JP2001351569A - On-line monitor for measuring gas - Google Patents

On-line monitor for measuring gas

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JP2001351569A
JP2001351569A JP2000170392A JP2000170392A JP2001351569A JP 2001351569 A JP2001351569 A JP 2001351569A JP 2000170392 A JP2000170392 A JP 2000170392A JP 2000170392 A JP2000170392 A JP 2000170392A JP 2001351569 A JP2001351569 A JP 2001351569A
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JP
Japan
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gas
sample
sample gas
stage
introducing
Prior art date
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Application number
JP2000170392A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Hida
朋之 飛田
Shozo Sakamoto
将三 阪本
Koji Tachibana
幸治 立花
Hiroaki Hashimoto
宏明 橋本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably ionize a sample in exhaust gas with high efficiency, to transport the ion to a mass spectrometer with a high transmission factor and further to prevent intrusion of corrosive gas in the exhaust gas to improve the durability of the mass spectrometer. SOLUTION: A device for ionizing sample gas under the atmospheric pressure and measuring and analyzing components in the sample gas is provided with means 33, 34 for leading in the sample gas. At least one gas ionizing means 10 is provided on one face side of the means for leading in the sample gas, and an initial stage of a differential exhaust part comprising relatively low vacuum chambers 50, 60, 70 constituted stepwise to inject the ionized sample gas into a mass spectrometric part 80 disposed in a high vacuum region, is disposed on the other face side of the means 10 for leading in the sample gas. A mass spectrometric part 80 of high vacuum is disposed at the final stage part of the differential exhaust part of the low vacuum chamber.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧イオン化質
量分析装置に係り、特に、それを用いて焼却炉等から排
出されるガス中のダイオキシン類等を計測・分析するた
めのガス測定用オンラインモニター装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atmospheric pressure ionization mass spectrometer, and more particularly to an on-line gas measurement online for measuring and analyzing dioxins and the like in gas discharged from an incinerator or the like using the same. It relates to a monitoring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、気体や液体中などの微量成分を高
感度に検出する方法として質量分析計が多く用いられて
おり、超微量分析が必要とされる分野で不可欠な計測・
分析装置となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, mass spectrometers have been widely used as a method for detecting trace components with high sensitivity, such as in gases and liquids.
It is an analyzer.

【0003】この種の装置は、測定対象の試料をイオン
化し、生成したイオンを質量分析部にて、分析するもの
であり、液体クロマトグラフ(LC)などから流出する
試料成分と溶媒成分を含む流体を質量分析するための、
イオン化法として、大気圧イオン化法(API)が多く
用いられている。
[0003] This type of apparatus ionizes a sample to be measured and analyzes the generated ions in a mass spectrometer, and contains a sample component and a solvent component flowing out from a liquid chromatograph (LC) or the like. For mass spectrometry of fluids,
Atmospheric pressure ionization (API) is often used as the ionization method.

【0004】大気圧イオン化法では、試料分子に過剰な
エネルギーを与えないため、試料イオンの分解が少な
く、試料イオンの原形構造を観測し易い。また、高圧
(大気圧)下でのイオン化であるため、イオン化ポテン
シャルの低い物質に対してもイオン化率が高く、高感度
分析が期待できる。大気圧イオン化に関しては、アナリ
ティカル・ケミストリー(Analytical Chemistry)の
1990年、第62巻、第13号、第713A〜725
A頁に詳細に記述されている。
In the atmospheric pressure ionization method, since excessive energy is not given to the sample molecules, the decomposition of the sample ions is small and the original structure of the sample ions can be easily observed. Further, since the ionization is performed under a high pressure (atmospheric pressure), the ionization rate is high even for a substance having a low ionization potential, and high sensitivity analysis can be expected. Regarding atmospheric pressure ionization, Analytical Chemistry, 1990, Vol. 62, No. 13, 713A-725.
It is described in detail on page A.

【0005】前記、大気圧にて試料をイオン化する方法
は種々改良がなされており、その一つにコロナ放電を用
いた大気圧化学イオン化法がある。
The method of ionizing a sample at atmospheric pressure has been variously improved, and one of them is an atmospheric pressure chemical ionization method using corona discharge.

【0006】この方法は、特開昭51−008996号
公報に記載のように、高電圧を印加することにより針電
極先端に生成したコロナ放電領域に、試料を導入し、イ
オン化する方法である。この時、試料はコロナ放電によ
り直接イオン化される場合(一次イオン化)に加えて、
イオン分子反応でイオン化される(二次イオン化)があ
るため、結果的に試料分子が高効率にイオン化されるこ
とになる。
According to this method, as described in JP-A-51-008996, a sample is introduced into a corona discharge region generated at the tip of a needle electrode by applying a high voltage and ionized. At this time, in addition to the case where the sample is directly ionized by corona discharge (primary ionization),
Since there is ionization (secondary ionization) by the ion molecule reaction, the sample molecules are ionized with high efficiency as a result.

【0007】又、前記コロナ放電を活用した装置として
は特開昭60−241634号公報に記載されている。
この装置はイオン発生部、試料導入部、イオンを導入す
るための細孔を有し、かつ、真空ポンプで排気されてい
る質量分析部から構成されている。イオン発生部には窒
素ガス等の一次イオン発生用ガスを導入し、コロナ放電
等で一次イオンを発生させる。発生した一次イオンは一
次イオン発生用ガスとともに大気中に噴出させる。一
方、試料導入部からは試料ガスが噴出する。大気圧下に
おいて、質量分析部の細孔の直前で、一次イオンは試料
ガスと混合し、試料ガス中に含まれる微量の目的物質の
分子と衝突することによってイオン・分子反応を起こ
し、目的物質のイオンを生成する。生成したイオンは細
孔から高真空の質量分析部に吸い込まれ、質量分析手段
で質量分離されて検出される。
An apparatus utilizing the corona discharge is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-241634.
This apparatus is composed of an ion generating section, a sample introducing section, and a mass analyzing section having pores for introducing ions and being evacuated by a vacuum pump. A primary ion generating gas such as nitrogen gas is introduced into the ion generating section, and primary ions are generated by corona discharge or the like. The generated primary ions are ejected into the atmosphere together with the primary ion generating gas. On the other hand, the sample gas is ejected from the sample introduction part. At atmospheric pressure, just before the pores of the mass spectrometer, the primary ions mix with the sample gas and collide with a small amount of the target substance molecules contained in the sample gas to cause an ion-molecule reaction, causing the target substance to react. Of ions. The generated ions are sucked into the high-vacuum mass spectrometer from the pores, and mass-separated and detected by the mass spectrometer.

【0008】更に、コロナ放電によるイオン化法とし
て、特開平6−310091号公報に記載のように、試
料ガスを直接コロナ放電領域に導入せずにイオン化する
方法が提案されている。即ち、別に設けたコロナ放電領
域で生成した一次イオンを用いて、イオン分子反応によ
りコロナ放電領域を通過しない試料分子を効率的に二次
イオン化するという方法である。これにより、シランガ
スのようにコロナ放電を用いて直接イオン化すると、放
電生成物によりイオン源が極度に汚染されイオン化でき
なくなるような場合に非常に有効となる。
Further, as an ionization method by corona discharge, there has been proposed a method of ionizing a sample gas without directly introducing it into a corona discharge region as described in JP-A-6-310091. That is, a method is used in which sample molecules that do not pass through the corona discharge region due to the ion molecule reaction are efficiently secondary ionized by using primary ions generated in a separately provided corona discharge region. Thus, direct ionization using corona discharge, such as silane gas, is very effective in the case where the ion source is extremely contaminated by discharge products and cannot be ionized.

【0009】更に、米国特許4023398号に記載の
方法がある。この例では、試料を搬送するためのキャリ
アガスが真空下の質量分析部に導入されるのを防止する
ため、コロナ放電領域とイオンを真空中に取りこむため
の細孔間にカーテンガスを流す方法が開示されている。
この工夫により、クライオポンプのような真空排気系を
用いた場合に排気効率を向上させることができる。
Further, there is a method described in US Pat. No. 4,023,398. In this example, a method of flowing a curtain gas between a corona discharge region and pores for taking ions into a vacuum in order to prevent a carrier gas for transporting a sample from being introduced into a mass spectrometer under a vacuum. Is disclosed.
With this contrivance, the evacuation efficiency can be improved when a vacuum evacuation system such as a cryopump is used.

【0010】大気圧下で生成したイオンを質量分析する
ためには、イオンを真空度の高い質量分析部に導入する
必要がある。しかし、大気圧下で生成したイオンを直ち
に高真空室に導入すると、高真空室が汚れ易く、又ノイ
ズの発生や排気第1ポンプの故障頻度が多くなる。かか
る理由で、通常は大気圧と高真空室の間に低真空室の中
間真空室を設け、大気圧から高真空に至るまで、徐々に
圧力が低下するように排気ポンプにより排気される。こ
の際、特許2882402号、2913924号のよう
に、排気系を簡略化するため、低真空室と中間真空室の
隔壁に、イオン通過用の開口とは別に通気部を設け、低
真空室と中間真空室を共通の排気ポンプにより排気する
などの簡略排気法なども検討されてきた。
In order to perform mass spectrometry on ions generated under atmospheric pressure, it is necessary to introduce the ions into a mass spectrometer having a high degree of vacuum. However, if ions generated under the atmospheric pressure are immediately introduced into the high vacuum chamber, the high vacuum chamber is easily contaminated, noise is generated, and the frequency of failure of the first exhaust pump increases. For this reason, an intermediate vacuum chamber of a low vacuum chamber is usually provided between the atmospheric pressure and the high vacuum chamber, and the gas is exhausted by an exhaust pump so that the pressure gradually decreases from the atmospheric pressure to the high vacuum. At this time, in order to simplify the evacuation system, as in Japanese Patent Nos. 2828402 and 2913924, a ventilation part is provided separately from the ion passage opening in the partition of the low vacuum chamber and the intermediate vacuum chamber, and the low vacuum chamber and the intermediate Simplified evacuation methods, such as evacuation of the vacuum chamber by a common evacuation pump, have also been studied.

【0011】一方、近年ではごみ焼却場で廃棄物を焼却
すると、その排ガス中に猛毒のダイオキシンが発生し、
環境汚染を引き起こし、深刻な社会問題となっている。
ここで、ダイオキシンとは75種類の異性体を持つポリ
塩化ジベンゾパラジオキシン(PCDDs)および13
5種類の異性体を持つポリ塩化ジベンゾフラン(PCD
Fs)の総称であり、より広義には、コプラナポリ塩化
ビフェニル(CoplanarPCBs)を含めることもある。
以後、ダイオキシンおよびそれに関連した化合物群を総
称してダイオキシン類と略記する。
On the other hand, in recent years, when waste is incinerated at a garbage incineration plant, highly toxic dioxin is generated in the exhaust gas,
It causes environmental pollution and is a serious social problem.
Here, dioxin refers to polychlorinated dibenzoparadioxins (PCDDs) having 75 isomers and 13
Polychlorinated dibenzofuran with 5 isomers (PCD
Fs), and may include coplanar polychlorinated biphenyls (Coplanar PCBs) in a broader sense.
Hereinafter, dioxins and a group of compounds related thereto will be abbreviated as dioxins.

【0012】ダイオキシン類の定量分析は極めて複雑な
化学的処理と高価な分析機器を駆使して行われている。
そのため、分析結果の取得までには、一週間/一検体の
時間が必要である。
Quantitative analysis of dioxins is carried out using extremely complicated chemical treatments and expensive analytical instruments.
Therefore, it takes one week / one sample to obtain the analysis result.

【0013】従って、当然実際の焼却炉の運転状況下で
のリアルタイムモニターは不可能である。又、特開平9
−243601号公報に記載されている技術は、排ガス
中のクロロベンゼン類とクロロフェノール類をリアルタ
イムで測定し、ダイオキシン類の濃度を連続的に求めよ
うとするものである。排ガスをレーザイオン化質量分析
装置に導きイオン化、質量分析することでクロロベンゼ
ン類、クロロフェノール類の濃度を求め、ひいてはダイ
オキシン類の濃度を間接的に求めようとするものであ
る。
Therefore, it is naturally impossible to perform real-time monitoring under actual operating conditions of the incinerator. Also, JP-A-9
The technique described in Japanese Patent No. 243601 is to measure chlorobenzenes and chlorophenols in exhaust gas in real time and to continuously obtain the concentration of dioxins. The exhaust gas is led to a laser ionization mass spectrometer, and ionization and mass spectrometry are performed to determine the concentration of chlorobenzenes and chlorophenols, and indirectly to obtain the concentration of dioxins.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前記の特開昭51−0
08996号公報及び特開平6−310091号公報に
記載されている従来例では、測定試料の濃度が極めて低
い場合(例えば、空気中の微量成分を測定する場合や、
液体中の微量成分を測定する場合等)、測定試料のイオ
ンに比較して多量に存在する成分のイオン或いは多量に
存在する成分由来のイオン(例えば、イオン分子反応に
より生成したイオン等)の強度が極端に強くなる。
The above-mentioned JP-A-51-0
In the conventional examples described in JP-A-08996 and JP-A-6-310091, when the concentration of the measurement sample is extremely low (for example, when measuring a minor component in air,
In the case of measuring a trace component in a liquid, etc.), the intensity of ions of components present in a larger amount or ions derived from components present in a larger amount (for example, ions generated by an ion molecule reaction) as compared with ions of a measurement sample. Becomes extremely strong.

【0015】従って、微量の測定試料のイオンに合わせ
て検出器の感度設定を行うと、多量に存在する成分のイ
オン或いは多量に存在する成分由来のイオンが検出器に
到達し、大電流が一挙に流れることにになり検出器を傷
め、電流の増幅率が徐々に悪化すると共に、前記測定試
料のイオンを検出できないという問題があった。
Therefore, when the sensitivity of the detector is set in accordance with the ions of a small amount of the measurement sample, ions of components present in a large amount or ions derived from components present in a large amount reach the detector, and a large current flows at once. Therefore, there is a problem that the detector is damaged, the amplification factor of the current gradually deteriorates, and ions of the measurement sample cannot be detected.

【0016】また、多量に存在する成分に相当する分子
或いは多量に存在する成分由来のイオンに相当する分子
が、目的とする試料の分子によりイオン化し易い場合、
目的とする試料のイオンの生成効率が悪化し、結果的に
感度が低下するという問題があった。
Further, when a molecule corresponding to a component present in a large amount or a molecule corresponding to an ion derived from a component existing in a large amount is easily ionized by a molecule of a target sample,
There has been a problem that the ion generation efficiency of the target sample is deteriorated, and as a result, the sensitivity is lowered.

【0017】更に、イオンを溜め込んだ後に高周波電圧
を走査することによって溜め込まれたイオンの質量分析
を行うイオントラップ型質量分析計では、イオンを溜め
込んだ際、印加する高周波電圧の振幅に対応する質量数
以下のイオンは、イオントラップ質量分析部を通過した
後直接検出器に到達する。従って、前記イオンが多量に
存在する場合、検出器を傷め、電流の増幅率が徐々に悪
化するという問題があった。
Further, in an ion trap type mass spectrometer which performs mass analysis of the stored ions by scanning a high frequency voltage after storing the ions, a mass corresponding to the amplitude of the applied high frequency voltage when the ions are stored. Less than a few ions reach the detector directly after passing through the ion trap mass analyzer. Therefore, when the ions are present in a large amount, the detector is damaged, and there has been a problem that the current amplification factor gradually deteriorates.

【0018】また、米国特許4023398号で記載さ
れている方法では、カーテンガスを用いることによりキ
ャリアガスが真空中に導入されないように工夫はされて
いるが、得られる質量スペクトルは上記の従来例のもの
と本質的に変わらず、上記の従来例と同様の問題を含ん
でいた。
Further, in the method described in US Pat. No. 4,023,398, the use of a curtain gas to prevent the carrier gas from being introduced into a vacuum is devised. This was essentially the same as the one described above, and contained the same problems as in the above conventional example.

【0019】従って、目的とする試料のイオンをできる
だけ効率的に生成するための大気圧下でのコロナ放電を
用いたイオン源の開発が課題となっていた。
Therefore, development of an ion source using corona discharge under atmospheric pressure for generating ions of a target sample as efficiently as possible has been an issue.

【0020】更に、排ガスのように酸性度が高いガスや
夾雑ガスを含む場合、夾雑ガスにより、イオン化の増幅
率が低下する可能性が大きい。又、コロナ放電の電極が
汚れるとコロナ放電が不安定になり、一次イオン化効率
が変化し、ついには放電が起こらなくなるという問題が
ある。
Furthermore, when a gas having a high acidity or a foreign gas such as an exhaust gas is contained, there is a high possibility that the amplification factor of ionization is reduced by the foreign gas. Further, if the corona discharge electrode becomes dirty, the corona discharge becomes unstable, the primary ionization efficiency changes, and finally, there is a problem that the discharge does not occur.

【0021】前記試料中のイオンを高感度に質量分析す
るためには、最終的にこの圧力勾配を設けた各真空室間
の開口部分でのイオン透過率を向上させる必要がある。
しかし、これまで、各真空室間の開口部分で、高いイオ
ン透過率を得るための各真空室の開口径や各開口部間の
距離についてはあまり検討されいなかった。このため、
ダイオキシン類やダイオキシン類の前駆体であるクロロ
フェノール類等の超極微量の試料を計測・分析する場合
などは感度不足のため、検出不可能であった。
In order to mass-analyze the ions in the sample with high sensitivity, it is necessary to finally improve the ion transmittance at the opening between the vacuum chambers provided with the pressure gradient.
However, the opening diameter of each vacuum chamber and the distance between each opening for obtaining a high ion transmittance at the opening between the vacuum chambers have not been studied so far. For this reason,
In the case of measuring and analyzing an extremely small amount of a sample such as dioxins and chlorophenols which are precursors of dioxins, detection was impossible due to insufficient sensitivity.

【0022】特開平9−243601号公報に記載され
ている技術は、クロロベンゼン類のリアルタイム濃度測
定の可能性を示唆している。しかし、この方式における
イオン化は多光子イオン化である。このイオン化におい
て、モノクロロベンゼン類はある程度測定できる。しか
し、この多光子イオン化においてはベンゼン核に置換し
た塩素の数が一ケずつ増えるたびに1/7から1/10
の感度低下が起こるとされる。トリクロロベンゼンはモ
ノクロロベンゼンの約1/100の効率でしかイオン化
されない。即ち、トリクロロベンゼンはモノクロロベン
ゼンの約1/100の感度しかないといえる。
The technique described in JP-A-9-243601 suggests the possibility of real-time concentration measurement of chlorobenzenes. However, the ionization in this mode is multiphoton ionization. In this ionization, monochlorobenzenes can be measured to some extent. However, in this multiphoton ionization, every time the number of chlorines substituted on the benzene nucleus increases by one, it is reduced from 1/7 to 1/10.
Is considered to cause a decrease in sensitivity. Trichlorobenzene is ionized only with about 1/100 the efficiency of monochlorobenzene. That is, it can be said that trichlorobenzene has only about 1/100 sensitivity of monochlorobenzene.

【0023】一方、毒性が最も高いダイオキシンと知ら
れている2、3、7、8−テトラクロロジベンゾ−P−
ダイオキシン(2、3、7、8−TCDD)はダイオキ
シンの2、3、7、8位の4個の水素が塩素に置換され
た化合物である。また、有毒なダイオキシン類は全て塩
素が4個以上置換したダイオキシン類である。この猛毒
のダイオキシン類がクロロフェノール類、クロロベンゼ
ン類が前駆物質でなければならない。
On the other hand, 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-P-, which is known as the most toxic dioxin,
Dioxin (2, 3, 7, 8-TCDD) is a compound in which four hydrogens at positions 2, 3, 7, and 8 of dioxin are substituted with chlorine. All toxic dioxins are dioxins in which four or more chlorine atoms have been substituted. This highly toxic dioxin must be a precursor of chlorophenols and chlorobenzenes.

【0024】この提案で示された多光子イオン化方式で
は、多置換塩素化合物を効率よくイオン化できない。即
ち、燃焼炉排ガス中の濃度1000ng/Nm3(1p
pb)程度のクロロフェノール類やクロロベンゼン類の
測定は非常に難しい。
In the multiphoton ionization system shown in this proposal, a polysubstituted chlorine compound cannot be ionized efficiently. That is, the concentration in the combustion furnace exhaust gas is 1000 ng / Nm 3 (1p
It is very difficult to measure chlorophenols and chlorobenzenes on the order of pb).

【0025】以上説明したように、現在まで、排ガスを
オンラインで採取し、ダイオキシン類またはその前駆物
質をリアルタイムで測定する手段、装置は開示されてい
ない。又、上記各部位の従来技術を統合しても容易に実
現できるものではない。
As described above, to date, no means or apparatus has been disclosed for sampling exhaust gas online and measuring dioxins or their precursors in real time. Further, even if the prior arts of the above-mentioned parts are integrated, they cannot be easily realized.

【0026】このため、ダイオキシン類のリアルタイム
モニター法がないため、以下のような問題を生じてい
た。
For this reason, there is no real-time monitoring method for dioxins, so that the following problems have occurred.

【0027】焼却炉等の排ガスにどれだけのダイオキシ
ン類が含まれているか、変動がどのくらいあるのか、把
握されていなかった。
It has not been known how much dioxins are contained in the exhaust gas from incinerators and the like, and how much fluctuations are present.

【0028】焼却炉において燃焼を始めてから排ガスが
煙突から大気中に排出されるまで、排ガスは多くの温度
の異なる空間を経ると共に、排ガス中における多くの化
学反応プロセスを経て排出される。この複雑なプロセス
一つ一つにおけるダイオキシン類生成、分解等を追跡す
ることはできない。また、当然プロセス条件を変更、最
適化してダイオキシン類の削減を図ることもできない。
From the start of combustion in the incinerator until the exhaust gas is discharged from the chimney into the atmosphere, the exhaust gas passes through many spaces at different temperatures and is discharged through many chemical reaction processes in the exhaust gas. It is not possible to track the generation and decomposition of dioxins in each of these complicated processes. In addition, it is impossible to change and optimize the process conditions to reduce dioxins.

【0029】ダイオキシン類のモニターのリアルタイム
化ができないため、焼却炉内の多くの場所でのダイオキ
シン類の濃度測定はできない。各部でのダイオキシン類
の発生状況を把握できない。
Since real-time monitoring of dioxins cannot be performed, the concentration of dioxins cannot be measured at many places in the incinerator. Dioxin generation status in each part cannot be grasped.

【0030】本発明は,上述の問題点に鑑みてなされた
ものであって、前記イオン源から質量分析部に至る経路
において、イオン化効率を向上し、質量分析部に高効率
で輸送することによって、極微量の高感度計測・分析を
実現し、更に、イオン源内汚染を生じやすい排ガスに関
しても、連続して長時間安定に測定でき、更に、メンテ
ナンス容易なガスリアルタイム測定用の大気圧イオン化
質量分析計およびオンラインモニター装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and improves the ionization efficiency in the path from the ion source to the mass spectrometer and transports it to the mass spectrometer with high efficiency. Atmospheric pressure ionization mass spectrometry for real-time measurement of gas, realizing highly sensitive measurement and analysis of extremely small amounts, and stably measuring exhaust gas that is likely to cause contamination in the ion source continuously for a long time. It is intended to provide a meter and an online monitoring device.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】(イオン源部の構成)本
発明は、大別すると、試料ガスを配管により直接導き、
測定すべき排ガスを採取・導入する試料導入部と、前記
試料導入部から導入された排ガス中のダイオキシン類、
クロロフェノール類やクロロベンゼン類等が負イオンに
なり易いことを積極的に利用し、負のコロナ放電により
大気圧下でイオン化・二次反応するイオン源部と、前記
イオン源部で生成したイオンを高真空域の質量分析部に
輸送する差動排気部を有し、前記質量分析部にて、前記
生成された負イオンのイオン電流が検出されるよう構成
したものである。
[Means for Solving the Problems] (Structure of Ion Source Section) The present invention can be broadly classified by directly guiding a sample gas through a pipe.
A sample introduction unit for collecting and introducing the exhaust gas to be measured, and dioxins in the exhaust gas introduced from the sample introduction unit,
Actively utilizing the fact that chlorophenols and chlorobenzenes are likely to become negative ions, an ion source part that ionizes and secondary reacts under atmospheric pressure by negative corona discharge, and an ion generated in the ion source part It has a differential pumping section for transporting to a mass spectrometry section in a high vacuum region, and the mass spectrometry section is configured to detect an ion current of the generated negative ions.

