JP3791198B2

JP3791198B2 - 質量分析装置

Info

Publication number: JP3791198B2
Application number: JP21887998A
Authority: JP
Inventors: 政徳安東
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2018-08-03
Also published as: JP2000057992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を照射することにより試料をイオン化し、分析を行なう質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような質量分析装置の一つに、飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦＭＳ＝Time of Flight Mass Spectrometer）がある。ＴＯＦＭＳは、加速したイオンを電場及び磁場を有さない飛行空間内に導入し、検出器に到達する迄の飛行時間に応じて各種イオンを質量数（ｍ／ｚ）毎に分離するものである。図３は、最も単純な構成を有する従来のＴＯＦＭＳの要部の概略構成図である。質量分離部２２を挟んで、左にイオン源２１、右に検出部２３が配置されている。イオン源２１の試料台２１１と、質量分離部２２の引き出し電極２２１及びエンドプレート２２３と、検出部２３の検出器２３１はイオン光軸Ｃに沿って一直線状に配置されている。試料２１２はマトリクス（加熱補助剤）と混合され、試料台２１１に設けられた試料皿２１３に載置される。１つ又は複数の試料２１２を各試料皿２１３に載置した試料台２１１は装置に装入され、分析目的の試料２１２を載置した試料皿２１３が所定の位置に置かれる。
【０００３】
測定の際は、レーザ光源２４１において極短時間のパルス状のレーザ光が生成され、レーザ光学系２４２により上記所定位置に照射される。試料２１２はマトリクスを介して瞬時に加熱され、イオン化される。試料２１２から発生した各種イオンは、試料台２１１と引き出し電極２２１との間の電位差Ｖsにより引き出し電極２２１の方向に引き出され、加速された後に電場及び磁場を有さない飛行空間２２２に導入される。このとき、質量数の小さなイオンほど高い速度を与えられるため、より早く飛行空間２２２を通過して検出器２３１に到達する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＯＦＭＳにより測定された各イオンの飛行時間からそのイオンの質量数を決定するためには、既知の質量数を有するイオンを同じ条件で飛行させ、その飛行時間を測定して比較する必要がある。また、試料の各成分を精密質量分析するためには、既知の含有量の標準試料を同一条件でイオン化し、飛行させなければならない（内部標準法）。しかし、試料に照射されるレーザ光、特にパルスレーザは一般に照射毎にその強度がばらつくため、未知試料の分析を高精度に行なうためには、未知試料と参照標準試料とを混合して試料台の同じ試料皿に置き、１回のレーザ光照射で同時に加熱・イオン化しなければならない。
【０００５】
ところが、それぞれの試料をイオン化するための最適レーザエネルギは一般に異なる。また、適切なマトリクスも各試料毎に異なり、それらを混合すると変質したり分解する場合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、レーザ光を照射することにより試料をイオン化し、分析を行なう質量分析装置において、内部標準法による分析を高精度に行なうことのできる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、所定位置に置かれた試料台上の試料皿内の試料にレーザ光を照射してイオンを生成し、質量分離部に送給する質量分析装置において、
a)レーザ光源と上記所定位置との間に配置され、レーザ光源から発したレーザ光を試料台上の２個の試料皿に同時に照射させる光スプリッタと、
b)光スプリッタと２個の試料皿の間の２つの光路の少なくとも一方に設けられた、各光路のレーザビームのエネルギを調整するためのフィルタと、
c)上記２個の試料皿で生成されたイオンを共に質量分離部に送給するためのイオン光学系と、
を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態及び効果】
レーザ光源から発せられたレーザ光は光スプリッタで２つに分けられ、試料台上の２個の試料皿に同時に照射される。両試料皿に載置された試料はレーザ光によりイオン化され、イオン光学系により質量分離部に送られる。質量分離部では両試料が同一の条件で質量分離される。このように、本発明に係る質量分析装置では、パルスレーザが２つの試料皿に別個に照射されるため、別種の試料を混合することなく独立して各試料皿に載置しておくことができる。このため、各試料に対して最適のマトリクスをそれぞれ用いることができ、各試料を高効率でイオン化することができる。
【０００９】
また、各試料には同時にレーザ光が照射されるため、例えばＴＯＦＭＳ等のようにイオン生成の同時性が必要な場合に適した分析装置となる。ただし、イオン生成の同時性が要求されないような質量分析装置であっても、上記のような試料の独立載置による利点を生かした分析装置に本発明は適用することができる。
【００１０】
上記構成の質量分析装置において、いずれか一方又は双方のパルスレーザの光路に適宜のフィルタを置き、各試料に照射するパルスレーザのエネルギをそれぞれ最適な値とすることにより、より高精度の分析が可能となる。
