JP2000067804A - 誘導結合プラズマ質量分析計及び分析方法 - Google Patents
誘導結合プラズマ質量分析計及び分析方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 干渉性化学種の形成を著しく少なくすること
によって、被分析物の検出限界が改善される誘導結合プ
ラズマ質量分析計を提供する。 【解決手段】 本発明の誘導結合プラズマ質量分析計
は、第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための
手段と、試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するため手段と、該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するための手
段と、該被分析物のイオンを該インタフェース段から第
３の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナ
ライザチャンバ（アナライザ段）へ移送するための手段
とを具備することを特徴とする。
によって、被分析物の検出限界が改善される誘導結合プ
ラズマ質量分析計を提供する。 【解決手段】 本発明の誘導結合プラズマ質量分析計
は、第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための
手段と、試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するため手段と、該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するための手
段と、該被分析物のイオンを該インタフェース段から第
３の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナ
ライザチャンバ（アナライザ段）へ移送するための手段
とを具備することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合プラズマ
質量分析法（Inductively Coupled Plasma MassSpectro
meter：ＩＣＰ‐ＭＳ）に関し、より詳しくはプラズマ
源質量分析計と共に使用して改善された検出限界を与え
る装置及び方法に関する。
質量分析法（Inductively Coupled Plasma MassSpectro
meter：ＩＣＰ‐ＭＳ）に関し、より詳しくはプラズマ
源質量分析計と共に使用して改善された検出限界を与え
る装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣＰ‐ＭＳは、無機元素、特に金属を
分析するために用いられる技術であって、半導体、地質
及び環境産業を含む多くの分野で広く利用されている。
ＩＣＰ‐ＭＳは、周期律表の大半の部分について本質的
に同時多元素分析を行う手段を提供し、簡単に質量スペ
クトルが得られ、優れた感度を示し、１兆分の１（ｐｐ
ｔ）のレベルで元素濃度を定量することができる。
分析するために用いられる技術であって、半導体、地質
及び環境産業を含む多くの分野で広く利用されている。
ＩＣＰ‐ＭＳは、周期律表の大半の部分について本質的
に同時多元素分析を行う手段を提供し、簡単に質量スペ
クトルが得られ、優れた感度を示し、１兆分の１（ｐｐ
ｔ）のレベルで元素濃度を定量することができる。
【０００３】ＩＣＰ‐ＭＳは、イオン化源として誘導結
合アルゴンプラズマを使用し、ＩＣＰ源で形成された被
分析物（analyte）のイオンを分離、測定するために質
量分析計を用いる。通常、試料は溶液中に取り込まれて
ポンプにより、試料エーロゾルを発生するネブライザに
注入される。試料エーロゾルはＩＣＰに送り込まれて、
そこで脱溶媒化合物化され、原子化され、イオン化され
る。その結果得られた試料イオンは、大気圧のプラズマ
から、差動排気されたインタフェースを介して真空チャ
ンバ内に位置する質量分析計に移送される。これらの試
料イオンは、サンプリングコーン及びスキマーコーンと
して知られるインタフェース中の２つのオリフィスを通
過し、四重極質量分析器中に集束される。この分析器
は、その質量／電荷比に基づいて試料イオンを分離し、
その後電子増倍管検出システムにより測定される。各同
位元素は、試料中その同位元素の初期濃度に正比例した
ピーク強度を持つ異なる質量位置に現れる；このように
して、試料中の元素濃度を測定することができる。
合アルゴンプラズマを使用し、ＩＣＰ源で形成された被
分析物（analyte）のイオンを分離、測定するために質
量分析計を用いる。通常、試料は溶液中に取り込まれて
ポンプにより、試料エーロゾルを発生するネブライザに
注入される。試料エーロゾルはＩＣＰに送り込まれて、
そこで脱溶媒化合物化され、原子化され、イオン化され
る。その結果得られた試料イオンは、大気圧のプラズマ
から、差動排気されたインタフェースを介して真空チャ
ンバ内に位置する質量分析計に移送される。これらの試
料イオンは、サンプリングコーン及びスキマーコーンと
して知られるインタフェース中の２つのオリフィスを通
過し、四重極質量分析器中に集束される。この分析器
は、その質量／電荷比に基づいて試料イオンを分離し、
その後電子増倍管検出システムにより測定される。各同
位元素は、試料中その同位元素の初期濃度に正比例した
ピーク強度を持つ異なる質量位置に現れる；このように
して、試料中の元素濃度を測定することができる。
【０００４】ＩＣＰ‐ＭＳは、原子吸光分析法（ＡＡ
Ｓ）やＩＣＰ原子発光分析法（ＩＣＰ‐ＡＥＳ）のよう
な従来の元素分析技術より高い感度とより低い検出限界
を備えることが認めらているが、依然として分光干渉の
問題がある。例えばプラズマ中に存在する原子種の種々
の組合せの結果として生じるArCl+、ArＯ+とClＯ+のよ
うな多原子イオンは、四重極質量分析器では十分に解決
することのできない分光干渉効果を生じさせる。場合に
よっては、分光干渉に起因する問題を数学的補正を適用
することによって解決できることもある。しかしながら
多くの用途においては、分光干渉を少なくし、あるいは
排除することが強く求められている。一例を挙げると、
ＩＣＰ‐ＭＳは飲料水中の痕跡濃度（トレースレベル）
の重金属汚染物質を分析し、定量するための有効な装置
であると考えられている。しかしながら、ArＯ+、ClＯ+
とArAr+のような多原子種による、それぞれFe、Ｖ及びS
eに対する干渉は、飲料水に通常見られる被分析物濃度
で信頼できる分析データを得ることを不可能ではないに
しても、困難にしている。
Ｓ）やＩＣＰ原子発光分析法（ＩＣＰ‐ＡＥＳ）のよう
な従来の元素分析技術より高い感度とより低い検出限界
を備えることが認めらているが、依然として分光干渉の
問題がある。例えばプラズマ中に存在する原子種の種々
の組合せの結果として生じるArCl+、ArＯ+とClＯ+のよ
うな多原子イオンは、四重極質量分析器では十分に解決
することのできない分光干渉効果を生じさせる。場合に
よっては、分光干渉に起因する問題を数学的補正を適用
することによって解決できることもある。しかしながら
多くの用途においては、分光干渉を少なくし、あるいは
排除することが強く求められている。一例を挙げると、
ＩＣＰ‐ＭＳは飲料水中の痕跡濃度（トレースレベル）
の重金属汚染物質を分析し、定量するための有効な装置
であると考えられている。しかしながら、ArＯ+、ClＯ+
とArAr+のような多原子種による、それぞれFe、Ｖ及びS
eに対する干渉は、飲料水に通常見られる被分析物濃度
で信頼できる分析データを得ることを不可能ではないに
しても、困難にしている。
【０００５】分光干渉の問題を多少とも解決する一つの
取り組み方は、二重集束磁気セクタ分析器のような高分
解能質量分析計を使用することであり、この形態の装置
は市販されている。しかしながら、このような装置は元
来複雑であり、四重極型システムよりはるかに高価であ
り、また非常に高いレベルのオペレータ技量を必要とす
る。
取り組み方は、二重集束磁気セクタ分析器のような高分
解能質量分析計を使用することであり、この形態の装置
は市販されている。しかしながら、このような装置は元
来複雑であり、四重極型システムよりはるかに高価であ
り、また非常に高いレベルのオペレータ技量を必要とす
る。
【０００６】また、プラズマ源から四重極質量分析器へ
イオンを送るためのインタフェースとしてコリジョンセ
ルを使用することによってＩＣＰ‐ＭＳの性能を改善で
きることも周知である。例えば、Speakman他による６極
型インタフェース／ＩＣＰ−質量分析計を用いた"困難
な"元素の測定（The Measurement of "Difficult" Elem
