JP3493460B2 - プラズマ質量スペクトロメータ - Google Patents
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Description
合又はマイクロ波誘導)質量スペクトロメータに関し、
より詳細には、同位体比の決定を為すことが意図された
そうしたスペクトロメータに関する。
の性能を制限する最も重要な問題の内の2つとして、第
1は、プラズマ中に生じたイオンがインターフェース又
は境界を通って質量分析器を有する真空システムへ向か
う際の非常に低い転送効率であり、第2は、試料中に存
する各種元素特有の原子イオン以外のプラズマ中に生ず
る種による、しばしば非常に強力である妨害イオン信号
の存在である。これらの妨害イオン種は、任意の導入試
料が無い状態でプラズマによって生ずるAr+、A
r++、ArH+、ArN+等の原子イオン或いは分子イオ
ンや、また、試料中に存する各種元素と該試料中の存す
る他の種との反応によって形成される酸化物イオン、ア
ルゴン化物イオン、並びに水素化物イオン等の分子イオ
ンを含む。これら妨害イオンの内の幾つかは、それらが
測定されるべき原子イオンと同一の質量-対-電荷比を有
するので、測定が要求されている原子イオンからの信号
をマスクしてしまうばかりではなく、それは非常に高い
全イオン電流となり、試料から一般に有効となるものよ
りも相当に大きい。任意のイオン-光学システムを透過
可能な最大イオン電流は、一般に、空間-電荷効果によ
って制限され、そして実際上、これら欲せざる種による
高イオン電流はスペクトロメータ光学系を飽和し得て、
透過された試料イオン数を減じ、質量識別及びマトリッ
クス効果等の他の望ましくない効果を生ずる。
を減じようとして、かなりの調査研究の労力が費やされ
てきた、そして、以下は本発明に関連する研究の再検討
である。Rowan及びHouk(Appld. Spectroscopy, 1989 vo
l 43(6) pp976-980)及びRowan(Thesis, Iowa State Uni
versity, submitted 1989)は、プラズマ質量スペクトロ
メータの質量分析器に入る多原子イオンの数を、衝突-
誘導解離によって減じようとする試みの失敗例を示して
いる。RF-専用四重極が、さもなければ従来のICP
(誘導結合プラズマ)質量スペクトロメータにおけるノ
ズル-スキマー・インターフェースと、質量-分析用四重
極との間に配置され、衝突ガス(典型的にはキセノン)
が10-5トル(mmHg)乃至10-4トル(mmHg)
の間の圧力下であるその中に導入された。期待されたこ
とは、これで、欲せざる多原子イオン種が質量分析器に
入る前に、有機質量スペクトロメータ用に意図されてい
る3重又は3倍の四重極質量スペクトロメータに使用さ
れる分子イオンの衝突解離と同様の機構によって、それ
らの欲せざる多原子イオンの解離を誘導することであっ
た。Rowan及びHoukは、この技術によって、欲せられた
イオンと欲せざるイオンとの比において改善を実証する
ことができたが、この機器のイオン透過効率が著しく減
ぜられ、バックグランド信号の強度が増大してしまうこ
とによって、これらの短所が如何なる利益的効果よりも
全般的に勝っているとの結論であった。
されてた(Can. J. Spectroscopy, 1989 vol 34(2) pp 3
8-48、特に47頁〜48頁に掛かる節)。この研究にお
いて、3倍又は3重の四重極スペクトロメータには、そ
の中心四重極内で欲せざる多原子イオンを解離する目的
で、ICPソース(又はICP源)が具備された。この
アプローチも失敗し、そしてDouglasが予測したこと
は、衝突-誘導解離によって原子イオン対多原子イオン
の比の大きな利得を達成することは不可能であろうこと
であり、その理由としては、原子イオンの損失断面が予
想したものよりもかなり大きいことが判明したからであ
り、事実上、それらは多原子イオンのものに匹敵し得る
程に相当に大きい。こうして、衝突プロセスの正味の効
果は、原子イオン及び多原子イオンの双方の略同等の損
失を生ずることになる。Douglasは、より有益なアプロ
ーチは、中心四重極内でイオン-分子化学を酸化物等の
種に使用すること(即ち、欲せられたイオン及び欲せざ
るイオンの双方を、例えば酸素との反応によって化学的
に変換すること)であろう、と結論付けている。プラズ
マ中に生じたある一定の多原子種、例えば酸化物は、そ
れで、更なる反応を被ることは殆どないであろうから、
反応済み原子イオンと反応済み多原子イオンとの比は、
場合によっては減ぜられることになる。しかしながら、
このアプローチは明らかにかなり独特であり、1つの妨
害イオンの効果を減ずる一方で、以前には存在していな
かった他のものを導入し得る。
衝突-誘導解離をグロー放電質量スペクトロメータ内に
おいて多原子イオン妨害の除去のために使用することを
示した(Int. J. Mass Spectrom. And Ion Proc, 1989 v
ol. 89 pp 171-185)。Douglasと同様に、彼等は3重の
四重極質量スペクトロメータを採用し、その中心四重極
を衝突セルとして使用した。彼等の結果は、ICPスペ
クトロメータを用いたRowan及びHoukの場合と同様であ
り、即ち、一定の多原子イオン対欲せられた原子イオン
比の減少を実証することはできたが、イオン透過率は著
しく減少され、検出限界に関して全体的な低減を生じ
た。
マ質量スペクトロメータ)における多原子イオン妨害に
関しての価値ある低減を実証するための1989年の研
究の失敗と、これは理論的理由に基づき予測される旨の
Douglasのコメントとによって、妨害の削減に関係され
た研究努力はICPMSの他の局面での発展に切り替わ
り、1996年にはじめて、Eiden, Barinaga, Koppena
al(J. Anal. Atomic.Spectrom., 1996 vol 11 pp 317-3
22)が、プラズマから抽出されたイオンと添加された気
体水素との反応によって、イオン-トラップICPスペ
クトロメータか、或いは四重極ICP質量スペクトロメ
ータにおけるイオン・ビームかの何れからかの、Ar+
等のプラズマ・マトリックス・イオンの選択的除去のた
めの方法を示した。実際上、従来の(プラズマを質量分
析器にインターフェース又は相互接続すべく使用され
る)ノズル-スキマー・システムの下流であり且つ約1
0mトルの圧力である、スペクトロメータの真空システ
ムへ水素が導入され、Ar+イオンが典型的な原子イオ
ンよりも45倍速く削除されることが判明されて、典型
的な質量スペクトルにおいてそのAr+ピーク強度の大
きな削減に至った。そうした結果はイオン-トラップ・
スペクトロメータの場合においてより劇的であり、Ar
+ピークの殆ど完全な削減に至っている。Eiden等は、四
重極質量スペクトロメータ内におけるAr+の削除の効
率が、スキマー及び質量分析器の間において、水素が導
入された無線周波数四重極イオン・ガイド(或いは他の
