JP3912688B1 - Organic compound measuring apparatus and measuring method thereof - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、有機化合物、特に大気中の微量揮発性有機化合物を多成分同時に高感度、リアルタイムに測定する有機化合物の測定装置及び有機化合物の測定方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、 放電式のイオン源とドリフトチューブと輸送チャンバーとビーム成形輸送部材と飛行時間型質量分析計からなる陽子移動反応飛行時間型質量分析計において、前記イオン源が、押出し電極と、第一スペーサーと、引出し電極と、第二スペーサーと、中心に穿孔が穿設された接続電極からなり、前記押出し電極と前記第一スペーサーと前記引出し電極で形成されたイオン発生空間の前記押出し電極と前記引出し電極で放電し、水蒸気をHにすることを特徴とする有機化合物の測定装置の構成及び、前記装置を用いた有機化合物の測定方法とした。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide an organic compound measuring apparatus and an organic compound measuring method for measuring an organic compound, particularly a trace volatile organic compound in the atmosphere, simultaneously with multiple components with high sensitivity and in real time.
In order to solve the above problems, the present invention provides a proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer comprising a discharge ion source, a drift tube, a transport chamber, a beam shaping transport member, and a time-of-flight mass spectrometer. The ion source comprises an extrusion electrode, a first spacer, an extraction electrode, a second spacer, and a connection electrode having a perforation in the center. The extrusion electrode, the first spacer, and the extraction electrode The structure of the organic compound measuring apparatus characterized in that discharge is performed at the extrusion electrode and the extraction electrode in the ion generation space formed by the step of converting the water vapor into H 3 O + and the measurement of the organic compound using the apparatus It was a method.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、有機化合物、特に大気中の微量揮発性有機化合物を多成分同時に高感度、リアルタイムに測定する有機化合物の測定装置及び有機化合物の測定方法に関する。   The present invention relates to an organic compound measuring apparatus and an organic compound measuring method for measuring an organic compound, in particular, a minute amount of a volatile organic compound in the atmosphere at the same time with high sensitivity and in real time.

揮発性有機化合物(olatile rganic ompound)とは、VOCとして略すことがあり、パラフィン類、オレフィン類、芳香族炭化水素のようなものがある。 Volatile organic compounds and (V olatile O rganic C ompound) is sometimes referred to as VOC, paraffins, olefins, there are the aromatic hydrocarbons.

大気中の揮発性有機化合物を測定する装置としては、(1)クロマトグラフを用いて有機化合物を分離し、水素炎イオン化検出器、もしくは電子衝撃イオン化四重極質量分析計で検出するガスクロマトグラフ(GC−FID、GC−MS)が市販されている。   As an apparatus for measuring volatile organic compounds in the atmosphere, (1) a gas chromatograph that uses a chromatograph to separate organic compounds and detect them with a flame ionization detector or an electron impact ionization quadrupole mass spectrometer ( GC-FID, GC-MS) are commercially available.

しかし、(1)ガスクロマトグラフを用いた有機化合物の検出では、前処理、分離に時間を要するため、リアルタイムでの測定は困難で、また有機化合物の中には反応性が高いものも含まれ、前処理(濃縮など)の段階で有機化合物が変質する可能性がある。   However, (1) detection of organic compounds using gas chromatographs requires time for pretreatment and separation, so measurement in real time is difficult, and some organic compounds have high reactivity. There is a possibility that organic compounds may be altered during pretreatment (concentration, etc.).

(2)試薬イオンとして水の放電で生成するHを用い、陽子移動反応によりプロトンを有機化合物に付加させ、ドリフトチューブ内で生成さRHに四重極質量分析計(QMS)で電場をかけて質量ごとに分別する陽子移動反応質量分析装置(PTR−MS)も市販されている。電場は時間的に変動し、任意の質量成分のみ、検出器(SEM)に到達する。 (2) Using H 3 O + generated by water discharge as a reagent ion, a proton is added to an organic compound by a proton transfer reaction, and the RH + generated in the drift tube is converted into a quadrupole mass spectrometer (QMS). A proton transfer reaction mass spectrometer (PTR-MS) that separates each mass by applying an electric field is also commercially available. The electric field fluctuates with time, and only an arbitrary mass component reaches the detector (SEM).

ここで、陽子移動反応(Proton−Transfer−Reaction)とは、
次式1で示される反応である。
R+H→RH+HO・・・式1
Rは測定したいVOCである。
Here, the proton transfer reaction (Proton-Transfer-Reaction) is
This reaction is represented by the following formula 1.
R + H 3 O + → RH + + H 2 O Formula 1
R is the VOC to be measured.

PTR−MSではソフトな陽子移動反応を利用するので、VOCがドリフトチューブ内で壊されることなく検出でき、また、ガスクロマトグラフを使用することなく、VOCを選択的に定量することができ利点がある。加えて、比較的高い時間分解能での測定が可能なので、濃度変動が激しい発生源近く(都市域)での観測が可能である。   Since PTR-MS uses a soft proton transfer reaction, VOC can be detected without being broken in the drift tube, and VOC can be selectively quantified without using a gas chromatograph. . In addition, since measurement with a relatively high time resolution is possible, it is possible to observe near the source (urban area) where the concentration fluctuation is severe.

しかし、(2)市販のPTR−MSはsub ppbv濃度レベルの有機化合物を検出できるという高感度な装置ではあるが、四重極マスフィルターを用いるため、多成分を同時に検出することはできない。   However, although (2) a commercially available PTR-MS is a highly sensitive device capable of detecting an organic compound at a sub ppbv concentration level, it cannot detect multiple components simultaneously because it uses a quadrupole mass filter.

また、(3)図23(非特許文献1のFig.1)に示すように、PTR−MSで質量分析計として飛行時間型質量分析計39を用いた陽子移動反応飛行時間型質量分析計(PTR−TOFMS)が開発されつつある。   (3) As shown in FIG. 23 (FIG. 1 of Non-Patent Document 1), a proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer using a time-of-flight mass spectrometer 39 as a mass spectrometer in PTR-MS ( PTR-TOFMS) is being developed.

非特許文献1に記載の陽子移動反応飛行時間型質量分析計29は、放射線源30を用いてHの生成するイオン源とドリフトチューブ31がリフレクトロン33c付き飛行時間型質量分析計33に取り付けられている。ドリフトチューブ31は、電極31aと絶縁体であるスペーサー31bよりなる。 The proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 29 described in Non-Patent Document 1 is a time-of-flight mass spectrometer 33 in which an ion source that generates H 3 O + using a radiation source 30 and a drift tube 31 are provided with a reflectron 33c. Is attached. The drift tube 31 includes an electrode 31a and a spacer 31b that is an insulator.

試料中の揮発性有機化合物は、水蒸気導入口30aから導入された水蒸気を放射線源30を用いたイオン源で生成されたヒドロニウムイオン(H)と試料導入口31cより導入された試料(外気)がドリフトチューブ31内で衝突し、上記式1の陽子移動反応を起こしRHとなり、輸送チャンバー32に進入し、イオンレンズ32aでビームを成形されながらイオン加速チャンバー33aに輸送される。 Volatile organic compounds in the sample are water vapor introduced from the water vapor introduction port 30a, hydronium ions (H 3 O + ) generated by an ion source using the radiation source 30, and a sample introduced from the sample introduction port 31c. (Outside air) collides in the drift tube 31 and causes the proton transfer reaction of the above formula 1 to become RH + , enters the transport chamber 32, and is transported to the ion acceleration chamber 33a while being shaped by the ion lens 32a.

