JP2006234672A

JP2006234672A - 試料導入方法及び試料導入装置

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Publication number: JP2006234672A
Application number: JP2005051455A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kawashima; 康川島; Keiichi Fukuda; 啓一福田; Masahiro Oishi; 昌弘大石
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】試料分析装置に対する試料溶液の導入量の変動を抑制して、試料分析装置における分析精度の向上を図り得る試料導入方法及び試料導入装置を提供する。
【解決手段】試料導入装置３によれば、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えは、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液Ｓが試料容器４から質量分析装置２に達するのに要する時間を遡った時点において行われる。そのため、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えを、質量分析装置２における分析の終了と同時に行う試料導入装置に比べ、試料溶液Ｓの導入時間が短くなり、導入管６の下流側端部６ａに接続される部品の所定の部分等に試料溶液Ｓ中の溶質が析出して付着し難くなる。従って、質量分析装置２に対する試料溶液Ｓの導入量の変動を抑制して、質量分析装置２における分析精度の向上を図り得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料分析装置に対して試料溶液を導入する試料導入方法及び試料導入装置に関する。

原子吸光光度計、ＩＣＰ発光分析装置、ＩＣＰ質量分析装置等の試料分析装置に対して試料溶液を導入する試料導入装置として、次のようなものが知られている。すなわち、試料容器等の試料溶液貯留部から試料分析装置に導入管を介して試料溶液を導入した後、洗浄液槽等の洗浄液貯留部から試料分析装置に先の導入管を介して洗浄液を導入する試料導入装置である（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−５５６０１号公報

しかしながら、上述したような試料導入装置にあっては、試料溶液の導入時間が長くなると、導入管の下流側端部に接続される部品の所定の部分等に試料溶液中の溶質が析出して付着してしまうため、試料分析装置に対する試料溶液の導入量が変動して、試料分析装置における分析精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、試料分析装置に対する試料溶液の導入量の変動を抑制して、試料分析装置における分析精度の向上を図ることができる試料導入方法及び試料導入装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る試料導入方法は、試料分析装置に対して試料溶液を導入する試料導入方法であって、試料溶液貯留部から試料分析装置に試料溶液を導入する工程と、試料溶液の導入後、洗浄液貯留部から試料分析装置に洗浄液を導入する工程とを含み、試料分析装置における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液が試料溶液貯留部から試料分析装置に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において、試料溶液の導入から洗浄液の導入に切り替えることを特徴とする。

この試料導入方法では、試料溶液の導入から洗浄液の導入への切り替えは、試料分析装置における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液が試料溶液貯留部から試料分析装置に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において行われる。そのため、試料溶液の導入から洗浄液の導入への切り替えを、試料分析装置における分析の終了と同時に行う従来一般の方法に比べ、試料溶液の導入時間が短くなり、導入管の下流側端部に接続される部品の所定の部分等に試料溶液中の溶質が析出して付着し難くなる。従って、試料分析装置に対する試料溶液の導入量の変動を抑制して、試料分析装置における分析精度の向上を図ることができる。

また、洗浄液の導入後、別の試料溶液貯留部から試料分析装置に別の試料溶液を導入する工程を更に含むことが好ましい。試料溶液の導入時間の短縮化に伴い、洗浄液の導入による試料分析装置の洗浄効果が向上するため、複数の試料溶液を試料分析装置に連続的に導入しても、いわゆるメモリー効果を低減して、試料分析装置における分析精度のより一層の向上を図ることができる。なお、メモリー効果とは、先に導入された試料溶液の成分等が試料分析装置内に残留することで、次に導入される試料溶液の分析精度に影響が及ぶことをいう。

また、本発明に係る試料導入装置は、試料分析装置に対して試料溶液を導入する試料導入装置であって、試料溶液貯留部から試料分析装置に試料溶液を導入し、且つ洗浄液貯留部から試料分析装置に洗浄液を導入するための導入管と、試料溶液を導入する位置と洗浄液を導入する位置との間で導入管の位置を切り替える切替手段と、試料分析装置における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液が試料溶液貯留部から試料分析装置に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において、試料溶液を導入する位置から洗浄液を導入する位置に導入管の位置が切り替わるように、切替手段を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