多重極装置)を用いることによって増大し得るとも提案
している。彼等が提案することは、四重極ガイドを5乃
至15ドルトンの間の低質量カット・オフを為すように
動作させることで、添加された水素と欲せざるAr+イ
オンとの間での化学反応によって生じた荷電水素イオン
は拒絶され得て、それにより、質量分析器へ進む荷電種
の数は最少化され、結果的に空間-電荷関連問題を減少
することである。しかしながら、この方法は添加水素と
欲せざるイオンとの間の化学反応に依存しており、同様
の反応はそうした水素と決定されるべき原子イオンとの
間においても、相当により緩慢な率であるが、起こり得
て、欲せざる質量識別効果や、追加的な分子イオンを発
生する。イオンの除去は化学プロセスであるので、Eide
n等は水素以外の任意のガスが使用可能である旨を教示
していない。
オン化(API)四重極型質量スペクトロメータを教示
する米国特許第4,963,736号によって代表され、該スペ
クトロメータでは、AC-専用多重極(即ち、四重極或
いは六重極等)ロッド・セットがそのAPIソースと四
重極質量フィルターとの間に配置されている。ガスがそ
の追加的なロッド・セットに隣接する真空システム内へ
導入される。これで、四重極質量分析器の質量分解能が
改善されることと、追加的なロッド・セットから出現す
るイオンのエネルギーが狭い範囲となることとをもたら
すことを、発明者等は要求している。この技術の更なる
詳細は、これらの発明者等(Douglas及びFrench)によ
って後に出版された、J.Am. Soc. Mass Spectrom., 199
2, vol 3pp 398-408に記載されている。しかしながら、
上記特許或いはそれに引き続く論文等の何れにも、それ
が記載する衝突的集束が、ICP或いはMIPソースを
有するプラズマ質量スペクトロメータの場合に有効に利
用され得ることを教示してもおらず、提案さえもしてい
ない。
WO 95/23018があり、それは、質量スペクトロメータの
イオン・ソースと質量分析器との間の1つ或いはそれ以
上の圧力削減段を介して、イオンを輸送する種々の多極
イオン・ガイドを教示している。これらのロッド・セッ
トは、第1圧力に維持された第1領域から、第2圧力に
維持された第2領域内へ向かって延在する。この多極ロ
ッド・セットは4つ、6つ、或いは8つの電極を備える
ことができ、それら電極内部のスペースにおける圧力
は、それらの長さ方向の一部に少なくとも沿って、米国
特許第4,963,736号によって教示された範囲内であり得
る。また、このWO 95/23018は、その多極ロッド・セッ
トがICPソースと共に使用し得ることを提案してもい
るが、同一領域内に配置され且つ略同一圧力に維持され
ている入口及び出口を有するロッド・セットの使用を教
示していない。
トロメータ」は、実質的に大気圧下で動作するマイクロ
波-誘導(MIP)プラズマ・イオン・ソース、或い
は、誘導-結合(ICP)プラズマ・イオン・ソースの
何れかを有する質量スペクトロメータを記載すべく使用
されており、用語「プラズマ」は、ICP、MIP、或
いはグロー放電の何れかを意味する。
+からや、導入された試料が何等ない状態のプラズマ自
体中に生ずる他のイオンからの妨害又は干渉が著しく削
減される、プラズマ質量スペクトロメータを提供するこ
とである。本発明の他の目的は、先行するタイプに係る
比肩し得る質量分析器と比べて、より大きな質量分解能
及びより高いイオン透過又は伝達効率を有する、プラズ
マ質量スペクトロメータを提供することである。本発明
の更なる目的は、先行するタイプに係る二重-集束プラ
ズマ質量スペクトロメータと比べて、より安価で且つよ
り簡素である、同位体比の決定を為すための磁気セクタ
ー型プラズマ質量スペクトロメータを提供することであ
る。
供される質量スペクトロメータは、 1)プラズマ中に導入された試料からイオンを発生させ
る手段と、 2)前記プラズマから第1真空室へ少なくとも一部のイ
オンを第1軸線に沿って透過又は伝達させるノズル-ス
キマー・インターフェース手段と、 3)孔を有して、前記第1真空室を第2真空室から分割
するダイアフラム手段と、 4)前記第1真空室内に配置されて、前記ノズル-スキ
マー・インターフェース手段から前記孔へイオンをガイ
ドするイオン・ガイド手段と、 5)入口軸線を有して、前記孔を通過するイオンを受取
ってその質量スペクトルを提供するイオン質量-対-電荷
比分析手段と、を備え、
り、該セット或いは該セットの各々が、第2軸線回りに
相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の長
尺状電極ロッドを備えて、それらロッドの間に当該セッ
トを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画成
する1つ或いはそれ以上の多重極ロッド-セットと、 2)前記セット或いは該セットの各々に含まれる複数の
ロッド間にAC電圧を印加する手段であり、当該セット
に入るイオンが前記ロッド-セットを貫通する前記長尺
状スペース内を移動するように為す手段と、 3)ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段内へ導入する手段であり、
前記ロッド-セット内部における前記長尺状スペースの
少なくとも一部における前記不活性ガスの分圧が少なく
とも10-3トルとなるように為す手段と、を備えること
を特徴とする、前記質量スペクトロメータである。
ド手段内へ導入される。更に好ましくは、前記イオン・
ガイド手段の少なくとも一部がガス封じ込め手段によっ
て包囲され、該ガス封じ込め手段が、前記第1真空室内
に全体的に配置されると共に、前記イオン・ガイド手段
の入口及び出口を当該ガス封じ込め手段の外側とするよ
うに配置され得る。次いで、不活性ガスが前記封じ込め
手段内へ導入され得る。こうのようにして、少なくとも
10-3トルの分圧をイオン・ガイド手段の少なくとも一
部において維持させることができる一方、その入口及び
出口がより低圧に維持される(典型的には、前記第1真
空室の圧力)。好ましくは、ガス封じ込め手段は、イオ
ン・ガイド手段よりも短く、且つ、その長手方向中心が
イオン・ガイド手段の出口よりもその入口により接近す
るように配置されている。典型的には、ガス封じ込め手
段の長さは、イオン・ガイド手段の長さの50%或いは
それ以下であることが可能である。不活性ガスをそのガ
ス封じ込め手段内に導入させるべきであって、その結
果、イオン・ガイド手段内での不活性ガスの最高分圧
が、その入口と、その長さに沿っての中途点との間に存
在する。その入口から約1/3の地点が最も好ましい。
ガス封じ込め手段が、イオン・ガイド手段の入口のまさ
に下流に一端を置くようにして配置された際、最良の結
果が得られる。
活性ガスの少なくとも10-3トルの分圧がその内部で維
持できる一方、前記第1真空室内の圧力が10-4トル未
満に維持されるようにすべきである。本発明者等が見出
したことは、ガイド手段の出口での圧力をできる限り低
く維持することが特に好都合であることであり、これ