前記RHは、前記イオン加速チャンバー33a内にあるパルス引出し電極33fから高電圧のパルスを印加され、方向を変更させられ、軌道修正部33gにより再度ビーム飛行軌道の修正を受け、飛行時間型質量分析計33の飛行チャンバー33b内を有機化合物の質量に異なる速さで飛行し、リフレクトロン33cの電場により軌道を曲げられ、MCP検出器33d(マイクロチャンネルプレート)により検出される。 The RH + is applied with a high-voltage pulse from the pulse extraction electrode 33f in the ion acceleration chamber 33a, the direction is changed, and the beam flight trajectory is corrected again by the trajectory correcting unit 33g, so that the time-of-flight mass It flies in the flight chamber 33b of the analyzer 33 at a speed different from the mass of the organic compound, the trajectory is bent by the electric field of the reflectron 33c, and is detected by the MCP detector 33d (microchannel plate).

非特許文献1記載の陽子移動反応飛行時間型質量分析計29による有機化合物の濃度測定方法は、MCP検出器33dに到達した有機化合物のシグナルのパルス引出し電極33fに高電圧が印加された瞬間からの時間を時間変換器33eに記憶させ、これを繰り返すことにより、多成分の有機化合物が含まれる試料中の有機化合物の質量スペクトルを取得する。なお、放射線源30には、241Amのα線(44MBq)を用いている。 The method for measuring the concentration of an organic compound by the proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 29 described in Non-Patent Document 1 starts from the moment when a high voltage is applied to the pulse extraction electrode 33f of the signal of the organic compound that has reached the MCP detector 33d. Is stored in the time converter 33e, and this is repeated to obtain a mass spectrum of the organic compound in the sample containing the multi-component organic compound. The radiation source 30 uses 241 Am alpha rays (44 MBq).

しかし、非特許文献1に記載の陽子移動反応飛行時間型質量分析計29は、Hの生成に放射線源30を用いるため、野外に持ち出すことができず野外でのリアルタイムでの測定ができないことと、感度が放電を用いた市販のPTR−MSより2桁落ちるという欠点がある。
R.S.Blake,et al,Anal.Chem.3841−3845(2004)76.
However, since the proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 29 described in Non-Patent Document 1 uses the radiation source 30 for generating H 3 O + , the proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 29 cannot be taken out outdoors, and can be measured in the field in real time. There is a disadvantage that it cannot be performed and the sensitivity is two orders of magnitude lower than that of a commercially available PTR-MS using discharge.
R. S. Blake, et al, Anal. Chem. 3841-3845 (2004) 76.

さらに、図24(非特許文献2のFig.1)に示すように、非特許文献1の放射線源30を照射するイオン源を放電を利用するイオン源35に置換した、容易に持ち運び可能なホロカソード放電式陽子移動反応容器をリフレクトロン39c付き飛行時間型質量分析計39に取り付けたホロカソード放電式陽子移動反応飛行時間型質量分析計34が開発されつつある。   Furthermore, as shown in FIG. 24 (FIG. 1 of Non-Patent Document 2), the ion source that irradiates the radiation source 30 of Non-Patent Document 1 is replaced with an ion source 35 that uses discharge, and can be easily carried around. A holocathode discharge proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 34 in which a discharge type proton transfer reaction vessel is attached to a time-of-flight mass spectrometer 39 with a reflectron 39c is being developed.

さらに、その構成はアルミニウム製のドリフトチューブ37をR500飛行時間型質量分析計(KORE Technologies,Ely、UK)に取り付けたもので、ホロカソード放電式のイオン源35とソースドリフトチューブ36とドリフトチューブ37とイオンレンズ38aが内部にある輸送チャンバー38とリフレクトロン39c付き飛行時間型質量分析計39からなる。   Further, the structure is such that an aluminum drift tube 37 is attached to an R500 time-of-flight mass spectrometer (KORE Technologies, Ely, UK). A holocathode discharge ion source 35, a source drift tube 36, a drift tube 37, It consists of a transport chamber 38 with an ion lens 38a inside and a time-of-flight mass spectrometer 39 with a reflectron 39c.

放電式陽子移動反応飛行時間型質量分析計34は、1m×2mのスペースに置け、重量は〜300kgで、必要な電力は平均3.4kWである。主なヒドロニウムイオンは、水蒸気を水蒸気導入口35bを有するタングステン製のホロカソード35aで生成し、次のソースドリフトチューブ36内で、水とのイオン−分子反応によりヒドロニウムイオンの生成が最大に達する。なお、ホロカソード35a及びソースドリフトチューブ36でイオン源35を構成している。   The discharge-type proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 34 can be placed in a 1 m × 2 m space, weighs ˜300 kg, and requires an average power of 3.4 kW. The main hydronium ions are generated by a holocathode 35a made of tungsten having a water vapor inlet 35b, and the generation of hydronium ions reaches the maximum by the ion-molecule reaction with water in the next source drift tube 36. . The holocathode 35a and the source drift tube 36 constitute an ion source 35.

イオンはドリフトチューブ37へ送られる。そのドリフトチューブ37は内径50mmの4枚のアルミニウム製リング状電極37aを積み重ねており、その上端と下端に薄いリング状のレンズが取り付けられている。ドリフトチューブ37の全長は約75mmで、ドリフトチューブ37には1mmの入射オリフィス(小孔)と500μmの出射オリフィスではさまれている。   The ions are sent to the drift tube 37. The drift tube 37 is formed by stacking four aluminum ring electrodes 37a having an inner diameter of 50 mm, and thin ring lenses are attached to the upper and lower ends thereof. The total length of the drift tube 37 is about 75 mm. The drift tube 37 is sandwiched between an entrance orifice (small hole) of 1 mm and an exit orifice of 500 μm.

ドリフトチューブ37内で、ヒドロニウムイオンと陽子移動可能な試料導入口36aより送入された分析物との間で陽子移動反応が起きる。イオンは出射オリフィスを通り、第1段目の第1ポンプ38b、第2ポンプ39hによる差動排気領域にある輸送チャンバー38により、パルス引出し電極39fに輸送される。パルス引出し電極39fでイオンは垂直にパルス的に引き出される。   In the drift tube 37, a proton transfer reaction occurs between the hydronium ion and the analyte fed from the sample introduction port 36a capable of proton transfer. The ions pass through the exit orifice and are transported to the pulse extraction electrode 39f by the transport chamber 38 in the differential exhaust region by the first pump 38b and the second pump 39h in the first stage. Ions are extracted vertically in a pulse manner by the pulse extraction electrode 39f.

