JP2922647B2 - プラズマ源質量分析計における干渉の低減 - Google Patents
プラズマ源質量分析計における干渉の低減Info
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、マス・スペクトロメータ、即ち質量分析
計に関し、誘導結合プラズマ（ICP）源又はマイクロ波
プラズマ（MIP）源などのプラズマ・イオン源を利用す
る質量スペクトロメータに特に有益である。この装置
は、典型的に四極質量フィルタを使用するが、磁気セク
タ質量フィルタも使用される。本発明は、両方のタイプ
に適用可能である。
計に関し、誘導結合プラズマ（ICP）源又はマイクロ波
プラズマ（MIP）源などのプラズマ・イオン源を利用す
る質量スペクトロメータに特に有益である。この装置
は、典型的に四極質量フィルタを使用するが、磁気セク
タ質量フィルタも使用される。本発明は、両方のタイプ
に適用可能である。
ICPおよびMIP質量スペクトロメータは、低背景雑音お
よび高感度を特徴としており、質量範囲中の百京分の１
を単位とする値の領域における検出の限界がある。しか
し、この装置において、ある質量（厳密には質量対電荷
比）での検出限界の限界要因は、モニターする質量での
不要な背景信号の存在である。このようなスペクトル干
渉（一般に同重体干渉（isobaric interferences）と呼
ばれる）は、ほぼ同質量の２つ又はそれ以上の同位元
素、例えばArO+、Ar2 +または酸化物イオンなどの荷電分
子化学種又は単荷電イオンと同じ質量対電荷比で現れる
二重荷電化学によるものとされている。
よび高感度を特徴としており、質量範囲中の百京分の１
を単位とする値の領域における検出の限界がある。しか
し、この装置において、ある質量（厳密には質量対電荷
比）での検出限界の限界要因は、モニターする質量での
不要な背景信号の存在である。このようなスペクトル干
渉（一般に同重体干渉（isobaric interferences）と呼
ばれる）は、ほぼ同質量の２つ又はそれ以上の同位元
素、例えばArO+、Ar2 +または酸化物イオンなどの荷電分
子化学種又は単荷電イオンと同じ質量対電荷比で現れる
二重荷電化学によるものとされている。
ICP質量分析学における研究者たちは、これらの干渉
分子化学種の形成メカニズムの達成に、その形成を減ら
そうとして、相当の努力を傾けてきた。例えば、Vanhae
cke、Vandecasteele他は、Mikrochim.Acta.1992第108巻
第41頁〜第51頁において、各種の装置パラメータ（レン
ズ電圧、噴霧器およびトーチ流量など）の効果について
調査したが、同重体干渉がどのように形成されるのかに
ついて結論を得ることができなかった。同じような研究
結果がWang、ShenおよびSheppard他（J.Anal.Atomic Sp
ectrom.1990第５巻第445頁〜449頁）によって報告され
ている。RowanおよびHouk（Appld.Spectosc.1989第43
（６）巻第976頁〜）は、２つの直列の四重極質量分析
器から成る装置の使用を教示している。この装置におい
て、第１の四極は、質量分析器としてではなく、少なく
ともイオンが入る領域において圧力が恣意的に極めて高
く維持される“RF（高周波）専用”四重極として使用さ
れる。第２の四重極に進入する分子イオンはRF場に閉じ
込められてその中のガス分子と衝突し、散乱によってな
くなる。しかし、より小さい衝突断面を有する原子イオ
ンは、少ない衝突を経て質量分析器に送られる。この装
置は分子イオン干渉をある程度減らすことが分った。
分子化学種の形成メカニズムの達成に、その形成を減ら
そうとして、相当の努力を傾けてきた。例えば、Vanhae
cke、Vandecasteele他は、Mikrochim.Acta.1992第108巻
第41頁〜第51頁において、各種の装置パラメータ（レン
ズ電圧、噴霧器およびトーチ流量など）の効果について
調査したが、同重体干渉がどのように形成されるのかに
ついて結論を得ることができなかった。同じような研究
結果がWang、ShenおよびSheppard他（J.Anal.Atomic Sp
ectrom.1990第５巻第445頁〜449頁）によって報告され
ている。RowanおよびHouk（Appld.Spectosc.1989第43
（６）巻第976頁〜）は、２つの直列の四重極質量分析
器から成る装置の使用を教示している。この装置におい
て、第１の四極は、質量分析器としてではなく、少なく
ともイオンが入る領域において圧力が恣意的に極めて高
く維持される“RF（高周波）専用”四重極として使用さ
れる。第２の四重極に進入する分子イオンはRF場に閉じ
込められてその中のガス分子と衝突し、散乱によってな
くなる。しかし、より小さい衝突断面を有する原子イオ
ンは、少ない衝突を経て質量分析器に送られる。この装
置は分子イオン干渉をある程度減らすことが分った。
異なる種類のイオンがプラズマ中に生成されるプロセ
スを更に理解するため、何人かの研究者は、質量分析器
に進入するイオンのエネルギ分布を測定しようと試み
た。PeterおよびHeffer（J.Vac.Sci.Technol.1987,第A5
（４）巻第2285頁）は、エネルギ・フィルタと四重質量
分析器の組合せを使ってICPに形成された各種イオンの
エネルギを決定する実験について報告している。しか
し、この著者はプラズマ中に生成された分子イオンのエ
ネルギ分布を測定しておらず、得られた結果を単にレポ
ートするだけで、その情報を如何に有効利用できるかに
ついてコメントしていない。
スを更に理解するため、何人かの研究者は、質量分析器
に進入するイオンのエネルギ分布を測定しようと試み
た。PeterおよびHeffer（J.Vac.Sci.Technol.1987,第A5
（４）巻第2285頁）は、エネルギ・フィルタと四重質量
分析器の組合せを使ってICPに形成された各種イオンの