は、ガイド手段よりも短くして、且つ、該ガイド手段の
出口よりも入口に向かって配置されるようにガス封じ込
め手段を使用することによって補助される。
極(ヘクサポール)ロッド・セットを備えるが、その代
わりに、四重極(クワドラポール)或いは八重極(オク
タポール)セットが使用可能である。六重極セットが、
質量-対-電荷比に関してのイオン透過効率又は伝達効率
で唯一最少の変動をもたらし、それは、もし同位体比が
決定される場合に特に重要であることが見出された。好
都合にも、ロッド・セットの長さは、その複数のロッド
間における長尺状スペースの半径よりも20倍乃至10
0倍の間の範囲であり、最も好ましくは約50倍であ
る。この長尺状ロッドは好都合にも一定径であり、相互
に平行して配置させることができるが、テーパー状及び
/或いは相互に非平行の電極ロッドの使用も本発明の範
囲内である。更に、軸線方向の電位又はポテンシャルの
傾きをイオン・ガイド手段に沿って設けることができ、
それでイオン透過率又はイオン伝達率を補助することが
できる。これを達成するには、例えば、各部が異なる軸
線方向電位を有して、次々に配置された複数の多重極ロ
ッド・セットを備えるイオン・ガイド手段を提供するこ
とによってか、或いは、イオン・ガイド手段を包囲する
ガス封じ込め手段を相互に絶縁された幾つかのセグメン
トに分割し、それらのセグメントに異なるDC電位を印
加することによって可能となり、他の方法でも可能であ
る。
ドには、好ましくは、AC電圧だけが供給されるが、特
に四重極配列が利用された場合、四重極質量分析器用の
従来方法に従って、DC電位を付加することも本発明の
範囲内である。
キマー・インターフェース手段の)第1軸線はダイアフ
ラムにおける孔を通らないので、該第1軸線に沿っての
孔へ向かう見通し線路が何等存在しない。イオン・ガイ
ド手段は、その第2軸線が第1軸線に対して傾斜するよ
うに配置させられており、ノズル-スキマー・インター
フェース手段を去るイオンが当該イオン・ガイド手段内
の長尺状スペースに入って、該ガイド手段のイオン閉じ
込め作用によって孔へ向かって案内されるようになって
いる。このようにして、中性の分子或いは原子が、孔及
びイオン質量-対-電荷分析手段へ入り込むことを防止し
て、バックグランド信号の最小化が可能となっている。
量分析器の(イオン・ガイド手段からダイアフラム手段
における孔を通過したイオンを受取る)入口軸線を(イ
オン・ガイド手段の)第2軸線に対して傾斜させるよう
に配列することで達成することができる。好都合にも、
この第2軸線を第1軸線及び入口軸線の双方に対して傾
斜させることによって、第1軸線及び入口軸線は相互に
平行して配列され得て、機器の組立てを容易にしてい
る。
対-電荷分析手段は磁気セクター分析器を備える。同位
体比測定の目的のため、この分析器は、その画像焦点平
面に沿って配置された複数のイオン・コレクターを具備
して適合可能とされて、幾つかの異なる質量-対-電荷比
のイオンが同時に測定可能となっている。そうした多重
-コレクター・システムは磁気セクター同位体比質量ス
ペクトロメータにおいて慣例的なことである。驚くべき
ことに、本発明者等が見出したことは、この目的のため
に二重-集束(焦点)質量分析器(即ち、一つ一つが静
電イオン-エネルギー分析器を取入れている)を使用す
る必要性がないことであり、その理由としては、本発明
に従ったスペクトロメータの質量分解能及び同位体存在
比感度は、比肩し得る磁気セクター分析器を具備した先
行技術に係る単一-集束プラズマ・スペクトロメータの
場合よりも著しく大きいからであるが、もし非常に高度
な分解能が要求される場合には、二重-集束分析器が使
用可能となるであろう。
-対-電荷比分析器は四重極型の質量分析器を備える。こ
うした実施例は、高分解能質量分析器の代価無しの先行
技術に係る四重極機器では甚大な妨害が生ずるような質
量-対-電荷比のイオンをもたらす原子種を分析できる、
ICP質量スペクトロメータを提供する。更なる他の好
適実施例において、イオン質量-対-電荷比分析器は、飛
行時間型の分析器であり、特に入口軸線とイオン・ドリ
フト方向とが直交配置されている飛行時間型の分析器を
備えることができる。こうした機器は、典型的には、四
重極に基づく機器よりも大きな感度を示す。
イクロトロン共鳴質量分析器をも、イオン質量-対-電荷
比分析器として利用することは、本発明の範囲内であ
る。
は、本発明に係るスペクトロメータにおいて、Ar+及
びArX+(Xとは、H、C、O、N、Cl、或いはA
r等を含む)等のイオンが、強度において著しく大幅に
低減されることである。これは、Eiden等の研究とは対
照的であり、彼等は、水素のみを使用し且つガイド手段
無しの単なる結果としての抑制と考察しており、そうし
てこの抑制を水素との化学反応によるアルゴン・イオン
の除去に帰属せしめた。こうしたメカニズムは、不活性
ガスが使用された際には明らかに不可能である。
クトロメータにおいて、イオン質量-対-電荷比分析器の
質量分解能及び同位体存在比感度は、先行技術に係るス
ペクトロメータと比較して大きく改善されていることで
ある。APIソースの場合の米国特許第4,963,736号で
教示された構成とは対照的に、こうした改善は、(イオ
ン・ガイド手段の)第2軸線が(ノズル-スキマー・イ
ンターフェースの)第1軸線及び質量分析器の入口軸線
の双方に対して傾斜されて、ノズル-スキマー軸線に沿
って分析器の入口孔へ向かう見通し線路が存在しない際
に、最も注目される。
の質量の分光的分析方法を提供しており、順次実行され
る諸ステップとして、以下の:
らイオンを発生させるステップと、 2)前記イオンの少なくとも一部をノズル-スキマー・
インターフェース手段を介して第1真空室へ通過させる
ステップと、 3)前記第1真空室に入った前記イオンの少なくとも一
部を、前記第1真空室を第2真空室から分割するダイア
フラムにおける孔へ案内するステップと、 4)前記第2真空室内へ進んだ前記イオンの少なくとも
一部を質量分析して、その質量スペクトルを提供させる
ステップと、の諸ステップを含み、
それ以上の多重極電極ロッド-セットであり、該セット
が相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の
長尺状ロッド電極を含んで、それらロッドの間に当該セ
ットを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画
成する1つ或いはそれ以上の多重極電極ロッド-セット
を備えるイオン・ガイド手段に、前記イオンを通過させ
ることと、前記ロッド電極にAC電圧を印加することと
を含み、 2)ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段へ導入することによって、
前記長尺状スペースの少なくとも一部における前記不活
性ガスの分圧が少なくとも10-3トルとなるように為
す、ことを特徴としている。
分析器の場合、第2軸線の電位と、引き続く四重極質量
分析器の中心軸線の電位、或いは引き続くイオン・トラ