飛行時間型質量分析計39にはリフレクトロン39cのイオン鏡が取り付けられており、100L−1のターボ分子ポンプ39hを用いて10−7mbarの圧力を保っている。イオン検出はMCP検出器39dを用いている。なお、ドリフトチューブ37内の圧力は0.6〜1.0mbar、入射・出射オリフィス間電圧は240Vである。 The time-of-flight mass spectrometer 39 is provided with an ion mirror of a reflectron 39c, and a pressure of 10 −7 mbar is maintained using a 100 L −1 turbo molecular pump 39h. Ion detection uses an MCP detector 39d. The pressure in the drift tube 37 is 0.6 to 1.0 mbar, and the voltage between the entrance and exit orifices is 240V.

パルサーボックス39eは、パルス引出し電極39fへかける電圧をパルス的に印加するためのパルススイッチを含む導入端子部である。その他、イオン加速チャンバー39a、飛行チャンバー39b、軌道修正部39gは非特許文献1と同様である。   The pulsar box 39e is an introduction terminal including a pulse switch for applying a voltage applied to the pulse extraction electrode 39f in a pulsed manner. In addition, the ion acceleration chamber 39a, the flight chamber 39b, and the trajectory correction unit 39g are the same as in Non-Patent Document 1.

上記、ホロカソード放電式陽子移動反応飛行時間型質量分析計34によれば、10〜60秒程度のタイムスケールでlppbv程度の低濃度の微量気体成分を検出することが可能であり、実際の(H強度1×10cpsで規格化された)検出感度は、トルエンで3.7ncps ppbv−1、アセトンで28ncps ppbv−1 であった。 According to the above-described holocathode discharge type proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 34, it is possible to detect a trace gas component having a low concentration of about lppbv on a time scale of about 10 to 60 seconds. 3 O + intensities normalized by the 1 × 10 6 cps) detection sensitivity, 3.7ncps ppbv -1 toluene was 28ncps ppbv -1 with acetone.

また、高質量分解能、高い質量数精度(〜300ppm)を有し、多成分質量スペクトルの取得が可能であり、複雑な混合気体中の微量成分の速い選択的なオンラインでの解析が可能である。   In addition, it has high mass resolution and high mass number accuracy (up to 300 ppm), enables acquisition of multi-component mass spectra, and enables rapid and selective online analysis of trace components in complex gas mixtures. .

従って、放射線を使用しないことから、環境中から採取した空気を、屋内の特別な施設で測定することなく、採取地で測定できることとなった。
C.J.Ennis,et al,Int.J. Mass.Spectrom.72−80(2005)247.
Therefore, since no radiation is used, air sampled from the environment can be measured at the sampling site without being measured at a special indoor facility.
C. J. et al. Ennis, et al, Int. J. et al. Mass. Spectrom. 72-80 (2005) 247.

しかしながら、非特許文献2に記載の発明は、感度が市販のPTR−MSよりも1桁落ちることと、試料気体に起因するNOやO が多く生成され、これらのイオンによる干渉のため、低濃度の揮発性有機化合物を測定することができない。 However, the invention described in Non-Patent Document 2 has a sensitivity that is one order of magnitude lower than that of commercially available PTR-MS, and more NO + and O 2 + are generated due to the sample gas. It is not possible to measure low concentrations of volatile organic compounds.

これは、第1に、イオン源35の構造に問題がある。第2に、輸送チャンバー4の通過距離が長い。第3に、構造に起因して、ドリフトチューブ37内の圧力を高圧にすることができない。   First, there is a problem with the structure of the ion source 35. Second, the passing distance of the transport chamber 4 is long. Third, due to the structure, the pressure in the drift tube 37 cannot be increased.

そこで、本発明は、上記問題を解決し、有機化合物、特に大気中の微量揮発性有機化合物を多成分同時に高感度、リアルタイムに測定する有機化合物の測定装置及び有機化合物の測定方法を提供することを目的とするものである。   Accordingly, the present invention provides an organic compound measuring apparatus and an organic compound measuring method for solving the above-described problems and measuring organic compounds, particularly trace volatile organic compounds in the atmosphere, in a multi-component manner with high sensitivity and in real time. It is intended.

本発明は、上記の課題を解決するために、第1に放電式のイオン源2とドリフトチューブ3と輸送チャンバー4とビーム成形輸送部材6と飛行時間型質量分析計5からなる陽子移動反応飛行時間型質量分析計において、前記イオン源2が、水蒸気導入口2aのある押出し電極9と、前記押出し電極9の次に配置された絶縁体である第一スペーサー11と、前記第一スペーサー11の次に配置され前記押出し電極9方向に突出した凸部10bの中心に穿孔10aが穿設された引出し電極10と、前記引出し電極10の次に配置された絶縁体である第二スペーサー11dと、前記第二スペーサー11dの次に配置され背面にすり鉢状の切込部12eを有し中心に穿孔12aが穿設された接続電極12からなり、前記押出し電極9と前記第一スペーサー11と前記引出し電極10で形成されたイオン発生空間22の前記押出し電極9と前記引出し電極10の凸部10bで放電し、水蒸気をHにすることを特徴とする有機化合物の測定装置の構成とした。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly provides a proton transfer reaction flight comprising a discharge ion source 2, a drift tube 3, a transport chamber 4, a beam shaping transport member 6, and a time-of-flight mass spectrometer 5. In the time-type mass spectrometer, the ion source 2 includes an extruded electrode 9 having a water vapor inlet 2a, a first spacer 11 which is an insulator disposed next to the extruded electrode 9, and the first spacer 11 Next, an extraction electrode 10 in which a perforation 10a is formed at the center of a convex portion 10b that is arranged and protrudes in the direction of the extrusion electrode 9, and a second spacer 11d that is an insulator arranged next to the extraction electrode 10; The connecting electrode 12 is arranged next to the second spacer 11d and has a mortar-shaped cut portion 12e on the back surface, and a perforation 12a is formed in the center. The extruded electrode 9 and the first spacer Discharged over 11 and the pusher electrode 9 of the ion generating space 22 formed by the extraction electrode 10 by the convex portion 10b of the lead electrodes 10, the measurement of an organic compound, characterized in that the water vapor H 3 O + The apparatus was configured.

第2に、前記引出し電極10に穿設された穿孔10aが、直径0.5mm〜2mm、第3に円錐体6aの頂点の内角が90°以下、第4に円錐体6aの頂点からドリフトチューブ3を構成するフランジ19の凹部19fにセットした円盤20のオリフィス20aまでの距離が5mmから15mm以下、第5に円錐体6aに電圧を印加する有機化合物の測定装置の構成とした。   Second, the perforation 10a drilled in the extraction electrode 10 has a diameter of 0.5 mm to 2 mm, third, the inner angle of the apex of the cone 6a is 90 ° or less, and fourth, the drift tube from the apex of the cone 6a. The distance to the orifice 20a of the disk 20 set in the recess 19f of the flange 19 constituting 3 is 5 mm to 15 mm or less, and fifthly, an organic compound measuring device is configured to apply a voltage to the cone 6a.

