JP2002350402A - Ｇｃ−ｉｃｐ−ｍｓ用プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスクロマトグラフにより分離された高沸点
の試料を冷却や凝縮なしに誘導結合プラズマ質量分析装
置へと導入可能なプラズマトーチの提供。 【解決手段】 三重管プラズマトーチ１０の中心管１２
を金属により構成する。中心管内部にはヒーター線や温
度センサーが充填材料と共に収容される。中心管１２は
好ましくはステンレスからなり、誘導結合プラズマ質量
分析装置のハウジングに接続されて接地される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ
装置、すなわちガスクロマトグラフ（ＧＣ）で分離した
試料をキャピラリーチューブを介して誘導結合プラズマ
質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）に導入して検出を行う装
置に関し、より詳しくはＧＣとＩＣＰ−ＭＳの間のイン
ターフェースに関する。さらに特定すれば、本発明はＧ
Ｃ−ＩＣＰ−ＭＳ装置に用いられるプラズマトーチに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなインターフェースに重要な
のは、ＧＣにより分離された試料のすべてを効率よく、
ＩＣＰ−ＭＳの試料イオン化部（ＩＣＰ）に導入するこ
とである。高沸点の気体、例えば有機スズ化合物などの
分析の場合、試料は２５０℃以上の高温でＧＣから分離
されてくるが、ＩＣＰに導入されるまでに低温の部分
（コールドスポット）が少しでもあると、冷却、凝縮が
生じて正確な測定が出来なくなる。

【０００３】そこで従来から、ＧＣから試料を導くキャ
ピラリーチューブを保護の為の金属製チューブに収め、
この金属製チューブに沿ってニクロム線などのヒーター
及び温度センサーを配置し、これらを金属製性のパイプ
に収め、ＩＣＰ−ＭＳのプラズマトーチに導入すること
が行われている。この保護の為の金属製チューブはＩＣ
Ｐ−ＭＳにより要求されるキャリアガス流量の調節のた
めの、メイクアップガスの通路としても作用する。こう
した例として、特開平１１−３１５９８号公報、特開２
０００−３４０３９７号公報に記載されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらプラズマ
トーチは通常、石英ガラス製の三重管構造を有してお
り、その中心管（インジェクターチューブ）の内径は僅
かに１．５から２．５ｍｍ程度である。従ってこの中心
管に挿入する金属製パイプは細くせざるを得ないが、こ
うした細いパイプにキャピラリーチューブを収めた金属
製チューブをヒーターやセンサーと共に配置することは
困難であった。また仮に配置できたとしても、ヒーター
線が細いため高温を維持するのが困難で、加熱も不均一
になりやすく、断線も多発するという問題がある。

【０００５】また一方、金属をプラズマに近付けると両
者の間に有害な放電が生じ、分析に支障を来すのではな
いかという心理的な要因から、プラズマトーチの中心管
に挿入される金属製パイプは、ＩＣＰに暴露されないよ
うに、中心管末端よりも引っ込めて配置されていた。上
記の特許公報によれば、さらに絶縁用の石英ガラスガイ
ドが、中心管末端と金属性製パイプ末端の間に配置され
ている。このような場合、中心管の末端までヒーターや
センサーによる温度管理を行うことができず、コールド
スポットを生ずる懸念がある。本発明は、これらの問題
を解決することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のように
三重管プラズマトーチの中心管に挿入される金属製パイ
プを用いるのではなしに、中心管自体を金属によって構
成することにより、ＧＣとＩＣＰ−ＭＳの間をつなぐイ
ンターフェースの改良を図った。このように中心管自体
を金属製として従来の金属製パイプを代替したことによ
り、従来の金属製パイプに課せられていた寸法的な制約
を取り除くことができ、ヒーターや温度センサーを無理
なく配置するのに十分なスペースを確保できるようにな
った。従って細いヒーター線を使用することに伴う製造
工程における作業性の悪さや断線の問題は解消され、か
つ中心管末端まで良好な温度制御を行うことができる。
温度制御は、例えば室温から３００℃程度の高温域まで
の温度で気体を流すことができるように行われる。また
ＧＣとＩＣＰ−ＭＳの間に延びるキャピラリーチューブ
はトランスファーライン内に収容されるが、このトラン
スファーラインにおいても同様の温度制御が行われる。
本発明によれば、ヒーターや温度センサー及びキャピラ
リーチューブを収めた金属製チューブを収納する従来の
金属製パイプは、プラズマトーチの中心管として構成さ
れるを兼用する為、中心管先端で細くならずに、例えば
全長にわたって同一の径を有する。中心管は例えばステ
ンレスで構成されるが、耐熱性や耐腐食性といった条件
を満たせば他の金属を用いることももちろん可能であ
る。