ents Using a Hexapole Interface/ICP-Mass Spectrome
ter）、プラズマ分光化学に関する1998年冬期会議（米
国アリゾナ州スコッツデール）を参照。コリジョンセル
技術では、ヘリウムのような気体がインタフェース領域
と質量分析計領域との間に設けられた６極型コリジョン
セルに導入される。コリジョンセル内側でのヘリウム原
子との衝突のために、多原子種が被分析物のイオンより
高い減衰を受け、その結果イオンがアナライザに入る前
に多原子種の母集団が小さくなる、絶対数が少なくな
る。しかしながらこの技術はＩＣＰ‐ＭＳ測定装置をよ
り複雑化し、また相当大きな追加コストを必要とする。
イオンを送るためのインタフェースとしてコリジョンセ
ルを使用することによってＩＣＰ‐ＭＳの性能を改善で
きることも周知である。例えば、Speakman他による６極
型インタフェース／ＩＣＰ−質量分析計を用いた"困難
な"元素の測定（The Measurement of "Difficult" Elem
ents Using a Hexapole Interface/ICP-Mass Spectrome
ter）、プラズマ分光化学に関する1998年冬期会議（米
国アリゾナ州スコッツデール）を参照。コリジョンセル
技術では、ヘリウムのような気体がインタフェース領域
と質量分析計領域との間に設けられた６極型コリジョン
セルに導入される。コリジョンセル内側でのヘリウム原
子との衝突のために、多原子種が被分析物のイオンより
高い減衰を受け、その結果イオンがアナライザに入る前
に多原子種の母集団が小さくなる、絶対数が少なくな
る。しかしながらこの技術はＩＣＰ‐ＭＳ測定装置をよ
り複雑化し、また相当大きな追加コストを必要とする。
【０００７】日本国特許公開公報H10-40,857号には、Ｉ
ＣＰ‐ＭＳの検出限界を改善するための技術が記載され
ている。この公報によれば、スキマーコーンオリフィス
の深さを深くすることによって、オリフィス内で衝突を
起こさせることにより、質量分析計に到達する多原子種
の数を減少させる。この技術によれば、干渉された一部
の被分析物のイオンの検出限界を幾分改善することはで
きるが、必要とされる正確なオリフィス深さを持つスキ
マーコーンを再現性をもって製作することは困難であ
る。
ＣＰ‐ＭＳの検出限界を改善するための技術が記載され
ている。この公報によれば、スキマーコーンオリフィス
の深さを深くすることによって、オリフィス内で衝突を
起こさせることにより、質量分析計に到達する多原子種
の数を減少させる。この技術によれば、干渉された一部
の被分析物のイオンの検出限界を幾分改善することはで
きるが、必要とされる正確なオリフィス深さを持つスキ
マーコーンを再現性をもって製作することは困難であ
る。
【０００８】また従来のサンプリングインタフェースを
改良することによってＩＣＰ‐ＭＳ中の、アルゴンマト
リックスイオン（Ar+）干渉を減らすための技術も開示
されている。例えば、Barinaga他によるアルゴンマトリ
ックスイオンの選択的除去によるＩＣＰ／ＭＳの空間電
荷効果の減少（Reduced Space Charge Effects in ICP/
MS by Selective Elimination of Argon Matrix Ion
s）、1996年度米国質量分光測定法学会（米国オレゴン
州ポートランド）を参照。この場合は、水素またはアル
ゴンガスが、スキマーコーンの後ろの中間の真空領域に
挿入された管を介して導入される。アルゴンは、衝突に
よって全ての質量でイオン強度を低下させるのに対し、
水素は一部のイオンのレベル、強度をアルゴンに比べて
わずかしか低下させないということが実証された。さら
に、サンプリングコーンとスキマーコーンとの間のイン
タフェース領域中に水素ガスを導入する効果についても
研究されたが、これは被分析物信号の減衰と（Ar+）信
号の増大という結果を示した。
改良することによってＩＣＰ‐ＭＳ中の、アルゴンマト
リックスイオン（Ar+）干渉を減らすための技術も開示
されている。例えば、Barinaga他によるアルゴンマトリ
ックスイオンの選択的除去によるＩＣＰ／ＭＳの空間電
荷効果の減少（Reduced Space Charge Effects in ICP/
MS by Selective Elimination of Argon Matrix Ion
s）、1996年度米国質量分光測定法学会（米国オレゴン
州ポートランド）を参照。この場合は、水素またはアル
ゴンガスが、スキマーコーンの後ろの中間の真空領域に
挿入された管を介して導入される。アルゴンは、衝突に
よって全ての質量でイオン強度を低下させるのに対し、
水素は一部のイオンのレベル、強度をアルゴンに比べて
わずかしか低下させないということが実証された。さら
に、サンプリングコーンとスキマーコーンとの間のイン
タフェース領域中に水素ガスを導入する効果についても
研究されたが、これは被分析物信号の減衰と（Ar+）信
号の増大という結果を示した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、干渉
性化学種の形成を著しく少なくすることによって、被分
析物の検出限界が改善される、改良されたＩＣＰ‐ＭＳ
測定装置を提供することにある。
性化学種の形成を著しく少なくすることによって、被分
析物の検出限界が改善される、改良されたＩＣＰ‐ＭＳ
測定装置を提供することにある。
【００１０】本発明のもう一つの目的は、構造が簡単で
費用効果が高く、しかも多くの用途で要求される痕跡濃
度でこの技術の被分析物範囲が拡大される、改良された
ＩＣＰ‐ＭＳ測定装置を提供することにある。
費用効果が高く、しかも多くの用途で要求される痕跡濃
度でこの技術の被分析物範囲が拡大される、改良された
ＩＣＰ‐ＭＳ測定装置を提供することにある。
【００１１】本発明のもう一つの目的は、ＩＣＰ‐ＭＳ
測定装置のための新規なインタフェースを提供すること
にある。
測定装置のための新規なインタフェースを提供すること
にある。
【００１２】本発明の他の目的については、以下の説明
及び特許請求の範囲の範囲の記載に基づくものとする。
及び特許請求の範囲の範囲の記載に基づくものとする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、誘導結合プラ
ズマ質量分析計を開示し、この誘導結合プラズマ質量分
析装置は、大気圧のプラズマを発生するための手段と、
試料をプラズマ中に導入してイオン化することにより被
分析物のイオンを形成するため手段と、この被分析物の
イオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャンバ
（インタフェース段）へ移送するための手段と、この被
分析物のイオンを該インタフェースから第３の圧力で動
作して分離及び測定を行うための質量アナライザチャン
バ（アナライザ段）へ移送するための手段とを具備す
る。従来のＩＣＰ‐ＭＳ分析装置は、動作中にはどの段
の圧力も変えることができず：各段の動作圧は、固定さ
れた真空ポンプの排気速度、及び気体分子がポンプによ
り連続的に真空引きされる際に通過するオリフィスの寸
法のみによって決まる。インタフェース段圧力は通常20
0〜300Paの範囲であり、他方アナライザ段圧力は正常動
作時において10-2〜10-4Paのレベルに達する。
ズマ質量分析計を開示し、この誘導結合プラズマ質量分
析装置は、大気圧のプラズマを発生するための手段と、
試料をプラズマ中に導入してイオン化することにより被
分析物のイオンを形成するため手段と、この被分析物の
イオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャンバ
（インタフェース段）へ移送するための手段と、この被
分析物のイオンを該インタフェースから第３の圧力で動
作して分離及び測定を行うための質量アナライザチャン
バ（アナライザ段）へ移送するための手段とを具備す
る。従来のＩＣＰ‐ＭＳ分析装置は、動作中にはどの段
の圧力も変えることができず：各段の動作圧は、固定さ
れた真空ポンプの排気速度、及び気体分子がポンプによ
り連続的に真空引きされる際に通過するオリフィスの寸
法のみによって決まる。インタフェース段圧力は通常20
0〜300Paの範囲であり、他方アナライザ段圧力は正常動
作時において10-2〜10-4Paのレベルに達する。
【００１４】本発明によれば、インタフェースはインタ
フェース段（サンプリングコーンのオリフィスとスキマ
ーコーンのオリフィスとの間の部分）の圧力を変えるた
めの手段を具備する。より詳しくは本発明は、ＩＣＰ‐
ＭＳを通常より高い例えば350〜450Paのインタフェース
