、混合室に導いた後、誘導結合プラズマ質量分析部に供給するため、試料ガス及びキャリアガスを、混合室内で均質に混合したのち、誘導結合プラズマ質量分析部に供給することとなり、イオン強度のばらつきを低減させることができる。 According to the present invention, the sample gas is not supplied directly from the laser ablation unit to the inductively coupled plasma mass analyzing unit, but is introduced into the mixing chamber and then supplied to the inductively coupled plasma mass analyzing unit. In addition, after the carrier gas is uniformly mixed in the mixing chamber, the carrier gas is supplied to the inductively coupled plasma mass spectrometer, thereby reducing variations in ion intensity.
なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。 The other features of the present invention and the operational effects thereof will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
以下、この発明に係る実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1は、本実施の形態に係るレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置の構成を示す図である。レーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置1は、レーザアブレーション部3と、誘導結合プラズマ質量分析部5と、混合部7とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer according to the present embodiment. The laser ablation inductively coupled
レーザアブレーション部3は、アブレーション室9と、キャリアガス導入路11とを有する。アブレーション室9は、試料13を収容する空間である。アブレーション室9の上部には、石英製などの透過窓が設けられており、上方からアブレーション室9内へのレーザの透過が許容されている。キャリアガス導入路11は、アブレーション室9内に連通する流路であって、キャリアガス、本実施の形態ではアルゴンガスをアブレーション室9内に導入する。
The laser ablation unit 3 includes an
また、誘導結合プラズマ質量分析部5は、ICPトーチ15と、質量分析計17とを有する。ICPトーチ15は、誘導結合プラズマをイオン化源として、試料ガスをイオン化する。また、ICPトーチ15には、アルゴンガスが供給されている。質量分析計17は、サンプリングコーン19、スキマーコーン21、イオンレンズ23を介して、ICPトーチ15の下流に設けられており、イオン化された試料の質量分析を行う。
The inductively coupled plasma mass analyzer 5 includes an
混合部7は、レーザアブレーション部3の下流であって、且つ、誘導結合プラズマ質量分析部5の上流に配置されている。混合部7は、開口を有する樹脂製容器25と、その開口を閉塞する蓋部材27とを含んでいる。樹脂製容器25の内部空間は、混合室29として機能する。混合室29の容積は、好適には50〜100[ml]である。
The mixing unit 7 is disposed downstream of the laser ablation unit 3 and upstream of the inductively coupled plasma mass analysis unit 5. The mixing unit 7 includes a
蓋部材27には、ガス入口31と、ガス出口33とが設けられている。換言するならば、ガス入口31及びガス出口33は、樹脂製容器25の同一方向すなわち開口が存在する方向に形成されている。これにより、ガス出口33におけるガス進行方向のベクトル成分には、ガス入口31におけるガス進行方向のベクトルと逆方向のものを含んでいる。
The
ガス入口31には、上流端がアブレーション室9に連通されている導入管35の下流端側が挿入されている。これによって、ガス入口31は、レーザアブレーション部3から放出された試料ガス及びキャリアガスを受ける。ガス出口33には、下流端がICPトーチ15に接続されている導出管37の上流端側が挿入されている。これによって、ガス出口33は、混合室29内に受け容れられた試料ガス及びキャリアガスを誘導結合プラズマ質量分析部5へと放出する。
The
より詳細には、導入管35及び導出管37は共に蓋部材27に挿入されており、導入管35のうち蓋部材27から混合室29内に延出する部分は、導出管37における蓋部材27から混合室29内に延出する部分よりも長くなっている。
More specifically, the
続いて、このように構成されたレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置の作用について説明する。まず、試料13をアブレーション室9内に配置する。より具体的には、アブレーション室9底面には、周知のX−Y−Z軸ステージが設けられ、試料13はそのステージ上にセットされていてもよい。そして、レーザを試料13に照射し、試料を気化させて試料ガスを発生させる。
Next, the operation of the laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer configured as described above will be described. First, the
試料ガスは、キャリアガスであるアルゴンガスと共に、レーザアブレーション部3から放出され、導入管35を通って混合部7の混合室29内に受け容れられる。試料ガス及びキャリアガスは、混合室29内で均質に混合したのち、混合部7から放出され、導出管37を通って誘導結合プラズマ質量分析部5に供給される。試料ガスは、誘導結合プラズマ質量分析部5において、誘導結合プラズマをイオン化源としてイオン化され質量分析計17に導入されて、定性定量がなされる。
The sample gas is discharged from the laser ablation unit 3 together with the argon gas as the carrier gas, and is received in the