この試料導入装置によれば、試料溶液の導入から洗浄液の導入への切り替えは、試料分析装置における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液が試料溶液貯留部から試料分析装置に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において行われる。従って、上述した本発明に係る試料導入方法と同様の理由から、試料分析装置に対する試料溶液の導入量の変動を抑制して、試料分析装置における分析精度の向上を図ることができる。

本発明に係る試料導入方法及び試料導入装置によれば、試料分析装置に対する試料溶液の導入量の変動を抑制して、試料分析装置における分析精度の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る試料導入方法及び試料導入装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、ＩＣＰ質量分析システム（試料分析システム）１は、試料溶液Ｓを分析するＩＣＰ質量分析装置（試料分析装置）２と、ＩＣＰ質量分析装置２に対して試料溶液Ｓを導入する試料導入装置３とを具備している。

試料導入装置３は、並設された複数の試料容器（試料溶液貯留部）４からＩＣＰ質量分析装置２に試料溶液Ｓを導入し、且つ洗浄液槽（洗浄液貯留部）５からＩＣＰ質量分析装置２に洗浄液Ｗを導入するための導入管６と、各試料容器４から導入管６を介して導入された試料溶液Ｓを霧状化するネブライザ７と、ネブライザ７の先端部に連結部材８によって連結されたスプレーチャンバ９とを備えている。なお、各試料容器４は、ネブライザ７に対して下方に配置されている。

ネブライザ７は、中空状のネブライザ試料導入管７ａと、キャリアガスをネブライザ７に導入するキャリアガス導入管７ｂとを有している。そして、導入管６の下流側端部６ａは、ネブライザ７のネブライザ試料導入管７ａに接続されている。このような構成により、キャリアガス導入管７ｂからネブライザ７にキャリアガスが導入されると、ネブライザ試料導入管７ａの先端部近傍が負圧状態となる。そのため、試料容器４から導入管６を通ってネブライザ７に試料溶液Ｓが吸引され、霧状化される。

スプレーチャンバ９内には、ネブライザ７の先端部に接続され、霧状化された試料溶液Ｓをガイドするガイド管１１が設けられている。また、スプレーチャンバ９には、ガイド管１１から排出された霧状の試料溶液ＳをＩＣＰ質量分析装置２に導入する導入管１２、及び試料溶液Ｓを回収するドレン管１３が接続されている。

更に、試料導入装置３は、導入管６を保持する保持アーム１４と、保持アーム１４を伸縮動及び上下動させる駆動部１５と、保持アーム１４及び駆動部１５を始めとしてＩＣＰ質量分析システム１全体の動作を制御する制御部１６とを備えている。なお、保持アーム１４及び駆動部１５によって、試料溶液Ｓを導入する位置と洗浄液Ｗを導入する位置との間で導入管６の位置を切り替える切替手段を構成している。

また、ＩＣＰ質量分析装置２は、試料導入装置３の導入管１２を介してキャリアガスによって運ばれてきた霧状の試料溶液Ｓをイオン化するためのプラズマＰを発生させるプラズマトーチ１８と、プラズマＰを利用して試料溶液Ｓの質量分析を行う質量分析部１９とを備えている。

プラズマトーチ１８は、キャリアガス及び霧状の試料溶液Ｓが導入管１２から導入され、プラズマＰを形成するためのプラズマガスが管２１から導入され、且つプラズマトーチ１８の壁面を冷却するためのクーラントガスが管２２から導入される三重管構造となっている。なお、キャリアガス、プラズマガス及びクーラントガスには、例えばアルゴンガスが用いられる。

プラズマトーチ１８の先端部の周囲には、高周波電源に接続された高周波コイル２３が設けられている。そして、この高周波コイル２３に高周波電流が流されると、プラズマトーチ１８の先端部の内部にプラズマＰが形成される。

質量分析部１９は、プラズマトーチ１８の先端側近傍に配置されたイオン導入部２４を有している。このイオン導入部２４には、プラズマトーチ１８の先端部に対向する導入孔２４ａが形成されており、この導入孔２４ａを経て、プラズマＰからの光やイオンが質量分析部１９の筐体２５内に導入されるようになっている。

筐体２５内は、真空ポンプ２６，２７によって真空引きされ、イオン導入部２４側が低真空室、その反対側が高真空室というように、仕切り壁２８によって真空度が異なる二室に仕切られている。この筐体２５内においては、プラズマＰからの光とイオンとがイオンレンズ２９により分離されてイオンのみが通過させられ、質量多重極部３１で特定のイオンのみが取り出されて検出器３２で検出される。そして、検出器３２の検出結果に基づいて、試料溶液Ｓの質量分析が行われることになる。

