JP2724416B2 - 高分解能プラズマ質量スペクトロメータ - Google Patents

高分解能プラズマ質量スペクトロメータ

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JP2724416B2
JP2724416B2 JP1506170A JP50617089A JP2724416B2 JP 2724416 B2 JP2724416 B2 JP 2724416B2 JP 1506170 A JP1506170 A JP 1506170A JP 50617089 A JP50617089 A JP 50617089A JP 2724416 B2 JP2724416 B2 JP 2724416B2
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    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/105—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation, Inductively Coupled Plasma [ICP]

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロ波プラズマ又は誘導結合プラズマ
（MIPまたはICP）によって試料からイオンが発生する質
量スペクトロメータに関する。
上記の如きプラズマを備えたイオン源を有する質量ス
ペクトロメータは溶剤に溶かされた試料の元素組成を決
定するのに使用できる。この質量スペクトロメータで
は、溶媒は不活性ガスの流れる噴霧器に導かれる。この
ガスは引続いてプラズマ中に導かれる。幾つかのタイプ
のプラズマが報告されているが、もっとも一般的なもの
は原子放射分光学で使用されるものと同様な誘導結合プ
ラズマ、又はマイクロ波プラズマである。（Gray,Spect
rochimica Acta,1985,vol.40B（10−12）pp 1525−37 a
nd Douglas and Houk,Prog.Analyt.Atom.Spectrosc.198
5,vol 8,1−18）． 従来のスペクトロメータは四極式質量分析器が用いら
れ、分子ビーム抽出装置によってプラズマに接続され
る。プラズマは、頂点に第一の真空領域と連通する小孔
が設けられた冷却された第一の円錐体の近傍で発生せし
められる。頂点に小孔を有する第二の円錐体は第一の円
錐体の下流に設けられ、第一の真空領域を四極式質量分
析器が位置付けられた第二の真空領域から分離する。第
二の円錐体及び第一の真空領域は一般的な圧力減少装置
を備える。従来から行なわれている如く、円錐体の孔は
プラズマ中で発生したイオンがそれらを通って質量分析
器に流入するように四極式質量分析器の軸と直線状に配
列されている。様々な構成の静電気レンズがプラズマか
ら分析器へのイオンの移動を最大にするために使用され
る。
発生するイオンの大多数は、放電中に存在する夫々の
元素の帯電イオンであり、このようなイオン源を備えた
質量スペクトロメータは試料、特に合金や地質学上の試
料の如き無機物質の元素組成を測定するための有用な機
器となる。
プラズマが第一の（又は抽出）円錐体に隣接している
ときには、冷却ガスの境界層はその表面に隣接して形成
される。これはスペクトルに対して多くの有害な効果を
産む。即ち、バックグラウンドピークを増加させ、スペ
クトル干渉を起こす不用な分子の生成をもたらす。この
ことは又、冷却ガスが電気的な絶縁体として機能して
（例えば、EP 112004号参照）、プラズマの電位を不確
定な値まで上昇させるので、プラズマと円錐体との間に
アークを発生させ易い。
円錐体の孔がより大きく形成されていれば、境界層は
開口からのガスの流れによって「破壊」されて、アーク
と分子の生成が減少せしめられる。然しながら、全ての
研究者がこの方法での成功を報告してはいない。例え
ば、DouglasはEP 112004号に於いて、荷電コイル上にプ
ラズマの電圧変動を最小にするように調整されるアース
された可変タップを備えたRF ICPの別の構成を記載し
ている。Douglasは円錐体の孔を大きくすることによっ
ては境界層は完全には除去できないと述べており、プラ
ズマの電位が不確定であるという問題はどのような実際
のICP MS機器に於いても「残余アーク」を引起こすと
