JP3765434B2 - Laser ionization mass spectrometer - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術】
本発明は、レーザー光の照射によって被測定物である試料分子をイオン化し、そのイオンの質量スペクトルを測定することで試料の質量分析を行うレーザーイオン化質量分析技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
石炭・重油をはじめとする燃焼排ガス、都市ごみならびに産業廃棄物の焼却排ガス、プラスチック熱分解生成ガスなどには、微量ではあるが窒素酸化物、硫黄酸化物、芳香族化合物、塩素系有機化合物、塩素化芳香族化合物、その他ハロゲン系化合物などの化合物が含有されており、多くの場合これらの複数が一緒、すなわち混合状態で存在する。これらの化合物の迅速な測定技術のひとつに、測定対象化合物について検出の選択性のあるレーザー多光子イオン化質量分析による方法がある。
【0003】
混合ガス試料をレーザー多光子イオン化質量分析で測定する場合、Analytical Chemistry,第66巻,1062〜1069頁(1994年)に技術の一例が紹介されている。すなわち、通常の試料導入によるレーザー多光子イオン化質量分析技術では、各々の化合物に対応するピークがそれぞれ幅広のため、ピークが重なってしまい定量化が困難である。そこで、孔径の小さな試料導入バルブを通してガス試料を真空のイオン化室に導入し、レーザーを照射してイオン化し、質量分析計で測定する。これにより、ガス試料が断熱膨張し、絶対零度近くまで冷却されるため、各々の化合物の分子の振動・回転が抑制される。したがって、各々の化合物に対応するピークがシャープになり、それぞれ分離するため、定量化が容易になる。この方法は、導入した分子の速度が音速の数十倍程度であることから超音速分子ビーム分光分析、あるいは超音速分子ジェット分光分析と呼ばれるときもある。
【0004】
この超音速分子ジェットの試料導入では、分子ジェットを作るため、また一般にイオン化室の高真空を維持するため、ガス試料を連続的、あるいはパルス的に導入する際単位時間あたりの導入量を少なくしなくてはいけないという制限がある。このため、測定対象試料の量が極めて少ないので、全体的に感度が低下するという問題がある。この対策として、Review Science Instrumentation,第67巻,410〜416頁(1996年)に記載されているように、スリット状のノズルを使用して、レーザー光が通過する処のみ多くなるように試料を導入する方法がある。この方法は、平面状に噴出した分子ジェットに、同一平面上で真横からレーザー光を照射して分子とレーザー光との相互作用の空間を増やし、イオン生成量を増加させようというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気系の能力の制約により、通常のピンホールノズルのときと同程度の試料流量しか流せないような場合にはスリットノズルを用いてもシグナルの増加は殆ど見込めない許か、スリットノズルは分子ジェットの冷却が悪いので、かえって感度が低下する恐れもある。したがって、試料流量を増やさなくては感度が向上できなく、これが後段の質量分析計の真空度を低下させ、装置保護の安全装置が作動して質量分析計の停止を引き起こすという問題があった。とくに、パルス的に試料を導入すると、圧力変動が大きいので、感度向上を目指して排気系能力の限界近くで測定しているときに顕著であった。
【0006】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、超音速分子ジェットによる試料導入のレーザー多光子イオン化質量分析技術において、高感度で検出でき、しかも安定して測定できる装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、分子ジェットを形成するスリットノズルを備えた試料導入部と、パルスレーザー光発振器と、該発振器から発せられたレーザー光が通過しうる窓を有する真空イオン化室または相当する部位と、該レーザー光によってイオン化された分子の質量を分析する質量分析計を有し、前記スリットノズルと真空イオン化室の間を仕切って該分子ジェットの周辺部分の分子流の真空イオン化室への進入を阻止するスリットスキマーが設けられていることを特徴とするレーザーイオン化質量分析装置、によって解決される。すなわち、分子ジェットの中心部分は方向性があり、揃った分子の流れであるためイオン化するとシグナル(感度向上)に寄与するが、外周の分子は余り方向性もなくシグナルに寄与しないことを本発明者は見出した。そこで、スキマーにより、外周の分子を取り除き、質量分析計に送らなければ、試料を沢山導入しても質量分析計の排気系に掛かる負荷が軽くなる。