以上のように構成されたＩＣＰ質量分析システム１の動作について、制御部１６による試料導入装置３の制御を中心に説明する。

まず、制御部１６は、保持アーム１４及び駆動部１５を制御して導入管６の上流側端部６ｂを所定の試料容器４内の試料溶液Ｓ中に浸漬させ（すなわち、導入管６の位置を、試料溶液Ｓを導入する位置とし）、試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に所定の試料溶液Ｓを導入させる。これにより、ＩＣＰ質量分析装置２では、所定の試料容器４内の試料溶液Ｓについて質量分析が行われることになる。

所定の試料溶液Ｓの導入後、制御部１６は、保持アーム１４及び駆動部１５を制御して導入管６の上流側端部６ｂを洗浄液槽５内の洗浄液Ｗ中に浸漬させ（すなわち、導入管６の位置を、洗浄液Ｗを導入する位置とし）、洗浄液槽５からＩＣＰ質量分析装置２に洗浄液Ｗを導入させる。これにより、試料導入装置３の導入管６内、ネブライザ７内及びスプレーチャンバ９内等、並びにＩＣＰ質量分析装置２内の洗浄が行われることになる。

続いて、制御部１６は、保持アーム１４及び駆動部１５を制御して導入管６の上流側端部６ｂを別の試料容器４内の試料溶液Ｓ中に浸漬させ（すなわち、導入管６の位置を、試料溶液Ｓを導入する位置とし）、試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に別の試料溶液Ｓを導入させる。これにより、ＩＣＰ質量分析装置２では、別の試料容器４内の試料溶液Ｓについて質量分析が行われることになる。

別の試料溶液Ｓの導入後、制御部１６は、保持アーム１４及び駆動部１５を制御して導入管６の上流側端部６ｂを洗浄液槽５内の洗浄液Ｗ中に浸漬させ（すなわち、導入管６の位置を、洗浄液Ｗを導入する位置とし）、洗浄液槽５からＩＣＰ質量分析装置２に洗浄液Ｗを導入させる。これにより、試料導入装置３の導入管６内、ネブライザ７内及びスプレーチャンバ９内等、並びにＩＣＰ質量分析装置２内の洗浄が行われることになる。

以上のように、試料導入装置３では、各試料容器４内の試料溶液Ｓについて、試料溶液ＳのＩＣＰ質量分析装置２への導入と、洗浄液ＷのＩＣＰ質量分析装置２への導入とが交互に行われ、ＩＣＰ質量分析装置２では、各試料容器４内の試料溶液Ｓについて、試料溶液Ｓの質量分析と、試料溶液Ｓの洗浄とが交互に行われる。

ところで、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えは、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液Ｓが試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に達するのに要する時間を遡った時点において行われる。つまり、制御部１６は、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて分析終了時点を演算し、その分析終了時点を基準として、試料溶液Ｓが試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に達するのに要する時間を遡った時点において、試料溶液Ｓを導入する位置から洗浄液Ｗを導入する位置に導入管６の位置が切り替わるように、保持アーム１３及び駆動部１４を制御する。

なお、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件としては、サンプルリンス時間（試料溶液が分析部に到達してから高レベルで安定化するまでに要する時間）、測定する質量数の総数、質量掃引時間等がある。また、試料溶液Ｓが試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に達するのに要する時間とは、例えば、導入管６の上流側端部６ｂを試料容器４内の試料溶液Ｓ中に浸漬させてから、ＩＣＰ質量分析装置２の検出器３２で特定のイオンが検出されるまでの時間である。

以上説明したように、ＩＣＰ質量分析システム１の試料導入装置３によれば、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えは、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液Ｓが試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に達するのに要する時間を遡った時点において行われる。そのため、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えを、ＩＣＰ質量分析装置２における分析の終了と同時に行う従来一般の試料導入装置に比べ、試料溶液Ｓの導入時間が短くなり、導入管６の下流側端部６ａに接続される部品の所定の部分（例えば、ネブライザ７の先端部やプラズマトーチ１８の先端部）等に試料溶液Ｓ中の溶質が析出して付着し難くなる。従って、ＩＣＰ質量分析装置２に対する試料溶液Ｓの導入量の変動を抑制して、ＩＣＰ質量分析装置２における分析精度の向上を図ることができる。

