JP2002181791A - Detector for chemical substance - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、化学物質検出装
置に係り、特に、特定の化学物質を高精度に検出するこ
とができる化学物質検出装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical substance detecting device, and more particularly to a chemical substance detecting device capable of detecting a specific chemical substance with high accuracy.
【0002】[0002]
【従来の技術】クロロベンゼン類、ダイオキシン類のよ
うな微量で有害な化学物質が、燃焼炉、金属精錬炉から
排出される排ガス中に含まれて排出されている。このよ
うな、微量有害物質の検出および濃度測定を的確に行う
ことが、特に強く求められている。2. Description of the Related Art Trace amounts of harmful chemical substances such as chlorobenzenes and dioxins are contained in exhaust gas discharged from combustion furnaces and metal refining furnaces and are discharged. There is a particularly strong demand for accurate detection and concentration measurement of such trace harmful substances.
【0003】上述のような化学物質の検出、濃度測定の
ための装置として、ガスクロマトグラフ法、質量分析法
のような慣用技術によるものが知られており、そのう
ち、質量分析法は、ガスクロマトグラフ法に比べて、そ
の計測時間が短い点で優れている。[0003] As a device for detecting and measuring the concentration of a chemical substance as described above, devices using conventional techniques such as gas chromatography and mass spectrometry are known. Of these, mass spectrometry is based on gas chromatography. It is superior in that the measurement time is short as compared with.
【0004】質量分析法は、RF放電(高周波放電)に
よるプラズマ、電子銃による電子ビームなどを用いてサ
ンプルガスをイオン化し、そのイオンを一瞬に加速して
質量分離を行い、その質量数に対応する飛行時間を計測
することにより、その物質を同定する方法である。[0004] In the mass spectrometry, a sample gas is ionized using plasma by RF discharge (high frequency discharge), an electron beam from an electron gun, etc., and the ions are instantaneously accelerated to perform mass separation and correspond to the mass number. This is a method of identifying the substance by measuring the time of flight.
【0005】上述のような飛行時間型質量分析法は、サ
ンプルガスをイオン化するプロセスで、検出対象物質以
外の物質がイオン化したり、検出対象物質、検出対象で
ない物質の質量がより小さい分子、原子に分解され、分
解されて生成するフラグメントが複雑になって、特定物
質の同定が困難であり、その計測感度の低下を招いてい
る。The time-of-flight mass spectrometry described above is a process of ionizing a sample gas. In the process of ionizing a sample gas, a substance other than a substance to be detected is ionized, and a substance or an atom having a smaller mass of the substance to be detected or a substance not to be detected is smaller. The fragments generated by the decomposition are complicated, and it is difficult to identify a specific substance, resulting in a decrease in the measurement sensitivity.
【0006】このため、サンプルガス中の計測対象物質
以外の物質のイオン化を防止する技術が開発されてい
る。また、計測対象物質の光吸収波長に合わせたレーザ
光を照射し、その物質を選択的に多光子イオン化する共
鳴多光子イオン化法が知られている。For this reason, techniques for preventing ionization of substances other than the substance to be measured in the sample gas have been developed. Also known is a resonance multiphoton ionization method in which a laser beam is radiated in accordance with the light absorption wavelength of a substance to be measured, and the substance is selectively multiphoton ionized.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、計測感度を高
めることができる共鳴多光子イオン化法は、クロロベン
ゼン類、ダイオキシン類のうちで、ジクロロベンゼン、
トリクロロベンゼンのような塩素が多く含まれる物質ほ
ど、イオン化の効率が低下し、その計測感度が低下する
ので、イオン化効率の低下を補うために、超短パルスレ
ーザが必要になる。このため、従来装置では、上述のよ
うな特定物質の計測のために、高価な装置となってしま
う。However, the resonance multiphoton ionization method capable of increasing the measurement sensitivity is based on dichlorobenzene, chlorobenzene or dioxin.
A substance containing a larger amount of chlorine, such as trichlorobenzene, has a lower ionization efficiency and lower measurement sensitivity. Therefore, an ultrashort pulse laser is required to compensate for the lower ionization efficiency. For this reason, the conventional apparatus is an expensive apparatus for measuring the specific substance as described above.
【0008】そこで、この出願人は、特定物質のイオン
化効率を高め、光子エネルギーより高いイオン化エネル
ギーを持つ他物質のイオン化の阻止、及び特定物質のフ
ラグメント生成を抑制することで計測感度を向上するこ
とと、装置の低コスト化、簡素化を図れる化学物質検出
装置(特願2000−178985号)を先に出願し
た。Therefore, the applicant of the present invention has improved the ionization efficiency of a specific substance, prevented the ionization of another substance having an ionization energy higher than the photon energy, and improved the measurement sensitivity by suppressing the generation of fragments of the specific substance. And a chemical substance detection device (Japanese Patent Application No. 2000-178985) capable of reducing the cost and simplifying the device.
【0009】先願の化学物質検出装置は、サンプルガス
を真空紫外光によりイオン化するイオン化手段と、前記
真空紫外光によりイオン化されたイオンのうち、特定質
量のイオンを蓄積するイオントラップと、前記イオント
ラップ中に蓄積された前記イオンを加速させ、その加速
されたイオンの飛行時間に基づいて前記サンプルガス中
の前記特定質量の化学物質を同定する飛行時間型質量分
析手段と、を備える。[0009] The chemical substance detection device of the prior application comprises an ionization means for ionizing a sample gas with vacuum ultraviolet light, an ion trap for accumulating ions of a specific mass among the ions ionized by the vacuum ultraviolet light, Time-of-flight mass spectrometry means for accelerating the ions accumulated in the trap and identifying the chemical substance of the specific mass in the sample gas based on the time of flight of the accelerated ions.