【０００７】本発明による金属製の中心管は、例えばＩ
ＣＰ−ＭＳ装置のハウジングと接続することによって接
地されるのが好ましい。ＩＣＰの周囲には高周波誘導コ
イルが巻かれ、これによってプラズマトーチ内でアルゴ
ンガスに放電が生じ、プラズマが点灯する。この様な条
件では上記のように、金属をプラズマに近付けると有害
な放電を引き起こすと考えられ、ＩＣＰからは金属をで
きるだけ隠すように設計が行われてきた。しかしながら
本発明者の知見によれば、プラズマトーチの中心管自体
を金属により構成し接地した場合でも、この中心管とプ
ラズマの間に放電は観測されない。むしろ、このように
接地された金属製の中心管は、プラズマの点火時に必要
な予備放電を助長し、点火の為により適した条件をもた
らすことが判明した。従ってこの接地した金属製中心管
により、点火不良が防止されるという、好ましい結果を
得ることができる。また、接地されていることによりノ
イズの発生が抑制され、放電ノイズがシステムの電気回
路に悪影響を与えることにより引き起こされる不具合、
例えばシステムシャットダウンの防止にも効果がある。
有害な放電を起こさないよう、金属製中心管末端に鋭い
角をなす部分がないように、面取り等を施しておくこと
も好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるＧＣ−ＩＣＰ
−ＭＳ装置を示す全体図である。ＧＣ１とＩＣＰ−ＭＳ
２はトランスファーライン３を介して接続されており、
ＧＣ１から延びるキャピラリーチューブ４はトランスフ
ァーライン３を通ってＩＣＰ−ＭＳ２へと導入される。
トランスファーライン３には、ヒーター線や温度センサ
ーが、キャピラリーチューブを収めた金属製チューブと
ともに装備され、これらに保温の為の、例えばグラスフ
ァイバーテープを巻きつけて、キャピラリーチューブ４
を通る高沸点気体に対してコールドスポットを生じない
よう温度制御が行われる。トランスファーライン３の先
端には、図２に示すプラズマトーチ１０の一部を構成す
る中心管１２が、コネクターー１１を介して取り付けら
れる。

【０００９】コネクターー１１からは、先端まで同一径
を有するステンレス製の中心管１２が、プラズマトーチ
１０の中心を通って所定の位置まで延びている。ここで
はこのプラズマトーチ１０は、二重管式のプラズマトー
チをボールジョイント１３を用いて中心管１２上に結合
して形成されている。中心管１２が挿入されることによ
り、三重管式のプラズマトーチ１０が構成される。図３
に断面図で示すように、中心管１２の内部を通る保護用
金属製チューブ１４の中をキャピラリーチューブ４が延
び、この金属製チューブ１４に沿ってヒーター線１５や
温度センサー１６が充填材料１７と共に中心管１２に収
容される。これは例えば図３に示すように横断面で見
て、キャピラリーチューブ４を収めた金属製チューブ１
４を中心に配置し、これを挟んで直径方向両側にヒータ
ー線１５を、さらに周方向に見てヒーター線１５の間に
と温度センサ１６のそれぞれを配置する構成とすること
ができる。またキャピラリーチューブを収めた金属製チ
ューブ１４には、アルゴンなどのメイクアップガスが流
される。中心管１２はＩＣＰ−ＭＳ装置のハウジングと
接続されて接地されており、また金属製チューブの両端
は中心管に対して封止されいる。