【0008】
【発明の実施の形態】
試料導入部は市販の質量分析装置に使用されているものをノズル部を交換するだけでそのまま使用することができる。試料導入形式は、連続的な導入、パルス的な導入の何れでも構わないが、ポンプなど排気系に掛かる負担を勘案するとパルス的な導入の方が好ましい。スリットの大きさは超音速分子ジェットを作り出せるように定められ、これは排気能力等に依存するが、通常幅が0.01〜1.0mm程度、特に0.1〜0.8mm程度、長さが5〜200mm程度、特に10〜30mm程度、幅:長さの比が1:5〜1:1000程度、特に1:10〜1:300程度である。ノズルの装着方法としては、例えば前述のReview Science Instrumentation,第67巻,410〜416頁(1996年)に記載されているようなスリットノズルおよびバルブ、すなわちスリットとこれをシールするコードが付いた押さえを3つの市販のパルスバルブの駆動機構で作動するようにしたものがある。また、余り長さが長くないもの、すなわち30mm程度以下のものであれば駆動機構を1つにできる。
【0009】
本発明の装置は、スリットノズルと真空イオン化室の間を仕切って該分子ジェットの周辺部分の分子流の真空イオン化室への進入を阻止するスリットスキマーを設けるところに特徴がある。このスキマーのスリットは試料導入部のノズルから吐出された分子ジェットの中央部分のみを通過させるように設けられ、従って、原則としてノズルのスリットとスキマーのスリットは中心が略一致するように設けられる。分子ジェットを形成するスリットノズルの吐出口とスリットスキマーのスリットとの間隔は3〜30mm程度、特に7〜25mm程度が適当である。スキマーのスリットはスリットノズルの幅と長さ以上の幅と長さとすることがよく、最大でも2倍以内が好ましい。さらに好ましくは1.2〜1.5倍である。スキマーのスリットの幅は0.01〜1.2mm程度、特に0.1〜1.0mm程度、長さが5〜200mm程度、特に10〜30mm程度、幅:長さの比が1:4〜1:1000程度、特に1:10〜1:150程度が適当である。本発明はスキマーのスリットが平板状のスキマーにスリットが形成され、あるいはスリットが真空イオン化室側に突出しているものでも効果を奏するが、スリットを通過した分子ジェットが拡散しない、あるいは収束・衝突して流れを乱さないようにする点で試料導入側に突出させて形成することが好ましい。突出形状はスリット両側面が基端部からスリット先端に向って直平面状あるいは凹面状に接近していく形状が好ましい。スリット先端中心とスリット両面基端との間の角度は20〜70度程度、特に40〜50度程度が好ましい。スキマーはスリット以外は真空イオン化室との間を連通させないように仕切る。スキマーの材質はSUS、アルミニウム等の金属、ガラス、耐熱性プラスチックなどを用いることができる。スリットスキマーでカットされた分子ジェット部分が真空イオン化室に行かないよう排気手段を設ける。
【0010】
パルスレーザー光発振器は、高出力のパルスレーザー光を発振できればとくに限定されるものではないが、例えばナノ秒オーダーのパルスレーザー光を発振するものであれば、次のようなものを用いることができる。つまり、色素レーザーが最も一般的に使用される。これは、エキシマーレーザー、あるいはヤグレーザーをポンピング光源として用い、レーザー色素の交換により330〜1000nmまで連続的に波長を変化することができる。最近は光パラメトリック発振レーザーが市販され、色素レーザーの代わりにこれを用いて発振することもできる。また、色素の倍波発生、ミキシングなどを用いると220nmまで発生領域を拡大できる。フェムト秒オーダーのレーザー光については、大別してXeClエキシマーレーザー励起フェムト秒パルス色素レーザーならびに増幅用KrFエキシマーレーザーから構成されるシステムで発振できる。これは、ナノ秒色素レーザーをクエンチングしてさらにショートキャビティーレーザーを励起し、過飽和吸収体を通過させ、9psのパルスを発生する。この光パルスは色素アンプで増幅し、分布帰還型色素レーザーのポンプ光として用いる。最終的には、紫外線領域の波長、フェムト秒オーダーで最大20mJ程度の出力のパルスレーザー光が得られるものである。なお、フェムト秒レーザー部の発振を遮るとナノ秒オーダーのレーザー光も発振できる。