【0010】この発明は、先願の化学物質検出装置の改
良にかかり、特定の化学物質を高精度に検出することが
できる化学物質検出装置を提供することを目的としてい
る。An object of the present invention is to improve a chemical substance detecting apparatus of the prior application and to provide a chemical substance detecting apparatus capable of detecting a specific chemical substance with high accuracy.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1にかかる発明は、真空紫外光が透過し、
かつ、イオントラップの機能が維持される手段が、イオ
ントラップに設けられていることを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that vacuum ultraviolet light is transmitted,
Further, the means for maintaining the function of the ion trap is provided in the ion trap.
【0012】この結果、請求項1にかかる発明は、真空
紫外光透過兼イオントラップ機能維持手段により、イオ
ントラップ中においてイオンを蓄積する機能が阻害され
ることなく、イオントラップ中に照射される真空紫外光
の照射体積を増加させることができる。これにより、イ
オントラップ中で真空紫外光によりイオン化されるイオ
ンの生成量が大量となるので、飛行時間型質量分析手段
の計測感度が向上され、その分、特定の化学物質を高精
度に検出することができる。As a result, the invention according to claim 1 is characterized in that the vacuum ultraviolet light transmission and ion trap function maintaining means does not impede the function of accumulating ions in the ion trap without impeding the function of accumulating ions in the ion trap. The irradiation volume of ultraviolet light can be increased. As a result, the amount of ions that are ionized by vacuum ultraviolet light in the ion trap becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance is detected with high accuracy. be able to.
【0013】また、請求項2にかかる発明は、真空紫外
光を入射方向と異なる方向に反射させる反射手段が、イ
オントラップに設けられていることを特徴とする。Further, the invention according to claim 2 is characterized in that a reflecting means for reflecting vacuum ultraviolet light in a direction different from the incident direction is provided in the ion trap.
【0014】この結果、請求項2にかかる発明は、反射
手段により、イオントラップ中に照射された真空紫外光
が入射方向と異なった方向に反射されるので、イオント
ラップ中を1回通過した真空紫外光を再度利用すること
ができる。これにより、イオントラップ中で真空紫外光
によりイオン化されるイオンの生成量が大量となるの
で、飛行時間型質量分析手段の計測感度が向上され、そ
の分、特定の化学物質を高精度に検出することができ
る。As a result, the invention according to claim 2 is characterized in that the reflecting means reflects the vacuum ultraviolet light radiated into the ion trap in a direction different from the incident direction. Ultraviolet light can be reused. As a result, the amount of ions that are ionized by vacuum ultraviolet light in the ion trap becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance is detected with high accuracy. be able to.
【0015】さらに、請求項3にかかる発明は、反射手
段が凸面鏡である、ことを特徴とする。Further, the invention according to claim 3 is characterized in that the reflecting means is a convex mirror.
【0016】この結果、請求項3にかかる発明は、反射
手段を凸面鏡とすることにより、真空紫外光を拡散反射
光として拡散反射させることができるので、さらに、イ
オントラップ中のサンプルガスと真空紫外光との照射体
積を増加させることができる。これにより、イオントラ
ップ中で真空紫外光によりイオン化されるイオンの生成
量が大量となるので、飛行時間型質量分析手段の計測感
度が向上され、その分、特定の化学物質を高精度に検出
することができる。As a result, according to the third aspect of the present invention, since the reflecting means is a convex mirror, the vacuum ultraviolet light can be diffused and reflected as diffuse reflection light, so that the sample gas in the ion trap and the vacuum ultraviolet light can be further reflected. The irradiation volume with light can be increased. As a result, the amount of ions that are ionized by vacuum ultraviolet light in the ion trap becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance is detected with high accuracy. be able to.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる化学物質
検出装置の実施の形態の2例を添付図面を参照して説明
する。なお、この実施の形態によりこの化学物質検出装
置が限定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Two embodiments of a chemical substance detecting apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that this embodiment does not limit the chemical substance detection device.
【0018】(実施の形態1の構成の説明)図1〜図3
は、この発明にかかる化学物質検出装置の実施の形態1
を示す。図1において、1はサンプルガスを真空紫外光
によりイオン化するイオン化手段である。このイオン化
手段1は、主に、イオン化室2と、サンプルガス導入管
3と、イオン加速電極4と、真空紫外光発生手段として
のランプ5とから構成されている。前記イオン化室2中
には、サンプルガス(図示せず)が前記サンプルガス導
入管3を介して導入されている。また、前記イオン加速
電極4は、後記イオントラップ9と後記飛行時間型質量
分析手段19との間に配置されている。(Description of Configuration of First Embodiment) FIGS. 1 to 3
Is a first embodiment of a chemical substance detection device according to the present invention.
Is shown. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes ionization means for ionizing a sample gas with vacuum ultraviolet light. The ionization means 1 mainly includes an ionization chamber 2, a sample gas introduction tube 3, an ion acceleration electrode 4, and a lamp 5 as a vacuum ultraviolet light generation means. A sample gas (not shown) is introduced into the ionization chamber 2 through the sample gas introduction pipe 3. The ion accelerating electrode 4 is disposed between an ion trap 9 described later and a time-of-flight mass spectrometer 19 described later.
【0019】前記ランプ5は、供給されたランプガス6
(たとえば、H2 /Heなど)をμ波で放電させて、H
2 の固有の発光線エネルギー10.2eVを持つ真空紫
外光7を発生させるものである。このランプ5は、放電
するランプガス6の種類を変えることにより、発生する
真空紫外光7の持つ光子エネルギー量を変化させて、イ
オン化する物質を選定することができる。また、このラ
ンプ5中は、たとえば、約10Torr以下に減圧され
ている。The lamp 5 is provided with a supplied lamp gas 6.
(E.g., H 2 / He, etc.) were discharged at μ-wave, H
It generates vacuum ultraviolet light 7 having two specific emission line energies of 10.2 eV. In the lamp 5, a substance to be ionized can be selected by changing the amount of photon energy of the generated vacuum ultraviolet light 7 by changing the type of the lamp gas 6 to be discharged. The pressure in the lamp 5 is reduced to, for example, about 10 Torr or less.