圧力で動作させることを提案するものである。
フェース段（サンプリングコーンのオリフィスとスキマ
ーコーンのオリフィスとの間の部分）の圧力を変えるた
めの手段を具備する。より詳しくは本発明は、ＩＣＰ‐
ＭＳを通常より高い例えば350〜450Paのインタフェース
圧力で動作させることを提案するものである。
【００１５】文献に記載されているように、インタフェ
ースは大気プラズマ中に作り出されたイオンを高真空領
域へ引き出す役割を果たし、インタフェースは許容可能
なイオンの移送を達成するために、200〜300Pa以下の圧
力で動作させなければならないということが広く認めら
れている。しかしながら、本発明が開示するところによ
ればインタフェース段の圧力を大きくすることにより、
驚くべき結果が得られる。
ースは大気プラズマ中に作り出されたイオンを高真空領
域へ引き出す役割を果たし、インタフェースは許容可能
なイオンの移送を達成するために、200〜300Pa以下の圧
力で動作させなければならないということが広く認めら
れている。しかしながら、本発明が開示するところによ
ればインタフェース段の圧力を大きくすることにより、
驚くべき結果が得られる。
【００１６】本発明の好適な一実施例によれば、これ
は、インタフェースポンプ系統にＩＣＰ‐ＭＳシステム
コントローラによって操作される、インタフェース領域
における排気速度を減少させるためのスロットルとして
機能する弁を設けるか、あるいは代替的にガス入口を介
してポンプでインタフェース段にガスを送り込むことに
よって実現することができる。
は、インタフェースポンプ系統にＩＣＰ‐ＭＳシステム
コントローラによって操作される、インタフェース領域
における排気速度を減少させるためのスロットルとして
機能する弁を設けるか、あるいは代替的にガス入口を介
してポンプでインタフェース段にガスを送り込むことに
よって実現することができる。
【００１７】その結果生じるインタフェース圧力の増加
は、イオンがインタフェースを通過する際より多くのイ
オンの衝突性散乱を起こし、これはシステムの感度を低
下させる結果を招くと予想されるかもしれない。本発明
によれば、後ほどより詳しく説明するように、改善され
た検出限界が達成されるということが実証されている。
本願発明者は、特定の理論あるいは機構によって拘束さ
れることを欲するものではないが、ある特定の被分析物
のイオンと干渉する多原子イオン種がインタフェース領
域内で選択的に減衰させられ、その結果質量分析計に入
るのを阻止されるものと推測している。スペクトル干渉
が大きく低減されると、検出限界がさらに低くなる。
は、イオンがインタフェースを通過する際より多くのイ
オンの衝突性散乱を起こし、これはシステムの感度を低
下させる結果を招くと予想されるかもしれない。本発明
によれば、後ほどより詳しく説明するように、改善され
た検出限界が達成されるということが実証されている。
本願発明者は、特定の理論あるいは機構によって拘束さ
れることを欲するものではないが、ある特定の被分析物
のイオンと干渉する多原子イオン種がインタフェース領
域内で選択的に減衰させられ、その結果質量分析計に入
るのを阻止されるものと推測している。スペクトル干渉
が大きく低減されると、検出限界がさらに低くなる。
【００１８】本発明のもう一つの好適な実施例によれ
ば、通常固定され、スキマーコーンのオリフィスの直径
と中間ポンプ及びアナライザポンプの排気速度によって
定まるアナライザ段圧力を、入口を介してポンプにより
ガスを主真空チャンバ中に導入することによって大きく
することができる。この構成を用いた場合に得られたデ
ータは、前述のBarinaga他による文献に記載されている
知見と正反対であり、したがって本発明の新規な結果を
得ていたと主張することはできない。
ば、通常固定され、スキマーコーンのオリフィスの直径
と中間ポンプ及びアナライザポンプの排気速度によって
定まるアナライザ段圧力を、入口を介してポンプにより
ガスを主真空チャンバ中に導入することによって大きく
することができる。この構成を用いた場合に得られたデ
ータは、前述のBarinaga他による文献に記載されている
知見と正反対であり、したがって本発明の新規な結果を
得ていたと主張することはできない。
【００１９】本発明のもう一つの好適な実施例によれ
ば、インタフェース中の局在圧力を変化させるための手
段が、サンプリングコーン及び／またはスキマーコーン
の設計を変えることによって実現される。典型的な例の
場合、サンプリングコーンが先端部の頂角がより狭くな
るように修正される。プラズマから先端部の後のこの狭
い頂部中に引き出されたイオンは、イオンビームの拡が
りが制限されるので、より多くの衝突を起こす。これが
結果的に圧力の局部的な増加を引き起こす。
ば、インタフェース中の局在圧力を変化させるための手
段が、サンプリングコーン及び／またはスキマーコーン
の設計を変えることによって実現される。典型的な例の
場合、サンプリングコーンが先端部の頂角がより狭くな
るように修正される。プラズマから先端部の後のこの狭
い頂部中に引き出されたイオンは、イオンビームの拡が
りが制限されるので、より多くの衝突を起こす。これが
結果的に圧力の局部的な増加を引き起こす。
【００２０】インタフェース内での局在圧力領域を変え
るもう一つの手段は、マッハディスク（Mach Disk）中
に突き出るスキマーコーンの部分の設計を変えることを
含む。マッハディスクは、インタフェース段のサンプリ
ングコーンの後側にできる衝撃波であり、そこではサン
プリングオリフィスを出た超音速ジェット（噴流）がイ
ンタフェース内の残留気体分子との衝突によって減速さ
れる。動作時には、スキマーコーン先端部がマッハディ
スク中に突き出て、その後側すなわち下流の”静かな領
域（zone of silence）”として知られている、圧力が
比較的一定に保たれた領域からイオンをサンプリングす
る。スキマーコーンの形状は、例えば先端部の外面の周
りの環状リングを研削することにより、あるいはコーン
の外角をより浅くする、奥行きをなくすことによって修
正することができる。このように修正されたスキマーコ
ーンによってマッハディスクが攪乱され、インタフェー
ス内の衝突が増す結果、インタフェース段での圧力が増
加する。
るもう一つの手段は、マッハディスク（Mach Disk）中
に突き出るスキマーコーンの部分の設計を変えることを
含む。マッハディスクは、インタフェース段のサンプリ
ングコーンの後側にできる衝撃波であり、そこではサン
プリングオリフィスを出た超音速ジェット（噴流）がイ
ンタフェース内の残留気体分子との衝突によって減速さ
れる。動作時には、スキマーコーン先端部がマッハディ
スク中に突き出て、その後側すなわち下流の”静かな領
域（zone of silence）”として知られている、圧力が
比較的一定に保たれた領域からイオンをサンプリングす
る。スキマーコーンの形状は、例えば先端部の外面の周
りの環状リングを研削することにより、あるいはコーン
の外角をより浅くする、奥行きをなくすことによって修
正することができる。このように修正されたスキマーコ
ーンによってマッハディスクが攪乱され、インタフェー
ス内の衝突が増す結果、インタフェース段での圧力が増
加する。
【００２１】上記説明は、以下の発明の実施形態につい
ての詳細な説明とともに添付図面を参照することによっ
て一層容易に理解することができる。
ての詳細な説明とともに添付図面を参照することによっ
て一層容易に理解することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１には、従来のＩＣＰ‐ＭＳ分
析装置100が詳細に図解されている。従来技術で説明さ
れているように、ＩＣＰ‐ＭＳは、誘導結合プラズマイ
オン源と、試料イオンを質量に関して分離するための質
量分析計と、試料イオンをＩＣＰ部からＭＳ部へ移送さ
せるためのインタフェースを有する。
析装置100が詳細に図解されている。従来技術で説明さ
れているように、ＩＣＰ‐ＭＳは、誘導結合プラズマイ
オン源と、試料イオンを質量に関して分離するための質
量分析計と、試料イオンをＩＣＰ部からＭＳ部へ移送さ
せるためのインタフェースを有する。
【００２３】図示実施例の分析装置の特徴は試料採取シ
ステム110にあり、このシステムはさらに温度制御され
たスプレーチャンバ122の端部中に突き出たネブライザ1
21中に液体試料112を吸引するための蠕動ポンプ111を特
徴とする。ネブライザは、高圧のアルゴン（Ar）ガスを
用いて液体試料をばらばらにすることにより試料エーロ
ゾルを形成し、このエーロゾルはスプレーチャンバを通
過することによって大きい液滴を取り去られてから、Ｉ
ＣＰ部130中に吹き込まれる。ＩＣＰ部はＩＣＰトーチ1
31を具備し、このトーチはその中をArガスが流れる一連