【0032】前記イオン源部では、イオン源部に具備さ
れた針状の電極の先端と対向電極間に高電圧を印加する
ことにより、前記針状の電極と対向電極間にコロナ放電
を生成する。
In the ion source section, a corona discharge is generated between the needle-shaped electrode and the counter electrode by applying a high voltage between the tip of the needle-shaped electrode provided in the ion source section and the counter electrode. .

【0033】前記コロナ放電部域に前記試料導入部から
の導入された試料が前記コロナ放電域に接し、イオン分
子反応が起こる。例えば、乾燥空気中のクロロフェノー
ル類(CP)を、前記試料導入部から導入すると、主た
るイオン・分子反応は以下のようになる。
The sample introduced from the sample introduction part into the corona discharge area comes into contact with the corona discharge area, and an ion molecule reaction occurs. For example, when chlorophenols (CP) in dry air are introduced from the sample introduction section, the main ion / molecule reactions are as follows.

【0034】 O2 +e- → O2 - (コロナ放電によって発生した熱電子による一次イオン
化) O2 +N2 → 2NO (コロナ放電によって発生した熱電子による一次イオン
化) O2 - +NO → NO3 -2 - +CP → (CP−H)- + HO2 イオン分子反応(二次イオン化) ここで、(CP−H)-は、CPからプロトンの抜けた
負イオンを表す。
[0034] O 2 + e - → O 2 - ( primary ionization by thermal electrons generated by corona discharge) O 2 + N 2 → 2NO ( primary ionization by thermal electrons generated by corona discharge) O 2 - + NO → NO 3 - O 2 - + CP → (CP- H) - + HO 2 ion-molecule reactions (secondary ionization) where, (CP-H) - represents a negative ion which exits from the CP of protons.

【0035】N2はO2との負のコロナ放電下での反応に
より中間体NOを経てNO3−に容易に変化し、強度の
強いイオンとなって観測される。
N 2 easily changes to NO 3 − via the intermediate NO by a reaction with O 2 under negative corona discharge, and is observed as a strong ion.

【0036】次に、排ガス中のクロロフェノール類(C
P)を、前記試料導入部から導入すると、主たるイオン
・分子反応は、塩化水素や硫酸、臭素等の夾雑物質によ
り、以下の反応が付加される。
Next, chlorophenols (C
When P) is introduced from the sample introduction section, the following main reactions of ions and molecules are added by impurities such as hydrogen chloride, sulfuric acid, and bromine.

【0037】 O2 - +HCL → CL- + HO2 イオン分子反応(二次イオン化) CL- +CP ⇔ (CP−H)- + HCL イオン分子反応 このため、(1)被検出イオン(CP−H)-の増幅効
率が低下する可能性が大きい。
O 2 + HCL → CL + HO 2 ion molecule reaction (secondary ionization) CL + CP ⇔ (CP-H) + HCL ion molecule reaction Therefore, (1) ion to be detected (CP-H) - there is a high possibility that the amplification efficiency is lowered.

【0038】(2)針電極が汚れると放電が不安定にな
り、一次イオン化(O2 -)効率が変化する。
(2) If the needle electrode becomes dirty, the discharge becomes unstable, and the primary ionization (O 2 ) efficiency changes.

【0039】上式に示すようなイオン・分子反応過程の
中で、O2 - + NO ――>NO3 -の反応を抑制できれ
ば、O2 -の減少を抑えることができる。
If the reaction of O 2 + NO ---> NO 3 can be suppressed in the ion / molecule reaction process as shown in the above equation, the decrease of O 2 can be suppressed.

【0040】これにより、O2 - + CP ――>(CP
−H)- + HO2の反応が進行する。
Thus, O 2 + CP ---> (CP
-H) - + HO 2 reaction proceeds.

【0041】このNO3 -の生成反応を抑制するには、O
2 -とNOとの存在領域が重複しないことが重要であり、
その一つの方法は、電位差によりイオンを加速し、前記
このイオン加速力が前記試料の進行する方向の流速より
勝るイオン加速力を与え、コロナ放電領域における中間
体の存在時間を極力短くしている。
[0041] The NO 3 - To suppress generation reaction, O
It is important that the existence areas of 2 - and NO do not overlap,
One method is to accelerate ions by a potential difference, and the ion acceleration force gives an ion acceleration force that exceeds the flow velocity in the traveling direction of the sample, thereby minimizing the existence time of the intermediate in the corona discharge region. .

【0042】上記構成において、前記イオン源部におい
ては、針電極と電極間に電界を付加し、電極に細孔を具
備して前記試料導入部と連通し、この細孔に前記試料を
流入し、その端部にてコロナストリームと接する構成と
する。
In the above configuration, in the ion source section, an electric field is applied between the needle electrode and the electrode, the electrode is provided with a pore and communicates with the sample introduction section, and the sample flows into the pore. , The end of which is in contact with the corona stream.

【0043】次に、前記コロナ放電の安定化に関して
は、針電極の先端部以外は二重管等で構成とすることに
よって、前記針先の先端部のみに試料ガスと対向して純
粋なガスを前記針先の先端部に別途、供給する経路を具
備している。
Next, with respect to the stabilization of the corona discharge, a double tube or the like is used except for the tip of the needle electrode, so that the pure gas is opposed to the sample gas only at the tip of the needle tip. Is provided separately to the tip of the needle tip.

【0044】更に、塩化水素等の夾雑物質が介在した場
合の対策構成案としては、 (1) 前記試料導入部内に流入する前に除去材等夾雑
物質を削除する。
Further, as a countermeasure configuration when an impurity such as hydrogen chloride is interposed, the following are possible. (1) The impurity such as a removing material is removed before flowing into the sample introduction section.

【0045】(2) 或いは夾雑物質の濃度を希釈し、
その影響を低減する。
(2) Alternatively, dilute the concentration of the contaminants,
Reduce its effects.

【0046】(3) コロナ放電の高効率化を行う。(3) The efficiency of corona discharge is increased.

【0047】等があるが、本発明の本部位では、上記
(2)、(3)を主体として、その手段を具備させた。
Although there are other means, the present part of the present invention is mainly provided with the means described in (2) and (3) above.

【0048】即ち、前記コロナストリームを集中化し、
前記集中化部分に試料を導入する構成とする。
That is, the corona stream is centralized,
The sample is introduced into the centralized portion.

【0049】或いは、前記試料導入部に導入された試料
を分流し、分流した試料流体毎にコロナストリームを接
触させ、n倍化する構成とする。
Alternatively, the sample introduced into the sample introduction section is divided, and a corona stream is brought into contact with each of the divided sample fluids to multiply the sample fluid by n times.

【0050】或いは、コロナ放電が進行するイオン化部
とそのイオンを効率よく引き出すことができる室を分離
独立化した構成としている。
Alternatively, the ionization section where the corona discharge proceeds and the chamber where the ions can be efficiently extracted are separated and independent.

【0051】更に、前記試料導入部に純粋なガスを供給
できるバイパス管を具備することにより、夾雑物質を希
釈し、イオンを効率よく引き出すことができる構成とし
ている。
Further, by providing a bypass pipe capable of supplying a pure gas to the sample introduction section, it is possible to dilute contaminants and efficiently extract ions.

【0052】(エアーカーテン部)前記試料導入部のも
う一方の面(コロナ放電域の対向面側)には、前記試料
のイオン化された試料を取りこむ差動排気部の初段が位
置している構成とする。前記差動排気部の初段には細孔
が具備され、コロナ放電域の前記対抗電極(第1電極)
との間で電界を形成している。一般には、平行電界であ
り、前記イオンはこの電界扶助により、細孔に集中す
る。
(Air Curtain Unit) The first stage of the differential exhaust unit that takes in the ionized sample of the sample is located on the other surface of the sample introduction unit (the surface facing the corona discharge area). And A pore is provided at the first stage of the differential pumping section, and the counter electrode (first electrode) in the corona discharge area is provided.
And an electric field is formed between them. Generally, there is a parallel electric field, and the ions are concentrated in the pores by the aid of the electric field.

【0053】試料の流れは一般には前記イオン化部への
流れと差動排気部の初段の細孔への流れに分流される。
このため、排ガス中に腐食性の高い、例えば、塩化水
素、硫化水素、塩化臭素等の分子が存在すると、これら
の分子を差動排気部の各室、質量分析部へ流入する。こ
の時、検出感度の低下が発生すると同時に高真空室も腐
食してしまい、メンテナンスの頻度が多くなる。かかる
腐食性の流体の流入を阻止できればメンテナンス性の向
上が期待できると共に、質量分析部のバックグランドも
劣化せず安定な計測を継続できるようになる。
The flow of the sample is generally divided into the flow to the ionization section and the flow to the first-stage fine holes in the differential pumping section.
For this reason, when highly corrosive molecules such as hydrogen chloride, hydrogen sulfide, and bromine chloride are present in the exhaust gas, these molecules flow into each chamber of the differential exhaust unit and the mass spectrometric unit. At this time, the detection sensitivity is lowered, and at the same time, the high vacuum chamber is corroded, and the frequency of maintenance is increased. If the inflow of such corrosive fluid can be prevented, improvement in maintainability can be expected, and stable measurement can be continued without deterioration of the background of the mass spectrometer.

【0054】本発明では、前記差動排気部の初段部に少
なくとも一つの隔離板(第2電極)を付加し、その軸上
には前記イオン化された試料を取りこむ細孔を具備し、
この隔離板の対向面側と前記差動排気部の初段(第一細
孔)間で形成される室に、乾燥空気等の純粋のガスを充
満させる構成としている。また、前記隔離板(第2電
極)には、電圧が印加され、前記第1電極との電位差に
より、生成された試料イオンを引き出す構成にしてい
る。このイオンは、前記前記乾燥空気等の純粋のガスと
混合され、差動排気部に流入する。
According to the present invention, at least one separator (second electrode) is added to the first stage of the differential pumping section, and a hole for taking the ionized sample is provided on the axis thereof.
A chamber formed between the facing surface side of the separator and the first stage (first pore) of the differential exhaust section is filled with a pure gas such as dry air. In addition, a voltage is applied to the separator (second electrode), and the generated sample ions are extracted by a potential difference from the first electrode. The ions are mixed with a pure gas such as the dry air and flow into the differential exhaust unit.

【0055】このため、二次イオン化された試料イオン
のみが分離され、バックグランドが向上すると共に、腐
食性のガスが流入しないので、安定な計測を継続できる
ようになる。
As a result, only the secondary ionized sample ions are separated, the background is improved, and since corrosive gas does not flow, stable measurement can be continued.

【0056】(差動排気部)本発明では、大気圧下のイ
オン化部により生成したイオンを、徐々に低圧力化した
第一真空室、第二真空室を通過させて、高真空室の質量
分析部に導入する排気系の形状や配置に対し、以下に示
す手段によって、よりイオンの透過性を向上できる構成
を達成する。
(Differential Exhaust Portion) In the present invention, ions generated by the ionization portion under atmospheric pressure are passed through the first vacuum chamber and the second vacuum chamber, which are gradually reduced in pressure, and the mass of the high vacuum chamber is reduced. With respect to the shape and arrangement of the exhaust system to be introduced into the analysis unit, a configuration capable of further improving ion permeability is achieved by the following means.

【0057】(1)大気圧下でイオン化された試料と接
する(差動排気部の初段)部分と前記質量分析部と接す
る終段部分間を、少なくとも2室以上に分割し、各室の
イオン流をイオンビーム形状(粘性流)とする圧力とイ
オン通過用の開口径に設定した構成とした。
(1) The portion between the portion in contact with the sample ionized under atmospheric pressure (the first stage of the differential pumping portion) and the final portion in contact with the mass spectrometer is divided into at least two or more chambers. The pressure was set to an ion beam shape (a viscous flow), and the opening diameter for passing ions was set.

【0058】(2) 前記(1)項における初段部の圧
力は、0.1〜10Torrとする。クヌッセン数(K
n)≦1を満たす径と圧力とする。
(2) The pressure at the first stage in the above item (1) is 0.1 to 10 Torr. Knudsen number (K
n) The diameter and pressure satisfying ≦ 1.

【0059】(3)前記(1)項における前記高真空域
の質量分析部と接する差動排気部の終段の圧力は、 前
記質量分析部への細孔と前記差動排気部の終段室の圧力
により、クヌッセン数(Kn)が、1<Kn<15を満
たす径と圧力とする。
(3) The pressure at the last stage of the differential pumping section in contact with the mass analysis section in the high vacuum region in the above item (1) is determined by: The Knudsen number (Kn) is set to a diameter and a pressure satisfying 1 <Kn <15 by the pressure of the chamber.

【0060】(4)前記(2)、(3)項における差動
排気部の圧力減衰率は1/10〜1/100とする。
(4) The pressure decay rate of the differential pumping section in the above items (2) and (3) is 1/10 to 1/100.

【0061】大気圧下でイオン化された試料イオンは、
差動排気部の初段(第一細孔)通して大気圧より低い圧
力の初段の低真空室(第一室)に入射する。この時、気
体分子は超音速の噴流となり、第一室の圧力(P1)に
依存する衝撃波とマッハディスクが生じる。
The sample ions ionized under the atmospheric pressure are as follows:
The light passes through the first stage (first pore) of the differential pumping section and enters the first stage low vacuum chamber (first chamber) at a pressure lower than the atmospheric pressure. At this time, the gas molecules become a supersonic jet, and a shock wave and a Mach disk depending on the pressure (P1) of the first chamber are generated.

【0062】即ち、大気圧から第一細孔を通して第一室
に入射した気体分子は、断熱膨張により急激に冷やさ
れ、マッハディスク面で断熱圧縮され、急激に過熱され
る。このような衝撃波の形状に関しては、日本機械学会
論文集(B編)、50巻449号(昭和59−1)の第
223−240頁に詳述されているように、衝撃波の径
Db(バレルショック径)、マッハディスク面の位置X
mを求める実験式が次式のように得られている。
That is, gas molecules entering the first chamber from the atmospheric pressure through the first pores are rapidly cooled by adiabatic expansion, adiabatically compressed on the Mach disk surface, and rapidly heated. As for the shape of such a shock wave, as described in detail in the Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B), Vol. 50, No. 449, pp. 223-240 (Showa 59-1), the diameter Db of the shock wave (barrel) Shock diameter), Mach disk surface position X
An empirical formula for obtaining m is obtained as the following formula.

【0063】 Db=0.78*d1*(P0/P1)0.41 ……(1) Xm=0.28*d1*(P0/P1)0.68 ……(2) ここで、P0は大気圧、P1は第一室内の圧力、d1は
第一細孔径を表す。
Db = 0.78 * d1 * (P0 / P1) 0.41 (1) Xm = 0.28 * d1 * (P0 / P1) 0.68 (2) where P0 is the atmospheric pressure and P1 Represents the pressure in the first chamber, and d1 represents the first pore diameter.

【0064】又、分子の圧力に対応するその平均自由行
程とクヌッセン指数は下記の式で表せる。
The mean free path and Knudsen index corresponding to the molecular pressure can be expressed by the following equations.

【0065】 λ=0.05/Pi ……(3) Kn=λ/di(クヌッセン数:分子流,粘性流の指標) ……(4) Kn<1 ノズルビーム流(粘性流) Kn≧1 分子流 ここで、Piはある真空室の圧力、diは具備される細
孔径を表す。
Λ = 0.05 / Pi (3) Kn = λ / di (Knussen number: index of molecular flow and viscous flow) (4) Kn <1 Nozzle beam flow (viscous flow) Kn ≧ 1 Here, Pi represents the pressure of a certain vacuum chamber, and di represents the pore diameter provided.

【0066】式(3)は差動排気部内の分子の平均自由
行程を示し、圧力の関数で示される。更に、ノズルビー
ム流と分子流の区別指標として式(4)に示すようにク
ヌッセン数(Kn)がある。Kn≦1の条件では、ガス
をノズル等の細孔から真空中に噴出すると、ガス中の分
子どうしが互いに衝突しながら断熱膨張する。断熱膨張
が終わるところでは分子間の衝突はなくなり、細孔を通
して分子流として取り出せることを示唆している。
Equation (3) shows the mean free path of molecules in the differential pumping section and is expressed as a function of pressure. Further, there is a Knudsen number (Kn) as shown in Expression (4) as a discrimination index between the nozzle beam flow and the molecular flow. Under the condition of Kn ≦ 1, when a gas is ejected into a vacuum from a fine hole such as a nozzle, molecules in the gas expand adiabatically while colliding with each other. At the end of the adiabatic expansion, there is no collision between the molecules, suggesting that it can be taken out as a molecular flow through the pores.

【0067】前記式(1)、(2)により、第一室の衝
撃波の径Db及びマッハディスク面の生成位置Xmは、
第一細孔d1及び低真空室内圧力P1に依存する。
From the above equations (1) and (2), the diameter Db of the shock wave in the first chamber and the generation position Xm of the Mach disk surface are as follows:
It depends on the first pore d1 and the pressure P1 in the low vacuum chamber.

【0068】この衝撃波の内側、つまり噴流中では、イ
オン他の分子は急激に冷却され、水分やアルコールなど
の溶媒分子がイオンに付加し、クラスタイオンが生成さ
れる。このようなクラスタイオンのまま質量分析される
と、本来のイオンの分子量情報が得られないという問題
が発生する。従って、このようなクラスタイオンから付
加した水やアルコールなどの分子を取り除くこと(脱溶
媒)が必要となるが、上述の如く、マッハディスク面で
の断熱圧縮、断熱膨張によって冷却された分子流は、マ
ッハディスク面で断熱圧縮され、急激に過熱されるた
め、クラスタイオンの脱溶媒が促進される。
Inside the shock wave, that is, in the jet, ions and other molecules are rapidly cooled, and solvent molecules such as water and alcohol are added to the ions to generate cluster ions. If mass analysis is performed with such cluster ions, there arises a problem that information on the molecular weight of the original ions cannot be obtained. Therefore, it is necessary to remove molecules such as water and alcohol added from such cluster ions (desolvation). However, as described above, the molecular flow cooled by adiabatic compression and adiabatic expansion on the Mach disk surface is , Is adiabatically compressed on the Mach disk surface and is rapidly heated, so that the desolvation of cluster ions is promoted.

【0069】このため、前記第一細孔の後方に配置され
る第二細孔の位置は、式(2)で求まる値以上に設定す
る。
For this reason, the position of the second pore located behind the first pore is set to a value equal to or greater than the value determined by the equation (2).

【0070】これは、特別なエネルギ供給などが不要で
あり、最も容易に達成可能である。しかし、このマッハ
ディスク面の後方で分子の流れが自由噴流(分散)し、
第二細孔に入射するイオン量が減少するという欠点もあ
る。従って、生成される衝撃波の形状に基いて、イオン
の脱溶媒が促進され、且つ第二細孔へのイオン入射量が
向上するように、各細孔径やその位置を設定した。
This can be achieved most easily without the need for a special energy supply or the like. However, behind the Mach disk surface, the flow of molecules is free jet (dispersed),
There is also a disadvantage that the amount of ions incident on the second pore is reduced. Therefore, based on the shape of the generated shock wave, each pore diameter and its position were set so that ion desolvation was promoted and the amount of ions incident on the second pores was improved.

【0071】又、高圧力下での気体分子流体的挙動をし
ていたイオンは、徐々に圧力が低下すると、平均自由行
程が長くなる。この時、イオンを加速する方向に電界を
生成すると、イオンは電界中を加速飛行し、中性分子と
の衝突を繰り返すようになる。この衝突により、水分子
など脱離させることができる。そこで、低真空室、中間
真空室、高真空室内にイオン加速電界を生成するため、
イオン加速電源から、第一細孔電極、第二細孔電極、第
三細孔電極に各々V1V2V3の電圧を印加する。ここ
で、イオンが正イオンの場合はV1>V2>V3となる
ように、イオンが負の場合はV1<V2<V3となるよ
うに印加する。これらの電位を調整・設定することによ
り、イオンと中性分子との衝突による脱溶媒の程度を変
化させることができる。
In addition, the ions that have been in a gas molecular fluid behavior under a high pressure have a longer mean free path as the pressure gradually decreases. At this time, when an electric field is generated in the direction in which the ions are accelerated, the ions accelerate in the electric field and fly repeatedly to collide with neutral molecules. By this collision, water molecules and the like can be desorbed. Therefore, in order to generate an ion accelerating electric field in the low vacuum chamber, intermediate vacuum chamber, and high vacuum chamber,
A voltage of V1V2V3 is applied to each of the first pore electrode, the second pore electrode, and the third pore electrode from the ion acceleration power supply. Here, when the ions are positive ions, the application is performed so that V1>V2> V3, and when the ions are negative, the application is performed so that V1 <V2 <V3. By adjusting and setting these potentials, the degree of desolvation due to collision between ions and neutral molecules can be changed.

【0072】更に、各室の圧力設定と具備する細孔径と
位置によって、イオン化した分子流が、ノズルビーム或
いは分子流となり、具備する細孔径や位置、排気第1ポ
ンプの排気能力によって変化する。
Further, the ionized molecular flow becomes a nozzle beam or a molecular flow depending on the pressure setting of each chamber and the provided pore diameter and position, and changes depending on the provided pore diameter and position and the exhaust capacity of the first pump.

【0073】本発明者らは、種々各パラメータを実験に
より求めた結果、以下の手段で差動排気部の各室を通過
するイオン量を向上することを見出した。即ち、 (1)差動排気部の最終段の室は、式(4)で決定され
るKn値を指標として、分子流にならない細孔径と圧力
にする。
The inventors of the present invention have obtained various parameters by experiments and found that the following means can be used to improve the amount of ions passing through each chamber of the differential pumping section. That is, (1) the final stage chamber of the differential pumping section is set to have a pore diameter and a pressure that do not cause a molecular flow, using the Kn value determined by the equation (4) as an index.

【0074】(2)各室の細孔径は、式(1)で決定さ
れる圧力差と細孔径から決定されるバレルショック径
(Db)以上とし、その間隔は式(2)で決定される距
離の数倍以上確保する。
(2) The pore diameter of each chamber is equal to or larger than the barrel shock diameter (Db) determined from the pressure difference and the pore diameter determined by the equation (1), and the interval is determined by the equation (2). Secure several times the distance.

【0075】(3)大気下の前記イオン源に接する初段
室と前記高真空部に接する終段間に設ける、差動排気部
の圧力勾配比(P0/P1)を1/10から1/100
程度に逐次低下させるようにした。その限界室数は2室
以上であった。
(3) The pressure gradient ratio (P0 / P1) of the differential pumping section, which is provided between the first stage chamber in contact with the ion source under the atmosphere and the last stage in contact with the high vacuum section, is 1/10 to 1/100.
It was made to decrease gradually to the extent. The limit number of rooms was two or more.

【0076】(装置)ダイオキシン類の排ガス中の濃度
は、1ppt以下であり、クロロフェノール類、クロロ
ベンゼン類等の濃度は、1ppb程度といわれている。
このような極微量の成分をモニターするためには、以下
の2項目が重要である。
(Apparatus) The concentration of dioxins in exhaust gas is less than 1 ppt, and the concentration of chlorophenols and chlorobenzenes is said to be about 1 ppb.
In order to monitor such a trace amount of components, the following two items are important.