【0020】前記ランプ5は、MgF2 窓8を介して前
記イオン化室2に配置されている。前記真空紫外光7
は、前記MgF2 窓8を経て前記イオン化室2中に照射
される。前記MgF2 窓8は、真空紫外光7の透過性が
良い。The lamp 5 is disposed in the ionization chamber 2 through a MgF 2 window 8. The vacuum ultraviolet light 7
Is irradiated into the ionization chamber 2 through the MgF 2 window 8. The MgF 2 window 8 has good transmittance of the vacuum ultraviolet light 7.
【0021】図1において、9は前記真空紫外光7によ
りイオン化されたイオンのうち、特定質量のイオンを蓄
積するイオントラップである。このイオントラップ9
は、前記イオン化室2中に配置されている。また、この
イオントラップ9は、図2に示すように、2個のエンド
キャップ電極10、11と、1個のリング電極12とか
ら構成されている。In FIG. 1, reference numeral 9 denotes an ion trap for accumulating ions of a specific mass among the ions ionized by the vacuum ultraviolet light 7. This ion trap 9
Is disposed in the ionization chamber 2. The ion trap 9 is composed of two end cap electrodes 10 and 11 and one ring electrode 12, as shown in FIG.
【0022】前記エンドキャップ電極10、11および
前記リング電極12は、その内面が凸曲面をなす。前記
リング電極12のほぼ中央には、前記真空紫外光7が照
射されるための孔、すなわち照射孔13が設けられてい
る。前記照射孔13には、真空紫外光透過兼イオントラ
ップ機能維持手段としての金属メッシュ25が設けられ
ている。The inner surfaces of the end cap electrodes 10 and 11 and the ring electrode 12 are convex. A hole through which the vacuum ultraviolet light 7 is irradiated, that is, an irradiation hole 13 is provided substantially at the center of the ring electrode 12. The irradiation hole 13 is provided with a metal mesh 25 as vacuum ultraviolet light transmission and ion trap function maintaining means.
【0023】前記金属メッシュ25は、メッシュの開口
により、前記真空紫外光7の大部分を前記照射孔13を
経て透過させることができる。また、前記金属メッシュ
25は、金属の導電性により、前記照射孔13がある程
度大きくても、前記イオントラップ9の電界が乱されず
に後記イオン18を蓄積することができる。すなわち、
前記金属メッシュ25は、前記真空紫外光7を透過さ
せ、かつ、前記イオントラップ9の機能を維持すること
ができる。The metal mesh 25 allows most of the vacuum ultraviolet light 7 to pass through the irradiation hole 13 through the opening of the mesh. Further, the metal mesh 25 can accumulate ions 18 described below without disturbing the electric field of the ion trap 9 even if the irradiation hole 13 is somewhat large due to the conductivity of the metal. That is,
The metal mesh 25 can transmit the vacuum ultraviolet light 7 and maintain the function of the ion trap 9.
【0024】前記照射孔13の大きさは、前記真空紫外
光7が前記イオントラップ9中に十分に照射される程度
の大きさであって、前記金属メッシュ25により、前記
イオントラップ9の電界シールド機能が損なわれない程
度の大きさである。The size of the irradiation hole 13 is such that the vacuum ultraviolet light 7 is sufficiently irradiated into the ion trap 9, and the metal mesh 25 is used to shield the electric field of the ion trap 9. The size is such that the function is not impaired.
【0025】前記2個のエンドキャップ電極の一方11
のほぼ中央には、蓄積されたイオンを外に引き出すため
の小さな孔、すなわち引き出し孔14が設けられてい
る。前記照射孔13と、前記引き出し孔14とは、ほぼ
直交する方向にそれぞれ設けられている。すなわち、前
記イオントラップ9とイオン加速電極4との間のイオン
加速域25に真空紫外光7が照射されない位置に、前記
ランプ5が配置されることとなる。また、前記真空紫外
光7の照射方向と後記イオン18の加速方向とが合致し
ない方向に、前記ランプ5が配置されることとなる。One of the two end cap electrodes 11
Is provided with a small hole for extracting the accumulated ions to the outside, that is, an extraction hole 14. The irradiation hole 13 and the extraction hole 14 are provided in directions substantially orthogonal to each other. That is, the lamp 5 is disposed at a position where the vacuum region 7 is not irradiated with the vacuum ultraviolet light 7 between the ion trap 9 and the ion acceleration electrode 4. Further, the lamp 5 is arranged in a direction in which the irradiation direction of the vacuum ultraviolet light 7 does not coincide with the acceleration direction of the ions 18 described later.
【0026】前記エンドキャップ電極10、11の端部
とリング電極12の端部との間には、絶縁物15(たと
えば、セラミック製の絶縁物)が固定されている。そし
て、これらエンドキャップ電極10、11およびリング
電極12および絶縁物15は、ホルダ16により、保持
されている。An insulator 15 (for example, a ceramic insulator) is fixed between the ends of the end cap electrodes 10 and 11 and the end of the ring electrode 12. The end cap electrodes 10 and 11, the ring electrode 12, and the insulator 15 are held by a holder 16.
【0027】前記イオントラップ9中、すなわち、前記
エンドキャップ電極10、11および前記リング電極1
2で形成される空間24中には、イオン化室2中のサン
プルガス(図示せず)が前記照射孔13および引き出し
孔14を介して充満している。前記空間24中に充満し
ているサンプルガスは、前記真空紫外光7によりイオン
化される。In the ion trap 9, ie, the end cap electrodes 10, 11 and the ring electrode 1
2 is filled with a sample gas (not shown) in the ionization chamber 2 through the irradiation hole 13 and the extraction hole 14. The sample gas filling the space 24 is ionized by the vacuum ultraviolet light 7.