の同心状石英管で構成され、この石英管は高周波（Ｒ
Ｆ）コイル132内部に配置される。このコイルによって
作り出される高周波磁界がトーチを通過するAr原子を励
起させ、高エネルギープラズマを維持可能とする。試料
エーロゾルはプラズマ中に吹き込まれ、そこで脱溶媒化
合物化され、原子化され、イオン化されて、試料イオン
が形成される。
ステム110にあり、このシステムはさらに温度制御され
たスプレーチャンバ122の端部中に突き出たネブライザ1
21中に液体試料112を吸引するための蠕動ポンプ111を特
徴とする。ネブライザは、高圧のアルゴン（Ar）ガスを
用いて液体試料をばらばらにすることにより試料エーロ
ゾルを形成し、このエーロゾルはスプレーチャンバを通
過することによって大きい液滴を取り去られてから、Ｉ
ＣＰ部130中に吹き込まれる。ＩＣＰ部はＩＣＰトーチ1
31を具備し、このトーチはその中をArガスが流れる一連
の同心状石英管で構成され、この石英管は高周波（Ｒ
Ｆ）コイル132内部に配置される。このコイルによって
作り出される高周波磁界がトーチを通過するAr原子を励
起させ、高エネルギープラズマを維持可能とする。試料
エーロゾルはプラズマ中に吹き込まれ、そこで脱溶媒化
合物化され、原子化され、イオン化されて、試料イオン
が形成される。
【００２４】インタフェース部150は、質量分析計を含
む高真空アナライザ段から大気プラズマを分離する真空
チャンバ、及びインタフェース段を通常200〜300Paの圧
力に保つための通常のロータリー真空ポンプ（ＲＰ）を
具備する。イオンは、サンプリングコーン151によって
プラズマからサンプリングオリフィス152を通してイン
タフェース段に引き出される。次にイオンは、インタフ
ェース段からスキマーコーン155によってスキマーオリ
フィス156を介してアナライザ段へ移送される。インタ
フェース段の圧力は、インタフェースポンプ系統にイン
タフェース段に近接して取り付けられた真空計158によ
り測定することができる。このロータリーポンプは最大
排出容量でのみ動作し、したがってインタフェース段の
圧力は変えられない。本発明によれば、後で説明するよ
うに、インタフェース段の圧力を運転時に特定的に変え
ることもしくは調整することができる。
む高真空アナライザ段から大気プラズマを分離する真空
チャンバ、及びインタフェース段を通常200〜300Paの圧
力に保つための通常のロータリー真空ポンプ（ＲＰ）を
具備する。イオンは、サンプリングコーン151によって
プラズマからサンプリングオリフィス152を通してイン
タフェース段に引き出される。次にイオンは、インタフ
ェース段からスキマーコーン155によってスキマーオリ
フィス156を介してアナライザ段へ移送される。インタ
フェース段の圧力は、インタフェースポンプ系統にイン
タフェース段に近接して取り付けられた真空計158によ
り測定することができる。このロータリーポンプは最大
排出容量でのみ動作し、したがってインタフェース段の
圧力は変えられない。本発明によれば、後で説明するよ
うに、インタフェース段の圧力を運転時に特定的に変え
ることもしくは調整することができる。
【００２５】ＭＳ部は、イオンレンズ領域160、質量フ
ィルタ領域170及び検出器領域180より構成される。イオ
ンレンズ領域160は、スキマーコーンの後側に取り付け
られた一連の静電イオンレンズを内蔵した真空チャンバ
（中間段）よりなり、該イオンレンズはスキマーコーン
オリフィスを介してチャンバに入って来るイオンビーム
をアナライザ段に設けられた質量フィルタに集束させ
る。このイオンレンズ装置は、引出し電極161、一連の
集束レンズ162及びスキマーオリフィスと軸をずらして
取り付けられたステアリングレンズ（Ω形偏光レンズ）
163を具備していてもよい。中間段は、ターボ分子ポン
プ（ＴＭＰ）及びロータリーポンプによって通常10-2Pa
の圧力に排気される。質量フィルタ領域及び検出器領域
はどちらも、差動開口172によって中間段と分離されて
いる第３の真空チャンバ（アナライザ段）内に設けられ
ている。アナライザ段は第２のターボ分子ポンプによっ
て通常10-4Paの圧力に排気される。質量フィルタ領域
は、本質的に４本の平行ロッドで構成される四重極質量
フィルタ171を具備し、これらのロッドには高周波及び
直流電圧が印加される。印加される高周波電圧と直流電
圧の任意の組合せに対して、質量フィルタは特定の質量
／電荷比のイオンだけを検出器へ通過させる。これによ
って、検出器により異なる元素のイオンを分離し、測定
することが可能になる。検出器領域180は、質量フィル
タの直ぐ後に配置される電子増倍管型検出器181を含
む。各質量のイオン信号は増幅された後、多チャンネル
計数装置を用いて測定される。所与の質量（したがって
元素）の信号強度は、試料溶液中のその元素の濃度に正
比例している。
ィルタ領域170及び検出器領域180より構成される。イオ
ンレンズ領域160は、スキマーコーンの後側に取り付け
られた一連の静電イオンレンズを内蔵した真空チャンバ
（中間段）よりなり、該イオンレンズはスキマーコーン
オリフィスを介してチャンバに入って来るイオンビーム
をアナライザ段に設けられた質量フィルタに集束させ
る。このイオンレンズ装置は、引出し電極161、一連の
集束レンズ162及びスキマーオリフィスと軸をずらして
取り付けられたステアリングレンズ（Ω形偏光レンズ）
163を具備していてもよい。中間段は、ターボ分子ポン
プ（ＴＭＰ）及びロータリーポンプによって通常10-2Pa
の圧力に排気される。質量フィルタ領域及び検出器領域
はどちらも、差動開口172によって中間段と分離されて
いる第３の真空チャンバ（アナライザ段）内に設けられ
ている。アナライザ段は第２のターボ分子ポンプによっ
て通常10-4Paの圧力に排気される。質量フィルタ領域
は、本質的に４本の平行ロッドで構成される四重極質量
フィルタ171を具備し、これらのロッドには高周波及び
直流電圧が印加される。印加される高周波電圧と直流電
圧の任意の組合せに対して、質量フィルタは特定の質量
／電荷比のイオンだけを検出器へ通過させる。これによ
って、検出器により異なる元素のイオンを分離し、測定
することが可能になる。検出器領域180は、質量フィル
タの直ぐ後に配置される電子増倍管型検出器181を含
む。各質量のイオン信号は増幅された後、多チャンネル
計数装置を用いて測定される。所与の質量（したがって
元素）の信号強度は、試料溶液中のその元素の濃度に正
比例している。
【００２６】図２は、本発明によるインタフェース段の
好適な一実施例を示したものである。これ以後の全ての
図において、各構成部分には同じ参照符号を付す。前に
述べたように、インタフェース段はロータリーポンプに
よって排気され、固定された動作圧（通常200〜300Pa）
に保たれる。しかしながらこの実施例では、可変弁200
がポンプ系統に取り付けられていて、排気速度の可変制
御ができるようになっている。この可変弁はシステムコ
ントローラによって制御することができる。可変弁200
を一部閉じると排気速度が減じられ、したがってインタ
フェース段の圧力が増加する。インタフェース段の圧力
を通常のの200〜300Paから400Paに上げると、イオンの
衝突が増加し、スペクトル干渉を引き起こす多原子イオ
ン種が解離される。被分析物のイオンの後段への移送す
る絶対数が減少することもあるが、多くの干渉された被
分析物の全体的な信号／バックグラウンド比は著しく大
きくなる、すなわち向上する。アルゴンＩＣＰの場合、
本発明は、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ca）、鉄（F
e）及びセレン（Se）の同位元素と干渉するアルゴン（A
r+）、酸化アルゴン（ArＯ+）及びアルゴン二量体（Ar2
+）を含むアルゴンプラズマガスより生じる干渉を抑え
るのに効果的であるということが確認されている。しか
しながら本発明は、ここに記載した特定の干渉イオンあ
るい干渉される元素に限定されるものではない。
好適な一実施例を示したものである。これ以後の全ての
図において、各構成部分には同じ参照符号を付す。前に
述べたように、インタフェース段はロータリーポンプに
よって排気され、固定された動作圧（通常200〜300Pa）
に保たれる。しかしながらこの実施例では、可変弁200
がポンプ系統に取り付けられていて、排気速度の可変制
御ができるようになっている。この可変弁はシステムコ
ントローラによって制御することができる。可変弁200
を一部閉じると排気速度が減じられ、したがってインタ
フェース段の圧力が増加する。インタフェース段の圧力
を通常のの200〜300Paから400Paに上げると、イオンの
衝突が増加し、スペクトル干渉を引き起こす多原子イオ