【0077】(1)極微量成分を効率よく信号を発する
ようにする。
(1) Efficiently emit a signal from a trace component.

【0078】(2)微量成分より圧倒的に存在量の多い
成分(窒素、酸素、二酸化炭素等は、妨害信号を発しな
いようにする。即ち、高いS/B比(B:バックグラン
ド)が達成できる手法が必要になる。
(2) The components (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, etc.), which are much more abundant than the trace components, do not generate an interference signal, that is, a high S / B ratio (B: background) We need a technique that can be achieved.

【0079】本発明者らは、多くの実験の結果、負イオ
ンモードの大気圧化学イオン化が、排ガス中のダイオキ
シン類等の選択的イオン化、検出に最適であることを見
出した。
As a result of many experiments, the present inventors have found that atmospheric pressure chemical ionization in the negative ion mode is most suitable for selective ionization and detection of dioxins and the like in exhaust gas.

【0080】又、前述の如く、前記イオン源と差動排気
部を具備させることにより、ダイオキシン類等の極微量
な成分であっても、大気圧における負のコロナ放電によ
り生じた熱電子により効率よく、安定にイオン化され、
そのイオンは質量分析計に高い透過率で輸送できる。従
って、長時間連続して、安定した高感度計測ができる。
Further, as described above, by providing the ion source and the differential pumping unit, even a very small amount of components such as dioxins can be efficiently used by thermoelectrons generated by negative corona discharge at atmospheric pressure. Well, stably ionized,
The ions can be transported to the mass spectrometer with high transmittance. Therefore, stable high-sensitivity measurement can be performed continuously for a long time.

【0081】以上のような構成によって、本発明では、
まず、イオン源部に試料導入部から試料が導入され、コ
ロナ放電などのイオン化手段によってイオン化され、一
次イオンが生成する。この一次イオンは、前記試料導入
部から連続的に供給される試料ガスと二次反応(イオン
・分子反応)によって試料ガス中の目的物質がイオン化
される。
With the above configuration, in the present invention,
First, a sample is introduced from the sample introduction unit into the ion source unit, and is ionized by ionization means such as corona discharge to generate primary ions. The primary ions ionize a target substance in the sample gas by a secondary reaction (ion / molecular reaction) with the sample gas continuously supplied from the sample introduction unit.

【0082】生成したイオンは、前記試料導入部内の前
記コロナ放電域と対向した面側に具備されたイオン収集
細孔に取り出される。この細孔を通過した試料イオン
は、前記差動排気部の初段部に具備された純粋な乾燥ガ
スで充満した室に取りこまれる。この純粋ガスは差動排
気部の第一の細孔間の圧力差により、連続して流入して
いるため、その流れに沿って差動排気部内に取りこまれ
る。この部分は、前記純粋ガスと試料イオンのみである
ため、排ガスは流入しない構成(エアーカーテン)であ
る。従って、前記排ガスは、差動排気部、更に後方の質
量分析部には流入しない。
The generated ions are taken out to the ion collection pores provided on the surface of the sample introduction section facing the corona discharge area. The sample ions passing through the pores are taken into a chamber filled with pure dry gas provided at the first stage of the differential pumping section. Since this pure gas is continuously flowing due to the pressure difference between the first pores of the differential exhaust portion, it is taken into the differential exhaust portion along the flow. Since this portion includes only the pure gas and the sample ions, the exhaust gas does not flow in (air curtain). Therefore, the exhaust gas does not flow into the differential exhaust portion and the mass analysis portion further downstream.

【0083】上記試料導入部内においては、排ガスと二
次イオンが混合されるが、前記ゴロナ放電電極と前記イ
オン収集細孔を具備する電極に付加された電位差(電界
力)によってイオンが輸送される。このため、排ガスの
流れが乱れても、イオンは効率よく前記イオン収集細孔
に輸送される。
In the sample introduction section, the exhaust gas and the secondary ions are mixed, and the ions are transported by the potential difference (electric field force) applied to the Gorona discharge electrode and the electrode having the ion collection pores. . Therefore, even if the flow of the exhaust gas is disturbed, the ions are efficiently transported to the ion collection pores.

【0084】または、上記混合部内にイオン発生部と試
料導入部を同軸上に配置し、かつ、イオン発生部を内包
するように試料導入部を配置(2重管構造)することに
より、一次イオン発生用のガスの流れと試料ガスの流れ
とを平行にし、さらにこのガスの流れが、細孔に向くよ
うに設定してする。ガスの流れを平行にしても、ガス分
子の拡散による混合は行われるため、目的物質のイオン
は生成する。
Alternatively, the ion generating section and the sample introducing section are arranged coaxially in the mixing section, and the sample introducing section is arranged so as to include the ion generating section (double tube structure), so that the primary ion is formed. The flow of the gas for generation and the flow of the sample gas are made parallel, and the flow of this gas is set so as to be directed to the pores. Even when the gas flows are parallel, mixing by diffusion of gas molecules is performed, so that ions of the target substance are generated.

【0085】この構成により、混合によるガス流の乱れ
が小さくできるのでイオンの散逸が減り、細孔に到達す
るイオン量の低下が防止できる。試料ガスと一次イオン
生成用ガスの流速をほぼ同じにすることによって、ガス
流の乱れはさらに小さくできる。
With this configuration, the turbulence of the gas flow due to mixing can be reduced, so that the dissipation of ions is reduced and the amount of ions reaching the pores can be prevented from being reduced. By making the flow rates of the sample gas and the gas for generating primary ions substantially the same, the turbulence of the gas flow can be further reduced.

【0086】また、上記混合部において、細孔を有する
面に添う方向にガスの排出口を設け、ガスが試料導入部
やイオン発生部のガス出口の方向に還流しないようにす
ることによってガス流の乱れを小さくできるので、イオ
ンは効率よく細孔に輸送され、検出イオン量が増加す
る。
In the mixing section, a gas outlet is provided in the direction along the surface having the pores, so that the gas does not recirculate in the direction of the gas outlet of the sample introduction section or the ion generation section. Can be reduced, the ions are efficiently transported to the pores, and the amount of detected ions increases.

【0087】前記のように、大気圧下でイオン化したイ
オンは、徐々に低圧力化した第一真空室、第二真空室を
通過させて、高真空室の質量分析部に導入する排気系の
形状や配置に対して、前述の手段により、イオンの透過
性を向上できる構成とした。
As described above, the ions ionized under the atmospheric pressure pass through the first vacuum chamber and the second vacuum chamber, which are gradually reduced in pressure, and are introduced into the mass analysis section of the high vacuum chamber. With respect to the shape and arrangement, the above-mentioned means are used to improve the ion permeability.

【0088】例えば、第二細孔の孔径d2は第一細孔の
孔径d1の3倍以上で、第二細孔の穴径が増加するに従
って、透過率が向上した。これは、第一室に生成される
噴流の大きさDb(バレルショック径)が、圧力が変化
しても、d1の値が3〜5倍の大きさとなり、それに合
わせて、第二細孔の孔径d2を大きく設定することによ
り、イオンの透過率が向上した。
For example, the pore diameter d2 of the second pore is at least three times the pore diameter d1 of the first pore, and the transmittance is improved as the pore diameter of the second pore increases. This is because, even if the size Db (barrel shock diameter) of the jet generated in the first chamber changes in pressure, the value of d1 becomes 3 to 5 times as large, By increasing the pore diameter d2 of the sample, the ion transmittance was improved.

【0089】又、第一真空室に生成されるマッハディス
ク面の位置Xm、即ち、第一細孔からマッハディスク面
までの距離は、式(2)によると、第一真空室内の圧力
P1が高くなるほど短くなる。従って、低真空室に生成
されるマッハディスク面の位置Xmは、第一真空室内の
圧力P1が比較的高い場合は、その位置は短いのに対
し、第一真空室内の圧力P1が比較的低い場合は、第二
細孔位置は長い。このため、マッハディスク面の後方で
分子流の分散が顕著になり、第二細孔に入射するイオン
量が減少した。
According to the equation (2), the position Xm of the Mach disk surface generated in the first vacuum chamber, that is, the distance from the first pore to the Mach disk surface, is determined by the following equation. The higher, the shorter. Accordingly, when the pressure P1 in the first vacuum chamber is relatively high, the position Xm of the Mach disk surface generated in the low vacuum chamber is short, whereas the pressure P1 in the first vacuum chamber is relatively low. If so, the second pore position is long. For this reason, the dispersion of the molecular flow became prominent behind the Mach disk surface, and the amount of ions incident on the second pores decreased.

【0090】又、第二細孔位置が長いと中性ガスとの衝
突によって、イオンの運動エネルギが消費され易く、第
二細孔までイオンが到達しにくくなり、低真空室の圧力
依存性が高くなった。
If the position of the second pore is long, the kinetic energy of the ions is likely to be consumed due to collision with the neutral gas, so that the ions hardly reach the second pore, and the pressure dependence of the low vacuum chamber is reduced. Got higher.

【0091】従って、第二細孔の位置を第一細孔径d1
の少なくとも数倍以上の距離に設定することにより、第
一真空室内圧力P1やマッハディスクの生成位置に対す
るイオン透過率の依存性が低減できるため、安定した高
いイオン透過率が得られた。
Therefore, the position of the second pore is defined as the first pore diameter d1.
By setting the distance to be at least several times as large as the above, the dependence of the ion transmittance on the first vacuum chamber pressure P1 and the position at which the Mach disk is generated can be reduced, and a stable high ion transmittance was obtained.

【0092】更に、前記差動排気部の前記質量分析部と
接する最終室の圧力と細孔径を式(4)により設定し、
その圧力減衰比を1/10〜1/100となるように各
真空室を形成したところ、安定した高いイオン透過率が
得られた。
Further, the pressure and the pore diameter of the final chamber in contact with the mass spectrometry section of the differential pumping section are set by the following equation (4):
When each vacuum chamber was formed so that the pressure decay ratio was 1/10 to 1/100, a stable and high ion transmittance was obtained.

【0093】前記前記イオン源と差動排気部を具備させ
ることにより、排ガス中の塩素、酸素元素を複数分子内
に有するダイオキシン類、クロロフェノール類、クロロ
ベンゼン類の検出を高感度に行うことができた。
By providing the above-mentioned ion source and differential pumping unit, it is possible to detect dioxins, chlorophenols and chlorobenzenes having plural chlorine and oxygen elements in the exhaust gas with high sensitivity. Was.

【0094】前記塩素や酸素は電気陰性度の高い元素
で、これらの元素を多数含む有機化合物は低エネルギの
熱電子を捕獲して負イオンになり易い。クロロフェノー
ル類は分子内に塩素原子を1個以上、酸素原子を1個有し
ている。また、クロロベンゼン類は分子内に塩素原子を
1個以上持っている。猛毒のダイオキシン類は分子内に
4個から8個の塩素原子、2個の酸素原子を有してい
る。
The chlorine and oxygen are elements having a high electronegativity, and organic compounds containing many of these elements tend to capture low-energy thermoelectrons and become negative ions. Chlorophenols have at least one chlorine atom and one oxygen atom in the molecule. Chlorobenzenes have a chlorine atom in the molecule.
I have one or more. The highly toxic dioxins have from 4 to 8 chlorine atoms and 2 oxygen atoms in the molecule.

【0095】このため、ダイオキシン類などは大気圧に
おける負のコロナ放電により生じた熱電子により効率よ
くイオン化され、そのイオン量を減衰しないで質量分析
計に取りこむことにより連続モニターが可能になった。
For this reason, dioxins and the like are efficiently ionized by thermionic electrons generated by negative corona discharge at atmospheric pressure, and can be continuously monitored by incorporating them into a mass spectrometer without attenuating the amount of ions.

【0096】[0096]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0097】(イオン源部)図1は、本発明におけるイ
オン源部、差動排気部を適用した装置の全体構成を示し
た図である。
(Ion Source Unit) FIG. 1 is a view showing the entire configuration of an apparatus to which an ion source unit and a differential exhaust unit according to the present invention are applied.

【0098】試料接続管400を通して導入された試料
は、試料導入フランジ33に具備された試料導入管34
を介して前記試料導入フランジ33内に導入される。前
記試料導入フランジ33内に導入された試料の一部は、
イオン化室10に導入され、残りは試料導入フランジ3
3に具備した排出管36より排出される。
The sample introduced through the sample connection pipe 400 is supplied to the sample introduction pipe 34 provided on the sample introduction flange 33.
Through the sample introduction flange 33. Part of the sample introduced into the sample introduction flange 33,
The sample is introduced into the ionization chamber 10 and the rest is the sample introduction flange 3.
The liquid is discharged from the discharge pipe 36 provided in 3.

【0099】前記イオン化室10に導入され流量と前記
排出管36から排出される流量の合計は、約1〜2l
(リットル)/min(分)程度である。これらの流量
は、前記試料接続管400内に具備されるフローメータ
402と可変絞り機器401により設定する。前記フロ
ーメータ402と可変絞り機器401は、マスフローコ
ントローラにて一体化してもよい。
The sum of the flow rate introduced into the ionization chamber 10 and the flow rate discharged from the discharge pipe 36 is about 1-2 liters.
(Liter) / min (minute). These flow rates are set by a flow meter 402 and a variable throttle device 401 provided in the sample connection pipe 400. The flow meter 402 and the variable aperture device 401 may be integrated by a mass flow controller.

【0100】イオン化室10に導入される試料は、前記
試料導入フランジ33の一方の面に具備された第1電極
2の細孔21により流出し、その流線は前記細孔21に
より拡散しない。
The sample to be introduced into the ionization chamber 10 flows out through the pores 21 of the first electrode 2 provided on one surface of the sample introduction flange 33, and its stream lines do not diffuse through the pores 21.

【0101】この前記検出体を含む試料は前記第1電極
2と高電圧を印加した針状の電極1の間で生成するコロ
ナ放電域にてイオン化される。この部分は図2に示す
「イオン化部」に相当する。前記針電極1に印加される
電圧は、正イオンを生成させる場合には1〜6kV程
度、負イオンを生成させる場合には−1〜−6kV程度
であり、HV電源110から定電圧あるいは定電流方式
にて供給する。
The sample containing the detector is ionized in a corona discharge region generated between the first electrode 2 and the needle-shaped electrode 1 to which a high voltage has been applied. This part corresponds to the “ionization part” shown in FIG. The voltage applied to the needle electrode 1 is about 1 to 6 kV when generating positive ions and about -1 to -6 kV when generating negative ions. Supply by the method.

【0102】前記第1電極2と高電圧を印加した針電極
1の間で生成するコロナ放電域にてイオン化・分子反応
する。
The ionization and molecular reaction occur in a corona discharge region generated between the first electrode 2 and the needle electrode 1 to which a high voltage is applied.

【0103】前記NO3 -の生成反応を抑制するには、O
2 -とNOとの存在領域が重複しないことが重要であるの
で、細孔21により流出する試料速度を高めることによ
り、O2 - + NO ――> NO3 -の反応を抑制した。
[0103] The NO 3 - To suppress generation reaction, O
2 - and since the existing area of NO is important not to overlap, by increasing the sample rate flowing out through the pores 21, O 2 - + NO -> NO 3 - reaction was inhibition of.

【0104】又、O2 - + CP ――>(CP−H)-
+ HO2で生成したイオンは前記第1電極2と高電圧を
印加した針電極1間に生成する電界により、流れに打ち
勝ってイオンを引き出せることを確認した。
[0104] In addition, O 2 - + CP -> (CP-H) -
It was confirmed that the ions generated by + HO 2 were able to overcome the flow and extract ions by the electric field generated between the first electrode 2 and the needle electrode 1 to which a high voltage was applied.

【0105】前記O2 - + HCL ――> CL- + H
2の反応は、前記試料接続管400に具備する除去剤
によりある程度は低減できる。しかし、100%の除去
率は期待できないので、むしろ前記HCL等の腐食ガス
がある程度存在しても、イオン化部の効率が一定で安定
していれば、連続計測上は実用化可能である。このた
め、イオン源部は安定したコロナ放電と耐久性を確保で
きる構成とすることが望ましい。
The above O 2 + HCL ---> CL + H
The reaction of O 2 can be reduced to some extent by the removing agent provided in the sample connection tube 400. However, since a 100% removal rate cannot be expected, even if corrosive gas such as HCL is present to some extent, it can be put to practical use in continuous measurement as long as the efficiency of the ionization section is constant and stable. For this reason, it is desirable that the ion source be configured to ensure stable corona discharge and durability.

【0106】本発明では、前記コロナ放電と耐久性を確
保のため、前記針電極1が位置するイオン化部に別途ド
ライエアー、アルゴン等の純粋ガスを前記イオン化部に
供給する手段を備えた。この供給量は、一般には前記細
孔21から流出する流量よりも低く設定している。
In the present invention, a means for separately supplying a pure gas such as dry air or argon to the ionization section where the needle electrode 1 is located is provided to the ionization section in order to secure the corona discharge and durability. This supply amount is generally set lower than the flow rate flowing out of the pores 21.

【0107】図1に従って説明する。前記針電極1を針
ホルダー管11の先端に固定し、前記針ホルダー管11
の一端にはバックガス供給管12を連結し、他端には電
源を供給するためのHV端子13を具備している。
The description will be made with reference to FIG. The needle electrode 1 is fixed to the tip of the needle holder tube 11 and the needle holder tube 11 is fixed.
One end is connected to a back gas supply pipe 12, and the other end is provided with an HV terminal 13 for supplying power.

【0108】前記バックガス2供給管12の先端には外
部からドライエアー、アルゴン等のガスを供給するバッ
クガス接続管300とその量を制御するフローメータ3
02と可変絞り機器301が具備される。
At the end of the back gas 2 supply pipe 12, a back gas connection pipe 300 for supplying a gas such as dry air or argon from the outside, and a flow meter 3 for controlling the amount thereof.
02 and a variable aperture device 301 are provided.

【0109】かかる構成においては、前記ドライエア
ー、アルゴン等の予め成分の知れたガスが、前記針ホル
ダー管11内を介して、常時平行流として前記針電極1
の先端部に供給され、特に、供給流体がドライエアーの
場合は、前記コロナ放電域に一次イオン化の種源である
酸素を連続供給できるので、試料ガス中の酸素濃度に依
存しない一定の一次イオンを生成できる。このため、コ
ロナ放電が安定する。又、この供給ガスは最も高温であ
る針先部を隔離するシルードガスの役目をしているの
で、益々安定化すると共に、前記針電極1の腐食防止で
もある。従って、連続使用とメンテナンス費用を省力化
できる。
In such a configuration, the gas having a known component such as the dry air or argon is always supplied as a parallel flow through the needle holder tube 11 to the needle electrode 1.
In particular, when the supply fluid is dry air, oxygen, which is a seed source of primary ionization, can be continuously supplied to the corona discharge region, so that a constant primary ion independent of the oxygen concentration in the sample gas is supplied. Can be generated. Therefore, corona discharge is stabilized. Further, since this supplied gas serves as a siled gas for isolating the needle tip, which is at the highest temperature, the gas is further stabilized and the needle electrode 1 is prevented from being corroded. Therefore, continuous use and maintenance costs can be saved.

【0110】前記針ホルダー管11は針固定金具14に
取りつけられ、前記針固定金具14はイオン化フランジ
15に取りつける構成とすることにより、着脱可能とし
ている。かかる構成により、万一、コロナ放電部が支障
を来した場合でも、本部位のみを容易に交換やクリーニ
ング等で再生できるので、メンテナンス性が向上する。
The needle holder tube 11 is attached to a needle fixing bracket 14, and the needle fixing bracket 14 is configured to be attached to an ionization flange 15 so as to be detachable. With this configuration, even in the event that the corona discharge portion is hindered, only this portion can be easily regenerated by replacement, cleaning, or the like, so that the maintainability is improved.

【0111】前記イオン化部を通過した試料は、前記イ
オン化フランジ15に設けられた第1排出管6から排出
される。一方、前記イオン化フランジ15には、更に第
1ヒータ7を装着している。これは、イオン化部のイオ
ン化温度を一定にするために具備するものである。これ
により、益々イオン化が安定化する。
The sample that has passed through the ionization section is discharged from a first discharge pipe 6 provided on the ionization flange 15. On the other hand, the first heater 7 is further mounted on the ionization flange 15. This is provided to keep the ionization temperature of the ionization section constant. This further stabilizes ionization.

【0112】更に、前記イオン化フランジ15は前記試
料導入フランジ33に端子板22を介して取り付けられ
る。前記端子板22の内部には前記第1電極2が取りつ
けられ、前記端子板2の端子が電源線121を介してド
リフト電源120に連結している。
Further, the ionization flange 15 is attached to the sample introduction flange 33 via the terminal plate 22. The first electrode 2 is mounted inside the terminal plate 22, and terminals of the terminal plate 2 are connected to a drift power supply 120 via a power supply line 121.

【0113】更に、かかる構成においては、前記針電極
1と前記細孔21とイオン化フランジ15と前記試料導
入フランジ33は同軸上に配置され、機能別にユニット
化(コロナ針放電部、試料排気・加温部、コロナ放電電
極部、試料導入部)されているので、各ユニット単位で
も分解・再組立・交換作業を可能としている。
Further, in such a configuration, the needle electrode 1, the pore 21, the ionization flange 15, and the sample introduction flange 33 are coaxially arranged, and are unitized by function (corona needle discharge section, sample exhaust / (Hot section, corona discharge electrode section, sample introduction section), so that disassembly, reassembly, and replacement work can be performed in each unit.

【0114】前記イオン化した検出体、酸素、HCL等
の分子は、前記細孔21を通過して前記試料導入フラン
ジ33内に、前記細孔21の孔径域で流出する。これ
は、前記試料導入フランジ33内の流速は、前記コロナ
放電域の流速に比してその速度が遅く、イオン化した分
子の運動エネルギーが大きいため、試料の流れに逆行し
てもイオンを引き出せることを意味している。
The ionized molecules such as the detector, oxygen, and HCL pass through the fine holes 21 and flow into the sample introduction flange 33 in the diameter range of the fine holes 21. This is because the flow velocity in the sample introduction flange 33 is lower than the flow velocity in the corona discharge region, and the kinetic energy of the ionized molecules is large, so that ions can be extracted even when the flow reverses to the flow of the sample. Means

【0115】次に、これらのイオン化した分子を後述す
る差動排気部の初段に取りこめればよいわけであるが、
差動排気部の初段部の細孔は、前記細孔21の径と同じ
なら問題ないが、一般には差動排気部に具備するポンプ
の排気能力には限界があるので、通常、0.1〜1mm
程度となる。このため、生成したイオンを前記差動排気
部の初段に取りこむ前に、収束する必要がある。又、前
記生成したイオンの中にはHCL等の腐食性ガスも含ま
れている。これらのガスが差動排気部や後述する質量分
析部に流入すると、検出感度の劣化や、機器自体の耐久
性が低下する。更に、真空室内の各部品の交換・再生は
非常にメンテナンスが悪化することが危惧される。この
ため、本発明では、前記試料導入フランジ33に流出し
たイオンを収束する手段と、HCL等の腐食性ガスを後
述する真空室に流入させない構成とした。
Next, these ionized molecules may be taken into the first stage of the differential pumping section described later.
There is no problem if the diameter of the first stage portion of the differential pumping section is the same as the diameter of the fine hole 21, but generally the pumping capacity of the pump provided in the differential pumping section is limited. ~ 1mm
About. Therefore, it is necessary to converge the generated ions before taking them into the first stage of the differential pumping section. Further, corrosive gas such as HCL is also contained in the generated ions. When these gases flow into the differential exhaust section or the mass spectrometry section described later, the detection sensitivity is deteriorated and the durability of the apparatus itself is reduced. Further, there is a concern that replacement and regeneration of each component in the vacuum chamber will greatly deteriorate maintenance. For this reason, in the present invention, means for converging ions flowing out to the sample introduction flange 33 and a configuration in which corrosive gas such as HCL is not allowed to flow into a vacuum chamber described later.