ここで、誘導結合プラズマ質量分析装置においては、イオン強度のばらつき低減が望まれているところ、本発明者は、ICPトーチに導入されるガスの状態に着目し、試料ガス及びキャリアガスの均質混合によりイオン強度のばらつきを低減できるものと考えた。具体的には、ガスを、レーザアブレーション部からパイプを介して直接に誘導結合プラズマ質量分析部に供給するのではなく、いったん、パイプよりも広い空間を有する混合室に導いた後、誘導結合プラズマ質量分析部に供給することとした。さらに、混合状態に影響を及ぼすものとして、混合室へのガスの受け入れ態様と混合室からのガスの放出態様との関係を調査した。 Here, in the inductively coupled plasma mass spectrometer, it is desired to reduce variations in ion intensity. The present inventor paid attention to the state of the gas introduced into the ICP torch and homogeneously mixed the sample gas and the carrier gas. Therefore, it was considered that variation in ionic strength could be reduced. Specifically, the gas is not supplied directly from the laser ablation unit to the inductively coupled plasma mass spectrometer through the pipe, but is once introduced into the mixing chamber having a larger space than the pipe and then inductively coupled plasma. It was decided to supply to the mass spectrometer. Furthermore, as an influence on the mixing state, the relationship between the mode of gas reception into the mixing chamber and the mode of gas release from the mixing chamber was investigated.
その結果を、図2の(a)〜(j)を参照しながら説明する。まず、図2の(j)は、既存の態様であって、混合部を設けることなくレーザアブレーション部と誘導結合プラズマ質量分析部とを直接、パイプで接続した態様である。 The results will be described with reference to (a) to (j) of FIG. First, (j) in FIG. 2 is an existing mode in which the laser ablation unit and the inductively coupled plasma mass spectrometry unit are directly connected by a pipe without providing a mixing unit.
図2の(g)〜(i)は、ガス入口のガス進行方向と、ガス出口のガス進行方向が同一となる態様であって、且つ、(g)は、ガス入口の軸芯とガス出口の軸芯とが一直線上にない態様、(h)は、ガス入口の軸芯とガス出口の軸芯とがほぼ一直線上にある態様、(i)は、ガス入口の軸芯とガス出口の軸芯とがほぼ一直線上にありさらに混合室内に千鳥状に配置された複数の遮蔽版が存在する態様である。 2 (g) to (i) are embodiments in which the gas traveling direction at the gas inlet is the same as the gas traveling direction at the gas outlet, and (g) is the axis of the gas inlet and the gas outlet. (H) is an aspect in which the axis of the gas inlet and the axis of the gas outlet are substantially in a straight line, and (i) is an aspect of the axis of the gas inlet and the gas outlet. In this embodiment, there are a plurality of shielding plates arranged in a staggered manner in the mixing chamber with the shaft core being substantially in a straight line.
また、(b)及び(c)は、ガス入口のガス進行方向と、ガス出口のガス進行方向が直交する態様であって、且つ、(b)は、導出管37の上流端の位置が、導入管35の下流端よりもガス進行方向前方側にある態様、(c)は、導出管37の上流端の位置が、導入管35の下流端よりもガス進行方向後方側にある態様である。
(B) and (c) are embodiments in which the gas traveling direction at the gas inlet is perpendicular to the gas traveling direction at the gas outlet, and (b) is the position of the upstream end of the
さらに、(a)、(d)、(e)及び(f)は、導入管35及び導出管37が共に蓋部材27に挿入されている態様である。そのうち(a)は、蓋部材27から混合室29内に延出する部分に関し、導入管35のほうが導出管37よりも長い態様を示す。(d)は、蓋部材27から混合室29内に延出する部分に関し、導入管35及び導出管37が共に長い態様を示す。(e)は、蓋部材27から混合室29内に延出する部分に関し、導出管37のほうが導入管35よりも長い態様を示す。(f)は、蓋部材27から混合室29内に延出する部分に関し、導入管35及び導出管37が共に短い態様を示す。
Furthermore, (a), (d), (e), and (f) are modes in which the
このような様々な態様のそれぞれにつき、質量分析を実施して0.1秒毎にデータを採取した。その結果を、イオン強度の相対標準偏差すなわちRSD(標準偏差/データの平均値)として以下に示す。なお、各態様において、質量の異なる成分を相対的な大小関係で抽出し、質量の異なる成分毎にRSDを得ている。 For each of these various embodiments, mass spectrometry was performed and data was collected every 0.1 seconds. The results are shown below as relative standard deviation of ionic strength, that is, RSD (standard deviation / average value of data). In each embodiment, components having different masses are extracted in a relative magnitude relationship, and RSD is obtained for each component having a different mass.