さらに、注入された水蒸気を放電し、Hを生成するイオン源2と、前記イオン源2に接続され、前記Hと試料気体を反応させ、RHを生成するドリフトチューブ3と、前記ドリフトチューブ3に接続された輸送チャンバー4と、前記輸送チャンバー4に接続された飛行時間型質量分析計5と、前記輸送チャンバー4と前記飛行時間型質量分析計5のイオン加速チャンバー5aを仕切るビーム成形輸送部材6からなり、イオン源2で排気しないことを特徴とする有機化合物の測定方法の構成とした。 Further, to discharge the injected steam, H 3 and the ion source 2 which generates a O +, is connected to the ion source 2, the H 3 O + and the sample gas are reacted, drift tube 3 for generating the RH + A transport chamber 4 connected to the drift tube 3, a time-of-flight mass spectrometer 5 connected to the transport chamber 4, and an ion acceleration chamber 5a of the transport chamber 4 and the time-of-flight mass spectrometer 5. The organic compound measuring method is characterized in that it is composed of a beam-shaped transporting member 6 for partitioning the gas and is not exhausted by the ion source 2.

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。本発明によれば、イオン発生空間22に試料ガスの逆流を押さえ、放電を安定化させるため、Hを高濃度で生成でき、ドリフトチューブ3で陽子移動反応が高頻度で起こり、RHを高効率で飛行時間型質量分析計5に導入することができる。 Since this invention is the above structure, the following effects are acquired. According to the present invention, since the backflow of the sample gas is suppressed in the ion generation space 22 and the discharge is stabilized, H 3 O + can be generated at a high concentration, the proton transfer reaction occurs frequently in the drift tube 3, and RH + Can be introduced into the time-of-flight mass spectrometer 5 with high efficiency.

さらに、ドリフトチューブ3出口にある円盤のオリフィス20aから円錐体6aを用いた差動排気システムを採用することで、ドリフトチューブ3内で生成したイオンを効率的に飛行時間型質量分析計5に導入することができることとなった。   Further, by adopting a differential exhaust system using the cone 6a from the disc orifice 20a at the outlet of the drift tube 3, ions generated in the drift tube 3 are efficiently introduced into the time-of-flight mass spectrometer 5. I was able to do that.

また、イオン発生空間22をコンパクトにし、イオン源2を構成する3枚の電極間を適当な高い抵抗値の抵抗(1MΩ)を取り付け、イオン源2及びドリフトチューブ3には1つの電源で電圧を供給できるため、安定した放電及び高いH生成効率が得られる。 In addition, the ion generation space 22 is made compact, a resistance (1 MΩ) having an appropriate high resistance is attached between the three electrodes constituting the ion source 2, and a voltage is applied to the ion source 2 and the drift tube 3 with one power source. because be supplied, stable discharge and high H 3 O + generation efficiency.

従って、低濃度大気中などの微量有機化合物成分を感度良く多成分同時にリアルタイムで測定することが可能であり、また野外観測に持ち出すこともできる。   Therefore, it is possible to measure a small amount of organic compound components such as in the low-concentration atmosphere in real time with a high sensitivity, and to take them out for field observation.

因みに、Hイオン強度は1分間積算で6×10カウント(1.7×10cpsに相当する)で、(H強度1×10cpsで規格化された)検出感度は、プロピレンで30ncps ppbv−1、アセトアルデヒドで150ncps ppbv−1、アセトンで210ncps ppbv−1、イソプレンで50ncps ppbv−1、ベンゼンで60ncps ppbv−1、トルエンで60ncps ppbv−1、パラ−キシレンで50ncps ppbv−1 であった。非特許文献2の発明よりも1桁感度がよく、市販のPTR−MSと同程度の感度を有する。 Incidentally, the H 3 O + ion intensity is 6 × 10 5 counts (corresponding to 1.7 × 10 6 cps) integrated for 1 minute, and is detected (standardized at H 3 O + intensity 1 × 10 6 cps). sensitivity, 30ncps ppbv -1 propylene, 150ncps ppbv -1 acetaldehyde, 210ncps ppbv -1 with acetone, 50ncps ppbv -1 isoprene, 60ncps ppbv -1 benzene, 60ncps ppbv -1 with toluene, para - 50Ncps in xylene ppbv- 1 . One-digit sensitivity is better than the invention of Non-Patent Document 2, and the sensitivity is comparable to that of commercially available PTR-MS.

本発明は、有機化合物、特に大気中の微量揮発性有機化合物を多成分同時に高感度、リアルタイムに測定する装置有機化合物の測定装置及び有機化合物の測定方法を提供するという目的を、放電式のイオン源2とドリフトチューブ3と輸送チャンバー4とビーム成形輸送部材6と飛行時間型質量分析計5からなる陽子移動反応飛行時間型質量分析計において、前記イオン源2が、水蒸気導入口2aのある押出し電極9と、前記押出し電極9の次に配置された絶縁体である第一スペーサー11と、前記第一スペーサー11の次に配置され前記押出し電極9方向に突出した突部10bの中心に穿孔10aが穿設された引出し電極10と、前記引出し電極10の次に配置された絶縁体である第二スペーサー11dと、前記第二スペーサー11dの次に配置され背面にすり鉢状の切込部12eを有し中心に穿孔12aが穿設された接続電極12からなり、前記押出し電極9と前記第一スペーサー11と前記引出し電極10で形成されたイオン発生空間22の前記押出し電極9と前記引出し電極10の凸部10bで放電し、水蒸気をHにすることを特徴とする有機化合物の測定装置の構成とすることで実現した。 An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring an organic compound, particularly a minute amount of a volatile organic compound in the atmosphere at the same time, with high sensitivity and in real time, an apparatus for measuring an organic compound, and a method for measuring the organic compound. In a proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer comprising a source 2, a drift tube 3, a transport chamber 4, a beam shaping transport member 6, and a time-of-flight mass spectrometer 5, the ion source 2 is an extrusion having a water vapor inlet 2a. An electrode 9, a first spacer 11, which is an insulator disposed next to the extrusion electrode 9, and a perforation 10 a at the center of a protrusion 10 b that is disposed next to the first spacer 11 and protrudes toward the extrusion electrode 9. , A second spacer 11d that is an insulator disposed next to the extraction electrode 10, and a second spacer 11d next to the second spacer 11d. Ion generation formed of the connection electrode 12 which is arranged and has a mortar-shaped cut portion 12e on the back surface and which has a perforation 12a in the center, and is formed by the extrusion electrode 9, the first spacer 11 and the extraction electrode 10. This was realized by the configuration of the organic compound measuring device characterized in that discharge was performed at the extruding electrode 9 in the space 22 and the convex portion 10b of the extraction electrode 10 to change the water vapor to H 3 O + .

以下に、添付図面に基づいて、本発明である有機化合物の測定装置及び有機化合物の測定装置について詳細に説明する。   Below, based on an accompanying drawing, the measuring device of an organic compound and the measuring device of an organic compound which are the present invention are explained in detail.

図1は、本発明である有機化合物の測定装置の縦断面模式図である。本発明である有機化合物の測定装置1は、イオン源2と、ドリフトチューブ3と、輸送チャンバー4と、ビーム成形輸送部材6及び飛行時間型質量分析計5からなる。なお、図1中のV1〜V6は印加する電圧、HVは高電圧を表す。   FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an organic compound measuring apparatus according to the present invention. The organic compound measuring apparatus 1 according to the present invention includes an ion source 2, a drift tube 3, a transport chamber 4, a beam shaping transport member 6, and a time-of-flight mass spectrometer 5. In FIG. 1, V1 to V6 represent applied voltages, and HV represents a high voltage.