【0116】図1、2を用いて説明する。前述の如く、
前記試料導入フランジ33内の流速は前記コロナ放電域
の流速に比してその速度が遅く、イオン化した分子の運
動エネルギが大きいため、試料の流れに逆行してもイオ
ンを引き出せることを意味しているので、前記前記試料
導入フランジ33の他方の面(前記細孔21の対向面)
側に電極を形成し、電気エネルギにて加速・収束すれば
よい。
A description will be given with reference to FIGS. As mentioned above,
The flow velocity in the sample introduction flange 33 is lower than the flow velocity in the corona discharge region, and the kinetic energy of the ionized molecules is large. Therefore, the other surface of the sample introduction flange 33 (the surface facing the pore 21)
An electrode may be formed on the side, and acceleration and convergence may be achieved by electric energy.

【0117】本発明では、前記試料導入フランジ33の
他方の面(前記細孔21の対向面)側に第2電極3を具
備している。このため、第1電極2と第2電極3間に電
位差が発生し、この電位差でイオンを加速している。そ
の等電位線の例を、図2中の“電位線1−2”で示し
た。この電位線によると、前記細孔21と前記第2電極
の細孔31の径部域では等高線が湾曲すると共に、その
径が相違すると径の小さい方に電位が湾曲し、収束性が
増加することを確認できた。即ち、第1電極2と第2電
極3間は平行に配置し、且つ、前記細孔31のイオンの
通過する孔の形状部のみを電位が集中する形状、例え
ば、鋭角化(図2中の31a)、或いはその端面を積極
的に凸部化することで収束するようにしている。又、前
記細孔31と細孔21は同軸上に配置することにより、
“イオンドリフトA部”のイオン通過部の偏芯がないの
でイオンを効率よくドリフトできる。図中、“-----
>”の記号は前記細孔31の先端部を凸部化しない場合
の最外周部のイオンの軌跡を示したものであり、収束性
が無く、第2電極3に吸収してしまうので、効率が低減
する。
In the present invention, the second electrode 3 is provided on the other surface (the surface facing the pore 21) of the sample introduction flange 33. Therefore, a potential difference is generated between the first electrode 2 and the second electrode 3, and the ions are accelerated by the potential difference. An example of the equipotential line is indicated by “potential line 1-2” in FIG. According to this potential line, the contour lines are curved in the radial region of the pores 21 and the pores 31 of the second electrode. I was able to confirm that. That is, the first electrode 2 and the second electrode 3 are arranged in parallel, and only the shape of the hole through which the ions pass through the pores 31 concentrates the potential, for example, an acute angle (see FIG. 2). 31a) Alternatively, the end faces are positively made convex to converge. Further, by arranging the pores 31 and 21 coaxially,
Since there is no eccentricity in the ion passage portion of the “ion drift A portion”, the ions can drift efficiently. In the figure, “-----
The symbol ">" indicates the trajectory of ions at the outermost periphery when the tip of the pore 31 is not made to be a convex portion. Since there is no convergence and the ions are absorbed by the second electrode 3, the efficiency is improved. Is reduced.

【0118】(エアーカーテン部)次に、前記前記試料
導入フランジ33内のイオンドリフトA部20域を通過
したイオンは前記第2電極3の細孔31に流入する。こ
の時、前記第2電極3の他方の面側(試料ガスが流れる
面の裏側)に前記試料導入フランジ33室の圧力と同等
で、且つ純粋なガス体を提供することにより、前記腐食
性ガスを含む試料ガスの流入を阻止でき、後述する差動
排気部や、質量分析部には好都合である。
(Air Curtain Section) Next, ions that have passed through the ion drift A section 20 in the sample introduction flange 33 flow into the fine holes 31 of the second electrode 3. At this time, the corrosive gas is provided on the other surface side of the second electrode 3 (on the back side of the surface through which the sample gas flows) by providing a pure gaseous substance having a pressure equal to the pressure of the chamber 33 for introducing the sample. Can be prevented from flowing in, and this is convenient for a differential exhaust unit and a mass spectrometer described later.

【0119】本発明では、前記第2電極3と差動排気部
の第一細孔第1フランジ4間に前記純粋なガス体を引き
込む密閉された微少空間に引き込む構成としている。こ
の空間は、前記第2電極3と第一細孔4間に端子板32
或いはシール体を介在させ、前記第一細孔第1フランジ
4の第一細孔41以外の位置にバックガス供給管44を
具備し、前記バックガス供給管44の先端には外部から
ドライエアー、アルゴン、窒素、ヘリウム等の予め成分
の知れたガスを供給するバックガス接続管303とその
量を制御するフローメータ305と可変絞り機器304
が具備される。
In the present invention, the pure gas body is drawn into a sealed micro space between the second electrode 3 and the first flange 4 of the first fine hole of the differential pumping section. This space is provided between the second electrode 3 and the first pore 4 by the terminal plate 32.
Alternatively, a back gas supply pipe 44 is provided at a position other than the first fine hole 41 of the first fine hole first flange 4 with a seal member interposed therebetween, and dry air is provided at the tip of the back gas supply pipe 44 from the outside. A back gas connecting pipe 303 for supplying a gas having a known component such as argon, nitrogen, helium, etc., a flow meter 305 for controlling the amount thereof, and a variable throttle device 304
Is provided.

【0120】かかる構成においては、前記ドライエア
ー、アルゴン、窒素、ヘリウム等の純粋なガスが、前記
バックガス供給管44を介して、前記空間内に供給常時
供給され、前記第一細孔41より差動排気部の内部に流
入する。この時、差動室に引き込まれる流量とほぼ同じ
流量とすることにより、前記試料ガスは一切流入しない
ようになる。更に、図2に示すように、前記バックガス
供給管44と前記第一細孔41の位置は隔離しているの
で、その流線は前記第一細孔41に集中するようにな
る。又、前記第一細孔41と前記第2電極3の細孔31
は同軸上に配置し、イオンの拡散を防止している。
In this configuration, pure gas such as dry air, argon, nitrogen, helium or the like is always supplied into the space via the back gas supply pipe 44, and is supplied from the first fine holes 41. It flows into the differential exhaust part. At this time, by setting the flow rate substantially equal to the flow rate drawn into the differential chamber, the sample gas does not flow at all. Further, as shown in FIG. 2, since the position of the back gas supply pipe 44 and the position of the first fine hole 41 are isolated, the stream lines thereof are concentrated on the first fine hole 41. Also, the first pores 41 and the pores 31 of the second electrode 3 are formed.
Are arranged coaxially to prevent diffusion of ions.

【0121】一方、前記第2電極3の細孔31まで引き
出されたイオン化された分子は、前記ドライエアー、ア
ルゴン、窒素、ヘリウム等のガス流線内に混合される。
この時、この流線は前記第一細孔41に集中しているの
で、効率よく(流線に沿って混合されているので)前記
第一細孔41に取りこまれる。
On the other hand, the ionized molecules drawn out to the pores 31 of the second electrode 3 are mixed in the gas stream of the dry air, argon, nitrogen, helium or the like.
At this time, since the streamlines are concentrated in the first pores 41, they are efficiently taken into the first pores 41 (since they are mixed along the streamlines).

【0122】更に、図2に示すように、前記第2電極3
は前記端子板32を介し、第1ドリフト電源120と接
続線122を介して外部から電圧を印加している。この
時、前記第一細孔41と前記第2電極3には電位差が発
生し加速すると共に、前記第一細孔41の凸部形状によ
り、前記第一細孔41にイオンを収束できる。(図2中
のイオンドリフトB部30の形状を参照)即ち、前記第
2電極3の細孔31まで引き出されたイオン化した分子
は、前記ドライエアー、アルゴン、窒素、ヘリウム等の
ガス流の流体力と、前記第一細孔41と前記第2電極3
の電界力扶助により、前記第一細孔41に高効率で輸送
される。また、前記試料ガスは流入しないので、真空室
は高純度の不活性ガスの希薄流体のみで充満するので、
そのケミカルノイズあるいはバックガスによる影響がす
くなくなり、長期間の連続運転が可能である。
Further, as shown in FIG.
Applies a voltage from outside via the terminal plate 32 and the first drift power supply 120 and the connection line 122. At this time, a potential difference is generated between the first pore 41 and the second electrode 3 and the potential is accelerated, and ions can be converged on the first pore 41 by the convex shape of the first pore 41. (Refer to the shape of the ion drift B portion 30 in FIG. 2) That is, the ionized molecules extracted to the pores 31 of the second electrode 3 flow through the gas flow such as dry air, argon, nitrogen, and helium. Physical strength, the first pores 41 and the second electrode 3
With the help of the electric field force, the particles are transported to the first pores 41 with high efficiency. Also, since the sample gas does not flow, the vacuum chamber is filled only with a high-purity inert gas dilute fluid,
The influence of the chemical noise or the back gas is reduced, and a long-term continuous operation is possible.

【0123】かかる構成においては、正イオンを測定す
る場合には、前記第1電極2の電圧は前記第2電極3よ
り高く設定し、実際には第1電極2は1000V、第2
電極3は300V程度、前記第一細孔第1フランジ4の
電圧は50V程度である。逆に、負イオンを測定する場
合には、正イオン測定の場合とは逆で、前記第1電極2
の電圧は前記第2電極3より高く設定し、実際には第1
電極2は−1000V、第2電極3は−300V程度、
前記第一細孔第1フランジ4の電圧は−50V程度であ
る。
In such a configuration, when measuring positive ions, the voltage of the first electrode 2 is set higher than that of the second electrode 3.
The voltage of the electrode 3 is about 300 V, and the voltage of the first flange first flange 4 is about 50 V. Conversely, when measuring negative ions, the first electrode 2 is opposite to the case of measuring positive ions.
Is set higher than that of the second electrode 3, and actually the first
The electrode 2 is about -1000 V, the second electrode 3 is about -300 V,
The voltage of the first pore first flange 4 is about -50V.

【0124】更に、前記試料導入フランジ33内のイオ
ンドリフトA部20や前記第2電極3と前記第一細孔第
1フランジ間のイオンドリフトB部30は、温度を均一
化した方が安定するので、試料導入フランジ33の一端
にヒータ35と前記第一細孔第1フランジ4にヒータ4
2を具備し、外部がら制御し、温度を均一化している。
(図示せず) (差動排気部)上述の如く、前記生成した正、或いは負
イオンは、前記第一細孔41に取りこまれる。本発明で
は、前記第一細孔41取りこまれたイオンを徐々に低圧
力化した真空室を通過させて、高真空室の質量分析部
(室)に導入する排気系の形状や配置に対し、よりイオ
ンの透過性を向上できる差動排気部構成を達成した。以
下、図1、3を参照しながら説明する。
Further, the ion drift A portion 20 in the sample introduction flange 33 and the ion drift B portion 30 between the second electrode 3 and the first fine hole first flange are more stable when the temperature is made uniform. Therefore, a heater 35 is provided at one end of the sample introduction flange 33 and a heater 4 is provided at the first pore first flange 4.
2 to control the outside and make the temperature uniform.
(Not shown) (Differential Exhaust Portion) As described above, the generated positive or negative ions are taken into the first pore 41. In the present invention, the shape and arrangement of an exhaust system in which the ions captured by the first pores 41 are passed through a vacuum chamber whose pressure is gradually reduced and introduced into a mass spectrometer (chamber) of a high vacuum chamber. As a result, a differential exhaust unit configuration capable of further improving ion permeability has been achieved. Hereinafter, description will be made with reference to FIGS.

【0125】前記大気圧下でイオン化された試料イオン
は、差動排気部の第一細孔41を通して大気圧より低い
圧力の初段の低真空室(第一室50)に入射する。この
時、気体分子は超音速の噴流となり、第一室50の圧力
(P1)に依存する衝撃波53、マッハディスク面(D
b1)が生じる。
The sample ions ionized under the atmospheric pressure enter the first vacuum chamber (first chamber 50) at a pressure lower than the atmospheric pressure through the first pores 41 of the differential pumping section. At this time, the gas molecules become a supersonic jet, and the shock wave 53 depending on the pressure (P1) of the first chamber 50 and the Mach disk surface (D
b1) occurs.

【0126】即ち、大気圧から第一細孔41を通して第
一室50入射した気体分子は、断熱膨張により急激に冷
やされ、マッハディスク面(Db1)で断熱圧縮され、
急激に過熱される。
That is, gas molecules entering the first chamber 50 from the atmospheric pressure through the first pores 41 are rapidly cooled by adiabatic expansion and adiabatically compressed on the Mach disk surface (Db1).
Suddenly overheated.

【0127】このように、衝撃波の径Db及びマッハデ
ィスクの生成位置Xmは、第一細孔d1及び低真空室内
圧力P1に依存する。この衝撃波の内側、つまり噴流中
では、イオン他の分子は急激に冷却され、水分やアルコ
ールなどの溶媒分子がイオンに付加し、クラスタイオン
が生成される。このようなクラスタイオンのまま質量分
析されると、本来のイオンの分子量情報が得られないと
いう問題が発生する。
As described above, the diameter Db of the shock wave and the generation position Xm of the Mach disk depend on the first pore d1 and the pressure P1 in the low vacuum chamber. Inside the shock wave, that is, in the jet, ions and other molecules are rapidly cooled, and solvent molecules such as water and alcohol are added to the ions to generate cluster ions. If mass analysis is performed with such cluster ions, there arises a problem that information on the molecular weight of the original ions cannot be obtained.

【0128】この時、一般的にはこのようなクラスタイ
オンから付加した水やアルコールなどの分子を取り除く
こと(脱溶媒)が必要となるが、上述の如く、マッハデ
ィスク面での断熱圧縮断熱膨張によって冷却された分子
流は、マッハディスク面で断熱圧縮され、急激に過熱さ
れるため、クラスタイオンの脱溶媒が促進される。この
ため、前記第一細孔41の後方に配置される第二細孔5
1の位置は、式(2)で求まる値以上に設定する。
At this time, generally, it is necessary to remove molecules such as water and alcohol added from such cluster ions (desolvation). However, as described above, the adiabatic compression and adiabatic expansion on the Mach disk surface is required. Is cooled adiabatically on the Mach disk surface and rapidly heated, thereby promoting the desolvation of cluster ions. For this reason, the second pores 5 arranged behind the first pores 41
The position of 1 is set to be equal to or larger than the value obtained by the equation (2).

【0129】しかし、この方法は特別なエネルギ供給な
どが不要であり、最も容易に達成可能であるが、このマ
ッハディスクの後方で分子の流れが自由噴流(分散)
し、第二細孔51に入射するイオン量が減少するという
欠点もある。従って、生成される衝撃波の形状に基い
て、イオンの脱溶媒が促進され、かつ、第二細孔51へ
のイオン入射量が向上するように、細孔径、位置、圧力
(排気法)とを最適化する必要がある。
However, this method does not require a special energy supply or the like, and is most easily achieved. However, the flow of molecules behind the Mach disk becomes free jet (dispersion).
However, there is also a disadvantage that the amount of ions incident on the second pore 51 decreases. Therefore, based on the shape of the generated shock wave, the pore diameter, position, and pressure (exhaust method) are adjusted so that ion desolvation is promoted and the amount of ions incident on the second pore 51 is improved. Need to optimize.

【0130】種々実験した結果、前記第二細孔51の径
は、前記第一細孔41の径の3倍以上で、前記第二細孔
51の径が増加するに従って、透過率が向上した。これ
は、式(1)に示すように、前記第一室50の圧力室に
生成される噴流の大きさDb(バレルショック径)が、
圧力が変化しても、d1の値が2.4〜4.6倍の大きさ
となり、それに合わせて、第二細孔51の径を大きく設
定することにより、イオンの透過率向上した。
As a result of various experiments, the diameter of the second pores 51 was three times or more the diameter of the first pores 41. As the diameter of the second pores 51 increased, the transmittance improved. . This is because, as shown in equation (1), the size Db (barrel shock diameter) of the jet generated in the pressure chamber of the first chamber 50 is:
Even if the pressure changes, the value of d1 becomes 2.4 to 4.6 times as large, and the diameter of the second pore 51 is set to be large in accordance with the change, thereby improving the ion transmittance.

【0131】又、第一室50に生成されるマッハディス
ク面の位置Xm、即ち、前記第一細孔41からマッハデ
ィスク面までの距離は、式(2)によると第一室50の
圧力が高くなるほど短くなる。
The position Xm of the Mach disk surface generated in the first chamber 50, that is, the distance from the first fine hole 41 to the Mach disk surface is determined by the equation (2) as follows: The higher, the shorter.

【0132】従って、前記第一室50に生成されるマッ
ハディスク面の位置Xmは、前記第一室50の圧力P1
が比較的高い場合はXmが短い。一方、圧力が低い場合
にはXmがはるかに大きな値となり、マッハディスク面
の後方で分子流の分散が顕著になり、前記第二細孔51
の径に入射するイオン量が減少する。
Therefore, the position Xm of the Mach disk surface generated in the first chamber 50 depends on the pressure P1 of the first chamber 50.
Is relatively high, Xm is short. On the other hand, when the pressure is low, Xm becomes a much larger value, and the dispersion of the molecular flow becomes remarkable behind the Mach disk surface.
The amount of ions incident on the diameter of decreases.

【0133】更に、第二細孔51の位置が長いと中性ガ
スとの衝突によって、イオンの運動エネルギが消費され
易く、前記第二細孔51までイオンが到達しにくくな
り、低真空室の圧力依存性が高くなる。
Further, if the position of the second pore 51 is long, the kinetic energy of the ions is likely to be consumed due to collision with the neutral gas, so that the ions hardly reach the second pore 51, and Pressure dependency increases.

【0134】従って、前記第二細孔51の位置は式
(2)より求められるXm以上で、且つ第一細孔41の
径の35倍以下の距離に設定することにより、前記第一
室50内圧力やマッハディスクの生成位置に対するイオ
ン透過率の依存性が低減できるため、安定した高いイオ
ン透過率が得られた。
Therefore, by setting the position of the second pore 51 at a distance equal to or more than Xm obtained from the equation (2) and at most 35 times the diameter of the first pore 41, the position of the first chamber 50 is reduced. Since the dependency of the ion transmittance on the internal pressure and the position at which the Mach disk was generated can be reduced, a stable and high ion transmittance was obtained.

【0135】尚、前記第一室50の圧力は、0.1〜1
0Torrであり、図3に示すように、前記第一細孔第
1フランジ4(第一細孔第2フランジ43を介して)と
第二細孔フランジ5間には、第2ドリフト電源130か
ら電位差が与えらる。このため、図3に示すように、一
度dB径まで拡散したイオンは、電界により収束する軌
道を呈するようになり、前記第二細孔51の径内に収束
する。
The pressure in the first chamber 50 is 0.1 to 1
0 Torr, and as shown in FIG. 3, the second drift power supply 130 connects between the first pore first flange 4 (via the first pore second flange 43) and the second pore flange 5. A potential difference is given. Therefore, as shown in FIG. 3, the ions once diffused to the dB diameter exhibit an orbit converged by the electric field and converge within the diameter of the second pore 51.

【0136】かかる構成法を逐次差動排気部の各室に適
用していけばよいのであるが、前述の如く、徐々により
低圧力化していくため、その開口径は大きくなり、付加
する第1ポンプの排気能力は増大する方向にあり、得策
でない。一方、質量分析部の圧力は概ね、1×10-6
1×10-4Torrの圧力が必要であり、この圧力域で
は、イオンは指向性に優れ、且つ電界によって容易にそ
の軌道を制御できる分子流として取り出せた。
[0136] Such a configuration method may be applied to each chamber of the differential evacuation section sequentially. However, as described above, since the pressure is gradually reduced, the opening diameter increases, and the first The pumping capacity of the pump is increasing, which is not advisable. On the other hand, the pressure of the mass spectrometer is generally 1 × 10 −6 to
A pressure of 1 × 10 −4 Torr was required. In this pressure range, ions were extracted as a molecular stream having excellent directivity and whose orbit could be easily controlled by an electric field.

【0137】従って、本発明では、前記差動室の最終段
室(図3中の70)まで逐次イオンビーム流(噴出流)
として取りだ、かつ、電界扶助により収束させ、その開
口径からイオンの分子流を前記質量分析部に噴出する方
法としている。かかる方法では、前記の差動排気部の最
終段の圧力と噴出する径を決定する必要がある。このた
め、一般には式(4)により概ね決定可能である。
Therefore, according to the present invention, the ion beam flow (jet flow) is successively performed up to the last stage chamber (70 in FIG. 3) of the differential chamber.
And converging by electric field assistance, and ejecting a molecular flow of ions from the opening diameter to the mass spectrometer. In such a method, it is necessary to determine the pressure and the diameter of the jet at the final stage of the differential exhaust section. For this reason, generally, it can generally be determined by equation (4).

【0138】式(4)より、diは第1ポンプの実用上
の排気能力と質量分析部の圧力からφ0.2〜1.5m
mが限度である。このため、かかる径域でのノズルビー
ムと分子流との境界圧力は、式(3)と1<Kn<15
の範囲から類推すると、約0.25〜0.001Torr
となる。この値が、前記差動室の最終段の室の圧力設定
値であり、前記差動室の初段の圧力に対して(0.1〜
10Torr)、前記バレルショック径(Db)とその
位置を逐次決定することにより、イオン透過量が減衰し
ない差動排気部を構成することが可能である。
From the equation (4), di is φ0.2 to 1.5 m from the practical pumping capacity of the first pump and the pressure of the mass spectrometer.
m is the limit. For this reason, the boundary pressure between the nozzle beam and the molecular flow in such a diameter range is expressed by the equation (3) and 1 <Kn <15.
By analogy with the range of about 0.25 to 0.001 Torr
Becomes This value is the pressure set value of the final stage chamber of the differential chamber, and is (0.1 to 0.1) relative to the initial stage pressure of the differential chamber.
10 Torr), by sequentially determining the barrel shock diameter (Db) and its position, it is possible to configure a differential exhaust unit in which the amount of ion transmission is not attenuated.

【0139】かかる設定パラメータを種々実験・計算し
た結果、大気圧下でイオン化された試料と接する(差動
排気部の初段)部分と前記質量分析部と接する終段部分
間を、少なくとも2室以上に分割し、前記差動室におけ
る初段部の圧力は0.1〜10Torrとし、前記高真
空域の質量分析部と接する差動排気部の終段の圧力は
0.25〜0.001Torrとし、前記差動排気部間の
圧力減衰率を1/10〜1/100とすることにより、
高いイオンの透過量が得られた。
As a result of various experiments and calculations of the set parameters, at least two chambers were set between the part in contact with the sample ionized under the atmospheric pressure (the first stage of the differential pumping unit) and the last stage in contact with the mass spectrometer. And the pressure at the first stage in the differential chamber is set to 0.1 to 10 Torr, and the pressure at the final stage of the differential exhaust unit in contact with the mass analysis unit in the high vacuum region is set to 0.25 to 0.001 Torr. By setting the pressure decay rate between the differential exhaust portions to 1/10 to 1/100,
High ion permeation was obtained.

【0140】図1、3は、かかる指標をもとに、3室で
構成した差動排気部の構成を示した図であり、特に図3
はそのイオン軌道を詳細に示したものである。
FIGS. 1 and 3 are diagrams showing the configuration of a differential exhaust unit composed of three chambers based on the index.
Shows the ion orbit in detail.

