JP2006189299A - Gas chromatograph mass spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置に関する。 The present invention relates to a gas chromatograph mass spectrometer.
ガスクロマトグラフ質量分析装置(以下、適宜GCMSと略す)は、図3に示すように、試料に混在する各成分を時間的に分離するためのガスクロマトグラフ部(以下、適宜GC部と略す)10と、GC部10で分離された成分を質量数(質量/電荷)に基づいて分離・検出するための質量分析部(以下、適宜MS部と略す)30をインターフェイス部20で連結した構成を有している。MS部30は試料を電離するためのイオン化用電子源(フィラメント)33が配設されたイオン化室32と、イオン化した試料を質量に基づいて分離するQMF(Quadrupole-mass-filter、四重極マスフィルタ )などの質量分離器36と、該質量分離器36によって分離されたイオンを検出する検出器37を備えている。イオン化室32で発生したイオンはイオン化室32と引き出し電極34との間の電位差によってイオン化室32から引き出され、イオン輸送光学系35を介して質量分離器36に進入する。
As shown in FIG. 3, a gas chromatograph mass spectrometer (hereinafter abbreviated as GCMS) includes a gas chromatograph part (hereinafter abbreviated as GC part) 10 for temporally separating components mixed in a sample, The
試料は、キャリアガスである希ガス(通常Heを用いる)と混合されてGC部10に導入され、該GC部10のカラム12で分離されてMS部30のイオン化室32に導入される。通常、イオン化室32では70 eVの電子ビームによって試料が電離されるが、この時、試料と共にイオン化室32に流入したHeガスも電離・励起される。Heが電離されるとHe+(電離エネルギー:24.6 eV)が生成されるが、Heが基底状態よりも高いエネルギー準位で寿命の長い準安定状態に励起されると、He*(メタステーブルヘリウム、21S He*の励起エネルギ:20.61 eV、23S He*の励起エネルギー:19.82 eV)が生成される。
The sample is mixed with a rare gas (usually using He) as a carrier gas, introduced into the GC unit 10, separated by the column 12 of the GC unit 10, and introduced into the
キャリアガスHeから生成されるHe+やHe*は、高感度分析を行う場合に無視できないバックグラウンド成分となり、S/N比低下の要因となる。但し、He由来バックグラウンドのうち、He+に起因するものは、適当な電磁界を設けることにより、He+がイオン検出器37に到達する前に除去することが可能である。 He + or He * generated from the carrier gas He becomes a background component that cannot be ignored when performing high-sensitivity analysis, and causes a decrease in the S / N ratio. However, of He from the background, due to He +, by providing a suitable electromagnetic field, He + it is possible to remove before reaching the ion detector 37.
これに対し、He*は電気的に中性であるため電磁界によって除去することができない。真空チャンバ31内に残存するHe*はエネルギーを運ぶキャリアとして振る舞い、周囲の原子・分子と相互作用してイオン化現象を引き起こす。例えば、金属表面原子とHe*が相互作用すると、He*は金属表面原子に電子を与えてHe+となる。このような現象は共鳴イオン化と呼ばれる。また、装置内の残留ガス(X)のような絶縁物とHe*が相互作用すると、相手原子(分子)を電離してX+を生成する。このような現象はペニングイオン化と呼ばれる。すなわち、He*に起因するバックグラウンドには、He*自身が検出器37に到達することによって生じるものだけでなく、He*から二次的に生成されるHe+やX+が検出器37で検出されることによって生じるものもある。 On the other hand, since He * is electrically neutral, it cannot be removed by an electromagnetic field. He * remaining in the vacuum chamber 31 behaves as a carrier for carrying energy and interacts with surrounding atoms / molecules to cause an ionization phenomenon. For example, when a metal surface atom and He * interact, He * gives an electron to the metal surface atom and becomes He + . Such a phenomenon is called resonance ionization. Further, when an insulator such as residual gas (X) in the apparatus interacts with He * , the partner atom (molecule) is ionized to generate X + . Such a phenomenon is called Penning ionization. That is, the background due to the He *, not only caused by the He * itself reaches the detector 37, with He + or X + is a detector 37 that is generated from the He * secondarily Some are caused by being detected.
なお、He以外の希ガスにも準安定状態が存在し、これらをGCMSのキャリアガスとして使用する場合にも同様の問題が生じる。しかし、準安定希ガスの中でも、He*の内部エネルギーが最も大きく、他の原子・分子との相互作用によるイオン化が起こりやすい。 Note that metastable states also exist in rare gases other than He, and the same problem arises when these are used as a carrier gas for GCMS. However, among metastable rare gases, the internal energy of He * is the largest, and ionization is likely to occur due to interactions with other atoms and molecules.