【0028】前記エンドキャップ電極10、11および
前記リング電極12には、図1に示すように、高周波電
圧を印加するための高周波電源17が接続されている。
この高周波電源17から印加される高周波電圧の周波数
と電圧とを調整することにより、特定の質量のイオン1
8を前記空間24中において選別蓄積することができ
る。すなわち、周波数と電圧とが調整された高周波電界
により、特定の質量のイオン18がそのイオン軌道上を
対流して保持蓄積されるものである。その他のイオン
は、電極10、11、12に当って消失する。As shown in FIG. 1, a high-frequency power supply 17 for applying a high-frequency voltage is connected to the end cap electrodes 10 and 11 and the ring electrode 12.
By adjusting the frequency and voltage of the high-frequency voltage applied from the high-frequency power supply 17, ions 1 having a specific mass can be adjusted.
8 can be sorted and stored in the space 24. That is, the ions 18 having a specific mass are held and accumulated by convection on the ion orbit by the high-frequency electric field whose frequency and voltage are adjusted. Other ions disappear on the electrodes 10, 11 and 12.
【0029】前記イオントラップ9中のイオンの蓄積時
間は、蓄積する化学物質により変わるが、約1〜2秒間
である。その蓄積時間が終了した時点で、イオン加速電
極4に電圧を印加して電界を加える。すると、イオント
ラップ9中に蓄積されたイオン18が引き出し孔14か
ら外に引き出されて加速されることとなる。The accumulation time of the ions in the ion trap 9 varies depending on the chemical substance to be accumulated, but is about 1 to 2 seconds. At the end of the accumulation time, a voltage is applied to the ion acceleration electrode 4 to apply an electric field. Then, the ions 18 accumulated in the ion trap 9 are drawn out of the extraction hole 14 and accelerated.
【0030】図1において、19は前記加速されたイオ
ン18の飛行時間に基づいてサンプルガス中の特定質量
の化学物質を同定する飛行時間型質量分析手段(いわゆ
る、TOFMS)である。この飛行時間型質量分析手段
19の飛行室20が前記イオン化室2と連通して配置さ
れている。In FIG. 1, reference numeral 19 denotes time-of-flight mass spectrometry means (so-called TOFMS) for identifying a chemical substance having a specific mass in a sample gas based on the time of flight of the accelerated ions 18. A flight room 20 of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is arranged in communication with the ionization room 2.
【0031】前記飛行室20には、ポンプ21が接続さ
れている。このポンプ21の作動により、相互に連通す
る前記飛行室20および前記イオン化室2中の圧力が高
真空、たとえば、約10-5Torr以下に保持されてい
る。この高真空は、前記イオン化室2および前記飛行室
20中を飛行するイオン18が他の分子と衝突して消失
しない程度のものである。A pump 21 is connected to the flight room 20. By the operation of the pump 21, the pressure in the flight chamber 20 and the ionization chamber 2 communicating with each other is maintained at a high vacuum, for example, about 10 -5 Torr or less. This high vacuum is such that the ions 18 flying in the ionization chamber 2 and the flight chamber 20 do not collide with other molecules and disappear.
【0032】前記飛行室20のうち、前記イオン18が
到達する箇所には、イオン検出器22が設置されてい
る。このイオン検出器22は、たとえば、マイクロチャ
ンネルプレート(いわゆる、MCP)や電子増倍管など
から構成されているものである。このイオン検出器22
は、図3に示すように、前記イオン18を検出した時点
で信号を出力するものである。なお、前記イオン検出器
22の信号出力のレベルは、前記イオン18の量によっ
て変わる。An ion detector 22 is installed in the flight room 20 at a location where the ions 18 reach. The ion detector 22 includes, for example, a microchannel plate (so-called MCP), an electron multiplier, and the like. This ion detector 22
As shown in FIG. 3, a signal is output when the ions 18 are detected. The level of the signal output of the ion detector 22 changes depending on the amount of the ions 18.
【0033】前記イオン検出器22には、オシロスコー
プ23が接続されている。このオシロスコープ23は、
図3に示すように、前記イオン検出器22でイオン18
を検出した時点で出力する信号の時間波形を表示するも
のである。An oscilloscope 23 is connected to the ion detector 22. This oscilloscope 23
As shown in FIG. 3, the ions 18 are detected by the ion detector 22.
Is to display the time waveform of the signal to be output at the time when is detected.
【0034】(実施の形態1の作用の説明)この実施の
形態1における化学物質検出装置は、以上の如き構成か
らなり、以下、その作用について説明する。なお、この
例における検出対象の化学物質は、たとえば、ダイオキ
シン類やその前駆体である。(Explanation of the operation of the first embodiment) The chemical substance detecting device according to the first embodiment has the above-described configuration, and its operation will be described below. The chemical substance to be detected in this example is, for example, dioxins and their precursors.
【0035】まず、サンプルガスをサンプルガス導入管
3を介してイオン化室2中に導入する。すると、サンプ
ルガスは、照射孔13および引き出し孔14を介してイ
オントラップ9の空間24中に充満する。First, a sample gas is introduced into the ionization chamber 2 through the sample gas introduction pipe 3. Then, the sample gas fills the space 24 of the ion trap 9 via the irradiation hole 13 and the extraction hole 14.
【0036】一方、ランプ5を作動させて真空紫外光7
を、MgF2 窓8と、イオン化室2中のイオントラップ
9の照射孔13に設けた金属メッシュ25の開口とを経
て、イオントラップ9中に照射させる。すると、サンプ
ルガスは、真空紫外光7により、イオン化される。この
とき、前記真空紫外光7の前記イオントラップ9中への
照射体積は、前記照射孔13の開口の大きさに伴なって
増大する。また、前記真空紫外光7は、イオントラップ
9とイオン加速電極4との間のイオン加速域25には照
射されない。On the other hand, the lamp 5 is operated and the vacuum ultraviolet light 7
Through the MgF 2 window 8 and the opening of the metal mesh 25 provided in the irradiation hole 13 of the ion trap 9 in the ionization chamber 2. Then, the sample gas is ionized by the vacuum ultraviolet light 7. At this time, the irradiation volume of the vacuum ultraviolet light 7 into the ion trap 9 increases with the size of the irradiation hole 13. Further, the vacuum ultraviolet light 7 is not applied to the ion acceleration region 25 between the ion trap 9 and the ion acceleration electrode 4.