【0141】かかる構成において、前記第一細孔41と
第二細孔51間の第一差動室50の圧力は約0.1〜3
Torrとし、前記第二細孔51と第三細孔61間の第
二差動室60の圧力の減衰比を1/10〜1/20程度
とし、更に前記第三細孔61と第四細孔71間の第三差
動室70の圧力の減衰比を1/10〜1/20程度とす
ることにより、前記第三差動室の圧力を0.002〜
0.01Torrまで低下させることが出来、かつ、イ
オンを約φ0.2〜0.6の収束したイオンビーム流とし
て取り出せた。このイオンビームは、前記第四細孔71
(φ0.2〜1.0)から噴出し、前記質量分析部80に
て分子流となる。
In such a configuration, the pressure in the first differential chamber 50 between the first and second fine holes 41 and 51 is about 0.1 to 3
Torr, the pressure attenuation ratio of the second differential chamber 60 between the second pore 51 and the third pore 61 is about 1/10 to 1/20, and the third pore 61 and the fourth The pressure in the third differential chamber 70 between the holes 71 is about 1/10 to 1/20 by making the pressure attenuation ratio 0.001 to 1/20.
It was possible to reduce the pressure to 0.01 Torr, and the ions were extracted as a converged ion beam flow having a diameter of about 0.2 to 0.6. This ion beam is applied to the fourth pore 71
(Φ0.2-1.0), and becomes a molecular flow in the mass spectrometer 80.

【0142】かかる構成では、高圧力下でのイオンビー
ム流的(粘性流的)挙動をしていたイオンは、徐々に圧
力が低下すると、平均自由行程が長くなる。この時、イ
オンを加速する方向に電界を生成すると、イオンは電界
中を加速飛行し、中性分子との衝突を繰り返すようにな
る。この衝突により、水分子など脱離させることができ
ると共に前述のイオン化部の如く、その収束性も圧力が
低くなるに従って良くなる方向である。そこで、前記差
動室の各質を形成する前記第一細孔41の第一細孔第1
フランジ4、第二細孔51の第二細孔フランジ5、第三
細孔61の第三細孔フランジ6、第四細孔71の第四細
孔フランジ7にイオン加速電界を生成するため、前記第
2ドリフト電源130から、前記各細孔フランジに各々
V1、V2、V3、V4の電圧を印加する。ここで、イ
オンが正イオンの場合は、V1>V2>V3>V4とな
るように、イオンが負の場合は、V1<V2<V3<V
4となるように印加した。
In such a configuration, the ions that have been in an ion beam flow (viscous flow) behavior under a high pressure have a longer mean free path as the pressure gradually decreases. At this time, when an electric field is generated in the direction in which the ions are accelerated, the ions accelerate in the electric field and fly repeatedly to collide with neutral molecules. By this collision, water molecules and the like can be desorbed, and the convergence thereof is improved as the pressure becomes lower, as in the above-mentioned ionized portion. Then, the first fine pores of the first fine pores 41 that form the respective qualities of the differential chamber are first.
In order to generate an ion accelerating electric field in the flange 4, the second pore flange 5 of the second pore 51, the third pore flange 6 of the third pore 61, and the fourth pore flange 7 of the fourth pore 71, The second drift power source 130 applies voltages V1, V2, V3, and V4 to the respective pore flanges. Here, when the ion is a positive ion, V1>V2>V3> V4, and when the ion is negative, V1 <V2 <V3 <V
4 was applied.

【0143】又、これらの各フランジ内の各細孔は同軸
上に配置され、偏芯によるイオン透過域の芯ずれを抑え
ている構成としている。更に、これらの電位は外部から
調整・設定することにより、イオンと中性分子との衝突
による脱溶媒の程度を変化させ、更にイオンの収束性
と、組み立ての時の誤差が生じてた場合でもその誤差を
吸収できるようにしている。
Each of the pores in each of these flanges is arranged coaxially to suppress misalignment of the ion transmission region due to eccentricity. Furthermore, by adjusting and setting these potentials from the outside, the degree of desolvation caused by collision of ions with neutral molecules is changed.Furthermore, even if convergence of ions and errors during assembly occur. The error is absorbed.

【0144】前記差動排気部に具備する排気ポンプは、
ロータリポンプ、スクロールポンプ、又はメカニカルブ
ースタポンプ、ターボ分子ポンプ等の排気ポンプが適用
可能である。図1では、差動排気部の排気にスクロール
ポンプ210を採用(排気量は300〜900l/mi
n 程度 )し、前記質量分析部80の排気にターボ分子
ポンプ220(排気量は150〜300l/s(秒)程
度)を用いた場合を示している。前記ターボ分子ポンプ
220の背圧は、連結管B76により前記スクロールポ
ンプ210にて兼用している。更に、前記各フランジに
は、各圧力を調整するための細孔52、62、72を具
備し、適用する排気ポンプの能力に合わせて各室の圧力
調整を可能にしている。
The exhaust pump provided in the differential pumping section includes:
An exhaust pump such as a rotary pump, a scroll pump, a mechanical booster pump, or a turbo molecular pump can be applied. In FIG. 1, the scroll pump 210 is used for exhausting the differential exhaust unit (the exhaust amount is 300 to 900 l / mi).
n), and the case where a turbo molecular pump 220 (discharge amount is about 150 to 300 l / s (second)) is used for exhausting the mass spectrometric unit 80. The back pressure of the turbo molecular pump 220 is shared by the scroll pump 210 by the connecting pipe B76. Further, each of the flanges is provided with fine holes 52, 62, 72 for adjusting the respective pressures, so that the pressure of each chamber can be adjusted according to the capacity of the applied exhaust pump.

【0145】(質量分析部)前記差動排気部の最終段か
ら流出した分子流域のイオンは、先ず前記質量分析部8
0の入り口に具備される第一の収束レンズ81により収
束される。この前記収束レンズは、通常、3枚(81、
82,83)の電極から成るアインツエルレンズなどが
用いられる。
(Mass Spectrometer) The ions in the molecular stream region flowing out of the final stage of the differential pumping section are first
The light is converged by a first converging lens 81 provided at the entrance of “0”. This converging lens usually has three lenses (81,
82, 83) are used.

【0146】次に収束したイオンはさらに、スリットを
具備したレンズ電極84を通過する。前記収束レンズ8
1、82,83の電極により、前記第四細孔71を通過
したイオンはこのレンズ電極84にて収束し、収束され
ない中性子などはこのレンズ電極84のスリット部分に
衝突し、質量分析部側に行きにくい構造となっている。
Next, the focused ions further pass through a lens electrode 84 having a slit. The convergent lens 8
By the electrodes 1, 82, and 83, the ions passing through the fourth pore 71 converge at the lens electrode 84, and neutrons and the like that do not converge collide with the slit portion of the lens electrode 84, and move toward the mass analyzer. It is difficult to access.

【0147】前記レンズ電極84を通過したイオンは、
多数の開口部を備えた内筒電極86と外筒電極85より
なる二重円筒型偏光器により偏光かつ収束される。二重
円筒型偏光器では、内筒電極86の開口部より染み出し
た外筒電極85の電界を用いて偏向且つ収束している。
The ions passing through the lens electrode 84 are
The light is polarized and converged by a double-cylindrical polarizer comprising an inner cylinder electrode 86 and an outer cylinder electrode 85 having a large number of openings. In the double-cylindrical polarizer, the light is deflected and converged by using the electric field of the outer cylinder electrode 85 that has permeated through the opening of the inner cylinder electrode 86.

【0148】前記二重円筒型偏光器を通過したイオン
は、イオントラップ質量分析部に導入される。前記イオ
ントラップ質量分析部は、ゲート電極91a、エンドキ
ャップ電極92、リング電極94、つば電極921、絶
縁リング93、イオン取りだしレンズ91bより構成さ
れる。
The ions having passed through the double cylindrical polarizer are introduced into the ion trap mass spectrometer. The ion trap mass analyzer includes a gate electrode 91a, an end cap electrode 92, a ring electrode 94, a brim electrode 921, an insulating ring 93, and an ion extraction lens 91b.

【0149】前記ゲート電極91aは、イオントラップ
質量分析部内に捕捉したイオンをイオントラップ質量分
析部外に取り出す際に、外部からイオンが質量分析部内
に導入されないようにする役目をする。
The gate electrode 91a serves to prevent external ions from being introduced into the mass spectrometer when the ions trapped in the ion trap mass spectrometer are taken out of the ion trap mass spectrometer.

【0150】前記エンドキャップ電極92の細孔92a
を通してイオントラップ質量分析部内に導入されたイオ
ンは、イオントラップ質量分析部内部に導入されたヘリ
ウムなどのバファーガスと衝突してその軌道が小さくな
った後、エンドキャップ電極92とリング電極94間に
印加された高周波電圧を走査することによって質量分析
数毎にエンドキャップ電極92の細孔92bからイオン
トラップ質量分析部外に排出され、イオン取りだしレン
ズ91bを経て、イオン変換器101とイオン検出器2
00により検出される。前記バッファーガスは外部に設
けたHe等のバックガスのボンベ105から、バックガ
ス接続管104とバックガス供給管103により連続的
に供給される。
The pore 92a of the end cap electrode 92
The ions introduced into the ion trap mass spectrometer through the ionizer collide with a buffer gas such as helium introduced into the ion trap mass spectrometer, and their trajectories are reduced, and then applied between the end cap electrode 92 and the ring electrode 94. By scanning the high frequency voltage thus extracted, the ions are discharged out of the ion trap mass spectrometry section through the pores 92b of the end cap electrode 92 for each mass analysis number, passed through the ion extraction lens 91b, and then converted into the ion converter 101 and the ion detector 2.
00 is detected. The buffer gas is continuously supplied from a back gas cylinder 105 such as He provided outside via a back gas connection pipe 104 and a back gas supply pipe 103.

【0151】前記バッファーガスを導入した際のイオン
トラップ質量分析部内部の圧力は、10-3〜10-4To
rr程度である。前記イオントラップ質量分析部は、質
量分析部制御部により制御される(図示せず)。
The pressure inside the ion trap mass spectrometer when the buffer gas was introduced was 10 −3 to 10 −4 To
rr. The ion trap mass spectrometer is controlled by a mass spectrometer controller (not shown).

【0152】前記イオントラップ質量分析計のメリット
の一つは、イオンを捕捉する特性を有するので、試料の
濃度が希薄でも溜め込み時間を延ばせば検出できる点に
ある。従って、試料濃度が低い場合でも、イオントラッ
プ質量分析部のところでイオンの高倍率濃縮が可能とな
り、濃縮などの試料の前処理を非常に簡便化できる。
One of the merits of the ion trap mass spectrometer is that it has a characteristic of trapping ions, so that even if the concentration of the sample is low, it can be detected by extending the accumulation time. Therefore, even when the sample concentration is low, the ion can be concentrated at a high magnification at the ion trap mass spectrometer, and the pretreatment of the sample such as concentration can be greatly simplified.

【0153】前記生成したイオンを質量分析するに当た
っては、いろいろな種類の質量分析部が適用可能であ
り、例えば、同じ高周波電界を用いた質量分離を行う四
重極質量分析計や、磁場内での質量分散を用いた磁場型
質量分析部や、或いは他の質量分析計を用いた場合でも
同様である。
For mass analysis of the generated ions, various types of mass spectrometers can be applied. For example, a quadrupole mass spectrometer that performs mass separation using the same high-frequency electric field, a mass spectrometer in a magnetic field, and the like. The same applies to the case where a magnetic field type mass spectrometer using mass dispersion of the above or another mass spectrometer is used.

【0154】図4A〜図4Dは、それぞれ、前記イオン
化部の他の構成例を示す。
FIGS. 4A to 4D show other examples of the configuration of the ionization unit.

【0155】図4Aに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記針電極1を削除し、管形状の針ホルダー
11の先端を積極的にナイフエッジ或いは凸部形状化
し、この部分11aにてコロナ放電を行う構成とした。
前記針ホルダー11の材質は、耐食性に優れたステンレ
ス鋼、ハステロイ、銅等が好適である。
The configuration illustrated in FIG. 4A is different from the embodiment of FIG. 1 in that the needle electrode 1 is eliminated and the tip of the tubular needle holder 11 is positively shaped into a knife edge or a convex portion. The configuration is such that corona discharge is performed in the portion 11a.
The material of the needle holder 11 is preferably stainless steel, Hastelloy, copper, or the like having excellent corrosion resistance.

【0156】かかる構成では、前述のコロナ放電の生成
機能とその先端部のみを安定化のためのバックガス流路
機能は変わらないが、より経済性に富むという効果があ
る。
In such a configuration, the function of generating the corona discharge and the function of the back gas flow path for stabilizing only the front end portion thereof are not changed, but have an effect of being more economical.

【0157】図4Bに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記針電極1を前記HV端子13の根元まで
伸ばし、前記針ホルダー1内に収納した、二重管構成と
している。又、前記針ホルダー11のバックガスの出口
に絞り部11bを具備している。このため、前記針電極
1の先端部のみに集中してバックガスを供給できる。よ
りコロナ放電を安定化でき、より長時間連続稼動という
効果がある。前記針電極1の材質は耐食性に優れたステ
ンレス鋼、ハステロイ、銅、イリジュウムや、耐食性が
劣るFe合金、或いは貴金属であるPt、Pt−Ir等
が好適である。
The configuration illustrated in FIG. 4B has a double tube configuration in which the needle electrode 1 is extended to the base of the HV terminal 13 and housed in the needle holder 1 as compared with the embodiment of FIG. . Further, a throttle portion 11b is provided at the outlet of the back gas of the needle holder 11. Therefore, the back gas can be supplied only to the tip of the needle electrode 1. Corona discharge can be more stabilized, and there is an effect that continuous operation can be performed for a longer time. The material of the needle electrode 1 is preferably stainless steel, Hastelloy, copper, or iridium having excellent corrosion resistance, an Fe alloy having low corrosion resistance, or Pt or Pt-Ir which is a noble metal.

【0158】かかる構成では、前述のコロナ放電の生成
機能とその先端部のみを安定化のためのバックガス流路
機能は変わらないが、よりコロナ放電を安定化でき、よ
り長時間連続稼動という効果がある。
In such a configuration, the function of generating the corona discharge and the function of the back gas flow path for stabilizing only the tip portion thereof are not changed, but the corona discharge can be further stabilized and the effect of continuous operation for a longer time can be obtained. There is.

【0159】図4Cに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記管形状の針ホルダー11を削除し、前記
針電極1を前記HV端子13の根元まで伸ばし、更に前
記針固定金具14にバックガスを供給するための細孔1
41を具備する構成としている。前記針電極1の材質は
耐食性に優れたステンレス鋼、ハステロイ、銅、イリジ
ュウム、或いは貴金属であるPt、Pt−Ir等が好適
である。
The configuration illustrated in FIG. 4C is different from the embodiment of FIG. 1 in that the tubular needle holder 11 is omitted, the needle electrode 1 is extended to the root of the HV terminal 13, and the needle is fixed. Pores 1 for supplying back gas to metal fittings 14
41 is provided. The material of the needle electrode 1 is preferably stainless steel, Hastelloy, copper, iridium, or a noble metal such as Pt or Pt-Ir, which has excellent corrosion resistance.

【0160】かかる構成では、前述のコロナ放電の生成
機能は変わらないが、バックガスをより広い範囲で充満
させることができ、より広範囲のコロナ放電域を確保で
きるので、効率が向上するという効果がある。又構成が
簡単のため、メンテナンス性に優れるという効果があ
る。
In this configuration, the function of generating the corona discharge described above does not change, but the back gas can be filled in a wider range and a wider corona discharge region can be secured, so that the efficiency is improved. is there. In addition, since the configuration is simple, there is an effect that the maintainability is excellent.

【0161】図4Dに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記針電極1の先端部が相違する。前記針電
極1の先端部をキャップ形状の薄板部材1bで形成し、
その中央にナイフエッジ或いは凸部形状化した針状の電
極1aを接合し、前記中央以外の部分には、前記バック
ガスを流通する孔1cを有する構成としている。前記電
極1aの材質は、耐食性に優れたステンレス鋼、ハステ
ロイ、銅、イリジュウム、或いは貴金属であるPt,P
t−Ir等が好適である。
The configuration illustrated in FIG. 4D differs from the embodiment of FIG. 1 in the tip of the needle electrode 1. The tip of the needle electrode 1 is formed of a cap-shaped thin plate member 1b,
A needle-like electrode 1a having a knife edge or a convex shape is joined to the center thereof, and a hole 1c through which the back gas flows is provided in a portion other than the center. The material of the electrode 1a is stainless steel, hastelloy, copper, iridium, or a noble metal such as Pt, P, which is excellent in corrosion resistance.
t-Ir and the like are preferred.

【0162】かかる構成では、前述のコロナ放電の生成
機能とその先端部のみを安定化のためのバックガス流路
機能は変わらないが、バックガスをより前記針電極に集
中して噴流させることができるので、よりコロナ放電を
安定化できる。更に、小型化でき、メンテナンス性に優
れ、より経済性に富むという効果がある。
In such a configuration, the function of generating the corona discharge and the function of the back gas flow path for stabilizing only the tip portion thereof remain unchanged, but the back gas can be more concentratedly jetted to the needle electrode. Therefore, corona discharge can be further stabilized. Furthermore, there is an effect that the size can be reduced, the maintainability is excellent, and the economy is richer.

【0163】図5A〜図5Fは、それぞれ、前記イオン
ドリフトA、B部の他の構成例を示す。
FIGS. 5A to 5F show other examples of the configuration of the ion drifts A and B, respectively.

【0164】図5Aに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記端子板32を削除し、前記第一細孔第1
フランジ4と前記第2電極3を接合にて同電位とした構
成としている。又、前記第1電極と前記第2電極は平行
の等電位線ができることは前記実施例(図1)と変わら
ない、本実施例では、前記イオン化部に流入する試料ガ
スの流れに対して、前記第1電極2、第2電極3により
前記イオン化部方向に勾配を具備させることにより、イ
オン化部に流入するガスの流れを整流化している。更
に、前記第2電極3と前記第一細孔第1フランジ4間で
形成される空間を極小化し、前記バックガス1の流速を
加速している。このため、イオンドリフトB部に流入す
るイオンの発散度を抑制することができる。
The configuration illustrated in FIG. 5A is different from the embodiment of FIG.
The configuration is such that the flange 4 and the second electrode 3 are joined to have the same potential. Further, the fact that the first electrode and the second electrode form parallel equipotential lines is not different from the embodiment (FIG. 1). In this embodiment, the flow of the sample gas flowing into the ionization unit is By providing a gradient in the direction of the ionization section by the first electrode 2 and the second electrode 3, the flow of gas flowing into the ionization section is rectified. Further, the space formed between the second electrode 3 and the first pore first flange 4 is minimized, and the flow rate of the back gas 1 is accelerated. For this reason, the divergence of the ions flowing into the ion drift B portion can be suppressed.

【0165】従って、かかる構成でも、試料ガスの流入
阻止機能とイオンのドリフト力機能は変わらないが、よ
り経済性に富み、且つ密閉性に優れ信頼性が向上すると
いう効果がある。
Therefore, even with this configuration, the function of preventing the inflow of the sample gas and the function of the drift force of the ions are not changed, but there is an effect that the economy is enhanced, the sealing performance is improved, and the reliability is improved.

【0166】図5Bに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記第一細孔第1フランジ4内の第一細孔4
1部をその内部に前記第一細孔41を有する部品化した
部材411で形成し、その先端部を鋭角化し、さらに前
記第一細孔第1フランジ4に着脱可能とする構成として
いる。尚、前記第一細孔第1フランジ4と前記部材41
1は、Оリング等の密閉手段にてシールしている。
The configuration illustrated in FIG. 5B is different from the embodiment of FIG.
One part is formed of a component member 411 having the first fine hole 41 therein, the tip of the part is sharpened, and the part is detachable from the first fine hole first flange 4. In addition, the first pore first flange 4 and the member 41
Reference numeral 1 is sealed by a sealing means such as an O-ring.

【0167】かかる構成では、図1に比してその機能は
変わりないが、前記部材411を単品化しているため、
メンテナンス性が向上するという効果がある。
In this configuration, the function is the same as in FIG. 1, but since the member 411 is formed as a single item,
This has the effect of improving maintainability.

【0168】更に、前記部材411の先端部を鋭角化す
ることにより、前記第一細孔41の入り口に電界が集中
するのでイオンの収束性が増加し、透過率が向上すると
いう効果がある。
Further, by making the tip of the member 411 sharp, an electric field is concentrated at the entrance of the first pore 41, so that the convergence of ions is increased and the transmittance is improved.

【0169】図5Cに例示した構成は、前記図1の実施
例に比較して、前記第一細孔第1フランジ4内の第一細
孔41部を、多数の流入路414、第一細孔41を有す
る部材411で形成し、その先端部を鋭角化し、さらに
前記第一細孔第1フランジ4に着脱可能とする構成とし
ている。尚、前記第一細孔第1フランジ4と前記部材4
11間は所定の空隙415で連通し、部材416に抜け
ないようにしている。
The configuration illustrated in FIG. 5C is different from the embodiment of FIG. 1 in that the first fine holes 41 in the first fine holes first flange 4 are provided with a large number of inflow paths 414 and first fine lines. It is formed of a member 411 having a hole 41, the tip of which is sharpened, and is detachable from the first flange first flange 4. In addition, the first pore first flange 4 and the member 4
11 are communicated by a predetermined gap 415 so that the member 416 does not come off.

【0170】かかる構成では、図1に比してその機能は
変わりないが、前記部材411を単品化しているため、
メンテナンス性が向上するという効果がある。
In such a configuration, the function is the same as that of FIG. 1, but since the member 411 is formed as a single item,
This has the effect of improving maintainability.

【0171】更に、前記部材411の先端部を鋭角化す
ることにより、前記細孔41の入り口に電界が集中する
のでイオンの収束性が増加し、又イオンドリフトBの接
触面積を広げることができるので捕集率が増加し、益々
イオンの透過率が向上するという効果がある。
Further, by sharpening the tip of the member 411, the electric field is concentrated at the entrance of the pore 41, so that the convergence of ions is increased and the contact area of the ion drift B can be increased. Therefore, there is an effect that the collection rate is increased and the ion transmittance is further improved.

【0172】図5Dに例示した構成は、前記図1の実施
例に比較して、前記バファーガスの流入部を前記試料フ
ランジ33に具備し、前記第2電極3と前記端子板32
を削除した構成としている。
The configuration illustrated in FIG. 5D is different from the embodiment in FIG. 1 in that the buffer gas inflow portion is provided in the sample flange 33, and the second electrode 3 and the terminal plate 32 are provided.
Has been deleted.

【0173】従って、本構成では、前記イオンドリフト
B部を有しない構成としているが、前記第1電極2と前
記第一細孔第1フランジ4間には電位差を有し、且つそ
の電界は前記第一細孔41の先端部に集中させているた
め、基本的には、イオンの収束性という点では大差な
い。
Therefore, in this configuration, the ion drift B portion is not provided. However, there is a potential difference between the first electrode 2 and the first small hole first flange 4, and the electric field is equal to the electric field. Since it is concentrated at the tip of the first pore 41, there is basically no difference in terms of ion convergence.

【0174】本構成では、前記試料ガスの一部は前記第
一細孔第1フランジ4内の第一細孔41内に流入する
が、腐食性ガスの濃度も前記バファーガスにて希釈して
いるので、ほぼ2〜10倍程度の希釈度でも同等であ
る。これは、実用レベルの器尺度である。又、本構成で
は、前記試料導入フランジ33までのメンテナンスであ
れば、真空室を破ることがないので、機器の再立ち上げ
が容易である。
In this configuration, a part of the sample gas flows into the first pores 41 in the first pores first flange 4, but the concentration of the corrosive gas is also diluted with the buffer gas. Therefore, the same is true even with a dilution of about 2 to 10 times. This is a practical scale. In addition, in this configuration, if maintenance is performed up to the sample introduction flange 33, the vacuum chamber will not be broken, so that the instrument can be easily restarted.

【0175】一方、イオンドリフト部が一つない分だけ
その透過率の低下がないので、前述の如く、透過率もほ
ぼ同等である。又、構成が極めて単純であり、且つ構成
部品が少ないので、機器の信頼性が向上し、且つ経済性
に優れるという効果がある。
On the other hand, since there is no decrease in transmittance due to the absence of one ion drift portion, the transmittance is almost the same as described above. Further, since the configuration is extremely simple and the number of components is small, there is an effect that the reliability of the device is improved and the economy is excellent.