している。Douglas及びHouk（ibid）参照。
多くの研究者はプラズマの電位の変化を調査し、他の
者はそれを制御しようとした。Gray、Houk及びWilliams
（J.Anal.Atom.Spectrom,1987,vol.2,pp 13−20）は典
型的なプラズマの様々な位置での電位を測定し、アース
された抽出円錐体とRFコイルについて−10〜＋30vの電
位を報告している。実際の電圧は探触子によるプラズマ
の冷却のために測定された値よりも幾らか高い。Olivar
es（PhD Thesis,Iowa State University,1985）は誘導
結合プラズマ中で生成されるイオンのエネルギを測定
し、プラズマの状態に関係なくGrayの電位測定と同様な
範囲の値を見出した。プラズマと抽出円錐体との間の残
余アークに予想された値よりも高い値が測定された。
同様な問題がIshikawaによってJP 62−64043号で報告
されている。問題はスキマー円錐体（抽出円錐体とは異
なり、プラズマと接触する）の電位を浮動させることに
より解決されることを示唆している。
従って、従来のICPMS装置ではプラズマの電位及びイ
オンが生成するエネルギはどのような試料の電位によっ
ても直接は決定されず、必ずしも一定ではないことは明
らかである。試料の性質、RF出力及び荷電コイルの形状
及びタップの位置を含めた、抽出及びスキマー円錐体、
プラズマガスの流れ及び作動条件の適切には理解されな
い組合せによって決定されるように思われる。結局、イ
オンエネルギを正確に制御することは可能であると思わ
れ、問題の根源であると考えられる残余アーク（例え
ば、EP 112004号、JP 62−64043A 1号）を防止すること
に努力が注がれた。
ICP装置は非常に高感度で極微量を測定するのに使用
される。然しながら、或る質量に於けるバックグラウン
ドピークの存在は、バックグラウンドピークが特定のア
イソトープを測定するのに使用されるピークと同じ公称
質量を有するときには、或る元素に対する感度を減少さ
せる。四極式の質量分析器は単位質量での分解能しか有
しないので、そのような干渉を分解することはできな
い。同様に、異なった元素のアイソトープも又同じ公称
質量を有し、両者が存在する場合には正確な分析が不可
能となる。従って、そのような場合に対処するためにIC
P又はMIPを高分析能質量分析器に接続する必要がある。
更に、二重収束の質量分析器は四極式の分析器と比較し
てイオンの伝達を増加させ、結果的に増加した感度をも
たらす。
従来の磁気セクタ式高分解能分析器は分析されるイオ
ンが数keVの決ったエネルギを有することを要求する。
これはイオン源を高い正の電位で作用させ、イオンに要
求される運動エネルギを与えるために、イオンをアース
されたスリットを介して分析器の入口で加速することに
よってなされる。この方法は明らかに、イオンがプラズ
マ中で発生するICP又はMIPの場合には採用し得ない。本
発明の目的は磁気セクタ式の高分析能質量分析器を取入
れたICP又はMIP質量スペクトロメータを提供することに
ある。
この目的に従って、試料の分析に用いる質量スペクト
ロメータであって、 高周波又はマイクロ波発生装置によって励起される電
場を生成する手段と前記電場に不活性ガスを配給するプ
ラズマトーチとから成り、実質的に大気圧の下で前記不
活性ガス中にプラズマを発生させる手段と、 前記試料の少なくとも一部をイオン化すべく前記プラ
ズマ中に前記試料を導入する手段と、 前記プラズマに隣接して配設され、その頂点に開口を
有する抽出円錐体と、 前記開口を通過する前記プラズマ中に生成されるイオ
ンの少なくとも一部を受取るように配設された質量分析
器と、 前記抽出円錐体の前記プラズマから離れた側の圧力を
実質的に大気圧より低く維持する手段と、 から成る質量スペクトロメータにおいて、 前記質量分析器は、入射スリットを有する磁気セクタ
分析器を少なくとも備えると共に、前記入射スリットの
電位を実質的に接地電位に維持する手段と、前記抽出円
錐体の電位を前記質量分析器が要求する加速電位にほぼ
等しい接地電位に対する電位に維持する手段と、を含
み、もって前記入射スリット通過後のイオンのエネルギ
が前記磁気セクタ分析器による質量分析を許容する程度
に前記プラズマ中にイオンが形成される電位が上昇する
ことを特徴とする質量スペクトロメータが提供される。
更に好ましくは、質量分析器の入射スリットと抽出円