エネルギを決定する実験について報告している。しか
し、この著者はプラズマ中に生成された分子イオンのエ
ネルギ分布を測定しておらず、得られた結果を単にレポ
ートするだけで、その情報を如何に有効利用できるかに
ついてコメントしていない。
エネルギ分布のより詳しい研究がChambersおよびHief
tje（Spectrochim.Acta 1991第46B（6/7）巻第761〜784
頁）によって報告されている。この著者は、四重極質量
分析器を３グリッド遅延ポテンシャル・エネルギ・フィ
ルタと組合せて使用して、ICP内に生成された色々のイ
オンのエネルギ分布を報告している。イオン転送理論は
提案しているが、分子イオンの測定については何も記載
しておらず、ICPMS装置内の干渉イオン化学種の識別に
関する結論はしめされていない。
tje（Spectrochim.Acta 1991第46B（6/7）巻第761〜784
頁）によって報告されている。この著者は、四重極質量
分析器を３グリッド遅延ポテンシャル・エネルギ・フィ
ルタと組合せて使用して、ICP内に生成された色々のイ
オンのエネルギ分布を報告している。イオン転送理論は
提案しているが、分子イオンの測定については何も記載
しておらず、ICPMS装置内の干渉イオン化学種の識別に
関する結論はしめされていない。
本発明は、分子および多重電荷イオンからの同重体干
渉が減少する、ICP又はMIP質量分析計による標本の元素
分析方法を提供することを目的とする。
渉が減少する、ICP又はMIP質量分析計による標本の元素
分析方法を提供することを目的とする。
本発明のもう１つの目的は、前記方法を実施するため
の装置を提供することである。
の装置を提供することである。
これらの目的達成のため、本発明は、プラズマ質量分
析計により標本の元素組成を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波
誘導プラズマ中に前記標本を導入してその中に存在する
元素から原子イオンを生成するステップと、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマ
ー・インターフェイスから真空チャンバに通すステップ
であって、前記インターフィスは、所定質量対電荷比の
原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空チャンバに
進入するよう前記原子イオンが前記チャンバに進入する
電位を決定するための電極手段から成るステップと、 から成り、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有
する少なくとも前記所定質量対電荷比の分子イオンがス
テップｄ）に進むのを防止すべく、低遮断エネルギを体
の質量対電荷比の前記原子イオンの前記特定運動エネル
ギに設定するこにより、分子および多電荷イオンによる
同重体干渉を減らすため前記チャンバに入る前記イオン
をエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過して
前記所定質量対電荷比を有する前記イオンを検出するス
テップと、 を更に含むことを特徴とする元素組成決定方法を提供し
た。
析計により標本の元素組成を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波
誘導プラズマ中に前記標本を導入してその中に存在する
元素から原子イオンを生成するステップと、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマ
ー・インターフェイスから真空チャンバに通すステップ
であって、前記インターフィスは、所定質量対電荷比の
原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空チャンバに
進入するよう前記原子イオンが前記チャンバに進入する
電位を決定するための電極手段から成るステップと、 から成り、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有
する少なくとも前記所定質量対電荷比の分子イオンがス
テップｄ）に進むのを防止すべく、低遮断エネルギを体
の質量対電荷比の前記原子イオンの前記特定運動エネル
ギに設定するこにより、分子および多電荷イオンによる
同重体干渉を減らすため前記チャンバに入る前記イオン
をエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過して
前記所定質量対電荷比を有する前記イオンを検出するス
テップと、 を更に含むことを特徴とする元素組成決定方法を提供し
た。
便利なことに、ステップｄ）は、四重質量分析器を用
いて実施できるが、磁気セクタ分析器を用いることもで
きる。エネルギろ過ステップｃ）は、不要イオンから必
要イオンを分けるのに十分な解像度を有するエネルギフ
ィルタで実施すればよい。条件を以下に更に示す。遅延
グリッド若しくはプレート分析器、平行プレート又は静
電円筒若しくは球型分析器又は円筒形ミラー分析器の全
部を使用しもよい。好ましくは、真空チャンバへの原子
イオンの進入点とステップｄ）で用いる質量分析器との
間に見通し線路がないのがよい。
いて実施できるが、磁気セクタ分析器を用いることもで
きる。エネルギろ過ステップｃ）は、不要イオンから必
要イオンを分けるのに十分な解像度を有するエネルギフ
ィルタで実施すればよい。条件を以下に更に示す。遅延
グリッド若しくはプレート分析器、平行プレート又は静
電円筒若しくは球型分析器又は円筒形ミラー分析器の全
部を使用しもよい。好ましくは、真空チャンバへの原子
イオンの進入点とステップｄ）で用いる質量分析器との
間に見通し線路がないのがよい。
発明者が観察したところでは、ICP質量分析計におい
て、ICPに生成された一定の化学種（種）は、他のもの
とは際立って異なるイオン・エネルギを示した。特に。
Be、InおよびＵなどの単荷電（即ち、原子）“検体（an