【0176】図5Eに例示した構成は、前記図1及び図
5Dの実施例に比較して、前記バファーガスの流入部を
前記試料フランジ33に具備し、更に、前記第一細孔第
1フランジ14内に前記イオンドリフトB部をより低圧
化するための孔を、前記第一細孔第1フランジ4内に前
記差動排気部の初段室(第1室)50に連通する孔41
3を具備している。
The structure illustrated in FIG. 5E is different from the embodiment of FIGS. 1 and 5D in that the buffer gas inflow portion is provided in the sample flange 33, and the first pore first flange 14 A hole 41 for lowering the pressure of the ion drift B portion is formed in a hole 41 communicating with the first stage chamber (first chamber) 50 of the differential exhaust portion in the first fine hole first flange 4.
3 is provided.

【0177】かかる構成では、前記第2電極3と前記第
一細孔第1フランジ4間の電位差によるイオン加速力
に、前記イオンドリフトA部との差圧力が付加される。
In such a configuration, a pressure difference between the ion drift A and the ion acceleration force caused by the potential difference between the second electrode 3 and the first fine hole first flange 4 is added.

【0178】このため、図5Dに比して、より一層のイ
オン捕集率が増加し、益々イオンの透過率が向上すると
いう効果がある。
[0178] Therefore, there is an effect that the ion collection rate is further increased and the ion transmittance is further improved as compared with FIG. 5D.

【0179】図5Fに例示した構成は、図1の実施例に
比較して、前記第2電極3と前記第一細孔第1フランジ
4の間に、前記第1バックガスの流れを整流して、前記
イオンを前記第一細孔第1フランジ4の第一細孔41に
効率よく取り込むために具備した構成体37である。
The structure illustrated in FIG. 5F rectifies the flow of the first back gas between the second electrode 3 and the first flange first flange 4 as compared with the embodiment of FIG. The structure 37 is provided for efficiently taking the ions into the first pores 41 of the first pores first flange 4.

【0180】前記構成体37は、前記図5A及び図5D
の実施例では、金属のメッシュや燒結体が好適であり、
図5B、図5C及び図5Eの実施例では、多孔質のセラ
ミックスや、ガラスで形成される多孔質のフィルタやろ
過体が好適である。
5A and 5D.
In the embodiment of the present invention, a metal mesh or sintered body is preferable,
In the embodiments of FIGS. 5B, 5C and 5E, a porous ceramic or a porous filter or filter made of glass is suitable.

【0181】かかる構成においては、前記第1バックガ
スの流れを均一化(整流)できるので、前記イオン化部
に流入するイオン流に対し悪影響を及ぼさない。このた
め、イオンの拡散を抑えることができ、より一層のイオ
ンの透過率・捕集率が向上するという効果がある。
In this configuration, the flow of the first back gas can be made uniform (rectified), so that the flow of the ions flowing into the ionization section is not adversely affected. For this reason, diffusion of ions can be suppressed, and there is an effect that the transmittance and collection rate of ions are further improved.

【0182】図6(a)及び(b)は、前記コロナ放電
域の他の構成例を示す。
FIGS. 6A and 6B show another example of the structure of the corona discharge region.

【0183】図6(a)に例示した構成は、前記図1の
実施例に比較して、前記第1電極2の形状のみが相違す
る。尚、イオンドリフトA、B部は、前記図5Bの構成
で例示している。
The configuration illustrated in FIG. 6A differs from the embodiment of FIG. 1 only in the shape of the first electrode 2. In addition, the ion drifts A and B are exemplified in the configuration of FIG. 5B.

【0184】本実施例では、前記コロナ放電域は、前記
針電極1と前記第1電極2の円筒部21の内面で発生す
る構成としている。この円筒部21には、前述の如く、
前記試料流体が流入しているので、図1の実施例に比し
て、その反応域は常に一定であり、かつ、集中化してい
るので、より安定したイオン化ができ、その効率も安定
化するという効果がある。
In this embodiment, the corona discharge region is generated on the inner surface of the cylindrical portion 21 of the needle electrode 1 and the first electrode 2. As described above, this cylindrical portion 21 has
Since the sample fluid is flowing in, the reaction zone is always constant and concentrated as compared with the embodiment of FIG. 1, so that more stable ionization can be performed and the efficiency is also stabilized. This has the effect.

【0185】図6(b)に例示した構成は、前記図1及
び図6(a)の実施例に比較して、前記第1電極2の形
状と前記端子板22の形状が相違する。尚、イオンドリ
フトA、B部は、前記図5Bの構成で例示している。
The configuration illustrated in FIG. 6B differs from the embodiment of FIGS. 1 and 6A in the shape of the first electrode 2 and the shape of the terminal plate 22. In addition, the ion drifts A and B are exemplified in the configuration of FIG. 5B.

【0186】本構成では、前記第1電極2の前記針電極
1方向の面側の一部のみが露出し、他の領域は前記端子
板22によりカバーされている。このため、コロナ放電
域は前記針電極1と前記端子板22の露出面間のみで生
成される。更に、その位置は、前記試料流体が噴出する
口(出口)近傍であり、試料の拡散が非常に小さい領域
である。
In this configuration, only a part of the first electrode 2 on the surface side in the direction of the needle electrode 1 is exposed, and the other area is covered by the terminal plate 22. Therefore, a corona discharge region is generated only between the exposed surface of the needle electrode 1 and the terminal plate 22. Further, the position is near an opening (exit) from which the sample fluid is jetted, and is a region where the diffusion of the sample is extremely small.

【0187】従って、その反応域は常に一定であり、且
つ集中化しているので、より安定したイオン化ができ、
その効率も益々安定化するという効果がある。
Accordingly, the reaction zone is always constant and concentrated, so that more stable ionization can be performed.
The effect is that the efficiency is further stabilized.

【0188】図7A〜図7Dは、前記差動排気部の他の
構成例を示す。
FIGS. 7A to 7D show other examples of the configuration of the differential pumping section.

【0189】図7Aに例示した差動排気構成は、前記図
1の実施例に比較して、その各室の段数を最小化(2
室)した実施例である。
The differential exhaust configuration illustrated in FIG. 7A minimizes the number of stages in each chamber (2
This is an embodiment of the present invention.

【0190】第1ポンプ210は、スクロールポンプを
採用(排気量は約300−900l/min程度 )し、
第2ポンプ220は、質量分析部80の排気にターボ分
子ポンプ(排気量は約200l/s程度)を用いた場合を
示している。前記ターボ分子ポンプ220の背圧は連結
管B76により前記スクロールポンプ210にて兼用し
ている。更に、前記各フランジには、各圧力を調整する
ための細孔52、72を具備し、第一室50と第二室7
0の圧力調整を可能にしている。前記各室の圧力と各細
孔径とその位置は前述の指標に従って設定した。
The first pump 210 employs a scroll pump (displacement is about 300-900 l / min).
The second pump 220 shows a case where a turbo-molecular pump (discharge amount is about 200 l / s) is used for exhausting the mass spectrometric unit 80. The back pressure of the turbo molecular pump 220 is shared by the scroll pump 210 by the connecting pipe B76. Further, the flanges are provided with fine holes 52 and 72 for adjusting respective pressures, so that the first chamber 50 and the second chamber 7 can be adjusted.
0 pressure adjustment is possible. The pressure in each chamber, the diameter of each pore, and the position thereof were set in accordance with the above-mentioned index.

【0191】かかる構成においは、そのイオン透過量は
同等であったので、透過性の機能は同等であることを確
認した。更に、本構成によれば、前記ポンプ210の排
気能力は小さいものでも適用できる。更に、室数が少な
い分だけ材料費用を低減できる。従って、図1の実施例
に比して、経済性に優れるという効果がある。
In such a configuration, since the ion transmission amounts were the same, it was confirmed that the permeability function was the same. Further, according to this configuration, the pump 210 can be applied even if the pumping capacity is small. Further, material costs can be reduced by the small number of rooms. Therefore, there is an effect that the economy is excellent as compared with the embodiment of FIG.

【0192】図7Bに例示した差動排気構成は、前記図
7Aの実施例に比較して、前記各室毎に独立した排気ポ
ンプにて排気する構成とした実施例である。図に示すよ
うに、連結管77を介して前記第一室50は連結管77
を介して、前記第二室70は連結管76を介してポンプ
210より排気され、前記質量分析部80はポンプ22
0に排気にて排気される。更に、前記各室には外部から
圧力調整できるように、新たに接続管741、742が
具備されている。これらの接続管には、フローメータ3
01、305や可変バルブ301、304が具備され
る。
The differential exhaust configuration illustrated in FIG. 7B is an embodiment in which the exhaust is performed by an independent exhaust pump for each chamber as compared with the embodiment of FIG. 7A. As shown in the drawing, the first chamber 50 is connected to the connecting pipe 77 via the connecting pipe 77.
, The second chamber 70 is evacuated from the pump 210 via the connecting pipe 76, and the mass spectrometer 80 is
The air is exhausted to zero. Further, each of the chambers is newly provided with connection pipes 741 and 742 so that the pressure can be externally adjusted. These connecting pipes include a flow meter 3
01, 305 and variable valves 301, 304 are provided.

【0193】かかる構成の第一の特徴は、前記第二室7
0に具備するポンプ210が前記第一室50に適用され
るポンプの排気量と少なくとも同等か、それ以下の能力
のポンプで差動排気部の圧力を設定できるということで
ある。
The first feature of this configuration is that the second chamber 7
0 means that the pressure of the differential pumping section can be set with a pump having a capacity at least equal to or less than the pumping capacity of the pump applied to the first chamber 50.

【0194】即ち、図1の実施例の如く、比較的に排気
能力の大きいポンプはその能力に比例して一般には高価
であるため一般的にはコスト高となってしまう。しか
し、排気能力が小さくとも、各室の圧力に合致した比較
的安価な例えばロータリポンプ等の適用の可能性を示唆
している。従って、ポンプの台数を増やしても、コスト
高にならなければ、機能は同じで経済性により優れると
いう効果がある。
That is, as in the embodiment shown in FIG. 1, a pump having a relatively large pumping capacity is generally expensive in proportion to its capacity, so that the cost is generally high. However, even if the exhaust capacity is small, it suggests the possibility of applying a relatively inexpensive rotary pump or the like that matches the pressure of each chamber. Therefore, even if the number of pumps is increased, if the cost does not increase, there is an effect that the function is the same and the economy is more excellent.

【0195】かかる構成の第二の特徴は、前記連結管7
41、742を具備させることにより、外部から容易に
前記差動室に各室の圧力調整を個々に可能としている点
である。即ち、何らかの理由で、前記質量室80の圧力
が変動し、その出力が変わった場合、前記差動室の各室
の圧力も変化してしまう。このため、安定な計測を継続
できなくなる。この時、前記差動室の圧力調整により、
速やかにリカバーできれば好都合である。かかる場合で
も、本実施例ではこの操作を外部より容易に実現でき
る。又、図示はしないが、前記連結管に圧力計を具備
し、その圧力の指示値に連動する自動可変バルブを具備
し、内部の各室の圧力制御を行えば、より省力化でき
る。
The second feature of this configuration is that the connecting pipe 7
With the provision of 41 and 742, it is possible to easily and individually adjust the pressure of each of the differential chambers from the outside. That is, if the pressure in the mass chamber 80 fluctuates for some reason and its output changes, the pressure in each chamber of the differential chamber also fluctuates. For this reason, stable measurement cannot be continued. At this time, by adjusting the pressure of the differential chamber,
It would be advantageous to be able to recover quickly. Even in such a case, in this embodiment, this operation can be easily realized from outside. Further, although not shown, if the connecting pipe is provided with a pressure gauge, an automatic variable valve linked to the indicated value of the pressure is provided, and the pressure of each internal chamber is controlled, the labor can be further reduced.

【0196】以上、かかる構成においては、図1に比し
て、より一層の経済性と長期連続運転を可能にするとい
う効果がある。
As described above, in such a configuration, there is an effect that, as compared with FIG.

【0197】図7Cに例示した差動排気構成は、前記図
1の実施例に比較して、前記各室の各細孔フランジの細
孔径部の形状のみが相違する実施例である。
The differential exhaust configuration illustrated in FIG. 7C is an embodiment in which only the shape of the pore diameter portion of each pore flange of each chamber is different from the embodiment of FIG.

【0198】かかる構成においては、各室に具備される
各細孔の先端部はナイフエッジ(その肉厚はほぼゼロ)
の形状としている。この形状においては、その先端部に
各電界が集中し、前記イオンはより収束する。又、各細
孔フランジの組み立て時の偏芯による位置ずれが発生し
た場合でも、イオンが各細孔の壁面に接触する可能性が
低減する。
In such a configuration, the tip of each pore provided in each chamber is a knife edge (the wall thickness is almost zero).
Of the shape. In this shape, each electric field concentrates at the tip, and the ions converge more. In addition, even when positional deviation due to eccentricity occurs during assembly of each of the pore flanges, the possibility that ions come into contact with the wall surface of each of the pores is reduced.

【0199】従って、かかる構成においては、図1に比
して、より一層のイオン透過量が増大し、感度が向上す
るという効果がある。
Therefore, in such a configuration, there is an effect that the ion transmission amount is further increased and the sensitivity is improved as compared with FIG.

【0200】図7Dに例示した差動排気構成は、前記図
1の実施例に比較して、前記各室の細孔フランジをユニ
ット化した部材で構成した実施例である。
The differential exhaust configuration illustrated in FIG. 7D is an embodiment in which the pore flanges of the respective chambers are formed as a unit as compared with the embodiment of FIG.

【0201】かかる構成においては、各室の圧力は前記
ポンプ210、220の適用する排気能力に準じて、前
記第一室の細孔径51と部材741に具備した孔741
1、7412、7413と前記第三細孔71と各細孔の
孔径にて、前述の指標に従い決定している。各フランジ
の電圧は、ハーメチックシール端子134を介して印加
する。
In such a configuration, the pressure in each chamber is adjusted according to the exhaust capacity to be applied by the pumps 210 and 220 and the pore diameter 51 of the first chamber and the hole 741 provided in the member 741.
1, 7412, 7413, the third pore 71, and the pore diameter of each pore are determined according to the above-mentioned index. The voltage at each flange is applied via hermetic seal terminals 134.

【0202】従って、かかる構成においては、図1に比
して、差動排気部をユニット化した構成体として取り扱
うことができるので、小型化できるとともにメンテナン
ス性、組み立て性にもすぐれる。このため、より一層の
経済性に富むという効果がある。
Accordingly, in this configuration, the differential exhaust unit can be handled as a unitized unit as compared with FIG. 1, so that the size can be reduced and the maintenance and assembling properties are excellent. For this reason, there is an effect that the economy is further enhanced.

【0203】次に、本発明におけるイオン源部から質量
分析部を用いた質量分析装置は、焼却炉等に直接接続
し、焼却炉等からの排ガス成分を連続してモニターリン
グすることも可能である。特に、焼却炉から排出される
ダイオキシン類やダイオキシン類の前駆体であるクロロ
ベンゼン類、クロロフェノール類、炭化水素類を計測
し、その結果から焼却炉の燃焼状態を制御すれば、焼却
炉からのダイオキシン類の発生量を大幅に低減すること
が可能となる。
Next, the mass spectrometer using the mass spectrometer from the ion source in the present invention can be directly connected to an incinerator or the like to continuously monitor exhaust gas components from the incinerator or the like. is there. In particular, if dioxins discharged from the incinerator and chlorobenzenes, chlorophenols, and hydrocarbons that are precursors of the dioxins are measured and the combustion state of the incinerator is controlled based on the results, dioxin from the incinerator can be measured. It is possible to greatly reduce the amount of generated species.

【0204】図8に、本発明の排ガス中のクロロベンゼ
ン類、クロロフェノール類、炭化水素類を自動的に分析
するためのガス測定用オンラインモニター分析装置への
適用例を示す構成図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an application example of the present invention to an online monitor analyzer for gas measurement for automatically analyzing chlorobenzenes, chlorophenols, and hydrocarbons in exhaust gas.

【0205】この分析装置は、以下の構成要素から構成
している。即ち、測定すべき排ガスをプラントの配管或
いは煙突から直接サンプリングする採集管1000と、
前記採取された排ガス内のダストやオイルやミスト更に
は塩化水素を除去するフィルター1004と、前記採取
された排ガスを質量分析装置本体に導入する装置本体と
は別に具備される試料接続管400と、第1試料輸送管
1001と前記装置本体と連結して、前記第1試料輸送
管1001の一端にて、排ガス試料を前記装置に取り込
む試料接続管400とに分岐して、所定の流量のダイオ
キシン類、クロロフェノール類、クロロベンゼン類を含
む排ガスを装置本体内に導き、前記試料導入フランジ3
3の前記試料導入管34に接続される。
This analyzer is composed of the following components. That is, a collection pipe 1000 that directly samples the exhaust gas to be measured from a pipe or a chimney of a plant,
A filter 1004 for removing dust, oil, mist, and hydrogen chloride in the collected exhaust gas, and a sample connection pipe 400 provided separately from an apparatus main body for introducing the collected exhaust gas to the mass spectrometer main body; A first sample transport pipe 1001 is connected to the main body of the apparatus, and at one end of the first sample transport pipe 1001, branches to a sample connection pipe 400 for taking an exhaust gas sample into the apparatus, and dioxins having a predetermined flow rate Exhaust gas containing chlorophenols and chlorobenzenes into the main body of the apparatus,
3 is connected to the sample introduction tube 34.

【0206】前記イオン源にてイオン化済みのガス分子
や未反応のガスは、前記試料導入フランジ33の前記第
2排出管36や前記イオン化フランジ15の第1排出管
16を介して、排出管1005から排出される。この排
出されたガスは、第2試料輸送管1003に戻される。
The gas molecules ionized by the ion source and the unreacted gas are discharged through the second discharge pipe 36 of the sample introduction flange 33 and the first discharge pipe 16 of the ionization flange 15 to the discharge pipe 1005. Is discharged from The discharged gas is returned to the second sample transport pipe 1003.

【0207】更に、このガスは、前記試料輸送管100
1、1003系内(配管)に設けられた吸引ポンプ10
02にて吸引され、更に、前記吸引ポンプの下流側に位
置した排気ファン1006にて送り出され、排ガス第1
排出管1007を経て、前記排ガスをプラントの配管或
いは煙突等に排出するような配管系の構成としている。
Further, this gas is supplied to the sample transport tube 100.
1, a suction pump 10 provided in the 1003 system (piping)
02, and further sent out by an exhaust fan 1006 located downstream of the suction pump.
A piping system is configured to discharge the exhaust gas to a pipe or a chimney of a plant via a discharge pipe 1007.

【0208】また、前記第2試料輸送管1003の上流
に前記試料接続管400の一端が連結され、その下流側
に差圧発生体(絞り機構)1008を具備し、その下流
側に前記排出管1005が連結している。前記を差圧発
生体1008の差圧の発生量で前記試料接続管400の
流量を設定している。
Further, one end of the sample connection pipe 400 is connected upstream of the second sample transport pipe 1003, and a differential pressure generator (throttle mechanism) 1008 is provided downstream thereof, and the discharge pipe is provided downstream thereof. 1005 are connected. The flow rate of the sample connection pipe 400 is set based on the amount of differential pressure generated by the differential pressure generator 1008.

【0209】また、バックガス接続管300、303の
上流側にポンプ1009が具備され、大気を吸引し、且
つその下流側にミスト除去のためのフィルター1004
等を介して清浄化して、前記イオン源やイオンドリフト
Bへのバックガスとして供給している。
A pump 1009 is provided upstream of the back gas connection pipes 300 and 303, and a filter 1004 for sucking air and removing mist is provided downstream thereof.
And is supplied as a back gas to the ion source and the ion drift B.

【0210】計測・分析部は、本発明のイオン部、差動
排気部を用いた質量分析計に対応する。
The measuring / analyzing section corresponds to a mass spectrometer using the ion section and differential pumping section of the present invention.

【0211】前記配管系(1001から1007、10
08で構成された流路)は、採取した試料ガスを安定に
かつ途中で測定対象物質の吸着、凝縮等による損失が無
く、かつ、一定流量でモニター部に送り込む役目を果た
している。そのために、試料採取部全体は100℃〜3
00℃程度に加熱されている。
The piping system (1001 to 1007, 10
The flow path constituted by 08) serves to send the collected sample gas to the monitor at a constant flow rate stably, without loss due to adsorption or condensation of the substance to be measured, and the like. For this purpose, the entire sampling section should be between 100 ° C and 3 ° C.
It is heated to about 00 ° C.

【0212】モニター部では、送り込まれた試料ガス中
の測定対象物質を選択的に且つ高効率でイオン化し、生
成したイオンを質量分析部で質量分析することにより、
測定対象物を連続的に検出する。
The monitor section selectively and efficiently ionizes the substance to be measured in the fed sample gas, and mass-analyzes the generated ions by the mass spectrometry section.
The object to be measured is continuously detected.

【0213】測定対象物に由来する質量数におけるイオ
ン電流値と、あらじめ作成された標準物質の量とイオン
電流値の関係(検量線)から、対象物質の存在量を求め
ることができる。例えば、2,3−ジクロロフェノール
(分子量162、観測されるイオンの質量数161)の
場合、試料ガスの濃度に対するイオン強度の変化を測定
し、検量線を作成している。この検量線と観測されたイ
オン強度から、その時の試料ガスの濃度データを推定す
る。得られたデータは更に整理され、成分の濃度、その
他のパラメータと共に連続的に表示され、記憶される。
或いは、ごみ焼却場の燃焼制御のためのデータとして燃
焼制御装置に送られる。
The amount of the target substance can be determined from the ion current value at the mass number derived from the object to be measured, and the relationship (calibration curve) between the amount of the standard substance prepared in advance and the ion current value. For example, in the case of 2,3-dichlorophenol (molecular weight 162, observed ion mass number 161), a change in ion intensity with respect to the concentration of the sample gas is measured, and a calibration curve is created. From this calibration curve and the observed ion intensity, the concentration data of the sample gas at that time is estimated. The data obtained is further organized and continuously displayed and stored with the concentrations of the components and other parameters.
Alternatively, the data is sent to the combustion control device as data for controlling combustion in the refuse incineration plant.

【0214】クロロベンゼン、クロロフェノール類の濃
度からダイオキシン濃度を推定するには、あらかじめ求
められた両者の相関関係を用い、その濃度を推定する。
In order to estimate the dioxin concentration from the concentrations of chlorobenzene and chlorophenols, the concentration is estimated by using a previously determined correlation between the two.

【0215】イオントラップ質量分析計を用いると、通
常のマススペクトルに比較して、さらに高い選択性を得
ることができる。それは、イオントラップ質量分析部内
部に捕捉した分子イオンにエネルギを注入し、電極内バ
ッファガス(Heなど)分子と衝突させて分子イオンを
解離するMS/MS法である。有機塩化化合物の場合、
分子イオンから塩素原子が一またはニ個脱離するイオン
がMS/MS法で観測される。例えば、2,4ジクロロ
フェノールの場合、負のコロナ放電を用いてイオン化す
ると、(M−H)-、(M:分子、H:水素)という負イ
オンが生成する。この負イオンをMS/MS法により解
離すると、塩素原子が1個脱離した負イオンが生成す
る。この負イオンを観測するということは、非常に高い
選択性を得ることができる。このピーク強度から塩素原
子が1個脱離した負イオンの量を定量すれば、排ガス中
のジクロロフェノールの量を推定できる。測定すべき分
子種が複数ある場合にはこの測定過程を繰り返す。
When an ion trap mass spectrometer is used, higher selectivity can be obtained as compared with a normal mass spectrum. This is an MS / MS method in which energy is injected into molecular ions trapped inside the ion trap mass spectrometer, and the molecular ions are dissociated by collision with buffer gas (such as He) molecules in the electrode. For organic chloride compounds,
An ion from which one or two chlorine atoms are eliminated from the molecular ion is observed by the MS / MS method. For example, in the case of 2,4-dichlorophenol, when ionization is performed using negative corona discharge, negative ions (MH) and (M: molecule, H: hydrogen) are generated. When this negative ion is dissociated by the MS / MS method, a negative ion from which one chlorine atom has been eliminated is generated. Observing this negative ion can provide very high selectivity. By quantifying the amount of negative ions from which one chlorine atom has been eliminated from the peak intensity, the amount of dichlorophenol in the exhaust gas can be estimated. This measurement process is repeated when there are a plurality of molecular species to be measured.