ップの中心の電位との間に、非常に低い電位差のみを維
持することによって、更なる長所が得られる。イオン・
ガイド手段内のガスが常温の場合、この電位差は略1ボ
ルトとされるべきである(正イオンの場合、イオン・ガ
イド手段の軸線方向電位を質量分析器よりも大きな負極
性とする)。この電位差は非常に重要であり、最大イオ
ン透過率又は伝達率のために調整可能である。もしも余
り高ければ、何れのイオンをも電位バリヤー又は電位障
壁を横切って質量分析器に入るに充分なエネルギーを得
ることができなくなる。また、本発明者等が発見したこ
とは、この電位の調整は、プラズマ中に生じた分子イオ
ンによる妨害を更に低減する手段を提供することであ
る。観察されたことは、電位をゼロを僅かに上回る点か
ら上述したカット-オフ電位へ向けて増大すると、アル
ゴン化物及び酸化物等の分子イオンの強度が、原子イオ
ンの強度が影響される前に著しく低減されることであ
る。
ては、米国特許第4,963,736号の教示に従えば、イオン
・ガイド手段を通過するイオンのエネルギーは、全ての
場合、該イオン・ガイド手段中におけるガスの熱エネル
ギーになると予想されたからである。しかしながら、そ
のガイド手段中を通過する分子イオンが獲得するエネル
ギーは原子イオンが獲得するものよりも僅かに低いの
で、イオンが移動すべき範囲に亙る電位調整が、質量分
析器に到達する分子イオンを効果的に防止又は阻止する
ものと思われる。よって、本発明が更に提供する、先に
定義されたような方法において、前記イオンを質量分析
する前記ステップが、中心軸線を有する四重極質量分析
器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含んで、前記方法が、前記イオン・
ガイド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極質量分
析器の前記中心軸線の電位との間に電位差を維持して、
多原子イオンの透過又は伝達率が原子イオンのそれに対
して低減されるように為すステップを更に含むことから
成る。代替的には、本発明が提供する、先に定義された
ような方法において、前記イオンを質量分析する前記ス
テップが、中心を有する四重極イオン-トラップ質量分
析器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含んで、前記方法が、前記イオン・
ガイド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極イオン
-トラップ質量分析器の前記中心の電位との間に電位差
を維持して、多原子イオンの透過又は伝達率が原子イオ
ンのそれに対して低減されるように為すステップを更に
更に含むことから成る。このようにして、本発明は、先
に定義されたようなスペクトロメータで実行されるプラ
ズマ質量分析において、分子イオン妨害を低減する方法
を提供する。典型的には、この電位差は0±1ボルトの
範囲内であり、数十ボルトまでが臨界である。
分析器の場合、磁気セクターに入る前にイオンを高運動
エネルギーとなるまで加速する必要性がある。従来、こ
れを達成するためには、イオン・ソースを高い正の電位
に維持し、分析器の入口孔及びそれに引き続く全ての構
成要素を接地することによって行われている。しかしな
がら、本発明に従ったスペクトロメータでは、ノズル-
スキマー・インターフェース及びイオン・ガイド手段を
略接地電位に維持することが好ましい。これには、スペ
クトロメータの入口孔、飛行管、並びに検出器システム
を高い負電位に維持することが必要であって、それによ
って、イオンは入口孔を通過するに従って、磁気セクタ
ーによっての分散に必要とされる運動エネルギーを獲得
する。しかしながら、ノズル-スキマー・インターフェ
ース及びイオン・ガイド手段を高い正電位に維持し且つ
飛行管及び検出器システムを接地電位に維持すること
は、本発明の範囲内である。
段が、ノズル-スキマー・インターフェースとイオン・
ガイド手段の入口との間に設けられる。典型的には、こ
のレンズ手段は、ノズル-スキマー・インターフェース
及びイオン・ガイド手段の電位に対して、(正イオンの
場合には)負極性で600ボルト乃至1000ボルトの
間の電位に維持される。好ましくは、その電極は、スキ
マーに最接近した頂点を具備して配置された中空円錐形
構造体を備える。このレンズ電極は、追加的な真空室を
画成すべく第2ダイアフラムとしての役割を果たすこと
もでき、それ故に、ノズル-スキマー・インターフェー
スと、イオン・ガイド手段との間に差動ポンプの追加段
を提供している。この静電レンズ手段に印加される電位
は、ノズル-スキマー・インターフェースからイオン・
ガイド手段へ向かうイオンの透過効率又は伝達効率を改
善するように調整される。本発明者等が見出したこと
は、その電位が正しく設定された際、低質量-対-電荷比
のイオンでは特に、このレンズ手段がその透過効率又は
伝達効率を100倍以上に増大することであり、そのレ
ンズ手段が無い場合、そうした低質量-対-電荷比のイオ
ンはスキマー付近における空間-電荷効果にために殆ど
損失されてしまう。更に見出されたことは、このレンズ
の設置でArO+等のイオンの透過率は低減し、その結
果として、Feに関する検出感度が改善されることであ
る。また、このレンズの使用は、ノズル-スキマー・イ
ンターフェース領域における質量識別を著しく低減し、
これが同位体比が決定されようとする際に特に有益であ
る。
におけるように、分析されるべき試料は、従来の噴霧器
によって発生させられた煙霧質の形態でプラズマ中に導
入可能である。本発明者等は、最良の結果としては、試
料が水溶液の形態である際に得られることを見出してい
る。
%未満、最も好ましくは1%未満の)少量の他の物質を
添加することは、性能を一層向上させることができるこ
とである。例えば、ヘリウム不活性ガスに対して0.5
%のキセノンを添加することによって、酸素化分子イオ
ンの強度を一層減じ、そして、水素或いは水の約0.5
%ではAr+等のイオンの一層の低減がもたらされると
いう、驚くべきことが見出された。
のために添付図面を参照して説明される。
発明に係るスペクトロメータは、プラズマ2を発生する
プラズマトーチ1を備える。プラズマを発生するエネル
ギーは、従来のICP(誘導結合プラズマ)質量スペク
トロメータにおけるように、トーチ1を取り巻く(不図
示)コイルに流れるRF電流から誘導的に結合されてい
る。水冷式ハウジング4上に取付けられたサンプリング
・コーン又は抽出円錐体3へ、プラズマ2が指向される
と共にそれに隣接するように、トーチは配置されてい
る。スキマー5が抽出円錐体3の下流に配置され、これ
ら円錐体3及びスキマー5の間の領域6は、ポート7に
接続された機械的な真空ポンプ(不図示)によって真空
排気されているので、該領域6内の圧力を約2トル(2
mmHg)に維持することができる。円錐体3及びスキ
マー5は、ノズル-スキマー・インターフェースを備
え、それらの軸線方向に整合された孔を通ってイオンが
プラズマ2から、ポート9に接続されたターボ分子ポン