alyte）”化学種が、質量とともに着実に（実験条件に
より、例えば約8eV〜12eVに）増大するイオン・エネル
ギ分布を特徴としているのに対し、Ar2およびArO、その
他の酸イオンなどの分子化学種は、実質的に異なるイオ
ン・エネルギを示し、ほとんどの場合、類似の質量対電
荷比の原子イオンのものより低かった。
て、ICPに生成された一定の化学種（種）は、他のもの
とは際立って異なるイオン・エネルギを示した。特に。
Be、InおよびＵなどの単荷電（即ち、原子）“検体（an
alyte）”化学種が、質量とともに着実に（実験条件に
より、例えば約8eV〜12eVに）増大するイオン・エネル
ギ分布を特徴としているのに対し、Ar2およびArO、その
他の酸イオンなどの分子化学種は、実質的に異なるイオ
ン・エネルギを示し、ほとんどの場合、類似の質量対電
荷比の原子イオンのものより低かった。
また、多荷電化学種は、典型的原子イオンと異なるイ
オン・エネルギ特性を示した。実験の結果、ノズル−ス
キマー・インターフェイスと従来型ICP質量分析計の質
量分析計の質量分析器との間にエネルギ・フィルタを配
置することにより、原子イオンの運動エネルギより小さ
い運動エネルギを有するイオンが（いかなる特定の質量
対電荷比でも）質量分析器に進入するのを防止でき、も
って特に分子イオンによる干渉が実質的に減らせること
が分った。
オン・エネルギ特性を示した。実験の結果、ノズル−ス
キマー・インターフェイスと従来型ICP質量分析計の質
量分析計の質量分析器との間にエネルギ・フィルタを配
置することにより、原子イオンの運動エネルギより小さ
い運動エネルギを有するイオンが（いかなる特定の質量
対電荷比でも）質量分析器に進入するのを防止でき、も
って特に分子イオンによる干渉が実質的に減らせること
が分った。
質量対電荷比によるイオン・エネルギの変化および類
似質量対電荷比の分子および原子化学種のイオン・エネ
ルギの差の理由は分っていない。しかし、前者の効果
は、インターフェイス中を移動するイオンがインターフ
ェイス内のガス運動の効果によってほぼ同じ速度を獲得
するという理論と符合する一方、後者の効果は、分子イ
オンがプラズマの低温部分域はプラズマの電気ポテンシ
ャルが原子イオンより低い部分で形成されることを示唆
する。
似質量対電荷比の分子および原子化学種のイオン・エネ
ルギの差の理由は分っていない。しかし、前者の効果
は、インターフェイス中を移動するイオンがインターフ
ェイス内のガス運動の効果によってほぼ同じ速度を獲得
するという理論と符合する一方、後者の効果は、分子イ
オンがプラズマの低温部分域はプラズマの電気ポテンシ
ャルが原子イオンより低い部分で形成されることを示唆
する。
本発明との使用に適するエネルギ・フィルタは、原子
イオンのエネルギと不要な分子エネルギとを区別するの
に十分な解像度を有するものでなければならず、これは
典型的に1eV又はそれ以下である。多くの適当な型式の
フィルタが知られており、四重極および磁気セクタ分析
器との関連で説明した。発明者が行った実験では、遅延
グリッド分析器が使用された。細かな金属メッシュが四
重極質量分析器の入口孔に近いイオン・ビームのライン
に配置された。可変電圧がこのメッシュに印加され、エ
ネルギ量によってイオンがメッシュを選択的に通過し
た。かくして、メッシュのポテンシャルをこれらの化学
種のイオン・エネルギより幾分高く設定することによ
り、分子イオンなどの（同じ質量対電荷比の原子イオン
に比べて）低いエネルギのイオンが四重極質量フィルタ
を通過するのを防止することが可能となった。
イオンのエネルギと不要な分子エネルギとを区別するの
に十分な解像度を有するものでなければならず、これは
典型的に1eV又はそれ以下である。多くの適当な型式の
フィルタが知られており、四重極および磁気セクタ分析
器との関連で説明した。発明者が行った実験では、遅延
グリッド分析器が使用された。細かな金属メッシュが四
重極質量分析器の入口孔に近いイオン・ビームのライン
に配置された。可変電圧がこのメッシュに印加され、エ
ネルギ量によってイオンがメッシュを選択的に通過し
た。かくして、メッシュのポテンシャルをこれらの化学
種のイオン・エネルギより幾分高く設定することによ
り、分子イオンなどの（同じ質量対電荷比の原子イオン
に比べて）低いエネルギのイオンが四重極質量フィルタ
を通過するのを防止することが可能となった。
この機構において、典型的に高エネルギの検体（anal
yte）イオンは、メッシュを通過して質量分析器に進入
できた。かくして、検体イオンの質量の分子化学種によ
る同重体干渉は実質的に減少した。しかし、もっと多く
の電極を含む遅延グリッド・フィルタは、より厳密な除
去を行い、分離を更に向上させる。
yte）イオンは、メッシュを通過して質量分析器に進入
できた。かくして、検体イオンの質量の分子化学種によ
る同重体干渉は実質的に減少した。しかし、もっと多く
の電極を含む遅延グリッド・フィルタは、より厳密な除
去を行い、分離を更に向上させる。
真直な“平行プレート”エネルギ・フィルタは、両者
間を通るイオンの軌跡をイオン・エネルギに応じた範囲
で偏向するものであるが、これを用いてもよい。しか
し、好ましくは、一部球型又は一部円筒形の分析器或は
円筒形ミラー分析器などのフォーカス特性を備えるエネ
ルギ・フィルタを使用する。このような質量分析器或は
アナライザは、一般に、フォーカス作用の結果として高
いエネルギ解像度を有する。フォーカス分析器を使用し
た場合、原子イオンをインターフェイスから質量分析器
に効率的に送るべく均一のフォーカス作用を提供するた
め、従来型MIP又はICPスペクトロメータに設けられたイ
オン・レンズの一部又は全部の代りになる。
間を通るイオンの軌跡をイオン・エネルギに応じた範囲
で偏向するものであるが、これを用いてもよい。しか
し、好ましくは、一部球型又は一部円筒形の分析器或は
円筒形ミラー分析器などのフォーカス特性を備えるエネ
ルギ・フィルタを使用する。このような質量分析器或は