【0216】以上、主として、負イオン化モードの大気
圧化学イオン化法を用いた場合について述べてきたが、
排ガス中には種々の成分が含まれている。このため、ベ
ンゼンなどに代表される芳香族化合物の炭化水素系化合
物や塩素数の少ない化合物については、本装置により、
正イオン化モードでの連続測定も可能である。例えば、
ベンゼンやモノクロロベンゼンでは、正イオン化モード
の大気圧化学イオン化法により、M+のイオン種が生成
する。
While the above description has been made mainly on the case where the atmospheric pressure chemical ionization method in the negative ionization mode is used,
The exhaust gas contains various components. For this reason, for the hydrocarbon-based compounds of aromatic compounds represented by benzene and the like and the compounds having a small number of chlorines, this apparatus is used.
Continuous measurement in positive ionization mode is also possible. For example,
In benzene and monochlorobenzene, M + ion species are generated by the positive pressure ionization mode atmospheric pressure chemical ionization method.

【0217】従って、実際の試料ガス測定では、正負イ
オン化モードを交互に測定することによって、試料ガス
中の情報量を増やすことも有効である。
Therefore, in actual sample gas measurement, it is also effective to increase the amount of information in the sample gas by alternately measuring the positive and negative ionization modes.

【0218】図9(a)及び(b)に、本装置単体での
特性確認結果の例を示す。測定条件方法は、本装置の前
記試料導入フランジに、ジクロロフェノール(濃度:5
μg/Nm3)を空気と混合し、その混合比率を変化させ
て濃度を変化させた。この時の流量は1l/minであ
り、前記針電極のコロナ放電電流は5〜10μA、イオ
ン取り込み時間は0.1秒、温度は150℃であった。
図中、縦軸は、イオン強度で規格化した相対イオン強度
で示している。
FIGS. 9 (a) and 9 (b) show examples of characteristic confirmation results of the present apparatus alone. The measurement conditions were as follows: dichlorophenol (concentration: 5
μg / Nm 3 ) was mixed with air, and the concentration was changed by changing the mixing ratio. At this time, the flow rate was 1 l / min, the corona discharge current of the needle electrode was 5 to 10 μA, the ion uptake time was 0.1 second, and the temperature was 150 ° C.
In the figure, the vertical axis indicates the relative ionic strength normalized by the ionic strength.

【0219】図9(a)に、その濃度の変化を示す。図
から判るように、その分解能は約0.1μg/Nm3、直
線性は2〜5%以下であり、良好な直線関係が得られ
た。
FIG. 9A shows the change in the density. As can be seen from the figure, the resolution was about 0.1 μg / Nm 3 , the linearity was 2 to 5% or less, and a good linear relationship was obtained.

【0220】図9(b)に、マススペクトルの出力例を
示す。測定条件は上記と同じであるが、試料としてはジ
クロロフェノールの他にトリクロロフェノール、テトラ
クロロフェノールを添加した。図中、縦軸は、イオン強
度で規格化した相対イオン強度で示している。
FIG. 9B shows an output example of a mass spectrum. The measurement conditions were the same as above, except that trichlorophenol and tetrachlorophenol were added in addition to dichlorophenol as a sample. In the figure, the vertical axis indicates the relative ionic strength normalized by the ionic strength.

【0221】図に示すように、ジクロロフェノール(D
CP)、トリクロロフェノール(TCP)、テトラクロ
ロフェノール(TeCP)のマススペクトルのピークが
明確に分析されているのがわかる。更に、試料の媒体で
ある空気中の酸素、窒素のスペクトルも観測され、極め
て良好なマススペクトルが得られた。
As shown in the figure, dichlorophenol (D
It can be seen that the peaks of the mass spectra of CP), trichlorophenol (TCP) and tetrachlorophenol (TeCP) are clearly analyzed. Furthermore, the spectra of oxygen and nitrogen in the air, which is the medium of the sample, were also observed, and an extremely good mass spectrum was obtained.

【0222】図10に例示したイオン源部の構成は、前
記図1の実施例に比較して、前記コロナ放電で試料をイ
オン化・反応域を多数具備する構成とした実施例であ
る。
The configuration of the ion source section illustrated in FIG. 10 is an embodiment in which the sample is provided with a large number of ionization / reaction regions by the corona discharge as compared with the embodiment of FIG.

【0223】前記試料接続管400を通して導入された
試料は試料導入フランジ33に具備された試料導入管3
4を介して前記試料導入フランジ33内に導入される。
導入された試料ガスは、前記試料フランジ33内で、多
数の第1電極(a、b、c、d、e)2の細孔21(a、
b、c、d、e)により、分流される(図示では1/
5)。
The sample introduced through the sample connection pipe 400 is applied to the sample introduction pipe 3 provided on the sample introduction flange 33.
4 and is introduced into the sample introduction flange 33.
The introduced sample gas flows in the sample flange 33 and the pores 21 (a, a) of the many first electrodes (a, b, c, d, e) 2.
b, c, d, and e) (1/1 in the figure)
5).

【0224】この分流された試料ガスは、前記各電極の
細孔21毎に具備された針電極1(a、b、c、d、e)
間にて、前述の如く、コロナ放電が生成し、導入された
試料ガスがイオン化する。残りは、試料導入フランジ3
3に具備した第1排出管6a、bより同じに排出され
る。
The separated sample gas is supplied to the needle electrodes 1 (a, b, c, d, e) provided for each of the pores 21 of each electrode.
In the meantime, as described above, corona discharge is generated, and the introduced sample gas is ionized. The rest is the sample introduction flange 3
3 are discharged from the first discharge pipes 6a and 6b.

【0225】各イオン化室10に導入される試料は、前
記試料導入フランジ33の一方の面に具備された多数の
第1電極(a、b、c、d、e)2の細孔21(a、b、
c、d、e)により分流して流出し、その各流線は前記
各細孔21により拡散しない。この前記検出体を含む試
料は前記各第1電極2と高電圧を印加した各針電極1の
間で生成するコロナ放電域にてイオン化される。この部
分は、図2に示すイオン化部に相当する。前記針電極1
(a、b、c、d、e)に印加される電圧は、正イオンを
生成させる場合には1〜6kV程度、負イオンを生成さ
せる場合には−1〜−6kV程度であり、HV電源11
0から定電圧あるいは定電流方式にて供給する。
The sample to be introduced into each ionization chamber 10 is filled with the pores 21 (a) of a large number of first electrodes (a, b, c, d, e) 2 provided on one surface of the sample introduction flange 33. , B,
c, d, and e) are separated and flow out, and each streamline is not diffused by each of the pores 21. The sample including the detector is ionized in a corona discharge region generated between each first electrode 2 and each needle electrode 1 to which a high voltage is applied. This part corresponds to the ionization part shown in FIG. The needle electrode 1
The voltage applied to (a, b, c, d, e) is about 1 to 6 kV when generating positive ions and about -1 to -6 kV when generating negative ions. 11
It is supplied from 0 by a constant voltage or constant current method.

【0226】前記生成したイオンは各第1電極2と高電
圧を印加した針電極1間に生成する電界により、流れに
打ち勝ってイオンを前記各電極の出口に引き出される。
又、前述の如く、前記コロナ放電の安定性化と耐久性を
確保のため、前記各針電極1が位置するイオン化部に別
途ドライエアー、アルゴン等の純粋ガスを前記各イオン
化部に供給する手段を備え、図1の構成と同様である。
The generated ions overcome the flow due to the electric field generated between each first electrode 2 and the needle electrode 1 to which a high voltage is applied, and the ions are extracted to the outlet of each electrode.
Further, as described above, in order to secure the stability and durability of the corona discharge, a means for separately supplying a pure gas such as dry air or argon to the ionization section where the needle electrodes 1 are located is provided. And is similar to the configuration of FIG.

【0227】前記イオン化した検出体、酸素、HCL等
の分子は前記各細孔21を通過して前記試料導入フラン
ジ33内に、前記各細孔21の孔径域で流出する。
The molecules of the ionized detector, oxygen, HCL, and the like pass through the pores 21 and flow into the sample introduction flange 33 in the pore diameter region of the pores 21.

【0228】このイオンは、前記試料導入フランジ33
の他方の面(前記細孔21の対向面)側に配置し、且つ
前記各第1電極2の各細孔と同軸上に多数の細孔31
(a、b、c、d、e)を有する第2電極3が具備さ
れ、前記各第1電極2の各細孔21と前記第2電極3の
各細孔間に電位差が発生し、この電位差でイオンを加速
し、収束する。即ち、各第1電極2の各細孔と第2電極
3に具備された各細孔間は平行に配置し、かつ、前記各
細孔31のイオンの通過する孔の形状部のみを電位が集
中するな形状、例えば鋭角化(図2中の31a)、或い
はその端面を積極的に凸部化することで収束するようし
た。以後のイオンのドリフトは前述の如く、高い透過性
を確保できるにので省略する。
The ions are supplied to the sample introduction flange 33.
Are arranged on the other surface side (opposite surface of the pores 21), and a number of pores 31 are arranged coaxially with the pores of the first electrodes 2.
A second electrode 3 having (a, b, c, d, e) is provided, and a potential difference is generated between each pore 21 of each first electrode 2 and each pore of the second electrode 3. The ions are accelerated by the potential difference and converge. That is, each pore of each first electrode 2 and each pore provided in the second electrode 3 are arranged in parallel, and the potential is applied only to the shape of the pore through which the ions of each pore 31 pass. The convergence is achieved by a shape that is not concentrated, for example, an acute angle (31a in FIG. 2) or an end face thereof is positively formed into a convex portion. Subsequent drift of ions is omitted because high transmittance can be ensured as described above.

【0229】かかる構成では、図1の構成に比して、試
料ガスのイオン化量は大幅に増加しするので、極めて高
感度のガス分析が可能になるという効果がある。
In this configuration, the amount of ionization of the sample gas is greatly increased as compared with the configuration in FIG. 1, so that there is an effect that gas analysis with extremely high sensitivity becomes possible.

【0230】次に、図1から図7A〜7Dに例示したイ
オン源部、差動排気部の構成例において、図示は省略し
ているが、例示した各室間或いは部材の接続間には、密
閉性と隔離性を確保するため、すくなくとも1つのシー
ル手段が具備されている。本発明においては、排ガスを
高感度で分析するための各構成を例示してきたが、一般
の分析に比べて、排ガスの場合は、高温下で処理する必
要があった。この高温化で処理する場合の最も危惧され
る項目は、構成部材からの出ガスと、シール手段からの
出ガスである。この発生量が多いとバックグランドが上
昇し、所定の感度を確保できない場合が多々ある。前記
構成部材に関しては熱処理等の前処理を施すことによ
り、その出ガスを抑えることが可能である。
Next, in the configuration examples of the ion source section and the differential exhaust section illustrated in FIGS. 1 to 7A to 7D, although not shown, between the illustrated chambers or the connection of the members, the illustration is omitted. At least one sealing means is provided to ensure sealing and isolation. In the present invention, each configuration for analyzing the exhaust gas with high sensitivity has been exemplified. However, in the case of the exhaust gas, the exhaust gas needs to be treated at a high temperature as compared with the general analysis. The most feared items in the case of processing at this high temperature are the gas output from the constituent members and the gas output from the sealing means. If the generation amount is large, the background rises, and in many cases, a predetermined sensitivity cannot be secured. By performing a pretreatment such as a heat treatment on the constituent members, the outgassing thereof can be suppressed.

【0231】しかし、前記シール手段においては、一般
的には、柔軟な有機エラストマーのOリングを使用して
いるので、組み立て性やメンテナンス性は全く危惧され
ないが、出ガスが多量に発生してしまうという問題があ
る。一方、金属タイプのOリングもあるが、高価で且つ
その締め付け力も大きいため、組み立て時の芯ずれが大
きくなり所要の感度を確保できない場合が想定され、又
メンテナンス時の作業も省力的でないので、得策でな
い。
However, since the sealing means generally uses a flexible organic elastomer O-ring, there is no fear of assembling or maintenance, but a large amount of gas is generated. There is a problem. On the other hand, there is also a metal type O-ring, but it is expensive and the tightening force is large, so it is assumed that the misalignment at the time of assembly becomes large and the required sensitivity cannot be secured, and the work at the time of maintenance is not labor-saving. Not a good idea.

【0232】このため、本発明では図11に示すような
構成のシール手段を採用している。即ち、2重構成と
し、その内側は前記Oリングの如き柔軟な部材であるシ
ール材を使用し、内部が負圧の場合はその外側で低圧力
側に塑性変形に富む金属の薄板例えばアルミニュウムや
銅等のカバー材にてカバーし、内部が正圧の場合には、
その内側に前記金属カバーを挿入する2重構成としてい
る。
For this reason, the present invention employs sealing means having a structure as shown in FIG. That is, a double structure, the inside of which uses a sealing material which is a flexible member such as the O-ring, and in the case where the inside is negative pressure, a thin metal plate such as aluminum or the like, which is rich in plastic deformation toward the low pressure side on the outside. If you cover with a cover material such as copper and the inside is positive pressure,
It has a double configuration in which the metal cover is inserted inside.

【0233】かかる構成により、部材Aと部材Bとを締
め付けボルトにより締め付けることにより、前記内側の
部材であるシール材が低い締め付け力にても十分に変形
し、同時に、その変形に合致して、大変形可能な形状と
塑性流動に優れる材料を適用しているので、外側の金属
であるカバー材も大変形するので、密着面積、即ち、接
触部を大きく確保できる。このため、シール性を損なう
ことなく、且つその露出面は金属体であるので出ガスを
大いに低減でき、バックグランドが低下しないという効
果がある。
With this configuration, by tightening the members A and B with the tightening bolts, the sealing member, which is the inner member, is sufficiently deformed even with a low tightening force. Since a material capable of large deformation and excellent in plastic flow are applied, the cover material, which is the outer metal, also undergoes large deformation, so that a large contact area, that is, a large contact portion can be secured. For this reason, there is an effect that the outgassing can be greatly reduced without deteriorating the sealing property and the exposed surface is a metal body, and the background is not reduced.

【0234】前記図1の実施例に比較して、前記コロナ
放電で試料をイオン化・反応域を多数具備する構成とし
た実施例である。ガス純化装置の性能向上や、イオン源
内部およびガス導入配管内面等に電解研磨処理やパッシ
ベーション処理を施すことにより、このバックグラウン
ドはより下げることができる。以上、本モニター装置に
より焼却炉などの排ガスにどれだけのダイオキシン類が
含まれているか、変動がどのくらいあるのかを連続的に
直接把握が可能になり、更に、排ガス成分を高感度で且
つリアルタイムにて計測・分析が達成でき、焼却炉内の
ダイオキシン類や他のガス成分の濃度測定が可能にな
る。
This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that the sample is provided with a large number of ionization and reaction zones by the corona discharge. This background can be further reduced by improving the performance of the gas purifying device, or by performing electrolytic polishing or passivation on the inside of the ion source and the inner surface of the gas introduction pipe. As described above, this monitor enables continuous and direct grasp of how many dioxins are contained in the exhaust gas from incinerators and the like, and how much there is fluctuation.Furthermore, the exhaust gas component can be detected with high sensitivity and in real time. Measurement and analysis, and the concentration of dioxins and other gas components in the incinerator can be measured.

【0235】[0235]

【発明の効果】本発明により、ダイオキシン類、クロロ
フェノール類やクロロベンゼン類を直接煙道から連続し
て採取することができ、連続してモニターすることが可
能になった。
According to the present invention, dioxins, chlorophenols and chlorobenzenes can be continuously collected directly from the flue, and can be monitored continuously.

【0236】又、本発明によれば、ダイオキシン類、ク
ロロフェノール類やクロロベンゼン類の測定物に影響を
及ぼす阻害ガスや、装置の稼動時間に影響する塩化水素
等の阻害ガスの質量分析計への侵入防止や、且つイオン
化域のコロナ放電の安定化を達成できる。
In addition, according to the present invention, an inhibitory gas that affects the measured substances of dioxins, chlorophenols and chlorobenzenes, and an inhibitory gas such as hydrogen chloride that affects the operation time of the apparatus are supplied to the mass spectrometer. Intrusion prevention and stabilization of corona discharge in the ionization region can be achieved.

【0237】従って、ダイオキシン類、クロロフェノー
ル類やクロロベンゼン類の検出精度が高く、且つ安定し
た分析値が連続して得られるという効果がある。また、
連続稼動の時間を延ばすことができ、メンテナンス性・
保守性が優れるという効果がある。
Therefore, there is an effect that the detection accuracy of dioxins, chlorophenols and chlorobenzenes is high and stable analytical values can be continuously obtained. Also,
The continuous operation time can be extended,
There is an effect that the maintainability is excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明におけるイオン源、差動排気、質量分析
部の構成例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an ion source, a differential exhaust, and a mass spectrometer in the present invention.

【図2】イオン源の構成例を詳細に示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an ion source in detail.

【図3】差動排気部の構成例を詳細に示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a differential exhaust unit in detail.

【図4A】イオン化部の他の構成例(1)を示す図。FIG. 4A is a diagram showing another configuration example (1) of the ionization unit.

【図4B】イオン化部の他の構成例(2)を示す図。FIG. 4B is a diagram showing another configuration example (2) of the ionization unit.

【図4C】イオン化部の他の構成例(3)を示す図。FIG. 4C is a diagram showing another configuration example (3) of the ionization unit.

【図4D】イオン化部の他の構成例(4)を示す図。FIG. 4D is a diagram showing another configuration example (4) of the ionization unit.

【図5A】イオン源部の他の構成例(1)を示す図。FIG. 5A is a diagram showing another configuration example (1) of the ion source unit.

【図5B】イオン源部の他の構成例(2)を示す図。FIG. 5B is a diagram showing another configuration example (2) of the ion source unit.

【図5C】イオン源部の他の構成例(3)を示す図。FIG. 5C is a diagram showing another configuration example (3) of the ion source unit.

【図5D】イオン源部の他の構成例(4)を示す図。FIG. 5D is a diagram showing another configuration example (4) of the ion source unit.

【図5E】イオン源部の他の構成例(5)を示す図。FIG. 5E is a diagram showing another configuration example (5) of the ion source unit.

【図5F】イオン源部の他の構成例(6)を示す図。FIG. 5F is a diagram showing another configuration example (6) of the ion source unit.

【図6】イオン化・イオン源部の他の構成例示す図。FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the ionization / ion source unit.

【図7A】差動排気部の他の構成例(1)を示す図。FIG. 7A is a diagram showing another configuration example (1) of the differential exhaust unit.

【図7B】差動排気部の他の構成例(2)を示す図。FIG. 7B is a diagram showing another configuration example (2) of the differential exhaust unit.

【図7C】差動排気部の他の構成例(3)を示す図。FIG. 7C is a diagram showing another configuration example (3) of the differential exhaust unit.

【図7D】差動排気部の他の構成例(4)を示す図。FIG. 7D is a diagram showing another configuration example (4) of the differential exhaust unit.

【図8】排ガスの測定経路・構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a measurement path and configuration of exhaust gas.

【図9】装置の特性例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing an example of characteristics of the device.

【図10】マルチイオン源部の構成例を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a multi-ion source unit.

【図11】シール手段の構成例を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a sealing unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:針電極、2:第1電極、3:第2電極、4:第一細
孔第1フランジ、5:第二細孔フランジ、6:第三細孔
フランジ、7:第四細孔フランジ、10:イオン化室、
11:針ホルダー、12:バックガス供給管、13:H
V端子、14:針固定金具、15:イオン化フランジ、
16:第1排出管、17:ヒータ、20:イオンドリフ
トA部、21:第1電極内細孔、22:端子板、30:
イオンドリフトB部、31:第2電極内細孔、32:端
子板、33:試料導入フランジ、34:試料導入、3
5:ヒータ、36:第2排出管、37:メッシュ、4
1:第一細孔、42:スペーサ、43:第一細孔第2フ
ランジ、44:バックガス供給管、50:第一室、5
1:第二細孔、52:サイド孔2、60:第二室、6
1:第三細孔、62:サイド孔3、70:第三室、7
1:第四細孔、72:サイド孔4、73:ヒータ、7
4:差動排気部連結管、76:連結管B、80:質量分
析部、81、82、83:収束レンズ、84:レンズ電
極、86:内筒電極、85:外筒電極、91a:ゲート
電極、91b:イオン取りだしレンズ、92:エンドキ
ャップ電極、93:絶縁リング、94:リング電極、1
01:イオン変換器、105:ボンベ、104:バック
ガス接続管、103:第3バックガス供給管、110:
分析部筐体、111:HV電源線、120:ドリフト電
源1、121、122:電源線、130:第2ドリフト
電源、134:ハーメチックシール端子、200:イオ
ン検出器、210:第1ポンプ、220:第2ポンプ、
300:バックガス接続管、301:可変絞り機器、3
02:フローメータ、400:試料接続管、401:可
変絞り機器、402:フローメータ、411:部材、4
14:流入路、415:空隙、416:部材、921:
つば電極、1000:採集管、1001:第1試料輸送
管、1002:吸引ポンプ、1003:第2試料輸送
管、1004:フィルター、1005:排出管、100
6:排気ファン、1007:排ガス排出管、1008:
差圧発生体(絞り機構)、1009:ポンプ。
1: needle electrode, 2: first electrode, 3: second electrode, 4: first pore first flange, 5: second pore flange, 6: third pore flange, 7: fourth pore flange , 10: ionization room,
11: Needle holder, 12: Back gas supply pipe, 13: H
V terminal, 14: needle fixing bracket, 15: ionized flange,
16: first discharge pipe, 17: heater, 20: ion drift A portion, 21: first electrode pore, 22: terminal plate, 30:
Ion drift B part, 31: pore in second electrode, 32: terminal plate, 33: sample introduction flange, 34: sample introduction, 3
5: heater, 36: second discharge pipe, 37: mesh, 4
1: first pore, 42: spacer, 43: second flange second flange, 44: back gas supply pipe, 50: first chamber, 5
1: second pore, 52: side hole 2, 60: second chamber, 6
1: third pore, 62: side hole 3, 70: third chamber, 7
1: fourth pore, 72: side hole 4, 73: heater, 7
4: connecting pipe for differential exhaust unit, 76: connecting pipe B, 80: mass spectrometer, 81, 82, 83: converging lens, 84: lens electrode, 86: inner cylinder electrode, 85: outer cylinder electrode, 91a: gate Electrode, 91b: ion extraction lens, 92: end cap electrode, 93: insulating ring, 94: ring electrode, 1
01: ion converter, 105: cylinder, 104: back gas connection pipe, 103: third back gas supply pipe, 110:
Analysis unit housing, 111: HV power supply line, 120: drift power supply 1, 121, 122: power supply line, 130: second drift power supply, 134: hermetic seal terminal, 200: ion detector, 210: first pump, 220 : 2nd pump,
300: back gas connection pipe, 301: variable throttle device, 3
02: flow meter, 400: sample connection tube, 401: variable aperture device, 402: flow meter, 411: member, 4
14: inflow path, 415: gap, 416: member, 921:
Spit electrode, 1000: collection tube, 1001: first sample transport tube, 1002: suction pump, 1003: second sample transport tube, 1004: filter, 1005: discharge tube, 100
6: exhaust fan, 1007: exhaust gas exhaust pipe, 1008:
Differential pressure generator (throttle mechanism), 1009: pump.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/62 ZAB H01J 49/04 H01J 49/04 49/10 49/10 G01N 1/28 T (72)発明者 立花 幸治 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 橋本 宏明 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 Fターム(参考) 5C038 EE01 GG08 GH04 GH08 GH11 GH13 HH02 HH03 HH16 HH30 JJ02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 27/62 ZAB H01J 49/04 H01J 49/04 49/10 49/10 G01N 1/28 T (72) Inventor Koji Tachibana 882 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Instrument group (72) Inventor Hiroaki Hashimoto 882 Mo, Hitachinaka-shi, Ibaraki pref. F-term in Hitachi measuring instrument group (reference) 5C038 EE01 GG08 GH04 GH08 GH11 GH13 HH02 HH03 HH16 HH30 JJ02