プ(不図示)によって圧力が約10-2トルに維持されて
いる真空排気された領域8へ向かう。スキマー5の孔を
通過するイオンは、次いで、ポート25に接続された他
のターボ分子ポンプ(不図示)によって圧力が約10-3
トルに維持されている第1真空室11から、その真空領
域8を分割する役割を果たす中空円錐形状の静電レンズ
要素10における孔を通過する。
ド手段は、第1真空室11内に配置され、第2軸線16
の回りに対象的に配置されて六極構造又は六重極構造を
形成する6本の長尺状平行電極ロッドから成る(その内
の3本が、それぞれ13,14,15として示されてい
る)多重極ロッド・セットを備える。これらの電極ロッ
ドは、3つの円形支持絶縁体72,73,74によって
然るべき位置に固定されており、それら支持絶縁体の内
の2つは(72及び74)、図示の如く、イオン・ガイ
ド手段を第1真空室11のハウジング内に配置してもい
る。長尺状スペース17(図2)は軸線16回りの複数
のロッドを長手方向に通るように延在している。RF電
源26(図2)は、図示のように接続されたこれらロッ
ドの相互の間にAC電圧を提供している。ロッド・セッ
トの第2軸線16は、図1に示されるように、(抽出円
錐体3及びスキマー5の各孔を通過する)ノズル-スキ
マー・インターフェースの第1軸線27に対して傾斜し
ている。孔19を有するテーパー状電極18を備えてい
るダイアフラム手段又は隔膜手段が、真空室11を第2
真空室20から分割するように設けられており、イオン
・ガイド手段12の端部が、該イオン・ガイド手段を通
って移動するイオンがこの孔19を通って出るように配
置されている。軸線16が傾斜しているので、孔19は
当然の如くにノズル-スキマー・インターフェースの軸
線からずれている。
号29及び33で概略的に示されている四重極質量フィ
ルター及びイオン検出器を備える従来の四重極質量スペ
クトロメータは、第2真空室20内に配置されている。
フィルター29は、従来通りに絶縁体31内に支持され
ている4つの電極30を備える。質量フィルター29の
入口軸線32は、図示の如くに、イオン・ガイド手段1
2の第2軸線16に対して傾斜しており、プラズマ2か
らフィルター29への中性粒子の透過又は伝達を一層減
じている。イオン・ガイド手段12の出口を去るイオン
は、(絶縁されたフランジ34上に取付けられた)テー
パー状電極18に対して印加された適切なポテンシャル
又は電位によって生じた場中又は電界中で偏向されるの
で、それらイオンはフィルター29の入口軸線32に沿
って進む。
図2に示されるように4つの電極30に接続されて、軸
線32に沿って入ってくるイオンの質量濾過処理を可能
としている。電源35はバイアス入力37を有し、そこ
での電位が、複数のロッド30のアレイの中心軸線の電
位を決定している。入力37は、調整可能な電圧源36
に接続されている(以下を参照)。AC-専用電源26
は、図2に示されるように、イオン・ガイド手段12を
構成する複数の電極に給電している。電源26は、バイ
アス入力43を有し、調整可能な電圧源36に接続され
たそこでの電位が、イオン・ガイド手段の軸線の電位を
制御している。電源36は、イオン・ガイド手段の電位
と質量フィルターの電位との間のポテンシャル差又は電
位差を維持し、その電位差は、質量フィルターへ入る欲
せられる原子の欲せざる多原子イオンに対する比を増大
すべく先に説明したように調整される。この電位差は、
典型的にはイオンの極性に依存して0±1ボルトの範囲
内であり、注意深く設定されなければならず、先に説明
したように、分析中に亙ってその選択された値で維持さ
れなければならない。
析器の代りに、図4に示される(全体的に符号38で示
された)磁気セクター分析器を備える。四重極分析器の
場合のように、この磁気セクター型の分析器は、本質的
には、従来的な公知の設計である簡素化形態で示されて
いる。この実施例において、テーパー状電極18におけ
る孔19を通過するイオンは、該電極18とイオン・ガ
イド手段12の中心軸線との間に維持された電位差から
生ずる電界によって入口軸線32に沿って偏向される。
この電位差は、典型的には(正イオンの場合)1ボルト
乃至5ボルトの間であるが、先行して説明した実施例に
おいての対応する電位程に重要ではない。軸線32に沿
って移動するイオンは、次いで、漸増する各負電位(正
イオンの場合)にそれぞれが維持された5つの電極4
4,45,46,49,50を備えている静電レンズ・
スタックによっての磁界中で分析に必要なイオン・エネ
ルギーまで加速される。電極50は、磁気セクター分析
器38の入口孔であり、加速電圧供給源48によって、
第2真空室20の接地されたハウジングに対して、当該
分析器の加速電位(−6KV)に維持されている。その
他の電極には、電極50と接地されたハウジングとの間
に接続された調整可能な電位分割器によって供給されて
いる。電極44,45,46,49の典型的な各電位
は、それぞれ、−600ボルト、−1500ボルト、−
3000ボルト、−4000ボルトである。電極45及
び49は、2つの「半」電極を備え、それらの間に小さ
な調整可能な電位差を印加可能であって、イオン・ビー
ムを「y」及び「x」方向にそれぞれ操舵する。
行管39に6KeVのエネルギーによって入り、電磁石
の複数の極40の間に生じた磁界によってそれらの質量
対電荷比に従って分散させられる。イオンは−6KVの
電位でその磁界に入るので、飛行管39は、絶縁フラン
ジ47及び51に取付けられて、電極50の電位に維持
されている。イオン検出器システム41もまた電極50
の電位に維持されている。高電圧供給が、図示の如く、
真空室20の壁内と検出器ハウジング42内との各フィ
ードスルー52及び53を通過して電極50及び検出器
41に通じている。この配列は、飛行管及び分析器シス
テムが接地電位となっている磁気セクター分析器のより
従前の配列よりも不便であるが、イオン・ガイド手段1
2を高電位に浮かせること無しに低運動エネルギーのイ
オン(適切な動作にとってそれが本質的である)で動作
させることが可能となっている。しかしながら、接地さ
れた飛行管及び検出器と高電位のイオン・ガイド手段と
を用いることは、本発明の範囲内である。
12が省略されている同様なICPスペクトロメータと
比較して、質量分解能及び同位体存在比感度における相
当が改善が達成されたことを、本発明者等は見出した。
それ故に図4の装置は、同位体比の決定に良好に適合
し、イオン検出器システム41が、監視されるべき同位
体の同時検出を許容する多重コレクタータイプの場合に
は特に適合する。次いで良好な同位体比精度は二重-集
束(焦点)式の質量分析器の更に別の複雑化無しに達成
し得るが、図4に示される磁気セクター分析器だけの代
りに、そうした分析器の使用は本発明の範囲内である。
の質量分析器が本発明にどうのように用いられるかを図
示している。先行する実施例におけるように、符号63
で全体的に示されるこの飛行時間型分析器は、そのアウ
トライン形態のみが示されている。この実施例におい
て、イオンは図4の実施例にまさに説明されたように、