上記の表から明らかであるように、態様(g)、(h)及び(i)は、既存の態様である態様(j)に対して大きな改善がみられない結果となった。これらに対し、態様(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)は、既存の態様である態様(j)に対してRSDの値が半分以下になるなど大きな改善がみられた。また、なかでも本実施の形態に係る態様(a)は、質量に拘わらずイオン強度のばらつきが極めて低く抑えられていることが分る。 As is clear from the above table, aspects (g), (h) and (i) did not show significant improvement over aspect (j) which is an existing aspect. On the other hand, modes (a), (b), (c), (d), (e) and (f) have an RSD value of less than half that of mode (j) which is an existing mode. A great improvement was seen. In particular, it can be seen that, in the aspect (a) according to the present embodiment, the variation in ionic strength is extremely low regardless of the mass.
また、混合室の容積が及ぼす影響についても試験を行った。混合室の容積が異なる態様で、スタートタイムと、ウオッシュアウトタイムを測定した。なお、スタートタイムとは、混合室に対するレーザの照射を開始し、誘導結合プラズマ質量分析部において信号を検出した後、その信号が安定するまでの時間をいい、ウオッシュアウトタイムとは、レーザの照射を停止し、誘導結合プラズマ質量分析部において信号が低下した後、その信号が安定するまでの時間をいう。混合室の容積は、30[ml]、50[ml]、100[ml]、250[ml]、400[ml]で測定したところ、次のような結果が得られた。 The effect of the mixing chamber volume was also tested. The start time and washout time were measured in a manner in which the volume of the mixing chamber was different. The start time refers to the time from the start of laser irradiation to the mixing chamber until the signal stabilizes after the signal is detected by the inductively coupled plasma mass spectrometer, and the washout time is the laser irradiation. Is stopped, and after the signal drops in the inductively coupled plasma mass spectrometer, the time until the signal stabilizes is said. When the volume of the mixing chamber was measured at 30 [ml], 50 [ml], 100 [ml], 250 [ml], and 400 [ml], the following results were obtained.
上記の表から明らかであるように、容積が30[ml]の態様では、ウオッシュアウトタイムは10秒以下で極めて良好であったが、スタートタイムは50秒未満(20秒を超過)と良くない結果となった。容積が250[ml]の態様では、スタートタイム及びウオッシュアウトタイム共に50秒未満(20秒を超過)と良くない結果であった。容積が400[ml]の態様では、スタートタイム及びウオッシュアウトタイム共に50秒以上とさらに悪い結果であった。これらに対し、容積が50[ml]及び100[ml]の態様では、スタートタイム及びウオッシュアウトタイム共に20秒以下と良好な結果を得られた。したがって、スタートタイムやウオッシュアウトタイムまで考慮をすると、混合室29の容積は、50〜100[ml]が好適である。
As is apparent from the above table, in the aspect of the volume of 30 [ml], the washout time was very good at 10 seconds or less, but the start time was less than 50 seconds (exceeding 20 seconds). As a result. When the volume was 250 [ml], both the start time and the washout time were less than 50 seconds (exceeding 20 seconds), which was a bad result. In the aspect of the volume of 400 [ml], both the start time and the washout time were 50 seconds or more, which was a worse result. On the other hand, when the volume was 50 [ml] and 100 [ml], both the start time and the washout time were 20 seconds or less, and good results were obtained. Therefore, considering the start time and the washout time, the volume of the mixing
以上説明したように、本実施の形態に係るレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置によれば、ガスを、レーザアブレーション部からパイプを介して直接に誘導結合プラズマ質量分析部に供給するのではなく、いったん、パイプよりも広い空間を有する混合室に導いた後、誘導結合プラズマ質量分析部に供給したため、試料ガス及びキャリアガスは、混合室内で均質に混合したのち、誘導結合プラズマ質量分析部に供給されることとなり、イオン強度のばらつきを低減させることができる。 As described above, according to the laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer according to the present embodiment, the gas is not supplied directly from the laser ablation part to the inductively coupled plasma mass spectrometer via the pipe, Once guided to the mixing chamber, which has a larger space than the pipe, and then supplied to the inductively coupled plasma mass analyzer, the sample gas and carrier gas are mixed homogeneously in the mixing chamber and then supplied to the inductively coupled plasma mass analyzer. As a result, variations in ionic strength can be reduced.