ン種が解離される。被分析物のイオンの後段への移送す
る絶対数が減少することもあるが、多くの干渉された被
分析物の全体的な信号／バックグラウンド比は著しく大
きくなる、すなわち向上する。アルゴンＩＣＰの場合、
本発明は、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ca）、鉄（F
e）及びセレン（Se）の同位元素と干渉するアルゴン（A
r+）、酸化アルゴン（ArＯ+）及びアルゴン二量体（Ar2
+）を含むアルゴンプラズマガスより生じる干渉を抑え
るのに効果的であるということが確認されている。しか
しながら本発明は、ここに記載した特定の干渉イオンあ
るい干渉される元素に限定されるものではない。
【００２７】図３は、インタフェース段にガスの導入を
可能にするのに適する入口210が設けられた本発明の別
の実施例を示す。この図示される実施例においては、入
口210はサンプリングコーン151の底部、サンプリングコ
ーン151のインタフェース段側に、インタフェースポン
プポート、インタフェース段を排気するためのポンプポ
ートと直径方向反対側の位置に設けられ、この入口210
を通るガスの流量はコンピュータ制御可変弁211によっ
て調節可能である。この実施例は、追加の配管が必要で
はあるが、イオンビームがあるサンプリングコーンのオ
リフィスとスキマーコーンのオリフィスとの間の領域の
局在圧力の正確な制御が可能であるという長所を有す
る。
可能にするのに適する入口210が設けられた本発明の別
の実施例を示す。この図示される実施例においては、入
口210はサンプリングコーン151の底部、サンプリングコ
ーン151のインタフェース段側に、インタフェースポン
プポート、インタフェース段を排気するためのポンプポ
ートと直径方向反対側の位置に設けられ、この入口210
を通るガスの流量はコンピュータ制御可変弁211によっ
て調節可能である。この実施例は、追加の配管が必要で
はあるが、イオンビームがあるサンプリングコーンのオ
リフィスとスキマーコーンのオリフィスとの間の領域の
局在圧力の正確な制御が可能であるという長所を有す
る。
【００２８】インタフェース段へのガスの導入は、上に
述べたように、インタフェース段を排気する排気速度の
低下によって達成されるのと同様の圧力の増加をもたら
す。同様にイオン衝突が増加し、スペクトル干渉を引き
起こす多原子イオン種が解離される。また被分析物のイ
オンの後段への移送する絶対数が減少することもある
が、多くの干渉された被分析物の全体的な信号／バック
グラウンド比は著しく大きくなる。ＩＣＰ‐ＭＳは通常
アルゴンプラズマを使用するので、インタフェース段に
導入されるガスは通常アルゴンであるが、水素、ヘリウ
ムあるいは酸素のような他のガスも同様に使用すること
ができる。図３の実施例は、図２の実施例同様、コンピ
ュータ制御下でインタフェース段の条件を大きく変える
ことができる。したがってインタフェース段の圧力を自
動的に変え、分析測定を行うことができ、所与の被分析
物又は被分析物の組合せに対するシステム最適化が可能
である。
述べたように、インタフェース段を排気する排気速度の
低下によって達成されるのと同様の圧力の増加をもたら
す。同様にイオン衝突が増加し、スペクトル干渉を引き
起こす多原子イオン種が解離される。また被分析物のイ
オンの後段への移送する絶対数が減少することもある
が、多くの干渉された被分析物の全体的な信号／バック
グラウンド比は著しく大きくなる。ＩＣＰ‐ＭＳは通常
アルゴンプラズマを使用するので、インタフェース段に
導入されるガスは通常アルゴンであるが、水素、ヘリウ
ムあるいは酸素のような他のガスも同様に使用すること
ができる。図３の実施例は、図２の実施例同様、コンピ
ュータ制御下でインタフェース段の条件を大きく変える
ことができる。したがってインタフェース段の圧力を自
動的に変え、分析測定を行うことができ、所与の被分析
物又は被分析物の組合せに対するシステム最適化が可能
である。
【００２９】図４及び５は、本発明によるさらなる実施
例を示したもので、ここで図示される実施例において
は、インタフェース段の圧力、特にサンプリングコーン
のオリフィスとスキマーコーンのオリフィスの間の領域
での局在圧力が、図１に示すような従来のサンプリング
コーン及び／又はスキマーコーンの代わりに修正態様の
サンプリングコーン及び／又はスキマーコーンを用いる
ことによって変化される。図４には、コーン内側の狭い
頂角を備える、すなわち内頂角、内側開き角を狭くした
修正態様のサンプリングコーン153を取り付けたインタ
フェース段が示される。従来この内頂角は約70度以上
で、これによってサンプリングコーンの後側における効
率的なポンピングが可能であった。しかしながら修正態
様のサンプリングコーンでは、内頂角は50〜60度の範囲
に狭められている。頂角を狭くすると、サンプリングオ
リフィスの後側におけるポンピング効率が下がり、コー
ンオリフィス間の領域のすなわちインタフェース段の圧
力が増加する。図３の実施例と同様に、この圧力の増加
はこの領域でのイオン衝突を多くするものと考えられ、
これによってスペクトル干渉を引き起こす多原子イオン
種の解離につながる。
例を示したもので、ここで図示される実施例において
は、インタフェース段の圧力、特にサンプリングコーン
のオリフィスとスキマーコーンのオリフィスの間の領域
での局在圧力が、図１に示すような従来のサンプリング
コーン及び／又はスキマーコーンの代わりに修正態様の
サンプリングコーン及び／又はスキマーコーンを用いる
ことによって変化される。図４には、コーン内側の狭い
頂角を備える、すなわち内頂角、内側開き角を狭くした
修正態様のサンプリングコーン153を取り付けたインタ
フェース段が示される。従来この内頂角は約70度以上
で、これによってサンプリングコーンの後側における効
率的なポンピングが可能であった。しかしながら修正態
様のサンプリングコーンでは、内頂角は50〜60度の範囲
に狭められている。頂角を狭くすると、サンプリングオ
リフィスの後側におけるポンピング効率が下がり、コー
ンオリフィス間の領域のすなわちインタフェース段の圧
力が増加する。図３の実施例と同様に、この圧力の増加
はこの領域でのイオン衝突を多くするものと考えられ、
これによってスペクトル干渉を引き起こす多原子イオン
種の解離につながる。
【００３０】図５は、修正態様のスキマーコーン157を
示し、図示のスキマーコーンはコーン先端部の近傍のコ
ーンの外面に沿って隆起状肩部158を有する。先に当技
術分野で説明がなされている他のスキマーコーンも隆起
状肩部を特徴とすることが考えられるが、これらの他の
設計における肩部は実際には固着用底部の一部であり、
肩部が先端部から離れて設けられているという点で本発
明の隆起状肩部とは異なっている。本発明は、スキマー
コーン上の肩部、隆起状肩部を利用することによってマ
ッハディスクの形成を物理的に妨げることを提案するも
のである。マッハディスクは、サンプリングコーンの後
側インタフェース段に形成される衝撃波であり、そこで
はサンプリングコーンのオリフィスを出る超音速ジェッ
トがインタフェース段内の残留気体分子と衝突すること
によって減速される。動作時には、スキマーコーン先端
部がマッハディスク中に突き出て、その後側の”静かな
領域”として知られる、圧力が比較的一定に保たれた領
域からイオンがサンプリングされる。
示し、図示のスキマーコーンはコーン先端部の近傍のコ
ーンの外面に沿って隆起状肩部158を有する。先に当技
術分野で説明がなされている他のスキマーコーンも隆起
状肩部を特徴とすることが考えられるが、これらの他の
設計における肩部は実際には固着用底部の一部であり、
肩部が先端部から離れて設けられているという点で本発
明の隆起状肩部とは異なっている。本発明は、スキマー
コーン上の肩部、隆起状肩部を利用することによってマ
ッハディスクの形成を物理的に妨げることを提案するも
のである。マッハディスクは、サンプリングコーンの後
側インタフェース段に形成される衝撃波であり、そこで
はサンプリングコーンのオリフィスを出る超音速ジェッ
トがインタフェース段内の残留気体分子と衝突すること
によって減速される。動作時には、スキマーコーン先端
部がマッハディスク中に突き出て、その後側の”静かな
領域”として知られる、圧力が比較的一定に保たれた領
域からイオンがサンプリングされる。
【００３１】図示される実施例においては、隆起状肩部
がスキマーコーン先端部の近傍のマッハディスクが形成
される位置にあって、局在圧力を大きくする衝撃波を生
じさせる効果を有する。隆起状肩部の表面は、プラズマ
ガスがインタフェース段に進入する軸の方向に対して実
質的に直角で、これにより気体分子が隆起状肩部に衝突
してそこから後方に、すなわちサンプリングコーンの方