本発明である有機化合物の測定装置1を用いた有機化合物の測定方法では、先ず、水蒸気を水蒸気導入口2aからイオン源2に挿入し、V1の電圧を掛け、イオン源2でHを生成し、前記Hはドリフトチューブ3に送り込まれ、試料導入口3aから導入された試料気体とドリフトチューブ3内で衝突し、上記式1に示すようにRHが生成させる。 In the method for measuring an organic compound using the organic compound measuring apparatus 1 according to the present invention, first, water vapor is inserted into the ion source 2 from the water vapor inlet 2a, a voltage of V1 is applied, and the ion source 2 uses H 3 O +. The H 3 O + is fed into the drift tube 3 and collides with the sample gas introduced from the sample introduction port 3a in the drift tube 3 to generate RH + as shown in the above formula 1.

このとき有機化合物の測定装置1は、ドリフトチューブ3に連結されたプレッシャーゲージ3dでドリフトチューブ3内の圧力を監視しながら所定の圧力になるよう水蒸気の導入速度、試料気体の注入速度を制御するとともに、第一ポンプ3cでドリフトチューブ3内の中性分子を排気する。   At this time, the organic compound measuring apparatus 1 controls the introduction rate of the water vapor and the injection rate of the sample gas so as to obtain a predetermined pressure while monitoring the pressure in the drift tube 3 with the pressure gauge 3 d connected to the drift tube 3. At the same time, neutral molecules in the drift tube 3 are exhausted by the first pump 3c.

なお、輸送チャンバー4に送り込まれる水分子を減少させるために、窒素導入口3bからドリフトチャンバー3と輸送チャンバー4の接合部分に窒素ガスを噴射し、ドリフトチューブ3内に流れ込んだ窒素ガスを第一ポンプ3cで中性分子とともに除去する。これにより、水クラスターイオンのシグナルの干渉が取り除かれるため、より多くの有機化合物由来のイオンを検出できる。窒素ガスに換えて、反応性が低い、ヘリウム、アルゴン等の希ガスを使用してもよい。   In order to reduce water molecules fed into the transport chamber 4, nitrogen gas is injected from the nitrogen inlet 3 b to the junction between the drift chamber 3 and the transport chamber 4, and the nitrogen gas flowing into the drift tube 3 is the first. It is removed together with neutral molecules by the pump 3c. Thereby, since interference of the signal of water cluster ion is removed, more ions derived from an organic compound can be detected. Instead of nitrogen gas, a rare gas such as helium or argon having low reactivity may be used.

一方、非特許文献2に記載のホロカソード放電式陽子移動反応飛行時間型質量分析計34においては、水分子の輸送チャンバー38への侵入を防止するため、本発明の逆流防止空間23の位置に相当するソースドリフトチューブ36からポンプで余分な水蒸気を排気している。結果的に試料導入口36aから注入された試料気体がソースドリフトチューブ36へ逆流し、さらにイオン源35に逆流し、目的としないNO、O が生成されている。非特許文献2のFig.6を見る限り、O はHより多く生成され、NOもHの25%〜30%生成されている。したがって、ここからも本発明によるH生成能力は格段に高く、結果的に有機化合物の測定精度も高まることとなる。 On the other hand, in the holocathode discharge type proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 34 described in Non-Patent Document 2, in order to prevent water molecules from entering the transport chamber 38, it corresponds to the position of the backflow prevention space 23 of the present invention. Excess water vapor is exhausted from the source drift tube 36 by a pump. As a result, the sample gas injected from the sample introduction port 36a flows backward to the source drift tube 36 and further flows backward to the ion source 35, and undesired NO + and O 2 + are generated. FIG. As far as 6 is seen, O 2 + is produced more than H 3 O + , and NO + is also produced from 25% to 30% of H 3 O + . Therefore, the H 3 O + generation capability according to the present invention is remarkably high from here, and as a result, the measurement accuracy of the organic compound is also increased.

次に、前記RHは、輸送チャンバー4を短い距離通過し、ビーム成形輸送部材6を通過し、イオン加速チャンバー5aに送り込まれる。最後に飛行時間型質量分析計5でイオン濃度を測定する。 Next, the RH + passes through the transport chamber 4 for a short distance, passes through the beam shaping transport member 6, and is fed into the ion acceleration chamber 5a. Finally, the ion concentration is measured by the time-of-flight mass spectrometer 5.

ここで、輸送チャンバー4内に配置されるビーム成形輸送部材6は、輸送チャンバー4を通過したイオンを円錐体6aの頂点に穿設された穿孔6bで切り出し、3つの円筒状の電極からなるイオンレンズ6z’で、イオンビームを成形し、軌道修正部6oでイオンビーム軌道を修正して、飛行時間型質量分析計5のパルス引出し電極5gへ輸送する。円錐体には電圧V4(−60V)を、イオンレンズに中央のイオンレンズには、電圧V5(+30V)の電圧を印加し、他2つのイオンレンズは接地している。なお、軌道修正部に電圧を印加し、軌道を修正する必要はなかった。   Here, the beam-shaping transport member 6 disposed in the transport chamber 4 cuts out ions that have passed through the transport chamber 4 by a perforation 6b drilled at the apex of the cone 6a, and is made up of three cylindrical electrodes. The ion beam is shaped by the lens 6z ′, the ion beam trajectory is corrected by the trajectory correcting unit 6o, and transported to the pulse extraction electrode 5g of the time-of-flight mass spectrometer 5. A voltage V4 (−60 V) is applied to the cone, a voltage V5 (+30 V) is applied to the central ion lens, and the other two ion lenses are grounded. It was not necessary to apply a voltage to the trajectory correction unit to correct the trajectory.

飛行時間型質量分析計5は、ドリフトチャンバー3で生成したRHに高電圧パルスを印加し、RHをその質量に依存した飛行速度で飛行させるパルス引出し電極5g並びに前記RHの軌道を修正する軌道修正部5eが内部にあるイオン加速チャンバー5aと、軌道を収束させるイオンレンズ5hが内部にある軌道調整部5bと、RHの質量により分離する飛行チャンバー5cと、MCP検出器5iが内部にあるイオン検出部5dからなる。飛行距離は約50cmでは質量分解能(m/Δm)は約100であった。 The time-of-flight mass spectrometer 5 applies a high voltage pulse to the RH + generated in the drift chamber 3, and corrects the trajectory of the pulse extraction electrode 5g and the RH + that causes the RH + to fly at a flight speed depending on its mass. An ion acceleration chamber 5a having a trajectory correcting unit 5e inside, a trajectory adjusting unit 5b having an ion lens 5h for converging the trajectory, a flight chamber 5c separated by the mass of RH + , and an MCP detector 5i It consists of the ion detection part 5d in. The flight resolution was about 50 cm, and the mass resolution (m / Δm) was about 100.