【0011】
レーザー光の集光については、何ら限定されるものではなく、通常のビーム断面が円形、あるいは特殊レンズ(シリンドリカルレンズ)を用いてできる平面状など種々の形状のものを用いることができる。
【0012】
イオン化室は高真空を形成しうる構造をしていて、レーザー光を透過する材質で作られている窓を設けてあればよい。真空イオン化室と質量分析計の真空室が連設されて仕切がない場合もある。その場合、イオン化が行なわれる部位が真空イオン化室に担当する部位になる。
【0013】
また、質量分析計としては、飛行時間型、四重極型、二重収束型など何れの形式のものも用いることができる。
【0014】
スリットスキマーで仕切られた分子ジェット吐出部、イオン化室、およびこれに隣接する質量分析計には油回転ポンプ、メカニカルブースターポンプ、油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプなどを接続して10-6〜10-8torr程度に保持できるようにする。
【0015】
試料の導入については、通常イオン化室(または相当する部位)が10-6torr以下に保持されているので、ガス状になってさえいれば常圧付近の圧力で十分でこれが駆動力になり導入されるため、とくに加圧しなくてもよいが、高圧の試料を直接導入しても何ら支障はない。また、よく知られているように減圧すると分子ジェットの密度が高くなり、若干ではあるが感度が向上する場合もあるので、好ましいときもある。
【0016】
分子イオンの質量数決定と検出については質量分析計を通常の作動状態で運転すればよく、記録については一般的なデジタルオシロスコープ、レコーダーで行うことができる。
【0017】
【実施例】
実施例1
図1及び図2に示すレーザーイオン化質量分析装置を作製した。この装置に使用した部品の多くは市販品であり、試料導入部1にはGeneral Valve社製のパルスバルブ(PN91−47−900(85kg/cm2))を、パルスレーザー光発振器3にはSpectra−Physics社製 MOPO−730型のレーザーシステムを、質量分析計5は長さ1200mmの飛行管のリフレクトロンタイプの飛行時間型のものを、検出器56には浜松ホトニクス(株)製のF1094型マイクロチャンネルプレートを、そして、記録計(図示されていない。)にはLecroy社製の9360型デジタルオシロスコープを使用した。
【0018】
試料導入部のスリットノズル12はSUS製でスリット開口部の大きさが0.1mm×10mmのものを作製した。
【0019】
スリットスキマー2は図3示す断面のもの2種を作製した。スリット先端中心とスリット両面基端との間の角度を一つは40°、もうひとつは50°にした。このスキマー2はアルミニウム製で最大肉厚1.2mmでありスリット先端は尖っており、スリット21開口部の大きさは0.2mm×12mmとした。このスリットスキマー2の位置はノズル12から25mmとし、ノズル12とスキマー2の長軸方向が一緒で、かつ中心が合致するように設置した。
【0020】
発振器3から発せられたパルスレーザー光32はレンズ31で集光されて窓41から真空イオン化室4に入る。一方、試料ガスは試料導入部1のパルスバルブ11によって間欠的に導入され、スリットノズル12から噴射されて分子ジェット13が形成される。この分子ジェット13はスリットスキマー2に衝突し、その中央部分のみがスキマー2のスリット21を通過し、略平行流のみが真空イオン化室4に入る。そこでこの分子ジェット22にレーザー光32が照射されてイオン化され、質量分析計5に入る。質量分析計5内で、まずリペラー電極52によって分子ジェット22の方向が90度曲げられ、次いで高電圧加速電極53によって加速される。その後、イオン通過孔54を通り、さらに、イオンリフレクター55で反射されてイオン検出器56で各イオンが検出される。この検出信号がデジタルオシロスコープによって計測される。スリットスキマー2で仕切られた前室23、真空イオン化室4及び質量分析計の真空室50にはそれぞれ排気系が接続されていて内部を真空状態に維持している。
【0021】
試料ガスにはクロロベンゼンを用いて質量分析を行なった。このときのレーザー光エネルギーは2mJ、照射時間は5ns、波長は269.8nmとした。クロロベンゼンはアルゴンガスとともに一定濃度の超音速ジェットで高真空のイオン化室4に導入した。生成したイオンはマイクロチャンネルプレートで検出し、デジタルオシロスコープで10回積算してスペクトルを得た。結果を図4に示す。
【0022】
比較例1