に反射されて両コーンのオリフィス間の、インタフェー
ス段の局在圧力を増加させるようになっている。このよ
うな機能と同様の機能性が得られる限り、肩部は角度を
付けるか、あるいはスキマーコーンの全外面をなすよう
に構成することもでき、その場合は例えば最大で180度
の鈍角の外側の頂角Ｂを備えるスキマーコーンとなる。
がスキマーコーン先端部の近傍のマッハディスクが形成
される位置にあって、局在圧力を大きくする衝撃波を生
じさせる効果を有する。隆起状肩部の表面は、プラズマ
ガスがインタフェース段に進入する軸の方向に対して実
質的に直角で、これにより気体分子が隆起状肩部に衝突
してそこから後方に、すなわちサンプリングコーンの方
に反射されて両コーンのオリフィス間の、インタフェー
ス段の局在圧力を増加させるようになっている。このよ
うな機能と同様の機能性が得られる限り、肩部は角度を
付けるか、あるいはスキマーコーンの全外面をなすよう
に構成することもでき、その場合は例えば最大で180度
の鈍角の外側の頂角Ｂを備えるスキマーコーンとなる。
【００３２】図示はされないが、本発明は、図４に示す
ような修正態様のサンプリングコーンと図５に示すよう
な修正態様のスキマーコーンとを組み合わせたものを使
用することも考慮したものであることを理解されたい。
その場合、サンプリングコーンは狭くされた内頂角が特
徴であり、スキマーコーンはスキマー先端部の近傍に設
けられた環状肩部もしくは隆起状肩部が特徴となろう。
この構成によれば、衝撃波はスキマー先端部の上流の位
置に作り出され、コーンは両方とも、本発明に基づくコ
ーンオリフィス間の、もしくはインタフェース段の局在
圧力を増加させるように作用すると考えられる。
ような修正態様のサンプリングコーンと図５に示すよう
な修正態様のスキマーコーンとを組み合わせたものを使
用することも考慮したものであることを理解されたい。
その場合、サンプリングコーンは狭くされた内頂角が特
徴であり、スキマーコーンはスキマー先端部の近傍に設
けられた環状肩部もしくは隆起状肩部が特徴となろう。
この構成によれば、衝撃波はスキマー先端部の上流の位
置に作り出され、コーンは両方とも、本発明に基づくコ
ーンオリフィス間の、もしくはインタフェース段の局在
圧力を増加させるように作用すると考えられる。
【００３３】
【実験例】実験例１ 横河アナリティカルシステムズ株式会社（日本国東京）
及びヒューレット・パッカードカンパニー（Hewlett-Pa
ckard Company）（米国カリフォルニア州パロアルト）
より入手可能なＩＣＰ‐ＭＳモデルHP4500を、図２に示
すようにインタフェース段とロータリーポンプとの間の
管路に可変弁を取り付けて改良した。可変弁の開度を、
サンプリングコーンとスキマーコーンとの間で測定した
インタフェース段の圧力が400Paに増加するまで、シス
テムソフトウェアによって調整した。なおこの可変弁を
全開とした時のインタフェース段の圧力は300Paであっ
た。
及びヒューレット・パッカードカンパニー（Hewlett-Pa
ckard Company）（米国カリフォルニア州パロアルト）
より入手可能なＩＣＰ‐ＭＳモデルHP4500を、図２に示
すようにインタフェース段とロータリーポンプとの間の
管路に可変弁を取り付けて改良した。可変弁の開度を、
サンプリングコーンとスキマーコーンとの間で測定した
インタフェース段の圧力が400Paに増加するまで、シス
テムソフトウェアによって調整した。なおこの可変弁を
全開とした時のインタフェース段の圧力は300Paであっ
た。
【００３４】多原子種ArＯ+により干渉を受ける56Feの
検出限界を測定するために、ブランク溶液と10ppbのFe
を含有した試料溶液を調製し、下記の動作条件の下で測
定を行った。
検出限界を測定するために、ブランク溶液と10ppbのFe
を含有した試料溶液を調製し、下記の動作条件の下で測
定を行った。
【００３５】 ＩＣＰ高周波電力 1.6kW キャリヤーガス アルゴン キャリヤーガス流量 1.4リットル／分 サンプリング深さ ８mm このように改良した修正態様のＩＣＰ‐ＭＳを用いて、
56Feについての感度と検出限界（３σ）を測定したとこ
ろ、それぞれ13000cps／ppb及び0.36ppbであった。バッ
クグラウンドArＯ+の強度は280000cpsであった。修正を
加えなかったＩＣＰ‐ＭＳを用いた場合、56Feについて
の感度と検出限界は、それぞれ135000cps／ppb及び1.38
ppbであり、ArＯ+の強度は7120000cpsであった。この結
果は、修正態様の分析装置は、56Feについての感度低下
を呈する一方、56Feに対するArＯ+のバックグラウンド
が著しく減少するために56Feに関する検出限界が効果的
に４分の１に改善されるということを示している。
56Feについての感度と検出限界（３σ）を測定したとこ
ろ、それぞれ13000cps／ppb及び0.36ppbであった。バッ
クグラウンドArＯ+の強度は280000cpsであった。修正を
加えなかったＩＣＰ‐ＭＳを用いた場合、56Feについて
の感度と検出限界は、それぞれ135000cps／ppb及び1.38
ppbであり、ArＯ+の強度は7120000cpsであった。この結
果は、修正態様の分析装置は、56Feについての感度低下
を呈する一方、56Feに対するArＯ+のバックグラウンド
が著しく減少するために56Feに関する検出限界が効果的
に４分の１に改善されるということを示している。
【００３６】実験例２ 上記実験例１で使用したＩＣＰ‐ＭＳ分析装置のサンプ
リングコーンの代わりに55度の内頂角を持つサンプリン
グコーンを使用した。元のサンプリングコーンの内頂角
は70度であった。この修飾態様のＩＣＰ‐ＭＳを実験例
１と同じ条件下で動作させ、10ppbの標準Fe試料を測定
した。この修正態様のＩＣＰ‐ＭＳは、56Feについての
検出限界が、標準的なＩＣＰ‐ＭＳ分析装置に比べて、
実験例１で認められたのとほぼ同じ率で改善されること
が証明された。
リングコーンの代わりに55度の内頂角を持つサンプリン
グコーンを使用した。元のサンプリングコーンの内頂角
は70度であった。この修飾態様のＩＣＰ‐ＭＳを実験例
１と同じ条件下で動作させ、10ppbの標準Fe試料を測定
した。この修正態様のＩＣＰ‐ＭＳは、56Feについての
検出限界が、標準的なＩＣＰ‐ＭＳ分析装置に比べて、
実験例１で認められたのとほぼ同じ率で改善されること
が証明された。
【００３７】実験例３ 上記実験例１で用いたＩＣＰ‐ＭＳ分析装置のスキマー
コーンの代わりに、図５に示されるような環状肩部、隆
起状肩部を特徴とする修正態様のスキマーコーンを使用
した。元のスキマーコーンの底部も同じく肩部をなして
いるとも考えられるが、コーン先端部と底部との間の軸
方向距離が5.5mmあり、そのためにこの環状肩部はマッ
ハディスクの下流に位置していた。修正態様のスキマー
コーンでは、先端部と環状肩部との間の軸方向距離は1.
5mmであり、環状肩部はスキマー先端部の上流側に衝撃
波を生じさせるはずである。この修正態様のＩＣＰ‐Ｍ
Ｓにおいては、実験例１の修正態様のＩＣＰ‐ＭＳの場
合同様、56Feに関する検出限界の改善が証明された。し
たがって以上説明した本発明は、ＩＣＰ‐ＭＳのインタ
フェース領域の性能を改善するための非常に拡張性のあ
る技術を反映したものであることは明らかであろう。本
願で使用した用語及び表現は限定する文言ではなく説明
する文言として用いられたものであり、このような用語
や表現の使用に際して、本願中に示し、説明された特徴
またはその部分と等価な何らかの態様を除外しようとす
るものではなく、特許請求の範囲の記載に基づく本発明
の範囲内で様々な修正態様が可能であることは理解され
よう。例えば、本発明は干渉性イオンとしてArＯ+を伴
う実施例に関連して特に具体的に説明したが、当業者な
らば、40Ca、52Cr、54Fe、56Fe、75As及び80Seを含む被
分析物のイオンの測定を改善する目的で、本発明の技術
にしたがいアルゴン（Ar+）、アルゴン炭化物（Ar
Ｃ+）、アルゴン窒化物（ArＮ+）、アルゴン塩化物（Ar
Cl+）及びアルゴン二量体（Ar2 +）のような他の周知の
種から生じる干渉を少なくすることを試みることが十分
可能であり、このような応用態様は全て本発明の範囲内
に包含されるものとする。
コーンの代わりに、図５に示されるような環状肩部、隆
起状肩部を特徴とする修正態様のスキマーコーンを使用
した。元のスキマーコーンの底部も同じく肩部をなして
いるとも考えられるが、コーン先端部と底部との間の軸
方向距離が5.5mmあり、そのためにこの環状肩部はマッ
ハディスクの下流に位置していた。修正態様のスキマー
コーンでは、先端部と環状肩部との間の軸方向距離は1.