錐体の間にスキマー円錐体が設けられ、スキマー円錐体
と入射スリットの間に差動ポンプが付加的に設けられ
る。この場合には、抽出円錐体とスキマー円錐体の間の
空間は、機械式のロータリーポンプによって数mmHgの圧
力まで減圧せしめられ、スキマー円錐体と入射スリット
の間の空間は、拡散ポンプによって約10-4mmHgの圧力ま
で減圧せしめられる。好ましくは、抽出円錐体及びスキ
マー円錐体は共に、等しい電位に維持される。イオンが
質量分析器に効果的に伝導されるように様々な静電レン
ズがスキマー円錐体と入射スリットの間に配設される。
これらのレンズの少なくとも一つは、イオンビームが上
記抽出円錐体と上記入射スリットの間を移動する間にイ
オンビームの断面を円形から略矩形に変化させる多極レ
ンズ（好ましくは、四極）であるとよい。
この発明によるスペクトルメータに於いて、イオンが
プラズマ中で発生する電位は、数十ボルト以内で異なっ
ているとしても抽出円錐体の電位との関係に於いて実質
的に固定していることが分った。結局、開口を通過する
イオンのエネルギは、抽出円錐体の電位を適切に調整す
ることによって質量分析器によって要求される値に実質
的に固定される。イオンのエネルギはプラズマの差動条
件からは十分に独立しており、二重収束機器に於いても
安定した作動が長期間行なわれることが分った。本発明
による二重収束機器の感度は同様な条件の下での四極式
の質量分析器の作動時のそれに較べて10倍高いことが分
った。これは相当の割合のイオンが数エレクトロンボル
ト以内のエネルギを有することを示す。何故なら、この
範囲内のエネルギを有するイオンのみが分析器に伝達さ
れ得るからである。
抽出円錐体がスペクトロメータの加速電圧に近く維持
されていれば、四極式の機器での従来の測定とは異なり
プラズマの電位は十分に一定の値に設定され、二重収束
の質量スペクトロメータによる効果的な分析を許容する
と考えられる。これは抽出円錐体に最も近い端部がアー
スされているICPのRF荷電コイルによる好適な作動方法
を考慮し、又、EP112004号から必要であると考えられる
高い電位で作動しないことを考慮すると、驚くべきこと
である。実際に、発明者によって行なわれた予備実験に
よれば、4kVの抽出円錐体電位のイオンのエネルギの拡
散はアースされた抽出円錐体のそれよりも実際には小さ
い。
開口の大きさは好ましくは、抽出円錐体に隣接する冷
却ガスの境界層が破壊されるように選択される。このこ
とはプラズマと円錐体の間の電位勾配を最小にすること
が分った。質量スペクトロメータの入射スリットは実質
的にアースされた電位に維持され、電源は抽出円錐体の
電位を質量分析器によって要求される加速電位と略等し
く維持するために設けられ、抽出円錐体はその電位を維
持するように絶縁される。
好ましくは２〜4mmHgの真空が抽出円錐体のすぐ後の
領域で維持され、開口は直径約1mm、深さ約0.7mmの円筒
形の孔から成る。好ましくは、円錐形はニッケルから成
り、対角と内角は夫々120゜及び116゜を有する。イオン
のエネルギの安定性はプラズマと円錐体の形状によって
略決定されることが分り、作動を最大にするためには何
回かの実験が必要である。従来の二重収束の質量分析器
が用いられるときには、約＋４〜＋8kVの電圧が抽出円
錐体に印加され、分析器の入射スリットはアースされ
る。抽出円錐体に印加される電圧は典型的にはスペクト
ロモータの加速度電位の±10ボルト以内であり、分析器
を通るイオンが最大に伝達されるように調整されて選択
される。
抽出円錐体を絶縁する必要、及びイオンビームを円錐
体からスペクトロメータの入射スリットに効果的に伝達
する静電レンズの配設は別として、装置の残りの部分は
二重収束スペクトロメータと置き換えられた四極式分析
器を有する従来のICP又はMIP質量スペクトロメータで用
いられるものと同様である。このようにして、スペクト
ル干渉は高分解能及び高感度で作動させることにより分
解され、技術の選択度が大幅に高められる。
本発明は例示として以下の図面を参照して詳細に説明
される。
第１図は本発明に係る二重収束質量スペクトロメータ
の概略図、 第２図は第１図に示したプラズマ発生器及び質量スペ
クトロメータの抽出装置の断面図、 第３図は第１図に示した質量スペクトロメータで使用
されるのに好適な静電レンズ装置の断面図である。
先ず第１図に於いて、ガス供給源と試料導入ユニット
２からガス及び試料が供給される従来の誘導結合プラズ