スリットスキマーを付加しない以外は実施例1と同一の装置を用い、同一の実験を行なった。このときの分子ジェットは図2に点線で示されるように噴射された、図4に得られた結果を示す。
【0023】
図4から、スリットスキマーを用いてもシグナルの強度が殆ど減少していないことが判る。スリットスキマーを用いると、原理的には分子ジェットの外周部分の分子、すなわちシグナル寄与しない余分な分子は止まり、イオン化室および質量分析計に進行しないことは明らかである。したがって、このデータは、スリットスキマーの付加によって感度を損なうことなく、質量分析計の真空度の変動を抑えるとともに同じ試料量導入の場合の真空度を向上している。これはスリットスキマーの有無で質量分析計の真空度を同じに保つのであれば、スリットスキマーを付加した方がシグナルに寄与する分子流れの揃った多量の試料を導入でき、高感度化を図れることを意味している。
【0024】
【発明の効果】
以上のように、本発明技術によると、質量分析計の能力を上げることなく、すなわち安価でコンパクトな質量分析計で多量な試料を導入できるので、レーザーイオン化質量分析装置がコンパクトなまま感度向上が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である装置の構成を示す図である。
【図2】 この装置の試料導入部、スリットスキマー、パルスレーザー光発振器及び真空イオン化室部分の断面図である。
【図3】 上記装置で使用した2種スリットスキマーのスリット部分の断面図である。
【図4】 上記装置を用いて得られたクロロベンゼンのマススペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
1………試料導入部
11…パルスバルブ
12…スリットノズル
13…分子ジェット
2………スリットスキマー
21…スリット
22…分子ジェット
23…前室
3………パルスレーザー光発振器
31…レンズ
32…パルスレーザー光
4………真空イオン化室
41…窓
5………質量分析計
50…真空室
51…隔壁
52…リペラー電極
53…加速電極
54…イオン通過孔
55…イオンリフレクター
56…検出器
61…排気系(油回転ポンプ又は油拡散ポンプ)
62…排気系(油回転ポンプ又は油拡散ポンプ)
63…排気系(ターボ分子ポンプ)
[0001]
[Technology to which the invention belongs]
The present invention relates to a laser ionization mass spectrometry technique in which sample molecules, which are objects to be measured, are ionized by laser light irradiation, and mass analysis of the sample is performed by measuring the mass spectrum of the ions.
[0002]
[Prior art]
Combustion exhaust gas such as coal and heavy oil, municipal waste and incineration exhaust gas of industrial waste, plastic pyrolysis product gas, etc., although there are traces, nitrogen oxides, sulfur oxides, aromatic compounds, chlorinated organic compounds, Compounds such as chlorinated aromatic compounds and other halogen compounds are contained, and in many cases, a plurality of these compounds exist together, that is, in a mixed state. One of the rapid measurement techniques for these compounds is a method based on laser multiphoton ionization mass spectrometry, which has detection selectivity for the measurement target compound.