アナライザは、一般に、フォーカス作用の結果として高
いエネルギ解像度を有する。フォーカス分析器を使用し
た場合、原子イオンをインターフェイスから質量分析器
に効率的に送るべく均一のフォーカス作用を提供するた
め、従来型MIP又はICPスペクトロメータに設けられたイ
オン・レンズの一部又は全部の代りになる。
上段で、必要原子イオンのエネルギが質量とともに次
第に増加することを発明者が発見したと説明した。従っ
て、質量分析計が単一又は小範囲の質量対電荷比を有す
るイオンだけを検出するように動作した場合、（フィル
タがイオンを透過しなくなるような低い）運動エネルギ
は、その質量対電荷比での原子イオンは透過されるが低
エネルギのイオンは拒絶されるよう特定の選択エネルギ
に設定される。しかし、スペクトロメータがより広い範
囲の質量対電荷比を走査するよう設定された場合、運動
エネルギは、好ましくは、質量分析器の走査と同期して
変化する。つまり、各瞬間においてフィルタの遮断エネ
ルギは、走査の間のその瞬間に検出中の質量対電荷比の
イオンエネルギに関連付けなければいけない。各質量で
の特定エネルギは、最初の実験で決定でき、こうして得
られた目盛測定結果は、次いで適当な電子制御手段で使
用され、質量フィルタがある瞬間に検出器に転送するよ
う設定されている質量に従ってエネルギ・フィルタの電
極に適する電位を提供する。
第に増加することを発明者が発見したと説明した。従っ
て、質量分析計が単一又は小範囲の質量対電荷比を有す
るイオンだけを検出するように動作した場合、（フィル
タがイオンを透過しなくなるような低い）運動エネルギ
は、その質量対電荷比での原子イオンは透過されるが低
エネルギのイオンは拒絶されるよう特定の選択エネルギ
に設定される。しかし、スペクトロメータがより広い範
囲の質量対電荷比を走査するよう設定された場合、運動
エネルギは、好ましくは、質量分析器の走査と同期して
変化する。つまり、各瞬間においてフィルタの遮断エネ
ルギは、走査の間のその瞬間に検出中の質量対電荷比の
イオンエネルギに関連付けなければいけない。各質量で
の特定エネルギは、最初の実験で決定でき、こうして得
られた目盛測定結果は、次いで適当な電子制御手段で使
用され、質量フィルタがある瞬間に検出器に転送するよ
う設定されている質量に従ってエネルギ・フィルタの電
極に適する電位を提供する。
別の実施例においては、四重質量分析器の代わりに磁
気セクタを使用してもよい。国際公開第WO89/12313号
が、この質量分析器をどのようにプラズマイオン源に設
置すればよいかを説明している。典型的には、ノズル−
スキマー・インターフェイスに含まれる電極手段は、高
ポテンシャルに維持され、もってイオン運動エネルギは
磁気セクタ分析器での要件を満たすべく、四重極の場合
よりもずっと大きなものとなる。しかし、本発明の原理
は、更なる適用が可能である。二重フォーカス・セレク
タ分析器がエネルギ・フィルタを含んでおり、このフィ
ルタは、原則として上述の要領で使用されるが、イオン
・エネルギの質量依存性のため、最適動作には、エネル
・フィルタ通過エネルギと分析器の加速ポテンシャルと
の間の従来の固定された結びつきを、上記依存性を考慮
に入れたものに代える必要がある。
気セクタを使用してもよい。国際公開第WO89/12313号
が、この質量分析器をどのようにプラズマイオン源に設
置すればよいかを説明している。典型的には、ノズル−
スキマー・インターフェイスに含まれる電極手段は、高
ポテンシャルに維持され、もってイオン運動エネルギは
磁気セクタ分析器での要件を満たすべく、四重極の場合
よりもずっと大きなものとなる。しかし、本発明の原理
は、更なる適用が可能である。二重フォーカス・セレク
タ分析器がエネルギ・フィルタを含んでおり、このフィ
ルタは、原則として上述の要領で使用されるが、イオン
・エネルギの質量依存性のため、最適動作には、エネル
・フィルタ通過エネルギと分析器の加速ポテンシャルと
の間の従来の固定された結びつきを、上記依存性を考慮
に入れたものに代える必要がある。
例示としての好適実施例および添付図面を参照して本
発明を詳細に説明する。添付図面において、 図１は、遅延グリッド・エネルギ・フィルタを含むIC
Pスペクトロメータの概略図であり、 図２は、円筒形ミラー分析器から成るICPスペクトロ
メータの概略図であり、そして 図３は、図２に示される装置に適する円筒形ミラー分
析器の概略図である。
発明を詳細に説明する。添付図面において、 図１は、遅延グリッド・エネルギ・フィルタを含むIC
Pスペクトロメータの概略図であり、 図２は、円筒形ミラー分析器から成るICPスペクトロ
メータの概略図であり、そして 図３は、図２に示される装置に適する円筒形ミラー分
析器の概略図である。
図１を参照するに、標本をICPに導入する手段は、パ
イプ３を介してガス供給ユニット４からアルゴンガス流
が供給される、空気ネビュライザ或は噴霧器２に送り込
まれる標本の溶液源１から成る。標本は、アルゴンガス
に乗ってパイプ５を通って従来型ICPトーチ６に導入さ
れる。余剰溶液はドレイン７を介してネビュライザ２か
ら排出される。ガス供給ユニット４は、パイプ８および
９を通るトーチ６への２つの他の制御されたアルゴン流
を提供する。
イプ３を介してガス供給ユニット４からアルゴンガス流
が供給される、空気ネビュライザ或は噴霧器２に送り込
まれる標本の溶液源１から成る。標本は、アルゴンガス
に乗ってパイプ５を通って従来型ICPトーチ６に導入さ
れる。余剰溶液はドレイン７を介してネビュライザ２か
ら排出される。ガス供給ユニット４は、パイプ８および
９を通るトーチ６への２つの他の制御されたアルゴン流
を提供する。
実質的に大気圧で不活性ガス中に誘導結合プラズマを
生成する手段は、上述のICPトーチ６と、ジェネレータ1
0からリード線12および13を介して高周波電気エネルギ
が供給されるコイル11とから成る。このように、ICPは
トーチ６の端部に形成されている。