【００１０】

【作用】ＧＣ１で分離された試料は、温度制御されたト
ランスファーライン３内のキャピラリーチューブ４を介
してＩＣＰ−ＭＳ２へと導入される。この場合にキュピ
ラリーチューブ４には、試料ガスをヘリウムなどのキャ
リアガスと共に導入する。ＩＣＰ−ＭＳ２内で、金属製
チューブ１４に収容されたキャピラリーチューブ４はプ
ラズマトーチ１０の中心管１２の内部を、ヒーター線１
５や温度センサー１６と共に通る保護用金属製チューブ
の中を延びる。中心管１２はこれらの内部に設けられた
ヒーター線１５や温度センサー１６によって、コールド
スポットが生じないように温度を適切に制御する。この
温度制御は例えば周知のように、温度センサーの検出値
を設定温度と比較し、その結果に基づいてヒーター線に
供給する電力を調節することによって行える。

【００１１】

【実施例】さらに本発明を実施例で詳細に説明するが、
これが本発明を限定するものでないことはもちろんであ
る。

【００１２】図面に概略を示したようにしてＧＣ−ＩＣ
Ｐ−ＭＳ装置を構成した。ガスクロマトグラフ（ＧＣ
１）には例えばAgilent Technologies製ＨＰ６８９０を
用い、ＩＣＰ−ＭＳ２にはAgilent Technologies例えば
製Agilent 7500を用いた。もちろん他メーカーのＧＣ或
いはＩＣＰ−ＭＳであっても、キャピラリーチューブを
介してプラズマトーチにＧＣで分離されたサンプルを導
入するＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ装置であれば、同様容易に本
発明を適用できる。

【００１３】ＧＣ１から延びるキャピラリーチューブ４
としては、例えば不活性化された内面をもつ内径０．３
２ｍｍ、外径形０．５ｍｍの石英キャピラリーチューブ
を用いたることができる。このキャピラリーチューブと
しては石英のキャピラリーチューブに限る必要はない
が、石英キャピラリーチューブはキャピラリーガスクロ
マトグラフで広く使われている為、便利に用いることが
できる。ＧＣ１から出たキャピラリーチューブは初めト
ランスファーライン３の中を通り、次いでＩＣＰ−ＭＳ
２へと導入される。トランスファーライン３は、フレキ
シブルな、例えばガラス繊維で作られた高耐熱チューブ
で構成されており、その内部にはキャピラリーチューブ
４を収めた例えば外径１／１６インチ、内径０．０３イ
ンチのステンレス製保護チューブが、とヒーター線及
び、温度センサーと共に及びそれらの周りを保温の為の
に、例えばグラスファイバーテープでを巻かれてきつけ
たもの収容されていを中に収めたフレキシブルな、例え
ばガラス繊維で作られた高耐熱チューブで構成される。

【００１４】ヒーター線及び、温度センサーは、トラン
スファーライン３の全長にわたって３００℃前後の温度
のコントロールが可能であれば、一般的なものが使用で
きる。保温のためのグラスファイバーテープに代えて
は、耐熱性があり、チューブを束ねることのできる他の
材料、例えばカーボンファイバー繊維のテープ等を用い
てでも良い。トランスファーライン３の外装となるガラ
ス繊維製ので作られたチューブについても、フレキシブ
ルでな高耐熱な材料であれば、他の材料で作られたもの
がでも使用できる。ここでフレキシブル性がを必要とさ
れるした理由は、用いたＩＣＰ−ＭＳ（Agilent 7500
が）ではあるため、トーチの点火等の時等にトランスフ
ァーライン３に最終的に結合しているプラズマトーチ１
０が装置に対して動くためであり、他の場合にはこの条
件は本発明の要件に必ずしも必要直結するものではな
い。