そこで、このようなバックグラウンドを低減するためのものとして、装置を構成する光学要素の光軸を一部、同一直線上からずらしたオフアクシス(off-axis)方式のGCMSが開発されている(特許文献1)。これは、イオン化室と質量分離器の間、又は質量分離器と検出器の間で光軸をずらし、直進してくるHe*をイオン光軸上から逸脱させて質量分離器又は検出器への進入を阻止することにより、He*に起因するバックグラウンドの発生を抑えるものである。 In order to reduce such background, an off-axis GCMS in which the optical axes of the optical elements constituting the apparatus are partially offset from the same straight line has been developed ( Patent Document 1). This is because the optical axis is shifted between the ionization chamber and the mass separator or between the mass separator and the detector, and the straight traveling He * is deviated from the ion optical axis to the mass separator or detector. By preventing entry, the background caused by He * is suppressed.
上記のようなオフアクシス方式のGCMSにおいて、光軸が同一直線上に配置されていない光学要素間を連結するためには、図4に示すように、両者の間に曲線状光軸を有するイオン輸送光学系40を設ける必要がある。このようなイオン輸送光学系40は、一般的な直線状光軸を有するイオン輸送光学系に比べて、設計・製作上の難易度が高いため、装置の製造コストの増大を招くという問題がある。更に、このような曲線状光軸を有するイオン輸送光学系40では、信号イオンの損失が生じる可能性がある。 In the off-axis GCMS as described above, in order to connect between optical elements whose optical axes are not arranged on the same straight line, ions having a curved optical axis between them as shown in FIG. It is necessary to provide the transport optical system 40. Such an ion transport optical system 40 has a problem in that the manufacturing cost of the apparatus is increased because the degree of difficulty in design and manufacture is higher than that of an ion transport optical system having a general linear optical axis. . Further, in the ion transport optical system 40 having such a curved optical axis, signal ions may be lost.
また、オフアクシス方式によれば、指向性を持ってQMFへ進行してくるHe*を除去することはできるが、浮遊しながら流れていくHe*や、Heや残留ガスと衝突して直線と異なる軌道をとるHe*は、上記曲線状光軸を有するイオン輸送光学系40を逸脱することなく通過してしまい、除去することができない場合がある。また、上記イオン輸送光学系40を逸脱したHe*が真空チャンバー内壁に衝突してHe+となったり、残留ガスXと相互作用してX+を生成したりして、これら二次的なイオンがイオン検出器に到達してしまう場合もある。 Further, according to the off-axis method, although it is possible to remove the He * coming proceeds to QMF with directivity, He * and which flows while floating, and the straight line collides with He or residual gas He * taking different trajectories may pass through the ion transport optical system 40 having the curved optical axis without deviating and cannot be removed. In addition, He * that deviates from the ion transport optical system 40 collides with the inner wall of the vacuum chamber to become He + , or interacts with the residual gas X to generate X +, thereby generating these secondary ions. May reach the ion detector.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、単純な構造によってHe由来バックグラウンドの主原因であるHe*を根本的に除去することができるガスクロマトグラフ質量分析装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a gas chromatograph mass spectrometer capable of fundamentally removing He * , which is the main cause of the He-derived background, with a simple structure.
上記課題を解決するために成された本発明に係るガスクロマトグラフ質量分析装置は、ガスクロマトグラフ部のカラムで分離された試料を質量分析部の真空室内に配設されたイオン化室へ導入するガスクロマトグラフ質量分析装置において、
a)前記イオン化室に設けられた排気用開口と、
b)該排気用開口に接続された真空ポンプと、を有することを特徴とする。
A gas chromatograph mass spectrometer according to the present invention, which has been made to solve the above problems, introduces a sample separated by a column in a gas chromatograph section into an ionization chamber disposed in a vacuum chamber of the mass spectrometer section. In the mass spectrometer,
a) an exhaust opening provided in the ionization chamber;
and b) a vacuum pump connected to the exhaust opening.