生成する手段は、上述のICPトーチ６と、ジェネレータ1
0からリード線12および13を介して高周波電気エネルギ
が供給されるコイル11とから成る。このように、ICPは
トーチ６の端部に形成されている。
ICPトーチ６およびガス供給ユニット４、コイル11、
ジェネレータ10および噴霧器２を含むその関連する器具
は、従来のものであるので更なる説明は不要である。図
１は標本をプラズマに導入するのに使用する空気ネビュ
ライザを示しているが、他の方法、例えば電熱蒸発（el
ectrothermal vaporization）若しくはレーザ溶発（las
er ablation）の使用も本発明の範囲に含まれる。
ジェネレータ10および噴霧器２を含むその関連する器具
は、従来のものであるので更なる説明は不要である。図
１は標本をプラズマに導入するのに使用する空気ネビュ
ライザを示しているが、他の方法、例えば電熱蒸発（el
ectrothermal vaporization）若しくはレーザ溶発（las
er ablation）の使用も本発明の範囲に含まれる。
トーチ６の端部に形成されたICPに近接配置されてい
るのは、冷却フランジ33に取付けられたサンプリング部
材、即ち標本採取部材15と、中空先細部材19の形態スキ
マー（skimmer）とから成るノズル−スキマー界面（イ
ンターフェイス）である。サンプリング部材15は、ポン
プ18を介して大気圧以下（典型的に0.01〜10トル）に維
持される領域17と連通する第１のオリフィス16を含む。
中空先細部材19は、その最も狭い端部に第２オリフィス
を含むと共に、領域17を、拡散ポンプ（図示せず）によ
って真空にされた別の領域20から分離する。別の拡散ポ
ンプ（図示せず）を作動させて真空にされたチャンバ23
は、中空先細部材19のオリフィスを通ってノズル−スキ
マー・インターフェイスを離れるイオンが入る別の小さ
いオリフィスを含む絞り39によって領域20から分離され
る。（低能力装置においては、領域20およびその関連ポ
ンプ並びに絞り39は除外され、イオンが中空先細部材19
のオリフィスを通って直接真空チャンバ23に進入す
る。） この実施例において、ICP中に形成された原子イオン
が真空チャンバに進入するときのポテンシャルは、絞り
39（絞り39が除外された場合は部材19）に付与される電
位によって部分的に決定され、従ってこれらの部材はイ
ンターフェイス内に存在するポテンシャルを検出するた
めの電極手段として機能する。図１に示される四重極質
量分析器の場合、必ずしも接地されていないが、典型的
には接地されている。説明したように、プラズマ・ポテ
ンシャルおよびガス流量などの他のプラズマ条件と共
に、イオンが真空チャンバに進入するときのポテンシャ
ルは、原子イオンが真空チャンバに進入するときの運動
エネルギを決定する。このエネルギはポテンシャルおよ
びプラズマ条件から予測できないが、いかなる質量対電
荷比のイオンも実験によって測定でき、プラズマ条件が
変らない限り、実質的に一定である。従って、いかなる
質量対電荷比を有する原子イオンも特定の運動エネルギ
で真空チャンバ23に進入し、このエネルギは、発明者が
観察したところでは、分子イオンがチャンバに入るとき
のエネルギより通常大きい。
るのは、冷却フランジ33に取付けられたサンプリング部
材、即ち標本採取部材15と、中空先細部材19の形態スキ
マー（skimmer）とから成るノズル−スキマー界面（イ
ンターフェイス）である。サンプリング部材15は、ポン
プ18を介して大気圧以下（典型的に0.01〜10トル）に維
持される領域17と連通する第１のオリフィス16を含む。
中空先細部材19は、その最も狭い端部に第２オリフィス
を含むと共に、領域17を、拡散ポンプ（図示せず）によ
って真空にされた別の領域20から分離する。別の拡散ポ
ンプ（図示せず）を作動させて真空にされたチャンバ23
は、中空先細部材19のオリフィスを通ってノズル−スキ
マー・インターフェイスを離れるイオンが入る別の小さ
いオリフィスを含む絞り39によって領域20から分離され
る。（低能力装置においては、領域20およびその関連ポ
ンプ並びに絞り39は除外され、イオンが中空先細部材19
のオリフィスを通って直接真空チャンバ23に進入す
る。） この実施例において、ICP中に形成された原子イオン
が真空チャンバに進入するときのポテンシャルは、絞り
39（絞り39が除外された場合は部材19）に付与される電
位によって部分的に決定され、従ってこれらの部材はイ
ンターフェイス内に存在するポテンシャルを検出するた
めの電極手段として機能する。図１に示される四重極質
量分析器の場合、必ずしも接地されていないが、典型的
には接地されている。説明したように、プラズマ・ポテ
ンシャルおよびガス流量などの他のプラズマ条件と共
に、イオンが真空チャンバに進入するときのポテンシャ
ルは、原子イオンが真空チャンバに進入するときの運動
エネルギを決定する。このエネルギはポテンシャルおよ
びプラズマ条件から予測できないが、いかなる質量対電
荷比のイオンも実験によって測定でき、プラズマ条件が
変らない限り、実質的に一定である。従って、いかなる
質量対電荷比を有する原子イオンも特定の運動エネルギ
で真空チャンバ23に進入し、このエネルギは、発明者が
観察したところでは、分子イオンがチャンバに入るとき
のエネルギより通常大きい。
リード線41を介して電源14に接続されたメッシュ・グ
リッド電極40から成るエネルギ・フィルタ手段は、図１
に示されるように、真空チャンバ23に入るイオンを受取
るように配設されている。中空先細部材19からエネルギ
・フィルタ手段へのイオンの効率的な移送は、符号21で
概略的に示される一連の静電レンズによって確保され
る。電源14によってグリッド電極40に与えられるポテン
シャルは、所定の運動エネルギより低いエネルギを有す
るイオンがグリッド電極を通過するのを防止すべく調節
される。前述したように、この運動エネルギは、所定の
質量対電荷比を有するイオンに対する特定運動エネルギ