マトーチ装置１はプラズマ３を発生し、プラズマ中で試
料中に存在する元素のイオン特性が形成される。プラズ
マ３内で発生するイオンは質量スペクトロメータ抽出装
置４によって抽出され、磁気セクタ分析器５、静電分析
器６及びイオン検出器７を備えた従来型の二重収束質量
分析器に導入される。電源ユニットを兼ねる信号処理装
置８は抽出装置４、磁気片５及び静電分析器６を含むス
ペクトロメータの様々な部分に必要な電力を供給すると
共に、イオン検知器７からの信号を受取って処理する。
デジタルコンピュータ68は電源ユニット８を制御し、イ
オン検知器７からの出力を処理して好適な形式で質量ス
ペクトルデータを生成する。
第１図に示されたスペクトロメータ全体の抽出装置４
を除いた全ての部分は従来の要素と同様又は同等であ
る。抽出装置４は以下に詳細に述べられ、トーチ装置１
に対しては以下に述べるように適宜の変更が必要であ
る。コンピュータ68のプログラムは、高分解能の質量分
光データを実現するために試料の元素分析に最も適した
形式で変更される。
質量スペクトロメータの抽出装置は第２図及び第３図
に更に詳細に示されている。従来型の誘導結合プラズマ
トーチ９は金属製のトーチ箱11内の取付クランプ10によ
って固定されているが、トーチ箱11の前面から従来型IC
Pのトーチ函装置に於ける突出量よりも多く（典型的に
は25〜35mm）突出するように配設されている。従って、
約2 1/2回巻かれた水が循環する銅製のパイプを備えたR
F負荷コイル13は、その少なくとも一部がトーチ箱11の
外部に出るように取り付けられている。このコイルは管
14及び15によって延長され、トーチ箱11内のRF電源（図
示せず）の出力端子に接続されている。円筒部17及び平
坦な円形部16を備えた石英製の覆いが図示の如くトーチ
９とRF負荷コイル13との間に圧入されている。
このようにトーチ９が箱11から突出するように構成す
ることにより、質量スペクトロメータの抽出円錐体19と
トーチ箱11の前面12との間に大きな間隔が維持される。
このことは、4kV又はそれ以上に維持される円錐体19と
アースされている前面12との間でアークが発生すること
を防止する。同様に、アークの発生を更に減少させるた
めセラミックの円盤から成る絶縁体18が前面12にクラン
プされている。
RF負荷コイル13は、プラズマ３が発生するトーチの前
部に最も近い位置でアースされている。このコイルは石
英の覆い16によって抽出円錐体19から隔離されている。
抽出円錐体19はニッケルより成り、120゜の外角と116
゜の内角を有する。その頂点の孔は直径約1.0mmであ
り、外部と内部の間に延出する深さ約0.7mmの平行な側
面を有する。これは比較適従来より用いられているもの
である。抽出円錐体19は前面側20上に取り付けられ、こ
の前面板20には前面板20と抽出円錐体19とを冷却するた
めに水が循環する数個の流路21が穿設されている。
前面板20は、大容量（28m3/hour）の機械式ロータリ
ポンプ25によってパイプ24を介して真空にされた膨張チ
ャンバを備えた本体22上に取付けられている。パイプ24
は好ましくは断面直径25mmの、ワイヤで補強された真空
ホースから成る。本体22は（後述する如く）高い電位に
維持されており、膨張チャンバ内のガスは典型的には数
mmHgの圧力であって、そのため、電気的導体であるの
で、ポンプ25をアースから絶縁し、本体22に印加される
電圧に耐える絶縁された変換器からその電力を得る必要
がある。
本体22は平坦な円形フランジ26と、外側の円形部と、
スキマー円錐体28を支持する同心状に配設された内側の
円形部27とから成る。前部板20はＯリング29によって外
側円形部に対して封止され、図示の如くスキマー円錐体
28が突き出すテーパ状の中央オリフィスを備える。
三つの外側取付ラグが溶接された中空の円筒状レンズ
部材30は図示の如く本体22のフランジ26の孔を通って延
出する。フィードスルー（図示せず）はレンズ部材30へ
の電気的な接続を容易にするために本体22に設けられて
いる。絶縁されたマウント32は基部フランジ26を通って
延び、中央に円形の開口を有する平坦な円形盤を備えた
第二のレンズ部材33を支持する。このレンズ部材の第二
のフィードスルー（図示せず）は本体22に設けられてい
る。
本体22の基部フランジ26はPTFEより成る円形の絶縁フ
ランジ34に固定され、絶縁フランジ34はトランスファー