なお、本発明である有機化合物の測定装置1による有機化合物の測定方法では、差動排気システムを駆動させる。差動排気システムとは、イオン検出部5dの真空度を高めるため、飛行時間型質量分析計5の真空度を急激に高めることができないため、前段で段階的に減圧するシステムである。   In the organic compound measuring method using the organic compound measuring apparatus 1 according to the present invention, the differential exhaust system is driven. The differential evacuation system is a system in which the vacuum level of the time-of-flight mass spectrometer 5 cannot be rapidly increased in order to increase the vacuum level of the ion detector 5d, and thus the pressure is gradually reduced in the previous stage.

RHが生成後は、真空度が高い方が、RHの残存率が高まるため、輸送チャンバー4に連結された第二ポンプ4a、第三ポンプ4bによって真空度を高める。そのためここでは、2台のポンプを用いた。気体分子が存在するとRHと衝突し、RHが喪失してしまうからである。結果的に測定精度を下がってしまうことになる。 After the generation of RH +, the higher the degree of vacuum, the higher the residual rate of RH +. Therefore, the degree of vacuum is increased by the second pump 4 a and the third pump 4 b connected to the transport chamber 4. Therefore, two pumps were used here. This is because when gas molecules exist, they collide with RH + and RH + is lost. As a result, the measurement accuracy is lowered.

同様な理由から、イオン加速チャンバー5aに連結された第四ポンプ5j、及び飛行チャンバー5cに連結された第五ポンプ5kによって、真空度を段階的に高めることが必要である。   For the same reason, it is necessary to increase the degree of vacuum stepwise by the fourth pump 5j connected to the ion acceleration chamber 5a and the fifth pump 5k connected to the flight chamber 5c.

なお、飛行時間型質量分析計5は、一般に市販されているものでよく、リフレクトロンを取り付けてもよい。リフレクトロンを取り付けることで、RHの飛行速度の補正を行うこともでき、また、RHの飛行距離が長くなるため、質量分解能(m/Δm)は向上する。 In addition, the time-of-flight mass spectrometer 5 may be generally commercially available, and a reflectron may be attached. By attaching the reflectron, the flight speed of RH + can be corrected, and the flight distance of RH + is increased, so that the mass resolution (m / Δm) is improved.

以下、本発明での運転条件を説明する。3枚の電極からなるパルス引出し電極5gの1枚目、2枚目間に輸送チャンバー4を通過したイオンが輸送されてくる。1枚目、2枚目の電極にパルス的に高電圧(HV)を印加し、イオンをイオンビームの進行方向に対して、垂直方向にあるMCP検出器5iに向けて引き出す。   Hereinafter, the operating conditions in the present invention will be described. Ions that have passed through the transport chamber 4 are transported between the first and second of the pulse extraction electrodes 5g composed of three electrodes. A high voltage (HV) is applied in a pulse manner to the first and second electrodes, and ions are extracted toward the MCP detector 5i in a direction perpendicular to the traveling direction of the ion beam.

1枚目、2枚目の電極には高速で高電圧を印加する必要があるので、パルサーボックス5f内にあるトランジスタスイッチを用いる。1枚目、2枚目の電極にはそれぞれ、5kV、4.5kVの電圧を立ち上がり約70n秒で1μ秒間、高電圧を印加する。3枚目の電極は常に接地している。   Since it is necessary to apply a high voltage to the first and second electrodes at high speed, a transistor switch in the pulsar box 5f is used. A voltage of 5 kV and 4.5 kV is raised to the first and second electrodes, respectively, and a high voltage is applied for about 70 nsec for 1 μsec. The third electrode is always grounded.

MCP検出器5iの方向へ引き出されたイオンは軌道修正部5eでイオンビーム軌道の修正を行い、軌道調整部5bにあるイオンレンズ5hに電圧V6(1.3kV)を印加することによって、イオンの拡散を抑え、イオン検出部5dのMCP検出器5iに衝突させることで、イオンを検出している。MCP検出器5iには−2kVの高電圧をかけて動作させる。なお、軌道修正部5eの軌道修正板に電圧をかけてイオンビーム軌道を修正する必要はなかった。   The ions extracted in the direction of the MCP detector 5i are subjected to ion beam trajectory correction by the trajectory correction unit 5e, and a voltage V6 (1.3 kV) is applied to the ion lens 5h in the trajectory adjustment unit 5b. Ions are detected by suppressing diffusion and colliding with the MCP detector 5i of the ion detector 5d. The MCP detector 5i is operated by applying a high voltage of -2 kV. It was not necessary to correct the ion beam trajectory by applying a voltage to the trajectory correcting plate of the trajectory correcting unit 5e.

イオンの飛行距離は、50cmでイオンの質量数に応じてイオンの速度が異なるため、質量数の軽いイオンほどパルス電圧の印加から早い時間で、質量数の重いイオンほど遅く飛行チャンバー5c内を飛行してMCP検出器5iに到達する。なお、高速でイオンを検出する必要があるため、立ち上がり、立ち下り1n秒のMCP検出器5iを用いた。また、本発明である有機化合物の測定装置1の質量スペクトルの半値全幅は、質量数19、59、107で、それぞれ0.35、0.56、0.60であった。   Since the ion flight distance is 50 cm and the ion velocity varies depending on the mass number of the ions, the lighter the mass number, the faster the pulse voltage is applied, and the heavier mass number of the ions travels in the flight chamber 5c. Then, it reaches the MCP detector 5i. Since it is necessary to detect ions at a high speed, the MCP detector 5i that rises and falls for 1 ns is used. The full width at half maximum of the mass spectrum of the organic compound measuring apparatus 1 according to the present invention was 19, 59, and 107, and was 0.35, 0.56, and 0.60, respectively.

パルス引出し電極5gへ高電圧を印加するタイミングは、第一パルス発生器8aで制御しており10kHzで高電圧のスイッチのオン・オフを行っている。MCP検出器5iで検出されたイオンシグナルは、第一パルス発生器8aと同期された時間変換器7により、高電圧のスイッチのオンからシグナルを検出した時間が記憶され、横軸がイオンの到達時間、縦軸がイオンのカウント数のヒストグラムが作成される。横軸のイオンの到達時間はイオンの質量数に変換可能であるため、このヒストグラムが質量スペクトルに相当する。   The timing at which a high voltage is applied to the pulse extraction electrode 5g is controlled by the first pulse generator 8a, and the high voltage switch is turned on / off at 10 kHz. The ion signal detected by the MCP detector 5i is stored by the time converter 7 synchronized with the first pulse generator 8a, and the time when the signal is detected from the on-time of the high voltage switch is stored. A histogram of the time and the vertical axis of the ion count is created. Since the arrival time of ions on the horizontal axis can be converted into the mass number of ions, this histogram corresponds to the mass spectrum.

このような検出を10kHzでの繰り返しで積算していく。この積算の開始、終了を制御するのが、第二パルス発生器8bで、60秒間の積算を行うように制御する。第一パルス発生器8a、第二パルス発生器8bは、計算機8によって制御され、また、時間変換器7で得られたデータは計算機8に入力され、60秒ごとの質量スペクトルとして保管される。   Such detection is integrated by repetition at 10 kHz. The second pulse generator 8b controls the start and end of this integration, and controls so as to perform integration for 60 seconds. The first pulse generator 8a and the second pulse generator 8b are controlled by the computer 8, and data obtained by the time converter 7 is input to the computer 8 and stored as a mass spectrum every 60 seconds.