と等しくなるよう選択されている。
リッド電極40から成るエネルギ・フィルタ手段は、図１
に示されるように、真空チャンバ23に入るイオンを受取
るように配設されている。中空先細部材19からエネルギ
・フィルタ手段へのイオンの効率的な移送は、符号21で
概略的に示される一連の静電レンズによって確保され
る。電源14によってグリッド電極40に与えられるポテン
シャルは、所定の運動エネルギより低いエネルギを有す
るイオンがグリッド電極を通過するのを防止すべく調節
される。前述したように、この運動エネルギは、所定の
質量対電荷比を有するイオンに対する特定運動エネルギ
と等しくなるよう選択されている。
イオン質量フィルタおよび検出手段は、真空チャンバ
23中に設けられた四重極質量フィルタ22およびコンバー
タ電極26と電子増倍管25とから成るイオン検出器24によ
って提供される。増倍管25からの信号は、ディスプレイ
・ユニット27の増幅器を介して増幅され、ディジタル・
コンピュータ28およびターミナル29に更なるデータ処理
を行わせる。また、このコンピュータは、四重極質量分
析器22の機能および電源14によってメッシュ電極40に与
えられたポテンシャルを制御する。
23中に設けられた四重極質量フィルタ22およびコンバー
タ電極26と電子増倍管25とから成るイオン検出器24によ
って提供される。増倍管25からの信号は、ディスプレイ
・ユニット27の増幅器を介して増幅され、ディジタル・
コンピュータ28およびターミナル29に更なるデータ処理
を行わせる。また、このコンピュータは、四重極質量分
析器22の機能および電源14によってメッシュ電極40に与
えられたポテンシャルを制御する。
四重極質量分析器22、検知器24および上記の各種手段
27、28、29から成るデータ獲得・制御システムは従来技
術によるものである。また、説明したように、磁気セク
タ分析器を四極分析器22の代りに用いてもよい。PTC公
開第WO89/12313号がこの分析器に適するインターフェイ
ス（境面）を記載している。
27、28、29から成るデータ獲得・制御システムは従来技
術によるものである。また、説明したように、磁気セク
タ分析器を四極分析器22の代りに用いてもよい。PTC公
開第WO89/12313号がこの分析器に適するインターフェイ
ス（境面）を記載している。
図１に示される装置を本発明に利用する方法について
説明してきた。単一の質量対電荷比の原子イオンをモニ
ターするため、コンピュータ28を使って、所望の質量対
電荷比のイオンだけを検知器24に送るように四重極質量
分析器22を設定し、これらのイオンが移送される最も高
い値に電極40のポテンシャルを設定する。そこで同じ質
量対電荷比の、典型的には低エネルギ、である分子イオ
ンが質量分析器に進入するのを防止できる。
説明してきた。単一の質量対電荷比の原子イオンをモニ
ターするため、コンピュータ28を使って、所望の質量対
電荷比のイオンだけを検知器24に送るように四重極質量
分析器22を設定し、これらのイオンが移送される最も高
い値に電極40のポテンシャルを設定する。そこで同じ質
量対電荷比の、典型的には低エネルギ、である分子イオ
ンが質量分析器に進入するのを防止できる。
標本中に存在する原子イオンの質量スペクトルの一部
（又は全部）を記録するため、或は、繰返しシーケンス
におけるいくつかの質量対電荷比を監視するため、コン
ピュータ28は、質量分析器22を所望の走査パターンに設
定すると共に、質量分析器に設定される変化する質量対
電荷比と一致するよう前パラグラフに従って電極40のポ
テンシャルを同時に調整するようなされている。必要ポ
テンシャルは、特定の質量対電荷比での目盛測定（cali
bration）、データが何も取れない段階の質量対電荷比
での外挿法（extrapolation）又は補間法（interpolati
on）によって事前に決定すればよい。
（又は全部）を記録するため、或は、繰返しシーケンス
におけるいくつかの質量対電荷比を監視するため、コン
ピュータ28は、質量分析器22を所望の走査パターンに設
定すると共に、質量分析器に設定される変化する質量対
電荷比と一致するよう前パラグラフに従って電極40のポ
テンシャルを同時に調整するようなされている。必要ポ
テンシャルは、特定の質量対電荷比での目盛測定（cali
bration）、データが何も取れない段階の質量対電荷比
での外挿法（extrapolation）又は補間法（interpolati
on）によって事前に決定すればよい。
しかし、小範囲の質量（例えば特定元素の同位体）だ
けを走査する場合、電極40のポテンシャルを一定値に維
持すれば十分である。
けを走査する場合、電極40のポテンシャルを一定値に維
持すれば十分である。
次いで図２を参照するに、本発明による装置の別の好
適実施例は、チャンバ20および絞り39、静電レンズ系21
および電極40を除いて、図１の実施例と基本構成を同じ
くしている（同じ参照符号で識別される）。これらの代
りに、円筒形ミラー分析器（CMA）44（以下で詳細に説
明する）から成るエネルギ・フィルタ手段が設けられて
いる。CMA44は、中空先細部材19のオリフィスを通過す
るイオンを、これのイオンが特定の運動エネルギを有す
るとき、質量分析器22の入口孔に誘導するようになって
いる。CMAは、更にそのエネルギ透過特性により、低エ
ネルギを有するイオンの通過を防止する。CMAは、形成
可能エネルギ窓を有し、その窓の巾および絶対平均位置
は質量分析器の走査と同期できる。
適実施例は、チャンバ20および絞り39、静電レンズ系21
および電極40を除いて、図１の実施例と基本構成を同じ
くしている（同じ参照符号で識別される）。これらの代
りに、円筒形ミラー分析器（CMA）44（以下で詳細に説
明する）から成るエネルギ・フィルタ手段が設けられて
いる。CMA44は、中空先細部材19のオリフィスを通過す
るイオンを、これのイオンが特定の運動エネルギを有す
るとき、質量分析器22の入口孔に誘導するようになって