入口軸線32に沿って移動すべく、テーパー状電極18
における孔19を通過する。
に支持された5つの電極54乃至58によって、加速さ
れ、偏向され、そして集束される。これらの電極は、機
能において、図4の実施例の電極44,45,46,4
9,50と同様であり、その内の最終電極58は、第2
真空室20の接地ハウジングに対して、電源48によっ
て(フィードスルー61を介して該電源に接続されて)
典型的には−2.5KV(正イオン用)に維持されてい
る。それ故に、イオンは2.5KeVのエネルギーを伴
って(電極58と同一の電位に維持されている)静電ス
クリーニング管59に入って、飛行時間型分析器63の
パルス-アウト領域へ向かう。好都合にも、この飛行時
間型分析器は従来の直交タイプであり、軸線32に沿っ
て移動しているイオンの複数の束が、電極64,65,
66に適切な電気パルスを印加することによって、イオ
ン検出器システム41へ向かうドリフト(浮遊)軸線6
7に沿って直角に放出される。イオン検出器システム4
1もまた、勿論、フィードスルー62への接続を介して
電極58の電位に維持されている。前記静電スクリーニ
ング管59と同様な静電スクリーニング管(不図示)
を、飛行時間型分析器のドリフト領域の接地された真空
エンクロジャーからドリフト軸線67に沿って移動する
イオンのスクリーニング又は選別のために設けることも
できる。そうした飛行時間型スペクトロメータは当業界
において公知であり、ここで更に説明する必要性はな
い。しかしながら、本発明者等が見出したことは、驚く
べきほどに高い質量分解能が図5に係る装置によって獲
得できることであり、分析器のパルス-アウト領域に入
るイオンの運動エネルギーにおける拡散が低いことを示
している。結果として、良好な性能が、図5に示される
直交タイプの代りのより簡素化された軸線タイプを用い
て獲得可能である。理解して頂けるように、飛行時間型
分析器の使用は、より大きなイオン透過又は伝達効率を
もたらすことができると共に、幾つかの同位体種の効率
的な同時検出をもたらすことができ、それ故に、同位体
比の決定用に本発明に係るICPスペクトロメータに特
に有用である。
イオン-トラップ型の質量分析器を用いた本発明の実施
例が図6に示されている。先行する実施例と同じよう
に、1つのリング電極68と2つのエンド-キャップ電
極69,70を備えるこの分析器71の詳細な構造及び
動作は、従来通りであり、ここで詳細に説明する必要性
ない。分析器71は、図3に示された四重極分析器29
と同様に、孔19を通過するイオンを受取るように単に
配置されている。トラップの中心における電位は、四重
極分析器の場合とまさに同じように、イオン・ガイド手
段の軸線方向電位に対して±1ボルトに維持されてい
る。
で例示された6つのロッド電極は、それらの長さの前部
(全長の約半分)に沿って、ロッド自体のための支持絶
縁体73及び74を含む管21を備えるガス封じ込め手
段によって密閉されている。不活性ガスがインレット・
パイプ22を介して管21内に導入されているので、こ
れら複数のロッドから成る中心における長尺状スペース
17内の圧力は少なくとも10-3トルとなっている。イ
ンレット・パイプ22は、ガスがイオン・ガイド手段の
長さ方向においてその入口から約1/4のところから入
るように配置されている。支持絶縁体73及び74は、
管21の各端部23及び24に近接して配置されている
と共に、比較的気密な構造であるので(イオンが通過す
る中央孔を保護する)、少なくとも10倍の圧力差を長
尺状スペース17と真空領域11との間に維持できる。
しかしながら、もしスペース17内の圧力が少なくとも
10-3トルに維持されていれば、イオン・ガイド手段1
2回りの真空室11に直に、特に管21がない場合に直
に不活性ガスを供給することはできるが、効果性に乏し
い。好ましくは、ヘリウムが管21内に導入されるが、
アルゴン等の他のガスでも使用可能である。窒素も効果
的であると共に、安価であるという長所があるが、より
高いバックグランド・スペクトルを生ずる傾向がある。
本発明の長所を引き起こすために要求される長尺状スペ
ース17内の正確な圧力は測定されてこなかったが、実
際上、結果としての質量スペクトルが観察される一方
で、妨害ピークの強度が減少し始めるまでヘリウム流が
漸進的に増大され、次いで、更なる減少が得られなくな
るまで或いは欲せられた原子イオンの強度が減少し始め
るまで、更に増大させることが可能である。
mの内径の長尺状スペース17とを有する六重極イオン
・ガイドの場合、それらロッドに印加されるACは10
0ボルト乃至400ボルトの間の電圧で5MHzの周波
数である。実際上、異なる質量対電荷比のイオンでのこ
の六電極の最大透過率は、異なる電圧で生ずることが判
明しているので、AC電圧は、質量分析器の質量対電荷
比走査と同期して好都合に走査されて、実際に検出され
るイオンの六重極を通る最大透過率が達成されることを
確保している。
ルギーのイオンで動作する四重極或いは四重極イオン-
トラップ質量分析器の場合、約1ボルトの電位差が、イ
オン・ガイド手段12の中心軸線16の電位と、四重極
質量分析器の軸線方向電位或いは中心電位との間に維持
されている。この電位差は電位バリヤー又は電位障壁を
提供しており、イオン・ガイド手段12から出現する正
イオンが、孔19を通過して質量分析器へ入ることがで
きる前に、それらの運動エネルギーによってその電位バ
リヤーを越えなければならない。それらがイオン・ガイ
ド手段を通過している間、イオンの運動エネルギーは該
イオン・ガイド手段に導入された不活性ガス分子の熱エ
ネルギーに実質的に変えられるので、プラズマ中に生じ
たイオンの1eV乃至20eVの典型的なエネルギーの
広がり又は範囲は著しく減ぜられる。しかしながら、予
想外に判明されたことは、分子イオン及び原子イオンが
ガイド手段から異なる運動エネルギーを伴って出現する
ので、電位差の慎重な調整によって、質量分析器に到達
する多原子イオンの数を一層減ずることができることで
ある。
の電圧が適切な電源(不図示)によって電極10に印加
され、ある程度の集束作用を提供している。これは、ス
キマー5の内面上の(特に低質量対電荷比の)イオンの
損失を減ずることによって、イオン透過率を増大する補
助を為している。(低質量対電荷比を有するイオンは、
スキマーの孔から展開する材料の外側上に存在する傾向
がある。)実際上、これらの低質量イオンの透過率は、
電極10における電位の調整によって約100の倍数分
増大させることができる。しかしながら、予想外に判明
されたことは、電極10の存在もArO+等の分子イオ
ンの強度を減ずるので、電極10における電位を調整す
ることによってもこれら妨害イオンの強度を最少化する
ことができることである。幸いにも、ArO+イオンの
強度の最少化は、典型的には、低質量イオンの透過率を
最大化するのと同一の電圧で生じ、最適電位はイオンの
スキマー5の内側面への接触を最小化するものであるこ
とを、多分、示している。
析計に従来より利用されてきた手段の任意のもので、プ
ラズマ中に導入させることができる。しかしながら本発