【００１５】トランスファーライン３の先端はコネクタ
ー１１を介してプラズマトーチ１０の一部を構成する中
心管１２に結合されている。が、コネクター１１ではキ
ャピラリーチューブ４を収めたステンレス製保護チュー
ブが、コネクター以降のステンレス製保護チューブ１４
とガスシールを保って結合され、キャピラリーチューブ
４はこのステンレス製保護チューブ１４の中を通ってプ
ラズマトーチ１０の中心管１２に導かれる。ヒーター線
１５および温度センサー１６はコネクター１１よりの前
でトランスファーライン３に装備されたものとは後で別
々に装備されており、電源およびコントロールも別系統
である。別系統のヒーター線および温度センサーを備え
ていることは、プラズマトーチ１０をＩＣＰ−ＭＳ２側
に残したままＧＣ１とＩＣＰ−ＭＳ２の結合を切り離す
のに便利であるが、必ずしも本発明に必要な条件の本質
ではない。

【００１６】コネクター１１に溶接され、例えば先端ま
で同一径（外径１／４インチ、肉厚０．０４インチ）を
有するしたステンレス製の中心管１２をが二重管式のプ
ラズマトーチに挿入しされ、従来と同じ三重管構造のプ
ラズマトーチ１０を構成するとなる。プラズマトーチ１
０とステンレス製中心管１２の結合は、例えばボールジ
ョイント１３を用いて行いわれ、プラズマトーチ１０の
二番目の管と中心管の間を流れるアルゴンガスのシール
を行う取ると共に、中心管１２のプラズマトーチ１０に
対する同軸度の調整を行うことができるようにしてい
る。但しこの結合では必ずしもボールジョイントを用い
る必要はなく、ガスのシールとプラズマトーチ内での中
心管１２の同軸を取ることができれば、他の手段でも良
い。中心管１２の中では、コネクター１１で新たに結合
したステンレス製保護チューブ１４を通っての中をＧＣ
１からのキャピラリーチューブ４が延び通り、このステ
ンレス製保護チューブ１４に沿った形で、上記のように
トランスファーライン３のものとは別系統のヒーター線
１５、および温度センサー１６が収容されている。これ
らの間の隙間には、温度均一性および機械的支持を目的
として、例えば石英粉末が充填されている。充填材料と
しては他に、同様な熱伝導性、耐熱性、耐食性を持った
粉末状や繊維状の物質、例えばセラミック粉末などでも
良い。

【００１７】中心管１２の先端には、通常のプラズマト
ーチで用いられるインジェクターの内径、例えば２．５
ｍｍ程度になるよう、オリフィスを有する例えば長さ８
ｍｍのステンレス製部材オリフィスをがはめ込んだまれ
ている。この部分は適宜交換可能であり、また場合によ
っては中心管と一体化してもよい。

【００１８】ＩＣＰ−ＭＳにより要求されるキャリアガ
ス流量調節のための、メイクアップガスはキャピラリー
チューブとステンレス製保護チューブの間を通しって、
例えば１．１８ｌ／ｍｉｎ程度のといった流量で供給し
た。され、ＩＣＰ−ＭＳの感度等は、検出性能が他のパ
ラメータと共に、検出性能が最適化されるよう決定した
される。