[0003]
When measuring a mixed gas sample by laser multiphoton ionization mass spectrometry, an example of the technique is introduced in Analytical Chemistry, Vol. 66, pages 1062 to 1069 (1994). That is, in the laser multi-photon ionization mass spectrometry technique by normal sample introduction, since the peaks corresponding to the respective compounds are wide, the peaks are overlapped and it is difficult to quantify them. Therefore, a gas sample is introduced into a vacuum ionization chamber through a sample introduction valve having a small hole diameter, ionized by irradiation with a laser, and measured with a mass spectrometer. As a result, the gas sample is adiabatically expanded and cooled to near absolute zero, so that the vibration and rotation of each compound molecule are suppressed. Therefore, the peaks corresponding to the respective compounds become sharp and separate, so that quantification is facilitated. This method is sometimes called supersonic molecular beam spectroscopic analysis or supersonic molecular jet spectroscopic analysis because the speed of the introduced molecule is several tens of times the speed of sound.
[0004]
In this supersonic molecular jet sample introduction, in order to create a molecular jet and generally maintain a high vacuum in the ionization chamber, the introduction amount per unit time is reduced when introducing a gas sample continuously or in a pulsed manner. There is a restriction that it must be. For this reason, since the amount of the sample to be measured is extremely small, there is a problem that the sensitivity is lowered as a whole. As a countermeasure, as described in Review Science Instrumentation, Vol. 67, pages 410 to 416 (1996), a slit-shaped nozzle is used so that the sample is increased so that only the portion where the laser beam passes is increased. There is a way to introduce. In this method, a molecular jet ejected in a planar shape is irradiated with laser light from the side on the same plane to increase the space for interaction between the molecule and the laser light, thereby increasing the amount of ions generated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to the limitations of the exhaust system capacity, if only a sample flow rate comparable to that of a normal pinhole nozzle can be flowed, even if a slit nozzle is used, an increase in signal can hardly be expected. Since the cooling of the molecular jet is poor, the sensitivity may be lowered. Therefore, unless the sample flow rate is increased, the sensitivity cannot be improved. This reduces the degree of vacuum of the subsequent mass spectrometer, and there is a problem that the safety device for protecting the apparatus is activated and the mass spectrometer is stopped. In particular, when the sample was introduced in a pulsed manner, the pressure fluctuation was large, and this was noticeable when measuring near the limit of the exhaust system capacity with the aim of improving sensitivity.
[0006]
The present invention was made to solve such problems, and in the laser multiphoton ionization mass spectrometry technology for introducing a sample by a supersonic molecular jet, an apparatus that can detect with high sensitivity and can measure stably. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problems include a sample introduction unit having a slit nozzle for forming a molecular jet, a pulsed laser light oscillator, a vacuum ionization chamber having a window through which laser light emitted from the oscillator can pass, or a corresponding portion, A mass spectrometer for analyzing the mass of molecules ionized by laser light is provided, and the slit nozzle and the vacuum ionization chamber are partitioned to prevent the molecular flow around the molecular jet from entering the vacuum ionization chamber. This is solved by a laser ionization mass spectrometer characterized in that a slit skimmer is provided. That is, since the central part of the molecular jet is directional and is a uniform flow of molecules, ionization contributes to the signal (improves sensitivity), but the peripheral molecules do not contribute much to the signal without much directionality. Found. Therefore, unless the molecules on the outer periphery are removed by the skimmer and sent to the mass spectrometer, the load on the exhaust system of the mass spectrometer is reduced even if many samples are introduced.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The sample introduction part used for a commercially available mass spectrometer can be used as it is by simply replacing the nozzle part. The sample introduction format may be either continuous introduction or pulse introduction, but pulse introduction is more preferable in consideration of the burden on the exhaust system such as a pump. The size of the slit is determined so that a supersonic molecular jet can be created, and this depends on the exhaust capacity and the like, but usually the width is about 0.01 to 1.0 mm, especially about 0.1 to 0.8 mm. Is about 5 to 200 mm, particularly about 10 to 30 mm, and the width: length ratio is about 1: 5 to 1: 1000, particularly about 1:10 to 1: 300. As a method for mounting the nozzle, for example, as described in the above-mentioned Review Science Instrumentation, Vol. 67, pages 410 to 416 (1996), a slit nozzle and a valve, that is, a presser with a slit and a code for sealing the slit. Are operated by three commercially available pulse valve drive mechanisms. If the length is not too long, that is, about 30 mm or less, the number of drive mechanisms can be reduced to one.