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。 Although the contents of the present invention have been specifically described with reference to the preferred embodiments, various modifications can be made by those skilled in the art based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is self-explanatory.
例えば、本発明は、混合部に関し、図2の(a)の態様に限定されるものではない。本発明は、図2の(b)〜(f)の態様に例示されるように、ガス出口におけるガス進行方向のベクトル成分に、ガス入口におけるガス進行方向のベクトルと逆方向もしくは直交方向のものを含み、また、導入管又は導出管のそれぞれの混合室内への延出態様も適宜改変して実施するものを含むことができる。 For example, the present invention relates to the mixing section and is not limited to the embodiment shown in FIG. In the present invention, as illustrated in the modes (b) to (f) of FIG. 2, the vector component in the gas traveling direction at the gas outlet has a direction opposite or orthogonal to the vector of the gas traveling direction at the gas inlet. In addition, the extending mode of the introduction pipe or the lead-out pipe into the mixing chamber can be appropriately modified and implemented.
1 レーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置
3 レーザアブレーション部
5 誘導結合プラズマ質量分析部
7 混合部
25 樹脂製容器
27 蓋部材
29 混合室
31 ガス入口
33 ガス出口
35 導入管
37 導出管
DESCRIPTION OF
Claims (5)
誘電結合プラズマをイオン化源として、試料をイオン化し、質量分析を行う誘導結合プラズマ質量分析部と、
前記レーザアブレーション部及び前記誘導結合プラズマ質量分析部の間に設けられ、試料ガスとキャリアガスとの均一な混合を行う混合室を有する混合部と
を備えた、レーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置。 A laser ablation unit that irradiates a sample with a laser, vaporizes the sample to form a sample gas, and releases the sample gas together with a carrier gas;
An inductively coupled plasma mass spectrometry unit that performs mass spectrometry by ionizing a sample using a dielectric coupled plasma as an ionization source;
A laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer provided with a mixing unit provided between the laser ablation unit and the inductively coupled plasma mass spectrometer and having a mixing chamber for uniformly mixing a sample gas and a carrier gas.
前記蓋部材に、前記レーザアブレーション部から放出された試料ガス及びキャリアガスを受けるガス入口と、前記混合室内に受け容れられた試料ガス及びキャリアガスを前記誘導結合プラズマ質量分析部へと放出するガス出口とが設けられている
請求項2のレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置。 The mixing unit includes a resin container having an opening, and a lid member that closes the opening.
A gas inlet for receiving the sample gas and the carrier gas emitted from the laser ablation unit and a gas for releasing the sample gas and the carrier gas received in the mixing chamber to the inductively coupled plasma mass analysis unit in the lid member The laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer according to claim 2, further comprising an outlet.
前記導入管のうち前記蓋部材から前記混合室内に延出する部分は、前記導出管における前記蓋部材から前記混合室内に延出する部分よりも長くなっている
請求項3又は4のレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置。 The gas inlet is inserted with the downstream end of the introduction pipe whose upstream end is communicated with the laser ablation section, and the gas outlet is connected with the inductively coupled plasma mass spectrometer at the downstream end. The upstream end side of
The laser ablation induction according to claim 3 or 4, wherein a portion of the introduction pipe that extends from the lid member into the mixing chamber is longer than a portion of the outlet pipe that extends from the lid member into the mixing chamber. Coupled plasma mass spectrometer.
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