【００１１】
本発明に係る質量分析装置においては、例えば一方の試料皿に分析しようとする未知試料を、他方の試料皿に参照標準試料を載置するという使い方をすることができる。これにより、それぞれの試料に適したマトリクスを使用し、また、各試料に適したエネルギのレーザ光でイオン化を行なうことができるため、各試料を最も効率よくイオン化することができる。このように、本発明に係る質量分析装置を用いることにより、内部標準法による分析を高精度で行なうことが可能となる。
【００１２】
【実施例】
本発明をＴＯＦＭＳに適用した実施例を図１及び図２により説明する。図１に示すとおり、ＴＯＦＭＳには分析管１１、光学システム部１２、高圧電源部１３、制御・データ処理部１４等が備えられている。分析管１１内にはイオンが飛行するための空間１１１が設けられており、その一方の端部には外部から装入される試料台１１２を固定するための固定台が、他方の端部には飛行してくるイオンを検出する検出器１１３が設けられている。試料台１１２の前方には試料台１１２で生成されたイオンを引き出して加速させる引き出しグリッド電極１１４及びイオンを検出器１１３に向けて収束させるフォーカスレンズ１１５が設けられている。
【００１３】
光学システム部１２と分析管１１の部分を図２により詳しく説明する。光学システム部１２にはレーザ発振器１２１とビームスプリッタ１２２が備えられ、レーザ発振器１２１から発したレーザビームはまずビームスプリッタ１２２で２本のレーザビームＬa、Ｌbに分割される。ビームスプリッタ１２２は半透過ミラーから成り、そこで反射されたレーザビームは全反射ミラー１２３に向かう。レーザ発振器１２１は、ビームスプリッタ１２２を通過したレーザビームＬaが固定台上に固定された試料台１１２上の第１の所定位置の試料皿を照射するように設定されており、また、全反射ミラー１２３は、他方のレーザビームＬbが試料台１１２上の第２の所定位置の試料皿を照射するように設定されている。両レーザビームＬa、Ｌbの光路には、フィルタ１２４ａ、１２４ｂ及び集光レンズ１２５ａ、１２５ｂがそれぞれ設けられている。フィルタ１２４ａ、１２４ｂは、各レーザビームＬa、Ｌbの透過率、すなわち、各試料に照射されるレーザビームのエネルギを調整するためのものである。
【００１４】
本実施例のＴＯＦＭＳで未知試料を分析する場合の手順は次の通りである。まず、試料台１１２の１つの試料皿に未知試料Ｓaを、隣接する試料皿に参照標準試料Ｓbを載置する。このとき、各試料Ｓa、Ｓbにはそれぞれに最適なマトリクスを用いることができる。両試料Ｓa、Ｓbを載置した試料台１１２を分析管１１に装入し、試料装入部の蓋を閉める。操作者が制御・データ処理部１４の操作部（キーボード、マウス等）を操作することにより分析の手順（プログラム）を制御・データ処理部１４に指示し、測定開始ボタンを押すと、制御・データ処理部１４は指示されたプログラムに沿った一連の分析を開始する。まず、各部の開閉弁及び真空ポンプを操作し、飛行空間１１１が所定の真空度となるようにする。
【００１５】
未知試料の分析の際は、未知試料Ｓaの試料皿が上記第１の所定位置、標準試料Ｓbの試料皿が第２の所定位置（逆でもよい）に来るように試料台１１２を移動させる。そして、レーザ発振器１２１に信号を送り、極短時間のパルスレーザを発生させる。パルスレーザはビームスプリッタにより２つに分割され、各試料皿上の未知試料Ｓa及び標準試料Ｓbに照射されて各試料を加熱、イオン化させる。ここで、各光路のフィルタ１２４ａ、１２４ｂは選択式となっており、制御・データ処理部１４は、各試料Ｓa、Ｓbのイオン化に最適なエネルギのレーザビームＬa、Ｌbが照射されるように、適切な透過率のフィルタ１２４ａ、１２４ｂを各光路毎に選択しておく。
【００１６】
生成された各試料のイオンは引き出し電極１１４により引き出され、加速される。各イオンはどちらの試料皿で生成されたに拘らず、その質量数（ｍ／ｚ）に応じて同一の条件で加速され、フォーカスレンズ１１５により検出器１１３に送られる。このため、未知試料Ｓaのイオンと標準試料Ｓbのイオンとで構成されるマススペクトルにおいて、標準試料Ｓbを参照した未知試料Ｓaの定性・精密質量分析が高精度に行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるＴＯＦＭＳの全体構成図。
【図２】実施例のＴＯＦＭＳの光学システム部と分析管の詳細構成図。
【図３】従来のＴＯＦＭＳのレーザ及びイオン光路図。
【符号の説明】
１１…分析管
１１１…飛行空間
１１２…試料台
１１３…検出器
１１４…引き出しグリッド電極
１１５…フォーカスレンズ
１２…光学システム部
１２１…レーザ発振器
１２２…ビームスプリッタ
１２３…全反射ミラー
１２４ａ、１２４ｂ…フィルタ
１２５ａ、１２５ｂ…集光レンズ
１３…高圧電源部
１４…制御・データ処理部
Ｌa、Ｌb…レーザビーム
Ｓa、Ｓb…試料

Claims

所定位置に置かれた試料台上の試料皿内の試料にレーザ光を照射してイオンを生成し、質量分離部に送給する質量分析装置において、
a)レーザ光源と上記所定位置との間に配置され、レーザ光源から発したレーザ光を試料台上の２個の試料皿に同時に照射させる光スプリッタと、
b)光スプリッタと２個の試料皿の間の２つの光路の少なくとも一方に設けられた、各光路のレーザビームのエネルギを調整するためのフィルタと、
c)上記２個の試料皿で生成されたイオンを共に質量分離部に送給するためのイオン光学系と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。