[0009]
The apparatus of the present invention is characterized in that a slit skimmer is provided for partitioning between the slit nozzle and the vacuum ionization chamber and preventing the molecular flow around the molecular jet from entering the vacuum ionization chamber. The slit of the skimmer is provided so as to pass only the central portion of the molecular jet discharged from the nozzle of the sample introduction portion. Therefore, in principle, the slit of the nozzle and the slit of the skimmer are provided so that the centers thereof substantially coincide with each other. The distance between the discharge port of the slit nozzle that forms the molecular jet and the slit of the slit skimmer is about 3 to 30 mm, particularly about 7 to 25 mm. The slit of the skimmer is preferably set to have a width and length that are greater than or equal to the width and length of the slit nozzle, and is preferably at most twice as long. More preferably, it is 1.2 to 1.5 times. The width of the slit of the skimmer is about 0.01 to 1.2 mm, particularly about 0.1 to 1.0 mm, the length is about 5 to 200 mm, particularly about 10 to 30 mm, and the width: length ratio is 1: 4 to About 1: 1000, especially about 1:10 to 1: 150 is appropriate. The present invention is effective even when the slit of the skimmer is formed in a flat plate skimmer, or the slit protrudes toward the vacuum ionization chamber, but the molecular jet that has passed through the slit does not diffuse, converges or collides. Therefore, it is preferable to form the projection so as not to disturb the flow. The protruding shape is preferably a shape in which both side surfaces of the slit approach a straight or concave shape from the base end toward the slit tip. The angle between the slit tip center and the slit double-sided base ends is preferably about 20 to 70 degrees, particularly preferably about 40 to 50 degrees. The skimmer is partitioned so as not to communicate with the vacuum ionization chamber except for the slit. As the material of the skimmer, SUS, metal such as aluminum, glass, heat-resistant plastic, or the like can be used. Exhaust means are provided so that the molecular jet portion cut by the slit skimmer does not go to the vacuum ionization chamber.
[0010]
The pulse laser light oscillator is not particularly limited as long as it can oscillate high-power pulse laser light. For example, the following can be used as long as it can oscillate pulse laser light of nanosecond order. . That is, dye lasers are most commonly used. In this method, an excimer laser or a yag laser is used as a pumping light source, and the wavelength can be continuously changed from 330 to 1000 nm by exchanging the laser dye. Recently, an optical parametric oscillation laser is commercially available, and can be oscillated using this instead of a dye laser. In addition, the generation region can be expanded up to 220 nm by using double wave generation of dye, mixing, or the like. Femtosecond order laser light can be broadly oscillated by a system comprising a XeCl excimer laser-excited femtosecond pulse dye laser and an amplification KrF excimer laser. This quenches the nanosecond dye laser to further excite the short cavity laser, pass through the saturable absorber, and generate a 9 ps pulse. This light pulse is amplified by a dye amplifier and used as pump light for a distributed feedback dye laser. Eventually, a pulse laser beam having an output of about 20 mJ at the maximum in the ultraviolet region wavelength and femtosecond order can be obtained. In addition, if the oscillation of the femtosecond laser part is interrupted, laser light of nanosecond order can also be oscillated.