図2は、イオン源とドリフトチューブと輸送チャンバーの断面模式図である。放電式のイオン源2は、水蒸気導入口2aがある押出し電極9と、前記押出し電極9の次に配置された絶縁体である第一スペーサー11と、前記第一スペーサー11の次に配置された引出し電極10と、前記引出し電極10の次に配置された絶縁体である第二スペーサー11dと、前記第二スペーサー11dの次に配置された接続電極12からなる。これら3種の電極がHを生成する放電に関与している。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an ion source, a drift tube, and a transport chamber. The discharge type ion source 2 is disposed after the extruded electrode 9 having the water vapor inlet 2a, the first spacer 11 which is an insulator disposed next to the extruded electrode 9, and the first spacer 11. It comprises an extraction electrode 10, a second spacer 11d which is an insulator disposed next to the extraction electrode 10, and a connection electrode 12 disposed next to the second spacer 11d. These three types of electrodes are involved in the discharge that generates H 3 O + .

前記押出し電極9と前記第一スペーサー11と前記引出し電極10で形成されたイオン発生空間22で放電し、水蒸気をHにする。押出し電極9に取り付けられた水蒸気導入口2aからなるべく円筒対称になるように水蒸気を導入する。放電は主に押出し電極9と引出し電極10の狭い領域で起こり、Hは引出し電極10の中心の細長い穿孔を通り、イオンビームに成形させられ接続電極12の穿孔を通過し、ドリフトチューブ3内である陽子移動反応空間24導入される。 Electric discharge is generated in the ion generation space 22 formed by the extrusion electrode 9, the first spacer 11, and the extraction electrode 10, and the water vapor is changed to H 3 O + . Water vapor is introduced from the water vapor introduction port 2a attached to the extrusion electrode 9 so as to be as symmetric as possible. The discharge mainly occurs in a narrow region of the extrusion electrode 9 and the extraction electrode 10, and H 3 O + passes through the elongated perforation at the center of the extraction electrode 10, is formed into an ion beam, passes through the perforation of the connection electrode 12, and drift tube The proton transfer reaction space 24, which is within 3, is introduced.

なお、引出し電極10と第二スペーサー11dと接続電極で囲まれた逆流防止空間23は、試料気体がイオン発生空間22に逆流することを防止し、Hビームを成形し、圧力調整機能を有する。 The backflow prevention space 23 surrounded by the extraction electrode 10, the second spacer 11d, and the connection electrode prevents the sample gas from flowing back into the ion generation space 22, shapes the H 3 O + beam, and adjusts the pressure. Have

逆流防止空間23の圧力は、ドリフトチューブ3内の陽子移動反応空間24の圧力(約5.0Torr)より、やや高い圧力(約5.1Torr)を保ち、またイオン発生空間22の圧力は、逆流防止空間23の圧力よりさらにやや高い圧力(約5.2)を維持することが望ましい。これにより試料気体がイオン発生空間22に逆流すること極めて低下させることができる。   The pressure in the backflow prevention space 23 is kept slightly higher (about 5.1 Torr) than the pressure in the proton transfer reaction space 24 (about 5.0 Torr) in the drift tube 3, and the pressure in the ion generation space 22 is backflow. It is desirable to maintain a pressure (about 5.2) that is slightly higher than the pressure in the prevention space 23. As a result, the backflow of the sample gas into the ion generation space 22 can be extremely reduced.

試料気体がイオン発生空間22に逆流することで、NO、O などが発生し、Hの生成を妨げ、またドリフトチューブ3内でのRとの陽子移動反応と拮抗し、RHの生成効率が低下する。結果的に有機化合物の測定精度が低くなってしまうこととなる。 When the sample gas flows back into the ion generation space 22, NO + , O 2 + and the like are generated, hindering generation of H 3 O + , and antagonizing the proton transfer reaction with R in the drift tube 3, The production efficiency of RH + decreases. As a result, the measurement accuracy of the organic compound is lowered.

ドリフトチューブ3は、試料サンプルを導入するサンプラー13と、前記サンプラー13の次に配置されるドリフトチューブ電極14と、前記ドリフトチューブ電極14の次に配置される絶縁リング15と、前記絶縁リング15の次に配置されるドリフトチューブ電極14eと、前記ドリフトチューブ電極14eの次に配置される絶縁リング15dと、絶縁リング15dの次に配置されるドリフトチューブ電極14fと、前記ドリフトチューブ電極14f次に配置される絶縁リング15eと、前記絶縁リング15e配置されるドリフトチューブ電極14gと、前記ドリフトチューブ電極14gの次に配置される中性分子を排気する第一ポンプ3c及びドリフトチューブ3内の圧力を監視するプレッシャーゲージ3dに連結するチューブ付絶縁体16と、前記チューブ付絶縁体16の次に配置されるイオンビームをオリフィス(小孔)へ導くためのインレットレンズ17と、輸送チャンバー4に連結されるフランジ19と、前記インレットレンズ17と前記フランジ19に挟まれた窒素ガスを通す導管付スペーサー18と、前記フランジ19にセットされ、RHが通過するオリフィス(小孔)が穿設された円盤20からなる。 The drift tube 3 includes a sampler 13 for introducing a sample, a drift tube electrode 14 disposed next to the sampler 13, an insulating ring 15 disposed next to the drift tube electrode 14, and the insulating ring 15. Drift tube electrode 14e disposed next, insulating ring 15d disposed next to drift tube electrode 14e, drift tube electrode 14f disposed next to insulating ring 15d, and disposed next to drift tube electrode 14f The insulation ring 15e, the drift tube electrode 14g disposed in the insulation ring 15e, the first pump 3c for exhausting neutral molecules disposed next to the drift tube electrode 14g, and the pressure in the drift tube 3 are monitored. Insulation with tube connected to pressure gauge 3d 16, an inlet lens 17 for guiding an ion beam disposed next to the insulator with tube 16 to an orifice (small hole), a flange 19 connected to the transport chamber 4, the inlet lens 17 and the flange A spacer 18 with a conduit for passing nitrogen gas sandwiched between 19 and a disk 20 set in the flange 19 and having an orifice (small hole) through which RH + passes are formed.

ドリフトチューブ3内に出射されたイオンビームは、サンプラー13から導入された有機化合物を含む試料気体と衝突し、陽子移動反応空間24内で陽子移動反応を起こす。なお中性気体は、ドリフトチューブ3下流の第一ポンプ3cによって排気され、イオンはインレットレンズ17を通過して、高真空の輸送チャンバー4へ運ばれる。   The ion beam emitted into the drift tube 3 collides with a sample gas containing an organic compound introduced from the sampler 13 and causes a proton transfer reaction in the proton transfer reaction space 24. The neutral gas is exhausted by the first pump 3 c downstream of the drift tube 3, and the ions pass through the inlet lens 17 and are transported to the high vacuum transport chamber 4.