【００１９】この実施例において例えばＧＣ１の温度条
件を インレット温度条件：２５０ ℃ オーブン温度条件：５５℃―１００℃を１５℃／分で昇
温、 １００℃―３００℃を３０℃／分で昇温、 ３００℃で１．３３分保持 とし、また トランスファーラインの温度条件 ： ２８０℃ 中心管の温度条件 ： ２４０℃ に設定して得られた有機スズ化合物のスペクトルを図４
に示す。この例のサンプルは、次の物質を含むように適
宜調製した。 ＭＢＴ（モノブチルスズ）エチル化物 ＴＰｒＴ（トリプロピルスズ）エチル化物 ＤＢＴ（ジブチルスズ）エチル化物 ＭＰｈＴ（モノフェニルスズ）エチル化物 ＴＢＴ（トリブチルスズ）エチル化物 ＴｅＢＴ（テトラブチルスズ） ＴＰｅＴ（トリペンチルスズ）エチル化物 ＤＰｈＴ（ジフェニルスズ）エチル化物 ＴＰｈＴ（トリフェニルスズ）エチル化物 これらは例えばＴＰｈＴであれば、塩化トリフェニルス
ズをテトラエチルホウ酸ナトリウムで処理してエチル化
し、ヘキサンで抽出したものをＧＣ１に導入しており、
実際のサンプルの場合も同様に処理できる。

【００２０】本発明によれば、ＧＣ１の温度条件が、サ
ンプル導入後9.67分で300℃となるような高温で流出し
てくる高沸点化合物についても（例えばＴＰｈＴは保持
時間9.74分）、トランスファーラインと中心管の温度設
定を上記のように行うことで、再現良く測定することが
できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｇ
Ｃ−ＩＣＰ−ＭＳ装置に用いる三重管のプラズマトーチ
の中心管が金属で構成される。これによって従来石英ガ
ラス製の中心管内部にヒーター線や温度センサーを収容
する金属チューブを挿入していたのに比べ、ヒーター線
などの装着に必要なスペースが大きくなり、断線や不均
一加熱といった問題が回避される。従ってコールドスポ
ットを生ずることなしに、ＧＣで分離された試料をすべ
て、ＩＣＰ−ＭＳへと効率的に送り込むことができる。
また金属製の中心管を接地して用いると、従来懸念され
ていた放電の問題が生じないのみならず、プラズマの点
火不良が生じないといった付加的な利点も享受すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ装置の全体を示す
概略図である。

【図２】本発明のＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ用プラズマトーチ
の全体を概略的に示す部分断面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図であ
る。

【図４】実施例により得られた有機スズ化合物のスペク
トルである。

【符号の説明】

１ ガスクロマトグラフ ２ 誘導結合プラズマ質量分析装置 ３ トランスファーライン ４ キャピラリーチューブ １０ プラズマトーチ １１ コネクターー １２ 中心管 １３ ボールジョイント １４ 保護チューブ １５ ヒーター線 １６ 温度センサー １７ 充填材料

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスクロマトグラフ（ＧＣ）からキャピ
   ラリーチューブを介して誘導結合プラズマ質量分析装置
   （ＩＣＰ−ＭＳ）に試料を導入するための三重管プラズ
   マトーチにおいて、中心管を金属により構成したことを
   特徴とする、ＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ用プラズマトーチ。
2. 【請求項２】 前記中心管が前記キャピラリーチューブ
   に高沸点気体を流すことができるよう温度制御されてい
   る、請求項１のＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ用プラズマトーチ。
3. 【請求項３】 前記中心管が接地されている、請求項１
   又は２のＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ用プラズマトーチ。
4. 【請求項４】 前記中心管がステンレスからなる、請求
   項１から３の何れかのＧＣ−ＩＣＰ−ＭＳ用プラズマト
   ーチ。
5. 【請求項５】 ガスクロマトグラフ（ＧＣ）から延びる
   キャピラリーチューブが、当該キャピラリーチューブに
   高沸点気体を流すことができるよう温度制御されたトラ
   ンスファーライン及び誘導結合プラズマ質量分析装置
   （ＩＣＰ−ＭＳ）の三重管プラズマトーチ内に導入さ
   れ、前記プラズマトーチの中心管が接地された金属によ
   り構成されていることを特徴とする、ＧＣ−ＩＣＰ−Ｍ
   Ｓ装置。