JP2001307674A - 誘導結合プラズマ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度やピーク形状等の性能を保ったまま、バ
ックグラウンドを低減させ、Ｓ／Ｂ比、特に、高いＲＦ
電圧を必要とする高質量数のＳ／Ｂ比を向上して、検出
限界を改善する。 【解決手段】 ＩＣＰによってイオン化された元素を測
定質量数毎に分けるためのマスフィルタ５２の入側に、
ＲＦ電圧を印加されるプレフィルタ４２が設けられたＩ
ＣＰ−ＭＳにおいて、前記プレフィルタ４２に印加する
ＲＦ電圧Ｖrf1を、マスフィルタ５２に印加するＲＦ電
圧Ｖrf2より低下させると共に、該プレフィルタ４２の
内接円の径ｄ1を、マスフィルタ５２の内接円の径d2よ
り小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合プラズマ
質量分析装置に係り、特に、高い高周波（ＲＦ）電圧を
必要とする高質量数のサンプルに対する信号／バックグ
ラウンド（Ｓ／Ｂ）比を向上して、検出限界を改善する
ことが可能な誘導結合プラズマ質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発光分析の光源に用いられている
誘導結合プラズマ（Inductive Coupled Plasma：ＩＣ
Ｐ）を、質量分析計（Mass Spectrometer：ＭＳ）のイ
オン源として用いて、溶液中の元素分析をイオンによっ
て行う誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）
が提案されている（例えば特開昭６２−２６７５７参
照）。

【０００３】このＩＣＰ−ＭＳの１つに、図１に示す如
く、ＩＣＰによってイオン化された元素を測定質量数毎
に分けるための、例えば４本の電極ロッド５４で構成さ
れる４重極（Ｑポール）のマスフィルタ５２の入側に、
高周波電圧が印加される、同じく４本の電極ロッド４４
で構成されるＱポールのプレフィルタ４２を設けたもの
がある。

【０００４】図において、３２は、ＩＣＰ内で発生した
イオンの運動エネルギの方向を揃えるためのサンプリン
グコーン、３４は、該サンプリングコーン３２を通過し
たイオンの一部を通過させるためのスキマーコーンであ
る。

【０００５】このようなＩＣＰ−ＭＳにおいて、従来
は、プレフィルタ４２の内接円の直径ｄ1と、メインフ
ィルタであるマスフィルタ５２の内接円の直径ｄ2が等
しくされ、且つ、図２に示すような回路により、コンデ
ンサＣを介してプレフィルタ４２に印加するＲＦ電圧Ｖ
rf1と、マスフィルタ５２に直接印加するＲＦ電圧Ｖrf2
も、ほぼ等しくされていた。ここで、Ｖrf1は、Ｖrf2と
同様、質量数に応じて掃引される。又、マスフィルタ５
２には、更に直流電圧Ｖdcも印加される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなＩＣＰ−Ｍ
Ｓにおいては、連続的な背景雑音となる、いわゆるオフ
マスバックグラウンドが、検出限界を制限する一因とな
っていた。

【０００７】このオフマスバックグラウンドの強度の変
化は、２種類あるが、このうち、質量数が高くなる程
（即ち、プレフィルタやマスフィルタの電圧が高くなる
程）高くなるオフマスバックグラウンドの成分（アナラ
イザチャンバにイオンが入射する条件で高質量数領域に
発生する成分）については、前記プレフィルタ４２に印
加するＲＦ電圧を低下させれば強度が小さくなり、Ｓ／
Ｂ比が向上するが、同時に感度の低下も大きいという問
題点を有していた。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、感度を低下させることなくＳ／Ｂ比
を向上して、検出限界を向上することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、誘導結合プラ
ズマによってイオン化された元素を測定質量数毎に分け
るためのマスフィルタの入側に、電圧が印加されるプレ
フィルタが設けられた誘導結合プラズマ質量分析装置に
おいて、前記プレフィルタに印加する高周波電圧を、マ
スフィルタに印加する高周波電圧より低下させると共
に、該プレフィルタの内接円の径を、マスフィルタの内
接円の径より小さくすることにより、前記課題を解決し
たものである。

【００１０】又、前記プレフィルタを構成する電極ロッ
ドの径も小さくしたものである。

【００１１】又、前記プレフィルタに印加する高周波電
圧を、マスフィルタとプレフィルタ間のコンデンサの容
量を小さくすることにより、低下させたものである。

【００１２】又、前記プレフィルタの電界が、高周波電
圧を低下させる前とほぼ同等となるようにしたものであ
る。

【００１３】発明者等は、感度やピーク形状等の性能を
低下させることなく、オフマスバックグラウンドを低減
させるべく、種々実験を行った。その結果、プレフィル
タ４２に印加するＲＦ電圧Ｖrf1を低下させることで、
オフマスバックグラウンドが低減することが見出され
た。この際、ＲＦ電圧を低下させる分、内接円直径ｄ1
及び必要に応じてロッド径も小さくして、プレフィルタ
４２の内部に作られる電界に変化を与えないようにする
ことで、感度及びピーク形状等の性能を保ったまま、バ
ックグラウンドを低減できる。