【0037】前記真空紫外光7の照射において、サンプ
ルガス中の検出対象の化学物質のイオン化エネルギーに
対して、それよりも高い光子エネルギーを持つ真空紫外
光7を照射する。この結果、検出対象の化学物質は、1
光子エネルギーにより、イオン化されるので、イオン化
効率が良い。In the irradiation of the vacuum ultraviolet light 7, the vacuum ultraviolet light 7 having a photon energy higher than the ionization energy of the chemical substance to be detected in the sample gas is irradiated. As a result, the chemical substance to be detected is 1
Since ionization is performed by photon energy, ionization efficiency is high.
【0038】イオン化されたイオンのうち、特定質量の
イオン18は、イオントラップ9中の空間24において
1〜2秒間蓄積される。これにより、イオン18の密度
が高くなる。Among the ionized ions, ions 18 having a specific mass are accumulated in the space 24 in the ion trap 9 for 1 to 2 seconds. Thereby, the density of the ions 18 increases.
【0039】イオン18がイオントラップ9において蓄
積された後、イオン加速電極4に電圧を印加する。する
と、イオントラップ9中のイオン18パケット(集団)
が引き出し孔14から引き出されて加速される。このと
き、前記イオン18パケットの引き出し加速方向と、前
記真空紫外光7の照射方向とは、ほぼ直交する。After the ions 18 are accumulated in the ion trap 9, a voltage is applied to the ion acceleration electrode 4. Then, 18 packets (group) of ions in the ion trap 9
Is extracted from the extraction hole 14 and accelerated. At this time, the direction of accelerating the extraction of the ions 18 packets and the direction of irradiation of the vacuum ultraviolet light 7 are substantially orthogonal.
【0040】加速されたイオン18パケットは、イオン
化室2および飛行室20中を飛行してイオン検出器22
に到達する。そのイオン18パケットの飛行時間に基づ
いてサンプルガス中の特定質量の化学物質が同定され
る。The accelerated packet of the ions 18 flies through the ionization chamber 2 and the flight room 20 and travels through the ion detector 22.
To reach. A specific mass of chemical substance in the sample gas is identified based on the flight time of the 18 packets of the ions.
【0041】たとえば、図3に示すように、飛行時間
(μs)がT1の場合、質量M1(たとえば、112)
の化学物質X1(たとえば、モノクロロベンゼン)が同
定される。また、飛行時間(μs)がT2の場合、質量
M2(たとえば、146)の化学物質X2(たとえば、
ジクロロベンゼン)が同定される。ここで、図3におい
て、時間0は、イオン加速電極4に電圧を印加した時点
をいう。For example, as shown in FIG. 3, when the flight time (μs) is T1, the mass M1 (eg, 112)
Of the chemical substance X1 (for example, monochlorobenzene) are identified. When the flight time (μs) is T2, the chemical substance X2 (for example, 146) of mass M2 (for example, 146)
Dichlorobenzene) is identified. Here, in FIG. 3, time 0 refers to a point in time when a voltage is applied to the ion acceleration electrode 4.
【0042】しかも、図3に示すように、イオン検出器
22からの信号出力のレベルから検出対象の化学物質の
濃度が判明する。たとえば、濃度特性から、基準の信号
出力レベル(図3中の最小の三角形のレベル)の濃度を
1ppmとする。この場合において、飛行時間T1にお
ける信号出力レベルS1が基準の信号出力レベルの2倍
となっているので、質量M1の化学物質X1の濃度は、
2ppmとなる。また、飛行時間T2における信号出力
レベルS2が基準の信号出力レベルの3倍となっている
ので、質量M2の化学物質X2の濃度は、3ppmとな
る。Further, as shown in FIG. 3, the concentration of the chemical substance to be detected can be determined from the level of the signal output from the ion detector 22. For example, based on the density characteristics, the density of the reference signal output level (the minimum triangular level in FIG. 3) is 1 ppm. In this case, since the signal output level S1 at the flight time T1 is twice the reference signal output level, the concentration of the chemical substance X1 in the mass M1 is:
It becomes 2 ppm. Further, since the signal output level S2 at the flight time T2 is three times the reference signal output level, the concentration of the chemical substance X2 of the mass M2 is 3 ppm.
【0043】(実施の形態1の効果の説明)このよう
に、この実施の形態1における化学物質検出装置は、金
属メッシュ25の開口により、真空紫外光7の大部分を
照射孔13を経て透過させることができる。また、金属
メッシュ25の導電性により、照射孔13がある程度大
きくても、イオントラップ9の電界が乱されずにイオン
18を蓄積することができる。(Explanation of Effect of First Embodiment) As described above, in the chemical substance detecting device according to the first embodiment, most of the vacuum ultraviolet light 7 is transmitted through the irradiation hole 13 by the opening of the metal mesh 25. Can be done. Further, due to the conductivity of the metal mesh 25, even when the irradiation hole 13 is large to some extent, the electric field of the ion trap 9 can be stored without disturbing the ions 18.
【0044】この結果、この実施の形態1における化学
物質検出装置は、金属メッシュ25により、イオントラ
ップ9中においてイオン18を蓄積する機能が阻害され
ることなく、イオントラップ9中に照射される真空紫外
光7の照射体積を増加させることができる。これによ
り、イオントラップ9中で真空紫外光7によりイオン化
されるイオン18の生成量が大量となるので、飛行時間
型質量分析手段19の計測感度が向上され、その分、特
定の化学物質を高精度に検出することができる。As a result, in the chemical substance detecting device according to the first embodiment, the vacuum applied to the ion trap 9 by the metal mesh 25 is not hindered by the function of accumulating the ions 18 in the ion trap 9. The irradiation volume of the ultraviolet light 7 can be increased. As a result, the amount of ions 18 ionized by the vacuum ultraviolet light 7 in the ion trap 9 becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is improved, and the specific chemical substance is accordingly increased. It can be detected with high accuracy.