5mmであり、環状肩部はスキマー先端部の上流側に衝撃
波を生じさせるはずである。この修正態様のＩＣＰ‐Ｍ
Ｓにおいては、実験例１の修正態様のＩＣＰ‐ＭＳの場
合同様、56Feに関する検出限界の改善が証明された。し
たがって以上説明した本発明は、ＩＣＰ‐ＭＳのインタ
フェース領域の性能を改善するための非常に拡張性のあ
る技術を反映したものであることは明らかであろう。本
願で使用した用語及び表現は限定する文言ではなく説明
する文言として用いられたものであり、このような用語
や表現の使用に際して、本願中に示し、説明された特徴
またはその部分と等価な何らかの態様を除外しようとす
るものではなく、特許請求の範囲の記載に基づく本発明
の範囲内で様々な修正態様が可能であることは理解され
よう。例えば、本発明は干渉性イオンとしてArＯ+を伴
う実施例に関連して特に具体的に説明したが、当業者な
らば、40Ca、52Cr、54Fe、56Fe、75As及び80Seを含む被
分析物のイオンの測定を改善する目的で、本発明の技術
にしたがいアルゴン（Ar+）、アルゴン炭化物（Ar
Ｃ+）、アルゴン窒化物（ArＮ+）、アルゴン塩化物（Ar
Cl+）及びアルゴン二量体（Ar2 +）のような他の周知の
種から生じる干渉を少なくすることを試みることが十分
可能であり、このような応用態様は全て本発明の範囲内
に包含されるものとする。
【００３８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００３９】１． 誘導結合プラズマ質量分析計であっ
て、第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための
手段と、試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するため手段と、該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するための手
段と、該被分析物のイオンを該インタフェース段から第
３の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナ
ライザチャンバ（アナライザ段）へ移送するための手段
とを具備したことを特徴とする誘導結合プラズマ質量分
析計。
て、第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための
手段と、試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するため手段と、該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するための手
段と、該被分析物のイオンを該インタフェース段から第
３の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナ
ライザチャンバ（アナライザ段）へ移送するための手段
とを具備したことを特徴とする誘導結合プラズマ質量分
析計。
【００４０】２． 前記インタフェース段が、サンプリ
ングコーンとスキマーコーンを具備し、該サンプリング
コーンとスキマーコーンの間に真空チャンバが画定さ
れ、前記第２の圧力が該真空チャンバ内に設定され、か
つ制御手段が該真空チャンバ内の圧力を該第２の圧力か
ら増加させるよう動作可能である、１項記載の誘導結合
プラズマ質量分析計。
ングコーンとスキマーコーンを具備し、該サンプリング
コーンとスキマーコーンの間に真空チャンバが画定さ
れ、前記第２の圧力が該真空チャンバ内に設定され、か
つ制御手段が該真空チャンバ内の圧力を該第２の圧力か
ら増加させるよう動作可能である、１項記載の誘導結合
プラズマ質量分析計。
【００４１】３． 前記真空チャンバが、ポンプにより
ポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記制
御手段が該ポンプ系統中に設けられた排気速度を小さく
するための弁である、２項記載の誘導結合プラズマ質量
分析計。
ポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記制
御手段が該ポンプ系統中に設けられた排気速度を小さく
するための弁である、２項記載の誘導結合プラズマ質量
分析計。
【００４２】４． 前記真空チャンバが、ポンプにより
ポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記制
御手段が、ガスを導入して前記第２の圧力を増加させる
ように、前記真空チャンバに取り付けられた入口であ
る、２項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
ポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記制
御手段が、ガスを導入して前記第２の圧力を増加させる
ように、前記真空チャンバに取り付けられた入口であ
る、２項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００４３】５． 前記制御手段が、コーンの内頂角が
狭くなるよう修正されたサンプリングコーンよりなる、
２項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
狭くなるよう修正されたサンプリングコーンよりなる、
２項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００４４】６． 前記制御手段が、環状肩部を備える
修正されたスキマーコーンよりなり、該環状肩部が、前
記真空チャンバに導入された気体分子を反射すると共に
該スキマーコーンの先端部より上流の位置に衝撃波を生
じさせるように該スキマーコーンの外面上に設けられて
いる、２項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
修正されたスキマーコーンよりなり、該環状肩部が、前
記真空チャンバに導入された気体分子を反射すると共に
該スキマーコーンの先端部より上流の位置に衝撃波を生
じさせるように該スキマーコーンの外面上に設けられて
いる、２項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００４５】７． 前記制御手段が、コーンの内頂角が
狭くなるよう修正されたサンプリングコーンと、環状肩
部を有する修正されたスキマーコーンよりなり、該環状
肩部が、前記真空チャンバに導入された気体分子を反射
すると共に該スキマーコーンの先端部より上流の位置に
衝撃波を生じさせるように、該スキマーコーンの外面上
に設けられている、２項記載の誘導結合プラズマ質量分
析計。
狭くなるよう修正されたサンプリングコーンと、環状肩
部を有する修正されたスキマーコーンよりなり、該環状
肩部が、前記真空チャンバに導入された気体分子を反射
すると共に該スキマーコーンの先端部より上流の位置に
衝撃波を生じさせるように、該スキマーコーンの外面上
に設けられている、２項記載の誘導結合プラズマ質量分
析計。
【００４６】８． 前記第２の圧力が200〜300Paの範囲
にあり、かつ前記制御手段が該第２の圧力を350〜450Pa
の範囲に変化させる、２項記載の誘導結合プラズマ質量
分析計。
にあり、かつ前記制御手段が該第２の圧力を350〜450Pa
の範囲に変化させる、２項記載の誘導結合プラズマ質量
分析計。
【００４７】９． 誘導結合プラズマ質量分析計であっ
て、第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための
手段と、試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するため手段と、該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するための手
段と、該被分析物のイオンを該インタフェース段から第
３の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナ
ライザチャンバ（すなわちアナライザ段）へ移送するた
めの手段とを具備し、該インタフェース段が、被分析物
のイオンの質量スペクトルと干渉するイオンが質量分析
器段に入るのを防ぐために、該インタフェース段内の圧
力を変えるための制御手段を具備することを特徴とする
誘導結合プラズマ質量分析計。
て、第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための
手段と、試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するため手段と、該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するための手
段と、該被分析物のイオンを該インタフェース段から第
３の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナ
ライザチャンバ（すなわちアナライザ段）へ移送するた
めの手段とを具備し、該インタフェース段が、被分析物
のイオンの質量スペクトルと干渉するイオンが質量分析
器段に入るのを防ぐために、該インタフェース段内の圧
力を変えるための制御手段を具備することを特徴とする
誘導結合プラズマ質量分析計。
【００４８】１０． 前記インタフェース段が、サンプ
リングコーンとスキマーコーンを具備し、該サンプリン
グコーンとスキマーコーンの間に真空チャンバが画定さ
れ、前記第２の圧力が該真空チャンバ内に設定され、か
つ前記制御手段が該真空チャンバ内の圧力を該第２の圧
力から増加させるよう動作可能である、９項記載の誘導
結合プラズマ質量分析計。
リングコーンとスキマーコーンを具備し、該サンプリン
グコーンとスキマーコーンの間に真空チャンバが画定さ
れ、前記第２の圧力が該真空チャンバ内に設定され、か
つ前記制御手段が該真空チャンバ内の圧力を該第２の圧
力から増加させるよう動作可能である、９項記載の誘導
結合プラズマ質量分析計。
【００４９】１１． 前記真空チャンバが、ポンプによ
りポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記
制御手段が、該ポンプ系統中に設けられた排気速度を減
ずるための弁である、１０項記載の誘導結合プラズマ質
量分析計。
りポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記
制御手段が、該ポンプ系統中に設けられた排気速度を減
ずるための弁である、１０項記載の誘導結合プラズマ質
量分析計。
【００５０】１２． 前記真空チャンバが、ポンプによ
りポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記
制御手段が、ガスを導入して該第２の圧力を増加させる
ように、該真空チャンバに取り付けられた入口である、
１０項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
りポンプ系統を介して前記第２の圧力に排気され、前記
制御手段が、ガスを導入して該第２の圧力を増加させる
ように、該真空チャンバに取り付けられた入口である、