[0011]
Condensation of the laser light is not limited at all, and various shapes such as a normal beam cross section or a flat shape using a special lens (cylindrical lens) can be used.
[0012]
The ionization chamber has a structure capable of forming a high vacuum, and may be provided with a window made of a material that transmits laser light. In some cases, the vacuum ionization chamber and the vacuum chamber of the mass spectrometer are connected to each other and there is no partition. In that case, the site where ionization is performed becomes the site in charge of the vacuum ionization chamber.
[0013]
As the mass spectrometer, any type such as a time-of-flight type, a quadrupole type, or a double convergence type can be used.
[0014]
Molecular jet discharge portion partitioned by the slit skimmer, ionization chamber, and an oil rotary pump is a mass spectrometer adjacent thereto, a mechanical booster pump, an oil diffusion pump, by connecting a turbo molecular pump 10-6 - It should be able to hold at about 8 torr.
[0015]
Regarding the introduction of the sample, the ionization chamber (or the corresponding part) is usually kept at 10 -6 torr or less, so if it is in the form of a gas, a pressure around normal pressure is sufficient, and this becomes the driving force and is introduced. Therefore, there is no need to pressurize, but there is no problem even if a high-pressure sample is directly introduced. Also, as is well known, reducing the pressure increases the density of the molecular jet, which is sometimes preferable because it may improve the sensitivity slightly.
[0016]
For mass ion determination and detection of molecular ions, the mass spectrometer may be operated in a normal operating state, and recording can be performed with a general digital oscilloscope or recorder.
[0017]
【Example】
Example 1
The laser ionization mass spectrometer shown in FIGS. 1 and 2 was produced. Many of the parts used in this apparatus are commercially available products, the sample introduction section 1 is equipped with a pulse valve (PN91-47-900 (85 kg / cm 2 )) manufactured by General Valve, and the pulse laser light oscillator 3 is equipped with a Spectra. -The MOPO-730 type laser system manufactured by Physics, the mass spectrometer 5 is a reflectron type time-of-flight type flight tube having a length of 1200 mm, and the detector 56 is F1094 type manufactured by Hamamatsu Photonics. A microchannel plate and a recorder (not shown) were Lecroy 9360 digital oscilloscopes.
[0018]
The slit nozzle 12 of the sample introduction part was made of SUS and the slit opening size was 0.1 mm × 10 mm.
[0019]
Two types of slit skimmer 2 having the cross section shown in FIG. 3 were prepared. The angle between the slit center and the slit base was one 40 ° and the other 50 °. This skimmer 2 is made of aluminum and has a maximum thickness of 1.2 mm, the slit tip is pointed, and the size of the opening of the slit 21 is 0.2 mm × 12 mm. The position of the slit skimmer 2 was 25 mm from the nozzle 12, and the slit 12 was installed so that the major axis directions of the nozzle 12 and the skimmer 2 were the same and the centers were matched.
[0020]
The pulsed laser light 32 emitted from the oscillator 3 is collected by the lens 31 and enters the vacuum ionization chamber 4 through the window 41. On the other hand, the sample gas is intermittently introduced by the pulse valve 11 of the sample introduction unit 1 and ejected from the slit nozzle 12 to form a molecular jet 13. The molecular jet 13 collides with the slit skimmer 2, and only the central portion thereof passes through the slit 21 of the skimmer 2, and only the substantially parallel flow enters the vacuum ionization chamber 4. Therefore, this molecular jet 22 is irradiated with a laser beam 32 and ionized, and enters the mass spectrometer 5. In the mass spectrometer 5, the direction of the molecular jet 22 is first bent by 90 degrees by the repeller electrode 52, and then accelerated by the high voltage acceleration electrode 53. Thereafter, the ions pass through the ion passage hole 54, are further reflected by the ion reflector 55, and each ion is detected by the ion detector 56. This detection signal is measured by a digital oscilloscope. An exhaust system is connected to each of the front chamber 23, the vacuum ionization chamber 4, and the vacuum chamber 50 of the mass spectrometer partitioned by the slit skimmer 2, and the inside is maintained in a vacuum state.