明者等は、最も重要な改善が、特にAr+イオンの抑制
に関しての改善が、各種試料を従来タイプの噴霧器を介
して水溶液の形態で導入された際に得られることを観察
した。それ故に、プラズマ中に導入された物質は、不完
全に理解されている機構であって、本発明の長所を提供
している機構において今のところまだ未定義の役割を演
ずると見られる。
ターフェース領域及びイオン・ガイド領域を示す断面図
である。
てのイオン・ガイド手段及び四重極質量分析器の電極に
関する電気的接続関係を示す概略図である。
て、四重極質量分析器を有するスペクトロメータの質量
分析器領域及び検出領域を示す断面図である。
て、磁気セクター質量分析器を有するスペクトロメータ
の質量分析器領域及び検出領域を示す断面図である。
て、飛行時間質量分析器を有するスペクトロメータの質
量分析器領域及び検出器領域を示す断面図である。
て、四重極イオン-トラップ質量分析器を有するスペク
トロメータの質量分析器領域及び検出領域を示す断面図
である。
Claims (28)
- 【請求項1】 質量スペクトロメータであって、プラズマ(2)中に導入された試料からイオンを発生さ
せる手段(1)と、 前記プラズマ(2)から第1真空室(11)へ前記イオ
ンの内の少なくとも一部を第1軸線に沿って透過又は伝
達させるノズル - スキマー・インターフェース手段
(3,5)と、 孔(19)を有して、前記第1真空室(11)を第2真
空室(20)から分割するダイアフラム手段(18)
と、 前記第1真空室(11)内に配置されて、前記ノズル -
スキマー・インターフェース手段(3,5)から前記孔
(19)へイオンをガイドするイオン・ガイド手段(1
2)と、 入口軸線を有して、前記孔(19)を通過するイオンを
受取ってその質量スペクトルを提供するように配置され
たイオン質量 - 対 - 電荷比分析手段(29;38;53;
71)と、を備え、 前記イオン・ガイド手段(12)が、 1つ或はそれ以上の多重極ロッド - セットであり、該セ
ット或は該セットの各々が、第2軸線(16)回りに相
互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の長尺
状電極ロッド(13−15)を備えて、それらロッドの
間に当該セットを長手方向に通るように延在する長尺状
スペースを画成する1つ或はそれ以上の多重極ロッド -
セットと、 前記セット或は該セットの各々に含まれる前記ロッド
(13−15)間にAC電圧を印加することによって、
当該セットに入るイオンが前記多重極ロッド - セットを
通る前記長尺状スペース内を移動するように為す手段
(26)と、を備え、 前記質量スペクトロメータが、 前記第1真空室(11)内に全体的に配置され、前記イ
オン・ガイド手段(12)の少なくとも一部を取り囲ん
でいるガス封じ込め手段(21)であり、該イオン・ガ
イド手段(12)の入口及び出口の双方が当該ガス封じ
込め手段(21)の外側となるように配置されたガス封
じ込め手段(21)と、 ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、
並びに、窒素から成る群から選択された不活性ガスを、
前記ガス封じ込め手段(21)内へ導入して、前記不活
性ガスの分圧が前記イオン・ガイド手段(12)の少な
くとも一部において10 -3 トル以上となる一方で、該イ
オン・ガイド手段(12)の入口及び出口がより低圧に
維持されるように為す不活性ガス導入手段(22)と、
を備えることを特徴とする 質量スペクトロメータ。 - 【請求項2】 前記不活性ガス導入手段(22)がヘリ
ウムを前記長尺状スペース内へ導入する手段を含む、請
求項1に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項3】 前記長尺状スペース内の前記不活性ガス
の最も高い分圧が前記イオン・ガイド手段(12)の入
口から該イオン・ガイド手段(12)の全長の半分以内
の地点で生ずるように、前記不活性ガス導入手段(2
2)が前記不活性ガスを前記ガス封じ込め手段(21)
内へ導入するように配列されている、請求項1或は2に
記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項4】 前記長尺状スペース内の前記不活性ガス
の最も高い分圧が前記イオン・ガイド手段(12)の入
口から該イオン・ガイド手段(12)の全長四半分以内
の地点で生ずるように、前記不活性ガス導入手段(2
2)が前記不活性ガスを前記ガス封じ込め手段(21)
内へ導入するように配列されている、請求項3に記載の
質量スペクトロメータ。 - 【請求項5】 前記イオン・ガイド手段(12)が六重
極ロッド・セットを含む、請求項1乃至4の内の何れか
一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項6】 前記イオン・ガイド手段(12)が四重
極ロッド・セットを含む、請求項1乃至5の内の何れか
一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項7】 前記イオン・ガイド手段(12)の長さ
が、前記長尺状スペースの半径よりも20倍乃至100
倍の間の倍率で大きい、請求項1乃至6の内の何れか一
項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項8】 前記第1軸線が前記孔(19)を通過せ
ず、前記第2軸線(16)が前記第1軸線に対して傾斜
させられ、前記ノズル - スキマー・インターフェース手
段(3,5)を去るイオンが、前記イオン・ガイド手段
(12)内の前記長尺状スペースに入って、該イオン・
ガイド手段(12)のイオン閉じ込め作用によって前記
孔(19)へ案内されるように為す、請求項1乃至7の
内の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項9】 前記入口軸線が、前記第2軸線(16)
に対して傾斜させられている、請求項8に記載の質量ス
ペクトロメータ。 - 【請求項10】 前記イオン質量 - 対 - 電荷分析手段が、
磁気セクター質量分析器(38)を含む、請求項1乃至
9の内の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項11】 前記磁気セクター質量分析器(38)
が、その画像焦点面に沿って配置された複数のイオン・
コレクターを含み、幾つかの異なる質量 - 対 - 電荷比のイ
オンが同時に測定されるように為す、請求項10に記載
の質量スペクトロメータ。 - 【請求項12】 前記磁気セクター分析器(38)が、
入口孔、飛行管、並びに、検出器システムを含み、前記
ノズル - スキマー・インターフェース手段(3,5)及
び前記イオン・ガイド手段(12)が略接地電位に維持
され、前記入口孔、前記飛行管、並びに、前記検出器シ
ステムが加速電位に維持されて前記分析器に入るイオン
が、それらイオンが前記入口孔を通過するとともに、前
記磁気セクターによるそれらイオンの散乱に必要とされ