一般的に、MS部のイオン化室には、試料を含んだキャリアガスをイオン化室へ導入するための開口と、電子銃から発射された電子ビームを通過させるための開口、及びイオン化室で生成された信号イオンを質量分離器の方に引き出すための開口、の3種類の開口が設けられている。従来の装置では、He*やHeをイオン化室から排出する経路が、イオン引き出し用の開口しかなく、また、イオン化室後段のイオン輸送光学系側が高真空となっているため、He*やHeがイオン輸送光学系方向へ流れ出していた。本発明はイオン化室に新たにHe*及びHeを排出するための開口(排気用開口)を設け、該排気用開口に接続された真空ポンプによって、イオン化室の外部に対して負圧を発生させるものである。この時、イオン化室内部で生成された信号イオンは従来どおりイオン引き出し電界の作用によって引き出されて質量分離器に導入されるが、電気的に中性なHe*やHeは上記真空ポンプによって生じる圧力差によって上記排気用開口からイオン化室の外部に排出される。 In general, the ionization chamber of the MS section is generated in the ionization chamber with an opening for introducing a carrier gas containing a sample into the ionization chamber, an opening for passing an electron beam emitted from an electron gun, and the ionization chamber. There are three types of apertures: an aperture for extracting the signal ions toward the mass separator. In the conventional apparatus, the path for discharging He * and He from the ionization chamber has only an ion extraction opening, and the ion transport optical system side after the ionization chamber is in a high vacuum, so that He * and He It flowed out toward the ion transport optical system. The present invention provides a new opening (exhaust opening) for exhausting He * and He in the ionization chamber, and generates a negative pressure to the outside of the ionization chamber by a vacuum pump connected to the exhaust opening. Is. At this time, the signal ions generated in the ionization chamber are extracted by the action of the ion extraction electric field and introduced into the mass separator as before, but electrically neutral He * and He are pressures generated by the vacuum pump. Due to the difference, the gas is discharged from the exhaust opening to the outside of the ionization chamber.
なお、本発明のガスクロマトグラフ質量分析装置は、イオン化室に新たに排気用開口を設けたことによる引き出し電界の乱れを抑えるため、上記排気用開口を金属メッシュで被覆したものとすることが望ましい。 In the gas chromatograph mass spectrometer of the present invention, it is desirable that the exhaust opening be covered with a metal mesh in order to suppress disturbance of the extraction electric field due to the newly provided exhaust opening in the ionization chamber.
上記のように、本発明のガスクロマトグラフ質量分析装置は、イオン化室に新たに真空排気系を設けることにより、イオン化室で発生したHe*やHeを信号イオンの引き出し方向とは異なる方向へ排出することができ、He*及びそれに起因する二次イオンが検出器で検出されるのを防いでバックグラウンドを低減させることができる。また、オフアクシス法を用いることなく、He*を根本的に除去することができるため、製造コストを抑えることができると共に、曲線光軸光学系を用いた場合に懸念される信号イオンの損失がなく、信号強度を維持したままバックグラウンドを低減することができるため、He由来バックグラウンドが問題となる高感度分析において、S/N比の高い分析を実現することができる。 As described above, the gas chromatograph mass spectrometer of the present invention discharges He * and He generated in the ionization chamber in a direction different from the extraction direction of the signal ions by newly providing a vacuum exhaust system in the ionization chamber. It is possible to reduce the background by preventing He * and secondary ions resulting from it from being detected by the detector. In addition, since the He * can be fundamentally removed without using an off-axis method, the manufacturing cost can be reduced, and the loss of signal ions, which is a concern when using a curved optical axis optical system, can be reduced. In addition, since the background can be reduced while maintaining the signal intensity, an analysis with a high S / N ratio can be realized in a high sensitivity analysis in which a background derived from He is a problem.
以下、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to examples.
[実施例]
本実施例のガスクロマトグラフ質量分析装置は、図1に示すように、GC部10とMS部30をインターフェイス部20で連結した構成から成る。
[Example]
As shown in FIG. 1, the gas chromatograph mass spectrometer of the present embodiment has a configuration in which a GC unit 10 and an
GC部10に於いて、カラムオーブン13により適度の温度に加熱されたカラム(キャピラリカラム)12には、インジェクタ11の一部である試料気化室を介して所定流量のキャリアガス(Heガス)が供給され、マイクロシリンジ等により試料気化室に注入された液体試料は即座に気化してキャリアガス流に乗ってカラム12内に送られる。カラム12を通過する間に試料ガス中の各成分は時間的に分離されてその出口に到達し、インターフェイス部20を介して試料導入管21からMS部30のイオン化室32に導入される。
In the GC unit 10, a carrier gas (He gas) having a predetermined flow rate is supplied to a column (capillary column) 12 heated to an appropriate temperature by a column oven 13 through a sample vaporization chamber which is a part of the injector 11. The liquid sample supplied and injected into the sample vaporizing chamber by a microsyringe or the like is immediately vaporized and is carried in the carrier gas flow and sent into the column 12. While passing through the column 12, each component in the sample gas is temporally separated and reaches the outlet thereof, and is introduced from the