【0045】特に、この実施の形態1においては、サン
プルガスは、真空紫外光7の1光子エネルギーにより、
イオン化されるので、イオン化効率が良い。In particular, in the first embodiment, the sample gas is generated by the one-photon energy of the vacuum ultraviolet light 7.
Since it is ionized, the ionization efficiency is good.
【0046】また、この実施の形態1においては、真空
紫外光7の発生手段としてランプ5を使用したので、コ
スト上非常に優れている。しかも、ランプ5は、パルス
レーザと比較して、光子密度が小さいが、連続発光であ
るから、光子量はトータル的にほぼ同等となる。その
上、イオントラップ9でイオンを蓄積するので、光子密
度の小ささは、特に問題とはならない。In the first embodiment, since the lamp 5 is used as the means for generating the vacuum ultraviolet light 7, the cost is very excellent. In addition, although the lamp 5 has a lower photon density than the pulse laser, the lamp 5 emits light continuously, so that the total amount of photons is substantially equal. In addition, since the ions are accumulated in the ion trap 9, the low photon density does not cause any particular problem.
【0047】さらに、この実施の形態1においては、飛
行時間型質量分析手段19として、イオン18が直進す
るリニア型方式のものを使用する。このために、イオン
が電極により反射するリフレクトロン型方式の飛行時間
型質量分析手段と比較して、イオンが電極に衝突して消
失する量が少ない。この結果、この実施の形態において
は、イオン検出器22におけるイオン18の検出が正確
となる。Further, in the first embodiment, as the time-of-flight mass spectrometry means 19, a linear type in which the ions 18 travel straight is used. For this reason, compared with the reflectron type time-of-flight mass spectrometer in which the ions are reflected by the electrodes, the amount of the ions colliding with the electrodes and disappearing is small. As a result, in this embodiment, the detection of the ions 18 by the ion detector 22 becomes accurate.
【0048】さらにまた、この実施の形態1における化
学物質検出装置は、イオン18の引き出し加速方向と真
空紫外光7の照射方向とが直交するものであるから、真
空紫外光7がイオントラップ9とイオン加速電極4との
間のイオン加速域に照射されない。このために、イオン
加速域に存在するサンプルガスが真空紫外光7によりイ
オン化してノイズとなるのを抑制することができる。そ
の結果、飛行時間型質量分析手段19の計測感度が向上
され、その分、特定の化学物質を高精度に検出すること
ができる。Further, in the chemical substance detecting device according to the first embodiment, since the accelerating direction of the extraction of the ions 18 and the irradiation direction of the vacuum ultraviolet light 7 are orthogonal to each other, the vacuum ultraviolet light 7 It is not irradiated to the ion acceleration region between the ion accelerating electrode 4. For this reason, it is possible to suppress the sample gas present in the ion acceleration region from being ionized by the vacuum ultraviolet light 7 and becoming a noise. As a result, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【0049】なお、この実施の形態1において、真空紫
外光透過兼イオントラップ機能維持手段としては、前記
金属メッシュ25以外でも、真空紫外光7の特定波長の
光を透過でき、かつ、照射孔13が大きくてもイオント
ラップ9の機能を維持できるものであれば良い。In the first embodiment, as means for transmitting the vacuum ultraviolet light and maintaining the ion trap function, other than the metal mesh 25, light having a specific wavelength of the vacuum ultraviolet light 7 can be transmitted and the irradiation hole 13 can be used. It is sufficient if the function of the ion trap 9 can be maintained even if the value is large.
【0050】(実施の形態2の説明)図4および図5
は、この発明にかかる化学物質検出装置の実施の形態2
を示す。図中、図1〜図3と同符号は、同一のものを示
す。(Explanation of Embodiment 2) FIGS. 4 and 5
Is a second embodiment of the chemical substance detection apparatus according to the present invention.
Is shown. In the drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 indicate the same components.
【0051】リング電極12のほぼ中央には、真空紫外
光7が照射されるための孔26が設けられている。この
照射孔26の開口面は、前記実施の形態1の照射孔13
よりも小さい。At substantially the center of the ring electrode 12, a hole 26 for irradiating the vacuum ultraviolet light 7 is provided. The opening surface of the irradiation hole 26 corresponds to the irradiation hole 13 of the first embodiment.
Less than.
【0052】前記リング電極12のほぼ中央であって、
前記照射孔26と対向する内面には、反射手段としての
凸面鏡27が設けられている。この凸面鏡27は、真空
紫外光7を入射方向と異なる方向に拡散反射光28とし
て反射させるものである。また、この凸面鏡27は、前
記イオントラップ9と別個のものから構成されている。At substantially the center of the ring electrode 12,
On an inner surface facing the irradiation hole 26, a convex mirror 27 as a reflection means is provided. The convex mirror 27 reflects the vacuum ultraviolet light 7 as diffuse reflection light 28 in a direction different from the incident direction. The convex mirror 27 is formed separately from the ion trap 9.