【００１４】発明者等の実験により判明した、プレフィ
ルタの径とＲＦ電圧を変化させた場合の性能変化の実験
結果を図３に示す。ここで、プレフィルタとしては、従
来と同様のロッド径１０．３ｍｍ、内接円直径９．０ｍ
ｍの丸棒Ｑポール型と、本発明により、ロッド径８．７
ｍｍ、内接円直径７．６ｍｍに小さくした丸棒Ｑポール
型を用いた。又、プレフィルタ４２のＲＦ電圧Ｖrf1を
変化させるため、同じく丸棒Ｑポール型のマスフィルタ
５２とプレフィルタ４２間のコンデンサＣの容量を１０
０ｐｆから２５ｐｆに小さくした。

【００１５】容量が同じコンデンサを使用した場合に
は、内接円の径が小さいプレフィルタの方が、プレフィ
ルタ自体の容量が大きい分、低い電圧になる筈である。

【００１６】プレフィルタの内接円の径ｄ1を変更せず
にＲＦ電圧Ｖrf1を低下させた場合には、高質量数のＳ
／Ｂ比は向上するが、感度の低下が大きい。一方、ＲＦ
電圧を低下させると当時に、プレフィルタの内接円の径
も小さくすれば、低質量数サンプルの感度低下は大きい
が、高質量数サンプルに関しては、感度低下無しで、オ
フマスバックグラウンドを低下させることができる。

【００１７】マスフィルタと同じＱポール型であるプレ
フィルタ４２内の電位Ｖ（ｒ，φ）は、ロッド印加電圧
をＶ0、内接円半径をｒ0とすると、次式で表わされる。

【００１８】 Ｖ＝Ｖ0(ｒ／ｒ0)²cos２φ …（１）

【００１９】ここで、φは、図４に示す如く、プレフィ
ルタ内の座標位置（位置ｒのｘ軸となす角度）である。

【００２０】従って、内接円直径７．６ｍｍのロッド
に、内接円直径９．０ｍｍのロッドに対する電圧の０．
７１倍の電圧を印加した場合に、プレフィルタの作る電
界は、（径の大きさを無視すると）等しくなる。

【００２１】内接円半径が７．６ｍｍのプレフィルタを
用いた条件で、プレフィルタのＲＦ電圧を、コンデンサ
の容量を交換して変化させた場合の性能変化の例を図５
（１０ｐｐｂサンプルの感度変化）、図６（オフマスバ
ックグラウンド強度の変化）、図７（１００ｐＦの時の
値で規格化したＳ／Ｂ比の変化）に示す。測定したサン
プルは、１０ｐｐｂのＬｉ、Ｃｏ、Ｙ、Ｃｅ、Ｔｌ（１
％硝酸溶液）、測定した質量数は７（Ｌｉ）、３８（Ａ
ｒ）、５６（ＡｒＯ）、５９（Ｃｏ）、８９（Ｙ）、１
４０（Ｃｅ）、２０５（Ｔｌ）である。

【００２２】オフマスバックグラウンドの強度は、図６
に示す如く、コンデンサが小さくなるに連れて（即ち、
プレフィルタに印加するＲＦ電圧が小さくなるに連れ
て）低下し、１２．５ｐＦまで下げれば、質量数に変わ
りなく、ほぼ一定となる。この状態では、ＲＦ電圧に依
存するオフマスバックグラウンドの成分は、ほぼ消失し
ていると考えられる。

【００２３】これに対して、感度は、図５に示す如く、
２０ｐＦまでは、ほとんど変化せず、これより容量を小
さく（ＲＦ電圧を小さく）すると、高質量数側の感度が
低下する。コンデンサの容量が約２０ｐＦの時に、内接
円直径７．６ｍｍのプレフィルタが作る電界は、内接円
直径９．０ｍｍのプレフィルタを１００ｐＦのコンデン
サで接続した場合と同様になっていると推測できる。

【００２４】図５、図６から明らかなように、低質量数
領域では、コンデンサ容量を小さくすると、オフマスバ
ックグラウンドの低下より感度の低下の方が大きいの
で、図７に示す如く、Ｓ／Ｂ比は悪くなる。一方、Ｃｅ
位の質量数より高い領域では、標準（コンデンサ容量１
００ｐＦ、この時のプレフィルタのＲＦ電圧は、マスフ
ィルタの８６％と予測される）より、容量を小さくした
方がＳ／Ｂ比は良くなるが、下げすぎると悪化する。