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料ガスを導入する手段と、該試料ガスを
略大気圧下にてイオン化するイオン化手段と、該イオン
化した試料ガス中の成分を分析する質量分析計とを備え
た排ガス測定用オンラインモニター装置において、前記
イオン化手段は、前記試料ガスを導入する手段の一方の
面側に少なくとも一つのイオン化室を有し、かつ、前記
試料ガスを導入する手段のもう一方の面側に、前記イオ
ン化した試料ガスを高真空域に配置した質量分析計に入
射するため、段階的に構成した多段の低真空室からなる
差動排気部の初段部を配置し、該差動排気部の終段部に
高真空域の前記質量分析計を配置構成してなることを特
徴とするガス測定用オンラインモニター装置。
1. An exhaust gas measuring apparatus comprising: means for introducing a sample gas; ionizing means for ionizing the sample gas under substantially atmospheric pressure; and a mass spectrometer for analyzing components in the ionized sample gas. In the online monitor, the ionization means has at least one ionization chamber on one surface side of the sample gas introduction means, and the other surface side of the sample gas introduction means, In order to make the ionized sample gas incident on the mass spectrometer arranged in the high vacuum region, the first stage of the differential pumping section consisting of a multistage low vacuum chamber configured in a stepwise manner is arranged, and the final stage of the differential pumping section. An on-line monitoring device for gas measurement, wherein the mass spectrometer in a high vacuum region is arranged in a section.
【請求項2】前記イオン化手段は、針状の電極に高電圧
を印加することにより生成するコロナ放電を用いて前記
試料ガスをイオン化してなることを特徴とする請求項1
記載のガス測定用オンラインモニター装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said ionization means ionizes said sample gas using corona discharge generated by applying a high voltage to a needle-like electrode.
The online monitoring device for gas measurement according to the above.
【請求項3】前記試料ガスを導入する手段と、前記質量
分析計へイオン化した前記試料ガスを透過し輸送する前
記差動排気部の初段部との間に、前記試料ガスの混入を
防止する空間を具備し、かつ、前記空間には予め成分の
知れたガスを流入させ、常時置換されてなることを特徴
とする請求項1記載のガス測定用オンラインモニター装
置。
3. The sample gas is prevented from being mixed between the means for introducing the sample gas and the first stage of the differential pumping section which transmits and transports the ionized sample gas to the mass spectrometer. 2. The online monitoring device for gas measurement according to claim 1, further comprising a space, wherein a gas having a known component is introduced into the space, and the gas is constantly replaced.
【請求項4】前記差動排気部は、少なくとも2段の低真
空室で構成されていることを特徴とする請求項第1項記
載のガス測定用オンラインモニター装置。
4. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 1, wherein said differential pumping section comprises at least two low vacuum chambers.
【請求項5】前記試料ガスを導入する手段と、前記試料
ガスを導入する手段の一方の面側に前記試料ガスをイオ
ン化するイオン化手段と、前記試料ガスを導入する手段
のもう一方の面側にイオン化した前記試料ガスを高真空
域に配置した質量分析計に入射するための段階的に構成
した比較的低真空室からなる差動排気部と、前記高真空
の質量分析計とを、同軸上に配置構成したことを特徴と
する請求項1記載のガス測定用オンラインモニター装
置。
5. A means for introducing the sample gas, an ionizing means for ionizing the sample gas on one surface of the means for introducing the sample gas, and another surface of the means for introducing the sample gas. The differential exhaust unit composed of a relatively low vacuum chamber configured in a stepwise manner for entering the mass spectrometer arranged in a high vacuum region with the ionized sample gas, and the high vacuum mass spectrometer are coaxial. The on-line monitoring device for gas measurement according to claim 1, wherein the on-line monitoring device is arranged above.
【請求項6】前記イオン化手段は、前記針状の電極の先
端部に予め成分の知れたガスを供給する手段を具備して
なることを特徴とする請求項2記載のガス測定用オンラ
インモニター装置。
6. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 2, wherein said ionization means comprises means for supplying a gas having a known component to the tip of said needle-shaped electrode. .
【請求項7】前記イオン化手段は、前記針状の電極を、
ステンレス鋼、銅、白金、白金−イリジュウムの中いず
れか一つの金属材料で構成したことを特徴とする請求項
2記載のガス測定用オンラインモニター装置。
7. The method according to claim 1, wherein the ionization means comprises:
3. The online monitoring device for gas measurement according to claim 2, wherein the online monitoring device is made of any one of stainless steel, copper, platinum, and platinum-iridium.
【請求項8】前記イオン化手段は、前記針状の電極の部
材とは別な部材にて前記針状の電極を保護し、該部材と
前記針状の電極との空隙に予め成分の知れたガスを供給
するよう構成したことを特徴とする請求項2記載のガス
測定用オンラインモニター装置。
8. The ionization means protects the needle-shaped electrode with a member different from the needle-shaped electrode member, and the component is known in advance in a gap between the member and the needle-shaped electrode. The on-line monitoring device for gas measurement according to claim 2, wherein the gas is supplied.
【請求項9】前記イオン化手段は、前記予め成分の知れ
たガスの流量を前記針状の電極の先端部に集中して供給
するための絞りもしくは切り欠き部を具備してなること
を特徴とする請求項8記載のガス測定用オンラインモニ
ター装置。
9. The ionization means is provided with a throttle or notch for concentrating and supplying the flow rate of the gas whose component is known in advance to the tip of the needle-shaped electrode. The online monitoring device for gas measurement according to claim 8.
【請求項10】前記イオン化手段は、前記針状の電極の
部材に管形状の部材を用い、前記先端部を鋭角化して、
その先端部にて前記コロナ放電を生成するよう構成した
ことを特徴とする請求項2記載のガス測定用オンライン
モニター装置。
10. The ionization means uses a tubular member as the needle-like electrode member, sharpens the tip end,
The on-line monitoring device for gas measurement according to claim 2, wherein the corona discharge is generated at the tip.
【請求項11】前記イオン化手段は、前記針状の電極の
部材を固定する固定部材を具備し、該固定部材側に予め
成分の知れた純粋なガスを供給する手段を少なくとも一
つ具備し、かつ、前記針状の電極の部材をステンレス
鋼、銅、白金、白金−イリジュウムの中いずれか一つの
金属材料で構成したことを特徴とする請求項2記載のガ
ス測定用オンラインモニター装置。
11. The ionization means includes a fixing member for fixing the needle-shaped electrode member, and at least one means for supplying a pure gas having a known component to the fixing member side. The on-line monitoring device for gas measurement according to claim 2, wherein the needle-shaped electrode member is made of any one of stainless steel, copper, platinum, and platinum-iridium.
【請求項12】前記試料ガスを導入する手段と、前記質
量分析計に前記イオン化した試料ガスを透過し輸送する
前記差動排気部の初段部との間に、前記試料ガスの混入
を防止する空間を具備し、該空間には予め成分の知れた
ガスを流入させ、常時置換してなり、かつ、該空間を同
電位化して構成したことを特徴とすることを特徴とする
請求項1記載のガス測定用オンラインモニター装置。
12. Preventing the sample gas from being mixed between the means for introducing the sample gas and the first stage of the differential pumping section which transmits and transports the ionized sample gas to the mass spectrometer. 2. A space is provided, wherein a gas having a known component is flowed into the space, and the space is constantly replaced, and the space is made to have the same potential. Online monitoring device for gas measurement.
【請求項13】前記空間内に前記予め成分の知れたガス
の流れを整流する手段を具備してなることを特徴とする
請求項12記載のガス測定用オンラインモニター装置。
13. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 12, further comprising means for rectifying the flow of the gas whose components are known in advance in said space.
【請求項14】前記試料ガスを導入する手段と、前記質
量分析計に前記イオン化した試料ガスを透過し輸送する
前記差動排気部の初段部との間に、前記試料ガスの混入
を防止する空間を具備し、該空間には予め成分の知れた
ガスを流入させ、常時置換してなり、かつ、該空間を絶
縁する部材を少なくとも一つ具備し、該空間の前記試料
ガスを導入する手段側の面と前記差動排気部側の面との
間に電位差を生成してなることを特徴とする請求項1記
載のガス測定用オンラインモニター装置。
14. A mixture of the sample gas is prevented between the means for introducing the sample gas and the first stage of the differential pumping section which transmits and transports the ionized sample gas to the mass spectrometer. A means for introducing a gas having a known component into the space and constantly replacing the space, and at least one member for insulating the space, and introducing the sample gas into the space. The on-line monitoring device for gas measurement according to claim 1, wherein a potential difference is generated between a surface on the side of the differential exhaust unit and a surface on the side of the differential exhaust unit.
【請求項15】前記空間内に前記予め成分の知れたガス
の流れを整流する手段を具備してなることを特徴とする
請求項14記載のガス測定用オンラインモニター装置。
15. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 14, further comprising means for rectifying the flow of the gas whose components are known in advance in said space.
【請求項16】前記空間の前記試料ガスを導入する手段
側の面に具備される部材と、前記試料ガスを導入する手
段の前記コロナ放電側の面に具備される部材との間に
て、別の電位差を設け、両部材間に生成する等電位線を
平行化して構成したことを特徴とする請求項14記載の
ガス測定用オンラインモニター装置。
16. A member provided on a surface of the space on the side of the means for introducing the sample gas, and a member provided on a surface of the space on the side of the corona discharge of the means for introducing the sample gas, 15. The online monitoring device for gas measurement according to claim 14, wherein another potential difference is provided, and equipotential lines generated between both members are made parallel.
【請求項17】前記試料ガスを導入するため手段の前記
コロナ放電側の面に具備される部材を前記コロナ放電域
に傾斜させて配置し、前記コロナ放電を生成する部材側
に前記試料ガスを前記コロナ放電を生成する部材の先端
部側に流出させる少なくとも一つの流出手段を具備して
いることを特徴とする請求項16記載のガス測定用オン
ラインモニター装置。
17. A member provided on the surface of the corona discharge side of the means for introducing the sample gas is disposed obliquely in the corona discharge area, and the sample gas is supplied to the member for generating the corona discharge. 17. The on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 16, further comprising at least one outflow means for causing the corona discharge to flow out to a tip end side of the member.
【請求項18】前記予め成分の知れたガスを、前記差動
排気部の初段部の部材を介して供給してなることを特徴
とする請求項3記載のガス測定用オンラインモニター装
置。
18. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 3, wherein said gas having a known component is supplied via a member at a first stage of said differential exhaust unit.
【請求項19】前記試料ガスを導入する手段と前記差動
排気部の初段部との間に、前記試料ガス中の腐食性ガス
の濃度を希釈する新たなガスを供給する手段を、前記試
料ガスを導入する手段内に具備していることを特徴とす
る請求項1記載のガス測定用オンラインモニター装置。
19. The apparatus according to claim 19, further comprising: a means for supplying a new gas for diluting the concentration of the corrosive gas in the sample gas between the means for introducing the sample gas and the first stage of the differential pumping section. 2. The online monitoring device for gas measurement according to claim 1, wherein the online monitoring device is provided in a means for introducing gas.
【請求項20】前記試料ガスを導入する手段と、前記質
量分析計に前記イオン化した試料ガスを透過し輸送する
前記差動排気部の初段部との間に、前記試料ガス中の腐
食性ガスの濃度を希釈する新たなガスを供給する手段
を、前記試料ガスを導入する手段内に具備し、かつ、該
新たなガスと前記試料ガスとの混合ガスを前記差動排気
部の初段部に取りこむために、前記差動排気部の初段部
に前記試料ガスを導入する手段と連通する孔もしくは切
り欠き部を具備してなることを特徴とする請求項1記載
のガス測定用オンラインモニター装置。
20. A corrosive gas in the sample gas between a means for introducing the sample gas and a first stage of the differential pumping section which transmits and transports the ionized sample gas to the mass spectrometer. Means for supplying a new gas for diluting the concentration of the sample gas is provided in the means for introducing the sample gas, and a mixed gas of the new gas and the sample gas is supplied to a first stage of the differential pumping section. 2. The online monitoring device for gas measurement according to claim 1, further comprising a hole or a cutout communicating with a means for introducing the sample gas at a first stage of the differential pumping section for taking in the sample gas.
【請求項21】前記試料ガスを導入する手段と、前記質
量分析計に前記イオン化した試料を透過し輸送する前記
差動排気部の初段部との間に、前記試料ガスの混入を防
止する空間を具備し、前記空間には予め成分の知れたガ
スを流入させ、常時置換してなり、かつ、該ガスを前記
差動排気部の初段部の部材を介して供給するよう構成し
たことを特徴とする請求項1記載のガス測定用オンライ
ンモニター装置。
21. A space for preventing the sample gas from being mixed between the means for introducing the sample gas and the first stage of the differential pumping section which transmits and transports the ionized sample to the mass spectrometer. A gas having a component known in advance is introduced into the space, and the gas is constantly replaced, and the gas is supplied through a member at a first stage of the differential exhaust unit. The online monitoring device for gas measurement according to claim 1, wherein
【請求項22】前記差動排気部の初段部の先端部を、鋭
角化して構成したことを特徴とする請求項21記載のガ
ス測定用オンラインモニター装置。
22. The online monitoring device for gas measurement according to claim 21, wherein the front end of the first stage of the differential exhaust section is formed to have an acute angle.
【請求項23】前記差動排気部の初段部と終段部との間
に形成される各低真空室のイオン通過孔の先端部を鋭角
化して構成したことを特徴とする請求項1記載のガス測
定用オンラインモニター装置。
23. The low vacuum chamber formed between the first stage and the last stage of the differential pumping section, wherein the tip of the ion passage hole is formed to be acute. Online monitoring device for gas measurement.
【請求項24】前記差動排気部の初段部と終段部との間
に形成される各低真空室は、各室に対応した排気ポンプ
にて独立して排気されてなることを特徴とする請求項1
記載のガス測定用オンラインモニター装置。
24. Each of the low vacuum chambers formed between the first stage and the last stage of the differential exhaust section is independently evacuated by an exhaust pump corresponding to each chamber. Claim 1
The online monitoring device for gas measurement according to the above.
【請求項25】前記差動排気部の初段部と終段部との間
に形成される各低真空室を、排気ポンプにて排気して所
定の圧力とし、かつ、前記各室の圧力を外部から調整で
きる手段を前記各室に具備させてなることを特徴とする
請求項1記載のガス測定用オンラインモニター装置。
25. Each of the low vacuum chambers formed between the first stage and the last stage of the differential pumping section is evacuated by an exhaust pump to a predetermined pressure, and the pressure of each chamber is reduced. 2. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 1, wherein said chambers are provided with means which can be adjusted from outside.
【請求項26】前記差動排気部の初段部と終段部との間
に形成される各低真空室を、ユニット化した部材にて構
成し、該ユニット化した部材にはそれぞれ圧力調整用の
孔を各室毎に具備し、かつ、該ユニットを一つの圧力室
として組み込みことで、前記差動圧力部を構成してなる
ことを特徴とする請求項1記載のガス測定用オンライン
モニター装置。
26. Each of the low vacuum chambers formed between the first stage and the last stage of the differential pumping section is constituted by a unitized member, and each of the unitized members has a pressure adjusting member. 2. An on-line monitoring apparatus for gas measurement according to claim 1, wherein said differential pressure section is constituted by providing a hole for each chamber and incorporating said unit as one pressure chamber. .
【請求項27】排ガスを試料サンプルとして導入する手
段と、該試料サンプルを導入する手段の一方の面側に設
けられ、該試料サンプルを大気圧下にてイオン化するた
めの複数のイオン化室を有するイオン化手段と、該イオ
ン化した試料サンプル中の成分を分析する質量分析部と
を具備してなり、かつ、該試料サンプルを導入する手段
のもう一方の面側にあって、該イオン化した試料サンプ
ルを高真空域の該質量分析計に入射するため、段階的に
構成した比較的低真空室からなる差動排気部の初段部を
配置し、該差動排気部の終段部に該質量分析部を配置構
成してなることを特徴とするガス測定用オンラインモニ
ター装置。
27. Means for introducing exhaust gas as a sample sample, and a plurality of ionization chambers provided on one surface side of the sample sample introduction means for ionizing the sample sample under atmospheric pressure. An ionization means, comprising a mass spectrometer for analyzing components in the ionized sample sample, and on the other surface side of the means for introducing the sample sample, the ionized sample sample In order to enter the mass spectrometer in a high vacuum region, a first stage of a differential pumping unit consisting of a relatively low vacuum chamber configured in a stepwise manner is arranged, and the mass spectrometer is disposed at a final stage of the differential pumping unit. An on-line monitoring device for gas measurement, comprising:
【請求項28】前記試料サンプルを導入する手段と、前
記高真空域の質量分析計に前記イオン化した試料サンプ
ルを透過或いは輸送する前記差動排気部のインターフェ
イスの初段部間に、前記試料サンプルの混入を防止する
空間を具備してなり、かつ、該空間には予め成分の知れ
たガスを流入させ、常時、置換されるよう構成したこと
を特徴とする請求項27記載のガス測定用オンラインモ
ニター装置。
28. The apparatus according to claim 28, further comprising: means for introducing the sample sample; and a first stage of an interface of the differential pumping section for transmitting or transporting the ionized sample sample to the high vacuum mass spectrometer. 28. The online monitor for gas measurement according to claim 27, further comprising a space for preventing mixing, wherein a gas having a known component is introduced into the space, and the gas is constantly replaced. apparatus.
【請求項29】前記イオン化手段は、高電圧を印加する
ことにより生成するコロナ放電を用いて、前記各イオン
化室に分流して流入する試料サンプル毎に、独立してイ
オン化してなることを特徴とする請求項27記載のガス
測定用オンラインモニター装置。
29. The apparatus according to claim 29, wherein the ionization means is independently ionized for each sample sample which flows into each of the ionization chambers by using corona discharge generated by applying a high voltage. The online monitoring device for gas measurement according to claim 27, wherein
【請求項30】試料ガスを導入する手段と、該試料ガス
を導入する手段の前段に設けられ、該試料ガスを略大気
圧下でイオン化する少なくとも一つのイオン化手段と、
該試料ガスを導入する手段の後段に設けられ、段階的に
低圧力化した多段の真空室からなる差動排気部と、該差
動排気部を通過した該試料ガスのイオンを導入して該試
料ガスの成分を分析するための質量分析部とを具備して
なり、かつ、該試料ガスを導入する手段と該差動排気部
との間に、該試料ガスの該差動排気部への混入を防止す
る空間を設けて、該空間には予め成分の知れたガスを流
入させ、常時置換するよう構成したことを特徴とするガ
ス測定用オンラインモニター装置。
30. A means for introducing a sample gas, and at least one ionization means provided before the means for introducing the sample gas and ionizing the sample gas under substantially atmospheric pressure.
A differential exhaust unit, which is provided at a stage subsequent to the means for introducing the sample gas and comprises a multi-stage vacuum chamber whose pressure is reduced stepwise, and introduces ions of the sample gas that has passed through the differential exhaust unit to A mass spectrometer for analyzing the components of the sample gas; and, between the means for introducing the sample gas and the differential exhaust unit, the sample gas is supplied to the differential exhaust unit. An on-line monitoring apparatus for gas measurement, wherein a space for preventing mixing is provided, and a gas having a known component is introduced into the space, and the gas is constantly replaced.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005129484A (en) * 2003-10-03 2005-05-19 Mitsui Chemicals Inc Discharge plasma generating method and device for same
JP2006086002A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Hitachi Ltd Mass spectrometer
EP1580794A3 (en) * 2004-03-10 2006-11-02 Hitachi Ltd. Mass spectrometric apparatus and ion source
WO2008153199A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 University Of Yamanashi Ionization analysis method and device
JP2009076222A (en) * 2007-09-19 2009-04-09 Hitachi Ltd Ion source, ion concentration apparatus using the same, and method for operating ion source
WO2011114587A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 国立大学法人 東京大学 Method of analyzing microparticle composition and microparticle composition analyzing device
CN102224562A (en) * 2008-09-23 2011-10-19 塞莫费雪科学(不来梅)有限公司 Ion trap for cooling ions
CN102788861A (en) * 2012-08-24 2012-11-21 浙江省海洋水产研究所 Method for catching and detecting static headspace gas chromatography electrons of eleven chlorobenzene compounds in water
GB2489623B (en) * 2007-09-07 2013-03-06 Ionics Mass Spectrometry Group Multi-pressure stage mass spectrometer and methods
WO2014132357A1 (en) * 2013-02-27 2014-09-04 株式会社島津製作所 Mass spectrometer
JP2017215275A (en) * 2016-06-02 2017-12-07 いすゞ自動車株式会社 Method and system for measuring amount of unburned fuel in exhaust gas
WO2019175478A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Karsa Oy Hydrogen halide detection

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4746844B2 (en) * 2003-10-03 2011-08-10 三井化学株式会社 Discharge plasma generation method and apparatus
JP2005129484A (en) * 2003-10-03 2005-05-19 Mitsui Chemicals Inc Discharge plasma generating method and device for same
EP1580794A3 (en) * 2004-03-10 2006-11-02 Hitachi Ltd. Mass spectrometric apparatus and ion source
US7164124B2 (en) 2004-03-10 2007-01-16 Hitachi, Ltd. Mass spectrometric apparatus and ion source
JP2006086002A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Hitachi Ltd Mass spectrometer
JP4492267B2 (en) * 2004-09-16 2010-06-30 株式会社日立製作所 Mass spectrometer
WO2008153199A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 University Of Yamanashi Ionization analysis method and device
GB2489623B (en) * 2007-09-07 2013-03-06 Ionics Mass Spectrometry Group Multi-pressure stage mass spectrometer and methods
JP2009076222A (en) * 2007-09-19 2009-04-09 Hitachi Ltd Ion source, ion concentration apparatus using the same, and method for operating ion source
CN102224562A (en) * 2008-09-23 2011-10-19 塞莫费雪科学(不来梅)有限公司 Ion trap for cooling ions
JP2012503298A (en) * 2008-09-23 2012-02-02 サーモ フィッシャー サイエンティフィック (ブレーメン) ゲーエムベーハー Ion trap for cooling ions
WO2011114587A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 国立大学法人 東京大学 Method of analyzing microparticle composition and microparticle composition analyzing device
CN103026199A (en) * 2010-03-17 2013-04-03 国立大学法人东京大学 Method of analyzing microparticle composition and microparticle composition analyzing device
JP5659351B2 (en) * 2010-03-17 2015-01-28 国立大学法人 東京大学 Fine particle composition analysis method and fine particle composition analyzer
US9285298B2 (en) 2010-03-17 2016-03-15 The University Of Tokyo Method of analyzing microparticle composition and microparticle composition analyzing device
CN102788861A (en) * 2012-08-24 2012-11-21 浙江省海洋水产研究所 Method for catching and detecting static headspace gas chromatography electrons of eleven chlorobenzene compounds in water
WO2014132357A1 (en) * 2013-02-27 2014-09-04 株式会社島津製作所 Mass spectrometer
JP2017215275A (en) * 2016-06-02 2017-12-07 いすゞ自動車株式会社 Method and system for measuring amount of unburned fuel in exhaust gas
WO2019175478A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Karsa Oy Hydrogen halide detection

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