【0053】この実施の形態2における化学物質検出装
置は、凸面鏡27により、イオントラップ9中に照射さ
れた真空紫外光7が入射方向と異なった方向に反射され
るので、イオントラップ中を1回通過した真空紫外光7
を再度利用することができる。これにより、イオントラ
ップ9中で真空紫外光7によりイオン化されるイオン1
8の生成量が大量となるので、飛行時間型質量分析手段
の計測感度が向上され、その分、特定の化学物質を高精
度に検出することができる。In the chemical substance detecting device according to the second embodiment, the convex mirror 27 reflects the vacuum ultraviolet light 7 irradiated into the ion trap 9 in a direction different from the incident direction. Vacuum ultraviolet light that has passed 7
Can be used again. Thereby, the ions 1 ionized by the vacuum ultraviolet light 7 in the ion trap 9
Since the generation amount of 8 is large, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【0054】特に、この実施の形態2における化学物質
検出装置は、反射手段として凸面鏡27を使用したの
で、真空紫外光7を拡散反射光28として拡散反射させ
ることができる。この結果、イオントラップ9中のサン
プルガスと真空紫外光7との照射体積を増加させること
ができる。これにより、イオントラップ9中で真空紫外
光7によりイオン化されるイオン18の生成量が大量と
なるので、飛行時間型質量分析手段19の計測感度が向
上され、その分、特定の化学物質を高精度に検出するこ
とができる。In particular, since the chemical substance detection device according to the second embodiment uses the convex mirror 27 as the reflection means, the vacuum ultraviolet light 7 can be diffusely reflected as the diffuse reflection light 28. As a result, the irradiation volume of the sample gas in the ion trap 9 and the vacuum ultraviolet light 7 can be increased. As a result, the amount of the ions 18 ionized by the vacuum ultraviolet light 7 in the ion trap 9 becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is improved, and the specific chemical substance is accordingly increased. It can be detected with high accuracy.
【0055】なお、この実施の形態2において、反射手
段としては、イオントラップ9と別個の凸面鏡27を使
用したものであるが、イオントラップ9と別個のその他
の鏡であっても良い。また、イオントラップ9のリング
電極12の凸面を鏡面仕上げして、イオントラップ9と
一体の凸面鏡としても良い。In the second embodiment, as the reflecting means, a convex mirror 27 separate from the ion trap 9 is used, but another mirror separate from the ion trap 9 may be used. Further, the convex surface of the ring electrode 12 of the ion trap 9 may be mirror-finished to form a convex mirror integrated with the ion trap 9.
【0056】(実施の形態1、2以外の例)なお、この
実施の形態1、2においては、検出対象の化学物質とし
ては、ダイオキシン類やその前駆体であるが、この発明
は、その他の化学物質の検出にも適用できる。(Examples other than the first and second embodiments) In the first and second embodiments, the chemical substances to be detected are dioxins and their precursors. It can be applied to the detection of chemical substances.
【0057】また、この実施の形態1、2において、図
2中の二点鎖線にて示すように、サンプルガス導入管3
をイオントラップ9に接続して、サンプルガスをイオン
トラップ9中の空間24に直接導入するように構成して
も良い。これにより、イオン化域であるイオントラップ
9中のガス圧、すなわち、サンプルガス密度を高めるこ
とができるので、イオントラップ9中で真空紫外光7に
よりイオン化されるイオンの生成量が大量となる。ま
た、イオン化手段1のイオン化室2および飛行時間型質
量分析手段19の飛行室20中のガス圧を所定の圧力
(約10-5Torr)以下に保持することができる。こ
の結果、さらに、飛行時間型質量分析手段19の計測感
度が向上され、その分、特定の化学物質を高精度に検出
することができる。In the first and second embodiments, as shown by a two-dot chain line in FIG.
May be connected to the ion trap 9 to directly introduce the sample gas into the space 24 in the ion trap 9. Thereby, the gas pressure in the ion trap 9, which is the ionization region, that is, the sample gas density can be increased, so that the amount of ions generated by the vacuum ultraviolet light 7 in the ion trap 9 becomes large. Further, the gas pressure in the ionization chamber 2 of the ionization means 1 and the gas pressure in the flight chamber 20 of the time-of-flight mass spectrometry means 19 can be maintained at a predetermined pressure (about 10 −5 Torr) or less. As a result, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer 19 is further improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【0058】さらに、この実施の形態1、2において
は、真空紫外光7の照射方向とイオン18の引き出し方
向とが直交するものであるが、この発明の化学物質装置
においては、真空紫外光7の照射方向とイオン18の引
き出し方向とが同一方向であっても良い。Further, in the first and second embodiments, the irradiation direction of the vacuum ultraviolet light 7 and the extraction direction of the ions 18 are orthogonal to each other. However, in the chemical substance device of the present invention, the vacuum ultraviolet light 7 May be the same direction as the irradiation direction of the ions 18.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上から明らかなように、この発明にか
かる化学物質検出装置(請求項1)は、イオントラップ
に真空紫外光透過兼イオントラップ機能維持手段が設け
られている。この結果、イオントラップ中においてイオ
ンを蓄積する機能が阻害されることなく、イオントラッ
プ中に照射される真空紫外光の照射体積を増加させるこ
とができる。これにより、イオントラップ中で真空紫外
光によりイオン化されるイオンの生成量が大量となるの
で、飛行時間型質量分析手段の計測感度が向上され、そ
の分、特定の化学物質を高精度に検出することができ
る。As is apparent from the above description, in the chemical substance detecting device according to the present invention (claim 1), the ion trap is provided with vacuum ultraviolet light transmission and ion trap function maintaining means. As a result, the irradiation volume of the vacuum ultraviolet light irradiated into the ion trap can be increased without inhibiting the function of accumulating ions in the ion trap. As a result, the amount of ions that are ionized by vacuum ultraviolet light in the ion trap becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance is detected with high accuracy. be able to.
【0060】また、この発明にかかる化学物質検出装置
(請求項2)は、イオントラップに反射手段が設けられ
ている。この結果、イオントラップ中に照射された真空
紫外光が入射方向と異なった方向に反射されるので、イ
オントラップ中を1回通過した真空紫外光を再度利用す
ることができる。これにより、イオントラップ中で真空
紫外光によりイオン化されるイオンの生成量が大量とな
るので、飛行時間型質量分析手段の計測感度が向上さ
れ、その分、特定の化学物質を高精度に検出することが
できる。In the chemical substance detecting device according to the present invention (claim 2), the ion trap is provided with a reflecting means. As a result, the vacuum ultraviolet light irradiated into the ion trap is reflected in a direction different from the incident direction, so that the vacuum ultraviolet light once passed through the ion trap can be reused. As a result, the amount of ions that are ionized by vacuum ultraviolet light in the ion trap becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance is detected with high accuracy. be able to.