いる。CMAは、更にそのエネルギ透過特性により、低エ
ネルギを有するイオンの通過を防止する。CMAは、形成
可能エネルギ窓を有し、その窓の巾および絶対平均位置
は質量分析器の走査と同期できる。
図３は、図２の装置への使用に適するCMAの詳細を示
す図である。このCMAは、円筒形をなして軸上配列され
た装置で、その中に直接的な見通し線路が延びていない
（もってフォトンおよび中性核種（neutral species）
の通過が防止される）。この装置は、内側円筒形固体電
極42および外側円筒形電極43から成る。このCMAの操作
法は広く知られており、ここで説明する必要はない。し
かし、CMAと四重極分析器の効率的組合せは簡単なもの
ではない。CMAがその軸に対して約42°の角度でイオン
を受取って集束するのに対し、四重極装置はこれに導入
されるイオンが軸と実質的に符合する軌跡を有するから
である。図３に示されるCMAにおいて、インターフェイ
スは、内側電極42の整形端部および湾曲補助電極45、46
を介して達成される。このCMAの操作モードおよび四重
極質量分析器との組合せについてはヨーロッパ特許公報
第Ａ−0223520号に詳しく記載されている。
す図である。このCMAは、円筒形をなして軸上配列され
た装置で、その中に直接的な見通し線路が延びていない
（もってフォトンおよび中性核種（neutral species）
の通過が防止される）。この装置は、内側円筒形固体電
極42および外側円筒形電極43から成る。このCMAの操作
法は広く知られており、ここで説明する必要はない。し
かし、CMAと四重極分析器の効率的組合せは簡単なもの
ではない。CMAがその軸に対して約42°の角度でイオン
を受取って集束するのに対し、四重極装置はこれに導入
されるイオンが軸と実質的に符合する軌跡を有するから
である。図３に示されるCMAにおいて、インターフェイ
スは、内側電極42の整形端部および湾曲補助電極45、46
を介して達成される。このCMAの操作モードおよび四重
極質量分析器との組合せについてはヨーロッパ特許公報
第Ａ−0223520号に詳しく記載されている。
しかしながら、静電一部球状又は円筒形分析器などの
他の種類のエネルギ・フィルタも本発明に使用でき、こ
ういった組合せが上述の簡単な装置よりも良い解像度を
提供し、この結果、特に低い質量対電荷比での原子およ
び分子イオンの分別が向上する。
他の種類のエネルギ・フィルタも本発明に使用でき、こ
ういった組合せが上述の簡単な装置よりも良い解像度を
提供し、この結果、特に低い質量対電荷比での原子およ
び分子イオンの分別が向上する。
Claims (9)
- 【請求項１】プラズマ質量分析計により標本の元素組成
を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波
誘導プラズマ中に前記標本（１）を導入してその中に存
在する元素から原子イオンを生成するステップと、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマ
ー・インターフェイス（15,19）から真空チャンバ（2
3）に通すステップであって、前記インターフェイス
は、所定質量対電荷比の原子イオンが特定の運動エネル
ギで前記真空チャンバ（23）に進入するよう前記原子イ
オンが前記チャンバに進入する電位を決定するための電
極手段（40）から成るステップと、 から成り、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有
する少なくとも前記所定質量対電荷比の分子イオンがス
テップｄ）に進むのを防止すべく、低遮断エネルギを所
定の質量対電荷比の前記原子イオンの前記特定運動エネ
ルギに設定することにより、分子および多電荷イオンに
よる同重体干渉を減らすため前記チャンバに入る前記イ
オンをエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過して
前記所定質量対電荷比を有する前記イオンを検出するス
テップと、 を更に含むことを特徴とする元素組成決定方法。 - 【請求項２】前記特定運動エネルギは、前記質量対電荷
比によって変化し、ステップｃ）で除去されたエネルギ
は、所望の前記原子イオンのエネルギに対応するよう変
えられることを特徴とする請求項１に記載の元素組成決
定方法。 - 【請求項３】前記質量ろ過ステップｄ）は、前記所定質
量対電荷比のイオンの連続検出を許容するよう配設され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の元素組
成決定方法。 - 【請求項４】前記質量ろ過ステップｄ）は、一定範囲の
質量対電荷比を有するイオンの連続検出を許容するよう
配設されており、前記エネルギろ過ステップは、前記質
量対電荷比の各々で前記特定エネルギより小さいエネエ
ルギを有する各前記質量対電荷比の分子イオンのステッ
プｄ）への通過を阻止するようなされていることを特徴
とする請求項１又は２に記載の元素組成決定方法。 - 【請求項５】前記質量ろ過ステップは、四極質量分析器
を用いて実施されることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれか１項に記載の元素組成決定方法。 - 【請求項６】前記質量ろ過ステップは、磁気セクタ分析
器を用いて実施されることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 - 【請求項７】前記エネルギろ過ステップは、遅延グリッ
ドを用いて実施されることを特徴とする請求項１乃至６
のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 - 【請求項８】前記エネルギろ過ステップは、円筒形ミラ
ー分析器を用いて実施されることを特徴とする請求項１
乃至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 - 【請求項９】前記エネルギろ過ステップは、荷電平行プ