また、試料溶液Ｓの導入時間の短縮化に伴い、洗浄液Ｗの導入によるＩＣＰ質量分析装置２の洗浄効果が向上するため、複数の試料溶液ＳをＩＣＰ質量分析装置２に連続的に導入しても、いわゆるメモリー効果を低減して、ＩＣＰ質量分析装置２における分析精度のより一層の向上を図ることができる。

更に、試料溶液Ｓの導入時間の短縮化に伴い、試料溶液Ｓの浪費を防止することができる。

ここで、上述したＩＣＰ質量分析システム１の動作を、従来一般のＩＣＰ質量分析システムの動作と比較して説明する。図２は、ＩＣＰ質量分析システムの動作を表すタイミングチャートであり、（ａ）に上述したＩＣＰ質量分析システム１の動作を示し、（ｂ）に従来一般のＩＣＰ質量分析システムの動作を示す。

なお、図２（ａ），（ｂ）に示されるタイミングチャートは、導入管６の長さが７００ｍｍ、導入管６の内径が０．７ｍｍ、導入管６による試料溶液Ｓの吸上げ速度が０．７ｍｌ／分の場合であり、試料溶液Ｓが試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に達するのに要する時間（導入管６の上流側端部６ｂを試料容器４内の試料溶液Ｓ中に浸漬させてから、ＩＣＰ質量分析装置２の検出器３２で特定のイオンが検出されるまでの時間）は約２３秒である（以下、当該時間を「検出所要時間」と称す）。また、図２（ａ），（ｂ）に示される信号強度とは、ＩＣＰ質量分析装置２の検出器３２で検出される特定のイオンについての検出信号の強度である。

図２（ａ）に示されるように、上述したＩＣＰ質量分析システム１においては、試料導入装置３によって所定の試料溶液Ｓの導入が開始され、信号強度が高レベルで安定化すると、その時点で、ＩＣＰ質量分析装置２によって所定の試料溶液Ｓの質量分析が開始される。そして、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として検出所要時間分だけ遡った時点で、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えが行われ、試料導入装置３によって洗浄液Ｗの導入が開始される。

しかしながら、ＩＣＰ質量分析装置２には、導入管６内に残存していた所定の試料溶液Ｓが検出所要時間分だけ導入され続ける。そのため、分析終了時点まで信号強度が高レベルで安定化した状態に維持され、ＩＣＰ質量分析装置２よって確実に所定の試料溶液Ｓの質量分析が行われることになる。

その後、洗浄液Ｗの導入により信号強度が低レベルで安定化すると、その時点で、洗浄液Ｗの導入から試料溶液Ｓの導入への切り替えが行われ、試料導入装置３によって別の試料溶液Ｓの導入が開始される。ほどなく、信号強度が高レベルで安定化すると、その時点で、ＩＣＰ質量分析装置２によって別の試料溶液Ｓの質量分析が開始される。そして、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として検出所要時間分だけ遡った時点で、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えが行われ、試料導入装置３によって洗浄液Ｗの導入が開始される。以下、各試料容器４内の試料溶液Ｓについて同様の動作が行われる。

一方、図２（ｂ）に示されるように、従来一般のＩＣＰ質量分析システムにおいては、試料導入装置３によって所定の試料溶液Ｓの導入が開始され、信号強度が高レベルで安定化すると、その時点で、ＩＣＰ質量分析装置２によって所定の試料溶液Ｓの質量分析が開始される。そして、所定の試料溶液Ｓの質量分析が終了した時点で、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えが行われ、試料導入装置３によって洗浄液Ｗの導入が開始される。

しかしながら、ＩＣＰ質量分析装置２には、導入管６内に残存していた所定の試料溶液Ｓが検出所要時間分だけ導入され続ける。そのため、所定の試料溶液Ｓの質量分析が終了しているにも拘わらず、信号強度が高レベルで安定化した状態に検出所要時間分だけ維持されることになる。

その後、洗浄液Ｗの導入により信号強度が低レベルで安定化すると、その時点で、洗浄液Ｗの導入から試料溶液Ｓの導入への切り替えが行われ、試料導入装置３によって別の試料溶液Ｓの導入が開始される。ほどなく、信号強度が高レベルで安定化すると、その時点で、ＩＣＰ質量分析装置２によって別の試料溶液Ｓの質量分析が開始される。そして、別の試料溶液Ｓの質量分析が終了した時点で、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えが行われ、試料導入装置３によって洗浄液Ｗの導入が開始される。以下、各試料容器４内の試料溶液Ｓについて同様の動作が行われる。