【0061】さらに、この発明にかかる化学物質検出装
置(請求項3)は、反射手段が凸面鏡であるから、真空
紫外光を拡散反射光として拡散反射させることができ
る。この結果、さらに、イオントラップ中のサンプルガ
スと真空紫外光との照射体積を増加させることができ
る。これにより、イオントラップ中で真空紫外光により
イオン化されるイオンの生成量が大量となるので、飛行
時間型質量分析手段の計測感度が向上され、その分、特
定の化学物質を高精度に検出することができる。Further, in the chemical substance detecting device according to the present invention (claim 3), since the reflecting means is a convex mirror, the vacuum ultraviolet light can be diffusely reflected as diffusely reflected light. As a result, the irradiation volume of the sample gas and the vacuum ultraviolet light in the ion trap can be further increased. As a result, the amount of ions that are ionized by vacuum ultraviolet light in the ion trap becomes large, so that the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance is detected with high accuracy. be able to.
【図1】この発明の化学物質検出装置の実施の形態1を
示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of a chemical substance detection device of the present invention.
【図2】同じく、イオントラップを示す縦断面図であ
る。FIG. 2 is a vertical sectional view showing the ion trap.
【図3】同じく、オシロスコープにおいて表示されるイ
オン検出器からの信号出力とイオンの飛行時間とを示し
たグラフである。FIG. 3 is a graph showing a signal output from an ion detector and a flight time of ions displayed on an oscilloscope.
【図4】この発明の化学物質検出装置の実施の形態2を
示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a second embodiment of the chemical substance detection device of the present invention.
【図5】同じく、イオントラップを示す縦断面図であ
る。FIG. 5 is a vertical sectional view showing the ion trap.
1 イオン化手段 2 イオン化室 3 サンプルガス導入管 4 イオン加速電極 5 ランプ(真空紫外光発生手段) 6 ランプガス 7 真空紫外光 8 MgF2 窓 9 イオントラップ 10、11 エンドキャップ電極 12 リング電極 13 照射孔 14 引き出し孔 15 絶縁物 16 ホルダ 17 高周波電源 18 イオン 19 飛行時間型質量分析手段 20 飛行室 21 ポンプ 22 イオン検出器 23 オシロスコープ 24 空間 25 金属メッシュ(真空紫外光透過兼イオントラップ
機能維持手段) 26 照射孔 27 凸面鏡(反射手段) 28 真空紫外光の拡散反射光DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ionization means 2 Ionization chamber 3 Sample gas introduction tube 4 Ion acceleration electrode 5 Lamp (vacuum ultraviolet light generation means) 6 Lamp gas 7 Vacuum ultraviolet light 8 MgF 2 window 9 Ion trap 10, 11 End cap electrode 12 Ring electrode 13 Irradiation hole Reference Signs List 14 Lead-out hole 15 Insulator 16 Holder 17 High-frequency power supply 18 Ions 19 Time-of-flight mass spectrometer 20 Flight room 21 Pump 22 Ion detector 23 Oscilloscope 24 Space 25 Metal mesh (vacuum ultraviolet light transmission and ion trap function maintaining means) 26 Irradiation Hole 27 Convex mirror (reflection means) 28 Diffuse reflected light of vacuum ultraviolet light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴我 薫典 横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重 工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 栗林 志頭真 横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重 工業株式会社基盤技術研究所内 Fターム(参考) 5C038 GG07 JJ02 JJ06 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kaorunori Tsuruga 1-8-1, Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fundamental Technology Research Laboratories (72) Inventor Shima Makoto Kuribayashi, Yokohama-shi 8th Street 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Laboratory F-term (reference) 5C038 GG07 JJ02 JJ06
Claims (3)
化するイオン化手段と、 前記真空紫外光によりイオン化されたイオンのうち、特
定質量のイオンを蓄積するイオントラップと、 前記イオントラップ中に蓄積された前記イオンを加速さ
せ、その加速されたイオンの飛行時間に基づいて前記サ
ンプルガス中の前記特定質量の化学物質を同定する飛行
時間型質量分析手段と、 を備えた化学物質検出装置において、 前記イオントラップには、前記真空紫外光が透過し、か
つ、前記イオントラップの機能が維持される手段が設け
られている、ことを特徴とする化学物質検出装置。1. An ionization means for ionizing a sample gas with vacuum ultraviolet light, an ion trap for accumulating ions of a specific mass among ions ionized by said vacuum ultraviolet light, and said ion trapped in said ion trap. A time-of-flight mass spectrometer for accelerating ions and identifying the chemical substance of the specific mass in the sample gas based on the time of flight of the accelerated ions. A means for transmitting the vacuum ultraviolet light and maintaining the function of the ion trap.
化するイオン化手段と、 前記真空紫外光によりイオン化されたイオンのうち、特
定質量のイオンを蓄積するイオントラップと、 前記イオントラップ中に蓄積された前記イオンを加速さ
せ、その加速されたイオンの飛行時間に基づいて前記サ
ンプルガス中の前記特定質量の化学物質を同定する飛行
時間型質量分析手段と、 を備えた化学物質検出装置において、 前記イオントラップには、前記真空紫外光を入射方向と
異なる方向に反射させる反射手段が設けられている、こ
とを特徴とする化学物質検出装置。2. An ionization means for ionizing a sample gas with vacuum ultraviolet light, an ion trap for accumulating ions of a specific mass among ions ionized by the vacuum ultraviolet light, and an ion trap for accumulating in the ion trap. A time-of-flight mass spectrometer for accelerating ions and identifying the chemical substance of the specific mass in the sample gas based on the time of flight of the accelerated ions. , A reflecting means for reflecting the vacuum ultraviolet light in a direction different from the incident direction is provided.
特徴とする請求項2に記載の化学物質検出装置。3. The chemical substance detecting device according to claim 2, wherein said reflecting means is a convex mirror.
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