MS部30において、イオン化室32には電子ビームを発生するためのフィラメント33が付設されており、イオン化室32に導入された試料分子は電子ビームによってイオン化される。発生したイオンは引き出し電極34がつくる電界によってイオン化室32の外側に引き出され、直線状光軸を有するイオン輸送光学系35により収束されてQMF(又は他の質量分離器)36の長軸方向の空間に導入される。QMF36には直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、該印加電圧に応じた質量数(質量m/電荷z)を有するイオンのみがその長軸方向の空間を通過し、検出器37に到達して検出される。イオン化室32、イオン輸送光学系35、QMF36及び検出器37は、図示しない真空ポンプにより真空吸引される真空チャンバ31内に配設されている。
In the
イオン化室には、図2に示すように、GC部10から試料を導入させるための試料導入用開口32a、フィラメントから発生する電子ビームを通過させるためのビーム用開口32b、32c、及びイオン化室で発生したイオンを取り出すためのイオン取り出し用開口32dに加えて、He*及びHeを排出するための排気用開口32eが設けられている。該排気用開口32eは真空チャンバ31の外部に設けられた真空ポンプ38に接続されており、更に、該排気用開口32eには、イオン化室32からのイオンの引き出しに悪影響を及ぼすことがないように、金属製メッシュ39が張られている。
As shown in FIG. 2, the ionization chamber includes a sample introduction opening 32a for introducing a sample from the GC unit 10, beam openings 32b and 32c for passing an electron beam generated from a filament, and an ionization chamber. In addition to the ion extraction opening 32d for extracting the generated ions, an exhaust opening 32e for discharging He * and He is provided. The exhaust opening 32e is connected to a vacuum pump 38 provided outside the vacuum chamber 31, and the exhaust opening 32e does not adversely affect the extraction of ions from the
上記構成から成る本実施例のガスクロマトグラフ質量分析装置においては、イオン化室で発生した信号イオンS+は、引き出し電界により、イオン化室32からイオン輸送光学系領域へと引き出されるが、試料と共にイオン化室32に導入されたHeや、該Heが電子ビームで励起されて生じたHe*は、電気的に中性なため引き出し電界の影響を受けず、排気用開口32eからイオン化室32外部へ排出される。
In the gas chromatograph mass spectrometer of the present embodiment having the above-described configuration, the signal ion S + generated in the ionization chamber is extracted from the
このように、He*やHeを信号イオンS+と別方向に排気することで、He*やこれに起因するHe+やX+などの二次イオンがイオン輸送光学系内で信号イオンと混ざるのを防止し、バックグラウンドの発生を抑えることができる。 In this way, by evacuating He * and He in a different direction from the signal ion S + , secondary ions such as He * and He + and X + resulting from this are mixed with the signal ion in the ion transport optical system. Can be prevented and the occurrence of background can be suppressed.
以上、実施例を用いて本発明のガスクロマトグラフ質量分析装置を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変更が許容されるものである。例えば、本発明のガスクロマトグラフ質量分析装置は上記のようにHeをキャリアガスとして使用する場合に限らず、他の希ガスをキャリアガスとして使用する場合においても同様に適用することができる。 As described above, the best mode for carrying out the gas chromatograph mass spectrometer of the present invention has been described using examples, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made within the scope of the present invention. Is acceptable. For example, the gas chromatograph mass spectrometer of the present invention is not limited to the case where He is used as a carrier gas as described above, but can be similarly applied to the case where other rare gas is used as a carrier gas.
10…GC部
11…インジェクタ
12…カラム
13…カラムオーブン
20…インターフェイス部
21…試料導入管
30…MS部
31…真空チャンバ
32…イオン化室
32a…試料導入用開口
32b、32c…ビーム用開口
32d…イオン取り出し用開口
32e…排気用開口
33…フィラメント
34…引き出し電極
35、40…イオン輸送光学系
36…質量分離器
37…イオン検出器
38…真空ポンプ
39…金属製メッシュ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... GC part 11 ... Injector 12 ... Column 13 ...
Claims (2)
a)前記イオン化室に設けられた排気用開口と、
b)該排気用開口に接続された真空ポンプと、
を有することを特徴とするガスクロマトグラフ質量分析装置。 In a gas chromatograph mass spectrometer for introducing a sample separated by a column of a gas chromatograph unit into an ionization chamber disposed in a vacuum chamber of a mass spectrometer unit,
a) an exhaust opening provided in the ionization chamber;
b) a vacuum pump connected to the exhaust opening;
A gas chromatograph mass spectrometer characterized by comprising:
The gas chromatograph mass spectrometer according to claim 1, wherein the exhaust opening is covered with a metal mesh.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005000741A JP2006189299A (en) | 2005-01-05 | 2005-01-05 | Gas chromatograph mass spectrometer |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013145680A (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Shimadzu Corp | Mass spectroscope |
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2005
- 2005-01-05 JP JP2005000741A patent/JP2006189299A/en active Pending
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