レンズ真空ハウジング36の金属製のフランジ35に支持さ
れている。真空絶縁スライドバルブ37は保守を簡便にす
るため前部フランジ35とハウジング36の間に設けられて
いる。Ｏリング38と39は図示の如く、夫々フランジ35を
サイドバルブ37に、バルブ37をハウジング36に対してシ
ールするために使用される。
本体22、抽出円錐体19、前部板20及びスキマー円錐体
28は全て、導線41によって前部板20と接続された高圧電
源40により質量分析器によって要求される加速電圧に略
維持される。電源40はユニット８（第１図）の一部であ
り、要求される加速電位の数十ボルトの範囲内で調整し
得る出力電圧を有する。この出力電圧はプラズマから質
量分析器へのイオンの最適の伝達を確実にするように設
定され、最適な値はプラズマで形成されるイオンの平均
付加エネルギによって真の加速電位とは異なる。上述の
ごとく、この電位は驚くべきことに一定であることが分
り、それ故、分析器の「イオン−エネルギウインド」外
側のイオンのエネルギによって失われるイオンが比較的
少なくなり、イオンが質量分析器に効率的に伝達され
る。
前部板20はアースに対して高い電位に維持されるた
め、流路21を通って循環する水は典型的には脱イオン化
された非常に高純度のものであり、冷却器と流路21との
間の接続は絶縁された管によってなされることが理解さ
れよう。高純度の水を使用することは冷却ユニットを絶
縁すること及び別途に絶縁された電源を設ける必要をな
くす。
プラズマ３からのイオンは抽出円錐板19及びスキマー
円錐体28の開口から流れ、円筒状レンズ部材30及び第二
のレンズ部材33によって（後述する如く）ハウジング36
内の線状レンズに向って収束せしめられる。レンズ部材
30及び33の構成は従来型の四極ICP質量スペクトロメー
タで用いられているものと同様であるが、それらに印加
されている電位は勿論大きく異なっている。電位は高電
圧電源40に接続された調整可能な電位分配器から得ら
れ、分析器へのイオンの伝達を最適にするように選択さ
れる。
次に第３図に於いて、真空ハウジング36は7001.S-1の
拡散ポンプ（図示せず）に接続された大径のポンプポー
ト42を備え、このポンプはハウジング36内と、スキマー
円錐体28より後方の絶縁体及び本体22内の圧力を約10-4
mmHGに維持する。真空ハウジング36はスライドバルブ37
によって試料アッセンブリから絶縁され、これによって
例えば、抽出円錐体19を交換するときに拡散ポンプを冷
却する必要をなくす。
ハウジング36のスライドバルブ37の反対側には、磁気
セクタ分析器５及び静電分析器６を備えた従来型の二重
収束質量分析器の入射スリット43が位置する。スリット
43はハウジング36の内側に嵌合したダイヤフラムフラン
ジアッセンブリ44に取付けられ、質量スペクトロメータ
の高真空装置を真空ハウジング36内の10-4mmHgの圧力か
ら隔離する。スリット43はプッシュロッド45によって作
動せしめられて幅を変更調整でき、プッシュロッド45
は、ハウジング36のポート46に嵌合してベローズで封止
されたマイクロメータ駆動装置（図示せず）によって作
動せしめられる。この構成は多くの二重収束分光径計に
於いて用いられている。
装置内をイオンが効率よく伝達されるために、イオン
ビームの形状を（スキマー円錐体28を離れるときの）円
形の断面から、好ましくは入射スリット43の形状と同じ
分配比の矩形断面を変更することは、それが実用的であ
る限り必要である。これは、図示の如く配設された四つ
の四極レンズアッセンブリ47、48、69及び70によって比
較的よく知られた方法で達成される。これらはレンズ部
材30及び33との関係に於いて部材30及び33からの円形断
面のビームを入射スリット43上に於いて実質的な矩形の
像に変換されるように作動する。
レンズアッセンブリ47、48、69及び70はフランジ57に
取付けられた支持管67に取付けられている。フランジ57
は全てのレンズ組立体が引出しるのに十分な大きさの孔
を有するフランジ58のボルト止めされる。夫々のレンズ
アッセンブリは、絶縁体の凹部内にナットとワッシャ64
によって固定されたスタッド63によってセラミック製の
支持絶縁体59〜62に取付けられた四つの短い円形断面の
ロッド電極（即ち、49〜56、71〜74）を備える。ロッド
電極はその軸が支持管67の軸と平行になるように、又、
夫々のレンズに対向して配設されたロッド電極の中心を