レートを用いて実施されることを特徴とする請求項１乃
至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB929219457A GB9219457D0 (en) | 1992-09-15 | 1992-09-15 | Reducing interferences in plasma source mass spectrometers |
| GB9219457.0 | 1992-09-15 | ||
| PCT/GB1993/001949 WO1994007257A1 (en) | 1992-09-15 | 1993-09-15 | Reducing interferences in plasma source mass spectrometers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08505258A JPH08505258A (ja) | 1996-06-04 |
| JP2922647B2 true JP2922647B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=10721901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6507917A Expired - Lifetime JP2922647B2 (ja) | 1992-09-15 | 1993-09-15 | プラズマ源質量分析計における干渉の低減 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5514868A (ja) |
| EP (1) | EP0660966B1 (ja) |
| JP (1) | JP2922647B2 (ja) |
| CA (1) | CA2143669C (ja) |
| DE (1) | DE69311124T2 (ja) |
| GB (2) | GB9219457D0 (ja) |
| WO (1) | WO1994007257A1 (ja) |
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| GB2308917B (en) * | 1996-01-05 | 2000-04-12 | Maxent Solutions Ltd | Reducing interferences in elemental mass spectrometers |
| GB2315362A (en) * | 1996-07-12 | 1998-01-28 | Analytical Precision Ltd | Mass spectrometers |
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| CA2390556C (en) | 1999-11-09 | 2009-05-19 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Use of soluble cellulose derivative having been made hardly soluble in water and method for producing it |
| JP4569049B2 (ja) * | 2001-06-06 | 2010-10-27 | 株式会社島津製作所 | 質量分析装置 |
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| US6777670B1 (en) | 2003-03-31 | 2004-08-17 | Beckman Coulter, Inc. | Mass analyzer capable of parallel processing one or more analytes |
| WO2004093124A2 (en) | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Beckman Coulter, Inc. | Mass analyser allowing parallel processing one or more analytes |
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| GB8901975D0 (en) * | 1989-01-30 | 1989-03-22 | Vg Instr Group | Plasma mass spectrometer |
| GB9105073D0 (en) * | 1991-03-11 | 1991-04-24 | Vg Instr Group | Isotopic-ratio plasma mass spectrometer |
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-
1992
- 1992-09-15 GB GB929219457A patent/GB9219457D0/en active Pending
-
1993
- 1993-09-15 DE DE69311124T patent/DE69311124T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-09-15 EP EP93920946A patent/EP0660966B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-09-15 GB GB9504236A patent/GB2285170B/en not_active Expired - Lifetime
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