る運動エネルギーまで加速されるように為す、請求項1
0或は11に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項13】 前記イオン質量 - 対 - 電荷比分析器が四
重極型の質量分析器(29)を含む、請求項1乃至9の
内の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項14】 前記イオン質量 - 対 - 電荷比分析器が飛
行時間型の質量分析器(63)である、請求項1乃至9
の内の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項15】 前記飛行時間型質量分析器(63)
が、直交配置されたその入口軸線と、イオンの飛行時間
が決定されようとしている間に該イオンが移動すること
になる軸線とを有する、請求項14に記載の質量スペク
トロメータ。 - 【請求項16】 前記イオン質量 - 対 - 電荷比分析器が、
四重極型イオン - トラップ分析器(71)を含む、請求
項1乃至9の内の何れか一項に記載の質量スペクトロメ
ータ。 - 【請求項17】 前記第2軸線(16)の電位と、前記
四重極型質量分析器の軸線方向電位或は前記四重極型イ
オン・トラップの中心電位との間における約1ボルト未
満の電位差を維持するための手段が設けられている、請
求項13或は16に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項18】 静電レンズ手段(10)が、前記ノズ
ル - スキマー・インターフェース手段(3,5)と前記
イオン・ガイド手段(12)の前記入口との間に設けら
れ、当該静電レンズ手段(10)が、前記スキマー
(5)に最も接近した頂点を具備して配置されている共
に、前記ノズル - スキマー・インターフェース手段
(3,5)及び前記イオン・ガイド手段(12)の電位
に対して600ボルト乃至1000ボルトの間の電圧に
維持された中空円錐形構造体を含む、請求項1乃至17
の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項19】 試料の質量の分光的分析の方法であっ
て、 1)前記試料をプラズマ(2)中に導入して、そこから
イオンを発生させるステップと、 2)前記イオンの内の少なくとも一部をノズル - スキマ
ー・インターフェース手段(3,5)を介して第1真空
室(11)内へ進めるステップと、 3)前記第1真空室(11)に入った前記イオンの内の
少なくとも一部を、前記第1真空室(11)を第2真空
室(20)から分割するダイアフラム(18)における
孔(19)へ案内するステップと、 4)前記第2真空室(20)内へ進められた前記イオン
の内の少なくとも一部を質量分析して、その質量スペク
トルを提供させるステップと、の順次実行される諸ステ
ップを含み、 前記方法において、 前記イオンを案内する前記ステップが、1つ或はそれ以
上の多重極電極ロッド - セットであり、該セットが相互
に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の長尺状
ロッド電極を含んで、それらロッドの間に当該セットを
長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画成する
1つ或はそれ以上の多重極電極ロッド - セットを含むイ
オン・ガイド手段(12)に、前記イオンを通過させる
ことと、前記ロッド電極にAC電圧を印加することと、
を含み、 前記方法が、 前記第1真空室(11)内に全体的に配置され、前記イ
オン・ガイド手段(12)の少なくとも一部を取り囲ん
でいるガス封じ込め手段(21)であり、該イオン・ガ
イド手段(12)の入口及び出口の双方が当該ガス封じ
込め手段(21)の外側となるように配置されたガス封
じ込め手段(21)を提供することと、 ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、
並びに、窒素から成る群から選択された不活性ガスを、
前記ガス封じ込め手段(21)内へ導入して、前記不活
性ガスの分圧が前記イオン・ガイド手段(12)の少な
くとも一部において10 -3 トル以上となる一方で、該イ
オン・ガイド手段(12)の入口及び出口がより低圧に
維持されるように為すことと、 を更に含むことを特徴とする方法 。 - 【請求項20】 前記不活性ガスがヘリウムである、請
求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 前記不活性ガスが、ヘリウムと、5%
未満の追加的物質とを含む、請求項19或は20に記載
の方法。 - 【請求項22】 前記追加的物質がキセノンである、請
求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 前記追加的物質が水素である、請求項
21に記載の方法。 - 【請求項24】 前記追加的物質が水である、請求項2
1に記載の方法。 - 【請求項25】 前記試料が、噴霧器によって発生させ
られた煙霧質の形態で前記プラズマ中に導入された水溶
液を含む、請求項19乃至24の内の何れか一項に記載
の方法。 - 【請求項26】 前記イオンの質量分析を為す前記ステ
ップが、中心軸線を有する四重極型質量分析器(29)
の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップが、
中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段(12)に前
記イオンを通過させることを含み、前記方法が、前記イ
オン・ガイド手段(12)の前記中心軸線の電位と、前
記四重極型質量分析器(29)の前記中心軸線の電位と
の間に電位差を維持させることによって、多原子イオン
の透過又は伝達を原子イオンのものと比べて減少させる
ように為すステップを更に含む、請求項19乃至25の
内の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項27】 前記イオンの質量分析を為す前記ステ
ップが、中心を有する四重極イオン - トラップ質量分析
器(71)の使用を含み、前記イオンを案内する前記ス
テップが、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段
(12)にイオンを通過させることを含み、前記方法
が、前記イオン・ガイド手段(12)の前記中心軸線の
電位と、前記四重極イオン - トラップ質量分析器(7
1)の前記中心の電位との間に電位差を維持させること
によって、多原子イオンの透過又は伝達を原子イオンの
ものと比べて減少させるように為すステップを更に含
む、請求項19乃至25の内の何れか一項に記載の方
法。 - 【請求項28】 前記電位差が約1ボルト未満である、
請求項26或は27に記載の方法。
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