【００２５】以上のように、高質量数側に現れるオフマ
スバックグラウンドを低減するには、プレフィルタのＲ
Ｆ電圧を低下させればよい。但し、ＲＦ電圧を下げる
と、特に高質量数側の感度が低下する。この際、プレフ
ィルタの内接円半径を小さくすることによって、ＲＦ電
圧の低下による電界の変化を小さくできるので、感度の
低下を抑えられるが、プレフィルタの内接円を小さくし
た時点で、低質量数側の感度が低下する。

【００２６】従って、感度とオフマスバックグラウンド
が必要なバランスとなるように、プレフィルタの内接円
半径とＲＦ電圧を設定すればよい。

【００２７】本発明は、上記のような知見に基づいてな
されたものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２９】本実施形態は、図８に示す如く、丸棒Ｑポ
ール型のプレフィルタ４２の内接円直径d1を、同じく丸
棒Ｑポール型のマスフィルタ５２の内接円直径ｄ2より
も小さくすると共に、プレフィルタ４２に印加するＲＦ
電圧Ｖrf1を、次式に示す如く、マスフィルタ５２に印
加するＲＦ電圧Ｖrf2より低下させ、プレフィルタ４２
の電界が、ＲＦ電圧を低下させる前とほぼ同等になるよ
うにしたものである。

【００３０】 Ｖrf1＝(ｄ1／ｄ2)²Ｖrf2 …（２）

【００３１】マスフィルタ５２にＲＦ電圧Ｖrf2を印加
すると共に、プレフィルタ４２にＲＦ電圧Ｖrf1を印加
する回路の例を図９に示す。図において、Ｃp／４はプ
レフィルタ４２のロッド間容量、Ｃgは同じく対グラン
ドロッド容量である。

【００３２】なお、前記実施形態においては、プレフィ
ルタ４２とマスフィルタ５２が共に丸棒Ｑポール型とさ
れていたが、例えばプレフィルタを、電極ロッドが８本
の８重極（オクトポール）型としたり、両者を共にオク
トポール型とすることも可能である。

【００３３】

【実施例】ある実験条件では、コンデンサＣを５０ｐＦ
（このときプレフィルタのＲＦ電圧はマスフィルタの７
５％と予測される）にした場合、感度の変化は、ほとん
どなく、オフマスバックグラウンドを約３０％減少でき
た。但し、プレフィルタの取付条件等の装置の条件によ
って、適当なコンデンサ容量は変化する。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、感度やピーク形状等の
性能を保ったまま、オフマスバックグラウンドを低減さ
せることができる。従って、Ｓ／Ｂ比、特に高いＲＦ電
圧を必要とする高質量数のＳ／Ｂ比が向上し、検出限界
が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＩＣＰ−ＭＳの基本的な構成を示す構成
図

【図２】同じく回路図

【図３】本発明の原理を説明するための、プレフィルタ
の径とＲＦ電圧を変化させた場合の性能変化の例を示す
線図

【図４】同じくプレフィルタの位相角を説明する断面図

【図５】同じくコンデンサの交換による感度変化の例を
示す線図

【図６】同じくオフマスバックグラウンド強度の変化の
例を示す線図

【図７】同じくＳ／Ｂ比の変化の例を示す線図

【図８】本発明の実施形態の基本的な構成を示す構成図

【図９】同じく回路図

【符号の説明】

４２…プレフィルタ ４４、５４…電極ロッド ５２…マスフィルタ（メインフィルタ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緑川 良太郎 東京都武蔵野市中町一丁目15番５号 三鷹 高木ビル 横河アナリティカルシステムズ 株式会社内 Ｆターム(参考） 5C038 JJ06 JJ07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導結合プラズマによってイオン化された
   元素を測定質量数毎に分けるためのマスフィルタの入側
   に、高周波電圧が印加されるプレフィルタが設けられた
   誘導結合プラズマ質量分析装置において、 前記プレフィルタに印加する高周波電圧を、マスフィル
   タに印加する高周波電圧より低下させると共に、 該プレフィルタの内接円の径を、マスフィルタの内接円
   の径より小さくしたことを特徴とする誘導結合プラズマ
   質量分析装置。
2. 【請求項２】前記プレフィルタを構成する電極ロッドの
   径も小さくしたことを特徴とする、請求項１に記載の誘
   導結合プラズマ質量分析装置。
3. 【請求項３】前記プレフィルタに印加する高周波電圧
   を、マスフィルタとプレフィルタ間のコンデンサの容量
   を小さくすることにより、低下させることを特徴とす
   る、請求項１又は２に記載の誘導結合プラズマ質量分析
   装置。
4. 【請求項４】前記プレフィルタの電界が、高周波電圧を
   低下させる前とほぼ同等にされていることを特徴とす
   る、請求項１乃至３のいずれかに記載の誘導結合プラズ
   マ質量分析装置。