以上の説明から明らかなように、上述したＩＣＰ質量分析システム１によれば、従来一般のＩＣＰ質量分析システムに比べ、１サイクル（試料溶液Ｓの導入を開始してから、それに続く洗浄液Ｗの導入を終了するまでの期間）の間に検出所要時間分だけ分析所要時間を短縮することが可能になる。これにより、キャリアガス等の浪費を防止することもでき、分析コストの低減を図ることが可能になる。特に、複数の試料溶液ＳをＩＣＰ質量分析装置２に連続的に導入して分析する場合には有効である。

本発明は、上述した実施形態に限定されない。

例えば、制御部１６は、ＩＣＰ質量分析装置２における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、試料溶液Ｓが試料容器４からＩＣＰ質量分析装置２に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において、試料溶液Ｓを導入する位置から洗浄液Ｗを導入する位置に導入管６の位置が切り替わるように、保持アーム１３及び駆動部１４を制御してもよい。この場合にも、試料溶液Ｓの導入から洗浄液Ｗの導入への切り替えを、ＩＣＰ質量分析装置２における分析の終了と同時に行う従来一般の試料導入装置に比べ、試料溶液Ｓの導入時間が短くなり、導入管６の下流側端部６ａに接続される部品の所定の部分（例えば、ネブライザ７の先端部やプラズマトーチ１８の先端部）等に試料溶液Ｓ中の溶質が析出して付着し難くなる。従って、ＩＣＰ質量分析装置２に対する試料溶液Ｓの導入量の変動を抑制して、ＩＣＰ質量分析装置２における分析精度の向上を図ることができる。

また、試料分析装置は、ＩＣＰ質量分析装置２に限定されず、原子吸光光度計やＩＣＰ発光分析装置等であってもよい。試料分析装置が原子吸光光度計の場合、原子吸光光度計における分析条件としては、サンプルリンス時間等がある。また、試料分析装置がＩＣＰ発光分析装置の場合、ＩＣＰ発光分析装置における分析条件としては、サンプルリンス時間、測定する波長の総数等がある。

本発明に係る試料導入装置の一実施形態を具備するＩＣＰ質量分析システムの構成図である。ＩＣＰ質量分析システムの動作を表すタイミングチャートであり、（ａ）に図１のＩＣＰ質量分析システムの動作を示し、（ｂ）に従来一般のＩＣＰ質量分析システムの動作を示す。

符号の説明

２…ＩＣＰ質量分析装置（試料分析装置）、３…試料導入装置、４…試料容器（試料溶液貯留部）、５…洗浄液槽（洗浄液貯留部）、６…導入管、１４…保持アーム（切替手段）、１５…駆動部（切替手段）１６…制御部、Ｓ…試料溶液、Ｗ…洗浄液。

Claims

試料分析装置に対して試料溶液を導入する試料導入方法であって、
試料溶液貯留部から前記試料分析装置に前記試料溶液を導入する工程と、
前記試料溶液の導入後、洗浄液貯留部から前記試料分析装置に洗浄液を導入する工程とを含み、
前記試料分析装置における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、前記試料溶液が前記試料溶液貯留部から前記試料分析装置に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において、前記試料溶液の導入から前記洗浄液の導入に切り替えることを特徴とする試料導入方法。
前記洗浄液の導入後、別の試料溶液貯留部から前記試料分析装置に別の試料溶液を導入する工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の試料導入方法。
試料分析装置に対して試料溶液を導入する試料導入装置であって、
試料溶液貯留部から前記試料分析装置に前記試料溶液を導入し、且つ洗浄液貯留部から前記試料分析装置に洗浄液を導入するための導入管と、
前記試料溶液を導入する位置と前記洗浄液を導入する位置との間で前記導入管の位置を切り替える切替手段と、
前記試料分析装置における分析条件に基づいて演算された分析終了時点を基準として、前記試料溶液が前記試料溶液貯留部から前記試料分析装置に達するのに要する時間以下の時間を遡った時点において、前記試料溶液を導入する位置から前記洗浄液を導入する位置に前記導入管の位置が切り替わるように、前記切替手段を制御する制御部とを備えることを特徴とする試料導入装置。