結ぶ想像線が入射スリット43の境界線と平行になるよう
に配設されている。円形の支持絶縁体は夫々、支持管67
に嵌合した溝付フランジ65、66にクランプされている。
スタッド63は又、真空ハウジング36内に取付けられたフ
ィードスルー（図示せず）を介して電極（即ち、49〜5
6、71〜74）に電気的に接続するために用いられる。こ
のタイプのレンズ装置の調整はこの技術分野で知られて
いる。
第１図及び第２図に示された抽出装置が設けられた70
−70SのVG分析器を備えた質量分析器、及びVGエレメン
タルによって製造されている「プラズマワッド」で使用
されているものと同様なプラズマトーチ装置を用いるこ
とによって、発明者は分解能約500（10％谷間鮮明度）
及び分解能約8000以上の元素分解能という典型的な四極
式のICP質量スペクトロメータよりも10倍高い感度を達
成した。これは、56Fe及びArO（55.9439625及び55.9572
99）、51V及び35Cl16O（50.934938及び50.963766）の如
きスペクトル干渉の容易な分解を可能にする。分解し得
る他の重要な干渉は28Si、14N2、32S及び16O2を含む
が、これらは2000又はその以下の分解能を要求する。第
１図に示された簡単な検知器の代りに複数流路の検知器
を備えた同位体比率高分解能質量スペクトロメータを用
いれば、ICP質量スペクトロメータに於いて従来可能で
あったよりもより正確に同位体の比率を測定することが
できる。
フロントページの続き (72)発明者 サンダーソン、ニール、エドワード イギリス、チェシャイヤー、サンディウ エイ、ハドリアン・ウエイ 50 (56)参考文献 特開 昭63−308857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−202450（ＪＰ，Ａ) 「Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉ ｓｔｒｙ」Ｖｏｌ．54，Ｎｏ．１，Ｐ 143〜146 「Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉ ｓｔｒｙ」Ｖｏｌ．60，Ｎｏ．８，Ｐ 774〜780 「Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔ ｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」Ｖ ｏｌ．59，Ｎｏ．４

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試料の分析に用いる質量スペクトロメータ
    であって、 実質的に接地電位に維持された金属製トーチ箱、該トー
    チ箱の前面を越えて突出すると共に不活性ガス供給源に
    接続されたプラズマトーチ管、該プラズマトーチ管回り
    を取り巻くRFコイル、並びに、該RFコイル上の位置が実
    質的に接地電位に維持されている一方、該RFコイルにRF
    エネルギを供給することによって、RF場を作り出して前
    記プラズマトーチ管から延出するプラズマ炎を生成する
    手段を含む、実質的に大気圧の下で不活性ガス中にプラ
    ズマを発生させる手段と、 前記試料の少なくとも一部をイオン化すべく前記プラズ
    マ中に前記試料を導入する手段と、 前記プラズマ炎に隣接して配設され、その頂点に開口を
    有する抽出円錐体と、 前記開口を通過する前記プラズマ中に生成されるイオン
    の少なくとも一部を受取るように配設された質量分析器
    と、 前記抽出円錐体の前記プラズマから離れた側の圧力を実
    質的に大気圧より低く維持する手段と、 から成る質量スペクトロメータにおいて、 前記質量分析器は、入射スリットを有する磁気セクタ分
    析器を少なくとも備えると共に、前記入射スリットの電
    位を実質的に接地電位に維持する手段と、前記抽出円錐
    体の接地電位に対する電位を、前記質量分析器が要求す
    る加速電位にほぼ等しい電位に維持する手段と、を含む
    ことを特徴とし、それによって前記プラズマ中に形成さ
    れるイオンの電位を、前記入射スリット通過後に前記イ
    オンのエネルギで前記磁気セクタの分析器による該イオ
    ンの質量分析が可能となるような大きさまで上昇し、前
    記抽出円錐体と前記金属製トーチ箱の前記前面との間の