１０項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００５１】１３． 前記制御手段が、コーンの内頂角
が狭くなるよう修正されたサンプリングコーンよりな
る、１０項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
が狭くなるよう修正されたサンプリングコーンよりな
る、１０項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００５２】１４． 前記制御手段が、環状肩部を有す
る修正されたスキマーコーンよりなり、該環状肩部が、
前記真空チャンバに導入された気体分子を反射すると共
に該スキマーコーンの先端部より上流の位置に衝撃波を
生じさせるように、該スキマーコーンの外面上に設けら
れている、１０項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
る修正されたスキマーコーンよりなり、該環状肩部が、
前記真空チャンバに導入された気体分子を反射すると共
に該スキマーコーンの先端部より上流の位置に衝撃波を
生じさせるように、該スキマーコーンの外面上に設けら
れている、１０項記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００５３】１５． 前記制御手段が、コーンの内頂角
が狭くなるよう修正されたサンプリングコーンと、環状
肩部を有する修正されたスキマーコーンよりなり、該環
状肩部が、前記真空チャンバに導入された気体分子を反
射すると共に該スキマーコーンの先端部より上流の位置
に衝撃波を生じさせるように、該スキマーコーンの外面
上に設けられている、１０項記載の誘導結合プラズマ質
量分析計。
が狭くなるよう修正されたサンプリングコーンと、環状
肩部を有する修正されたスキマーコーンよりなり、該環
状肩部が、前記真空チャンバに導入された気体分子を反
射すると共に該スキマーコーンの先端部より上流の位置
に衝撃波を生じさせるように、該スキマーコーンの外面
上に設けられている、１０項記載の誘導結合プラズマ質
量分析計。
【００５４】１６． 前記第２の圧力が200〜300Paの範
囲にあり、かつ前記制御手段が該第２の圧力を350〜450
Paの範囲に変化させる、１０項記載の誘導結合プラズマ
質量分析計。
囲にあり、かつ前記制御手段が該第２の圧力を350〜450
Paの範囲に変化させる、１０項記載の誘導結合プラズマ
質量分析計。
【００５５】１７． 前記誘導結合プラズマがアルゴン
プラズマであり、該アルゴンプラズマにより干渉性イオ
ンが形成される、９項記載の誘導結合プラズマ質量分析
計。
プラズマであり、該アルゴンプラズマにより干渉性イオ
ンが形成される、９項記載の誘導結合プラズマ質量分析
計。
【００５６】１８． 前記被分析物のイオンが、40Ca、
52Cr、54Fe、56Fe、75As及び80Seよりなる群から選択さ
れる少なくとも１種よりなる、１７項記載の誘導結合プ
ラズマ質量分析計。
52Cr、54Fe、56Fe、75As及び80Seよりなる群から選択さ
れる少なくとも１種よりなる、１７項記載の誘導結合プ
ラズマ質量分析計。
【００５７】１９． 前記干渉性イオンが、アルゴン
（Ar）、アルゴン炭化物（ArＣ+）、アルゴン窒化物（A
rＮ+）、アルゴン塩化物（ArCl+）及びアルゴン二量体
（Ar2 +）よりなる群の少なくとも１種を含む、１７項記
載の誘導結合プラズマ質量分析計。
（Ar）、アルゴン炭化物（ArＣ+）、アルゴン窒化物（A
rＮ+）、アルゴン塩化物（ArCl+）及びアルゴン二量体
（Ar2 +）よりなる群の少なくとも１種を含む、１７項記
載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００５８】２０． 前記被分析物のイオンが56Feであ
り、前記干渉性イオンがアルゴン酸化物である、１７項
記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
り、前記干渉性イオンがアルゴン酸化物である、１７項
記載の誘導結合プラズマ質量分析計。
【００５９】２１． 前記誘導結合プラズマがアルゴン
プラズマであり、前記干渉性イオンが該アルゴンプラズ
マによって形成され、かつ前記ガスが前記入口を介して
前記真空チャンバに導入される、１２項記載の誘導結合
プラズマ質量分析計。
プラズマであり、前記干渉性イオンが該アルゴンプラズ
マによって形成され、かつ前記ガスが前記入口を介して
前記真空チャンバに導入される、１２項記載の誘導結合
プラズマ質量分析計。
【００６０】２２． 誘導結合プラズマ分析方法であっ
て：第１の実質的に大気圧のプラズマを発生させるステ
ップと；試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するステップと；該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するステップ
と；該被分析物のイオンを該インタフェース段から第３
の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナラ
イザチャンバ（アナライザ段）へ移送するステップと；
被分析物のイオンの質量スペクトルと干渉するイオンが
質量分析器段に入るのを防ぐために、該インタフェース
段内の圧力を変化させるステップと；を有することを特
徴とする誘導結合プラズマ質量分析方法。
て：第１の実質的に大気圧のプラズマを発生させるステ
ップと；試料をプラズマ中に導入してイオン化すること
により被分析物のイオンを形成するステップと；該被分
析物のイオンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャ
ンバ（すなわちインタフェース段）へ移送するステップ
と；該被分析物のイオンを該インタフェース段から第３
の圧力で動作して分離及び測定を行うための質量アナラ
イザチャンバ（アナライザ段）へ移送するステップと；
被分析物のイオンの質量スペクトルと干渉するイオンが
質量分析器段に入るのを防ぐために、該インタフェース
段内の圧力を変化させるステップと；を有することを特
徴とする誘導結合プラズマ質量分析方法。
【００６１】２３． 前記インタフェース段が、サンプ
リングコーンとスキマーコーンを具備し、該サンプリン
グコーンとスキマーコーンの間に真空チャンバが画定さ
れ、前記第２の圧力が、該真空チャンバに接続されたポ
ンプ系統を介して排気することにより、該真空チャンバ
内に設定される、２２項記載の誘導結合プラズマ質量分
析方法。
リングコーンとスキマーコーンを具備し、該サンプリン
グコーンとスキマーコーンの間に真空チャンバが画定さ
れ、前記第２の圧力が、該真空チャンバに接続されたポ
ンプ系統を介して排気することにより、該真空チャンバ
内に設定される、２２項記載の誘導結合プラズマ質量分
析方法。
【００６２】２４． 前記誘導結合プラズマがアルゴン
プラズマであり、該アルゴンプラズマによって前記干渉
するイオンが形成される、２２項記載の誘導結合プラズ
マ質量分析方法。
プラズマであり、該アルゴンプラズマによって前記干渉
するイオンが形成される、２２項記載の誘導結合プラズ
マ質量分析方法。
【００６３】
【発明の効果】検出限界が改善された誘導結合プラズマ
質量分析法（ＩＣＰ‐ＭＳ）による分析計及び分析方法
を開示したものである。このＩＣＰ‐ＭＳは、実質的に
大気圧の気体中に誘導結合プラズマを生じさせて試料を
イオン化するための装置（ＩＣＰ）、10-2〜10-4Paのオ
ーダーの低い圧力で動作可能で、少なくとも試料イオン
の一部を検出するための質量分析器（ＭＳ）、試料イオ
ンをＩＣＰからＭＳへ移送するためのインタフェースを
具備する。このインタフェースは、該インタフェース内
の圧力をその通常の圧力から例えば350〜450Paに増加さ
せるためのコントローラを具備する。このように増大さ
れた圧力は、分析装置の感度を低くすることがある一
方、干渉性イオンを選択的に減少させることより検出限
界を改善することができる。
質量分析法（ＩＣＰ‐ＭＳ）による分析計及び分析方法
を開示したものである。このＩＣＰ‐ＭＳは、実質的に
大気圧の気体中に誘導結合プラズマを生じさせて試料を
イオン化するための装置（ＩＣＰ）、10-2〜10-4Paのオ
ーダーの低い圧力で動作可能で、少なくとも試料イオン
の一部を検出するための質量分析器（ＭＳ）、試料イオ
ンをＩＣＰからＭＳへ移送するためのインタフェースを
具備する。このインタフェースは、該インタフェース内
の圧力をその通常の圧力から例えば350〜450Paに増加さ
せるためのコントローラを具備する。このように増大さ
れた圧力は、分析装置の感度を低くすることがある一
方、干渉性イオンを選択的に減少させることより検出限
界を改善することができる。
【図１】本発明を実施するのに好適な従来のＩＣＰ‐Ｍ
Ｓ分析装置のブロック図である。
Ｓ分析装置のブロック図である。
【図２】本発明に基づきスロットル弁を取り付けた、イ
ンタフェース部の第１の実施例の断面図である。
ンタフェース部の第１の実施例の断面図である。
【図３】本発明に基づきガス入口を取り付けた、インタ
フェース部の第２の実施例の断面図である。
フェース部の第２の実施例の断面図である。
【図４】本発明に基づき修正されたサンプリングコーン
を特徴とする、インタフェース部の第３の実施例の断面
図である。
を特徴とする、インタフェース部の第３の実施例の断面
図である。
【図５】本発明に基づき修正された別のスキマーコーン
を具備した、インタフェース部の第４の実施例の断面図
である。
を具備した、インタフェース部の第４の実施例の断面図
である。
100 誘導結合プラズマ質量分析計 110 試料採取システム 120 試料噴霧部 130 ＩＣＰ部 150 インタフェース部 160 イオンレンズ領域 170 質量フィルタ領域 180 検出器領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムス・チャールズ・ワーフェル アメリカ合衆国ペンシルベニア州19352, リンカーン・ユニバーシティ，デン・ロー ド・127 (72)発明者 ドナルド・リー・ポター イギリス国プレストン・ランクス・ピーア ール２・６ワイエフ，クロムウェル・ロー ド・80 (72)発明者 アベラルド・ガブリエル・ギュティエレ ス・マルチネス アメリカ合衆国デラウェア州19808，ウィ ルミントン，スローン・コート・248
Claims (1)
- 【請求項１】 誘導結合プラズマ質量分析計であって、 第１の実質的に大気圧のプラズマを発生するための手段
と、 試料をプラズマ中に導入してイオン化することにより被
分析物のイオンを形成するため手段と、該被分析物のイ
オンをプラズマから第２の圧力に保たれたチャンバ（す
なわちインタフェース段）へ移送するための手段と、 該被分析物のイオンを該インタフェース段から第３の圧
力で動作して分離及び測定を行うための質量アナライザ
チャンバ（すなわちアナライザ段）へ移送するための手
段とを具備したことを特徴とする誘導結合プラズマ質量
分析計。
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