[0021]
Mass spectrometry was performed using chlorobenzene as the sample gas. The laser light energy at this time was 2 mJ, the irradiation time was 5 ns, and the wavelength was 269.8 nm. Chlorobenzene was introduced into the high-vacuum ionization chamber 4 together with argon gas by a supersonic jet having a constant concentration. The generated ions were detected with a microchannel plate and integrated 10 times with a digital oscilloscope to obtain a spectrum. The results are shown in FIG.
[0022]
Comparative Example 1
The same experiment was performed using the same apparatus as in Example 1 except that no slit skimmer was added. The molecular jet at this time was ejected as shown by the dotted line in FIG. 2, and the result obtained in FIG. 4 is shown.
[0023]
It can be seen from FIG. 4 that the signal intensity hardly decreases even when the slit skimmer is used. It is clear that when the slit skimmer is used, the molecules in the outer peripheral portion of the molecular jet, that is, the extra molecules that do not contribute to the signal stop, and do not proceed to the ionization chamber and the mass spectrometer. Therefore, this data suppresses fluctuations in the degree of vacuum of the mass spectrometer and improves the degree of vacuum in the case of introducing the same amount of sample without impairing the sensitivity by adding a slit skimmer. If the vacuum of the mass spectrometer is kept the same with or without the slit skimmer, the addition of the slit skimmer can introduce a large amount of samples with a uniform molecular flow that contributes to the signal, and the sensitivity can be improved. Means.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the technology of the present invention, since a large amount of sample can be introduced without increasing the capacity of the mass spectrometer, that is, with an inexpensive and compact mass spectrometer, the sensitivity can be improved while the laser ionization mass spectrometer is compact. There is an effect that it can be planned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a sample introduction portion, a slit skimmer, a pulse laser beam oscillator, and a vacuum ionization chamber portion of this apparatus.
FIG. 3 is a sectional view of a slit portion of a two-type slit skimmer used in the above apparatus.
FIG. 4 is a graph showing a mass spectrum of chlorobenzene obtained using the above apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Sample introduction part 11 ... Pulse valve 12 ... Slit nozzle 13 ... Molecular jet 2 ......... Slit skimmer 21 ... Slit 22 ... Molecular jet 23 ... Front chamber 3 ......... Pulse laser light oscillator 31 ... Lens 32 ... Pulse Laser beam 4 ......... Vacuum ionization chamber 41 ... Window 5 ......... Mass spectrometer 50 ... Vacuum chamber 51 ... Partition wall 52 ... Repeller electrode 53 ... Acceleration electrode 54 ... Ion passage hole 55 ... Ion reflector 56 ... Detector 61 ... Exhaust System (oil rotary pump or oil diffusion pump)
62 ... Exhaust system (oil rotary pump or oil diffusion pump)
63 ... Exhaust system (turbo molecular pump)

Claims (1)

分子ジェットを形成するスリットノズルを備えた試料導入部と、パルスレーザー光発振器と、該発振器から発せられたレーザー光が通過しうる窓を有する真空イオン化室または相当する部位と、該レーザー光によってイオン化された分子の質量を分析する質量分析計を有し、前記スリットノズルと真空イオン化室の間を仕切って該分子ジェットの周辺部分の分子流の真空イオン化室への進入を阻止するスリットスキマーが設けられていることを特徴とするレーザーイオン化質量分析装置Sample introduction part equipped with slit nozzle for forming molecular jet, pulsed laser light oscillator, vacuum ionization chamber or corresponding part with window through which laser light emitted from the oscillator can pass, ionized by the laser light And a slit skimmer for partitioning between the slit nozzle and the vacuum ionization chamber to prevent the molecular flow around the molecular jet from entering the vacuum ionization chamber. Laser ionization mass spectrometer characterized in that
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