    アーク発生を防止すると共に、前記抽出円錐体と前記RF
    コイルとの間のアーク発生を防止する手段を更に備える
    ことを特徴とする質量スペクトロメータ。
  2. 【請求項２】前記入射スリットと前記抽出円錐体との間
    にスキマー円錐体が設けられ、前記スキマー円錐体と前
    記入射スリットとの間の領域を真空にする手段が設けら
    れ、前記抽出円錐体及び前記スキマー円錐体がほぼ同じ
    電位に保たれる請求項１に記載の質量スペクトロメー
    タ。
  3. 【請求項３】前記抽出円錐体の開口は、前記抽出円錐体
    と前記プラズマとの間に形成される破壊されるべき冷却
    ガスの境界層に対して十分に大きい請求項１又は２に記
    載の質量スペクトロメータ。
  4. 【請求項４】前記抽出円錐体の前記プラズマから離れた
    側の圧力を維持する手段は、10mmHgより低い圧力を維持
    し得る機械式の真空ポンプであり、前記スキマー円錐体
    と前記入射スリットとの間の領域を真空にする手段は、
    10-4mmHg又はそれ以下の圧力を維持し得る拡散ポンプか
    ら成る請求項２又は３に記載の質量スペクトロメータ。
  5. 【請求項５】前記円錐体からの前記スリットへのイオン
    の移動を促進するため１つ又はそれ以上の静電レンズが
    前記抽出円錐体と前記入射スリットとの間に設けられて
    いる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の質量スペク
    トロメータ。
  6. 【請求項６】前記入射スリットは、矩形断面を有し、前
    記抽出円錐体の開口は、円形断面を有し、前記静電レン
    ズの少なくとも１つは、イオンビームが前記抽出円錐体
    から前記入射スリットに移動する間にイオンビームの断
    面を円形からほぼ矩形に変化させる多極レンズである請
    求項５に記載の質量スペクトロメータ。
  7. 【請求項７】前記質量分析器は、少なくとも１つの静電
    分析器と少なくとも１つの磁気セクタ分析器とから成る
    二重収束質量スペクトロメータであり、前記電位は、前
    記イオンが前記質量分析器を効率的に移動するよう選択
    されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の質量
    スペクトロメータ。
  8. 【請求項８】前記質量分析器は、少なくとも１つの静電
    分析器と少なくとも１つの磁気セクタ分析器とを備えた
    二重収束質量分析器である請求項１乃至７のいずれか１
    項に記載の質量スペクトロメータ。
  9. 【請求項９】前記プラズマ発生手段は、前記プラズマの
    周囲に配設され、且つ一端がアースされた負荷コイルを
    介して前記プラズマにエネルギを付与する高周波電力発
    生装置である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の質
    量スペクトロメータ。
  10. 【請求項１０】前記コイルの前記一端は、前記抽出円錐
    体に最も近い部分に位置している請求項９に記載の質量
    スペクトロメータ。
  11. 【請求項１１】前記プラズマトーチ管は、前記金属製ト
    ーチ箱の前記前面から、前記抽出円錐体と前記前面との
    間におけるアーク発生を充分防止できように突出してい
    ることを特徴とする、請求項１に記載の質量スペクトロ
    メータ。
  12. 【請求項１２】前記プラズマトーチ管は25mm乃至35mmの
    範囲内で突出している、請求項11に記載の質量スペクト
    ロメータ。
  13. 【請求項１３】前記金属製トーチ箱の前記前面上に絶縁
    体が設置されていることを特徴とする、請求教1,11,並
    びに12の内の何れか一項に記載の質量スペクトロメー
    タ。
  14. 【請求項１４】前記RFコイルを前記抽出円錐体から遮蔽
    すべく、前記プラズマトーチ管上に平坦な円形部材が設
    置されていることを特徴とする、請求項１乃至13の内の
    何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。
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