ドリフトチューブ3内の圧力は、プレッシャーゲージ3dでモニターしており、5Torrを保つようにした。その内訳は、水蒸気量が約0.5Torr、試料気体量が約4.5oTorrである。   The pressure in the drift tube 3 was monitored with a pressure gauge 3d, and was maintained at 5 Torr. The breakdown is about 0.5 Torr of water vapor and about 4.5 oTorr of sample gas.

インレットレンズ17の穿孔17aには窒素ガスを導入することができるようにしており、水蒸気によるクラスターイオンの生成を抑えるとき必要に応じて導入する。なお、窒素ガスの導入量は0.1Torr程度で十分である。   Nitrogen gas can be introduced into the perforations 17a of the inlet lens 17, and is introduced as necessary to suppress the generation of cluster ions by water vapor. In addition, about 0.1 Torr is sufficient for the amount of nitrogen gas introduced.

押出し電極9、引出し電極10、接続電極12、ドリフトチューブ電極14、14e、14f、14gは、各電極間には、抵抗R1(1MΩ)、R2(1MΩ)、R3(390kΩ)が設けられ、末端には抵抗R4(390Ω)があるV1(5kV直流)に接続され、電場によりH又はRHを輸送チャンバー4に輸送する。 The extrusion electrode 9, the extraction electrode 10, the connection electrode 12, and the drift tube electrodes 14, 14e, 14f, and 14g are provided with resistances R1 (1 MΩ), R2 (1 MΩ), and R3 (390 kΩ) between the electrodes. Is connected to V1 (5 kV direct current) having a resistance R4 (390Ω), and H 3 O + or RH + is transported to the transport chamber 4 by an electric field.

インレットレンズ17は、上記系とは独立してV2(150V)に、フランジ19にはV3(25V)に接続されている。また、円錐体6aにはV4(−60V)を接続することで、RHイオンの損失をさらに低下することができるため、電圧を印加してもよい。 The inlet lens 17 is connected to V2 (150 V) independently of the above system, and the flange 19 is connected to V3 (25 V). Moreover, since the loss of RH + ions can be further reduced by connecting V4 (−60 V) to the cone 6a, a voltage may be applied.

押出し電極9、引出し電極10、接続電極11、ドリフトチューブ電極14、14e、14f、14g、インレットレンズ17、フランジ19、円錐体6aは導体であり、電圧が印加される。導体としては、腐食につよいステンレス、アルミニウムなどが挙げられるが、通常電極としてしようされている素材であれば何れでもよい。なお円盤20は、ステンレスからできている。   The extrusion electrode 9, the extraction electrode 10, the connection electrode 11, the drift tube electrodes 14, 14e, 14f, and 14g, the inlet lens 17, the flange 19, and the cone 6a are conductors, and a voltage is applied thereto. Examples of the conductor include stainless steel and aluminum that are resistant to corrosion, but any material that is normally used as an electrode may be used. The disk 20 is made of stainless steel.

また、第一スペーサー11、第二スペーサー11d、サンプラー13、絶縁リング15、15d、15eチューブ付絶縁体16、導管付スペーサー18は、帯電防止性が高い絶縁素材でできており、隣り合う電極間を絶縁する。例えば、帯電防止性が高い絶縁素材強化ポリテフロン(登録商標)をベースとした日本ポリペンコ株式会社製/セミトロン(登録商標)がある。   The first spacer 11, the second spacer 11d, the sampler 13, the insulating rings 15, 15d, 15e, the insulator 16 with a tube, and the spacer 18 with a conduit are made of an insulating material having high antistatic properties, and are adjacent to each other. Insulate. For example, Nippon Polypenco Co., Ltd./Semitron (registered trademark), which is based on an insulating material reinforced poly Teflon (registered trademark) with high antistatic properties, is available.

上記、各電極と各絶縁体は、Oリングで密閉され、支柱3e及び支柱3fによってフランジ19に固定される。なお、支柱3e、支柱3fは絶縁体、又は金属棒に絶縁素材をコーティングしたものである。   Each electrode and each insulator are sealed with an O-ring, and are fixed to the flange 19 by a column 3e and a column 3f. In addition, the support | pillar 3e and the support | pillar 3f coat | cover an insulating material to the insulator or the metal stick | rod.

支柱3eは1本の棒状であり各電極に設けられた孔に貫通して下端をフランジ19の上面に螺着され、他端である上部は別のネジで固定する。支柱3fは、隣り合う電極間を固定する棒であって、一方の端にネジ穴があり、他端が前記ネジ穴に螺着するネジであり、各々が連結し、その連結してできた支柱3fの下端がフランジ19の上面に螺着され、他端である上部は別のネジで固定する。   The column 3e is in the form of a single rod, penetrates through holes provided in each electrode, and is screwed at the lower end to the upper surface of the flange 19, and the upper portion at the other end is fixed by another screw. The column 3f is a rod that fixes between adjacent electrodes, and has a screw hole at one end and a screw that is screwed into the screw hole at the other end. The lower end of the column 3f is screwed to the upper surface of the flange 19, and the upper part, which is the other end, is fixed with another screw.

また、ドリフトチューブ電極の数は、一様な電場をドリフトチューブ3内に作ることができれば特に4枚に限定さることなく、ドリフトチューブ3の長さによって適時変更する。   Further, the number of drift tube electrodes is not limited to four as long as a uniform electric field can be created in the drift tube 3, and is appropriately changed depending on the length of the drift tube 3.

なお、円錐体6aの頂点に穿設されたRHビームが通過する穿孔6bと円盤20に穿設されたオリフィスとの距離L1が、陽子移動反応生成物の減衰を改善することが見出された。結果は図21に示す。その距離は10mmでは格段に陽子移動反応物の減衰を改善することができた。 It has been found that the distance L1 between the bore 6b through which the RH + beam drilled at the apex of the cone 6a passes and the orifice drilled in the disk 20 improves the attenuation of the proton transfer reaction product. It was. The results are shown in FIG. When the distance was 10 mm, the attenuation of the proton transfer reactant could be remarkably improved.

図3は、押出し電極を説明する図である。図3Aは押出し電極9の平面図である。図3Bは、図3AのA’−A’位置での断面図である。図3Cは押出し電極9の背面図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the extruded electrode. FIG. 3A is a plan view of the extruded electrode 9. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the A′-A ′ position in FIG. 3A. FIG. 3C is a rear view of the extruded electrode 9.

押出し電極9は、水蒸気を導入する水蒸気導入口2aを有する水蒸気導入管9aを上面に取り付けた円形の電極である。孔9b、孔9cで他の電極と絶縁素材でできた支柱3e及び支柱3fでフランジ19に連結固定される。背面には凹んだ凹部9eがあり、次の第一スペーサー11と嵌合する。また、V1を印加するコネクタを配線接続孔9dに差込み通電される。   The extrusion electrode 9 is a circular electrode in which a water vapor introduction tube 9a having a water vapor introduction port 2a for introducing water vapor is attached to the upper surface. The holes 9b and 9c are connected and fixed to the flange 19 by the columns 3e and 3f made of an insulating material with other electrodes. There is a recessed portion 9e that is recessed on the back surface, and is fitted to the next first spacer 11. Further, a connector for applying V1 is inserted into the wiring connection hole 9d and energized.

なお、水蒸気導入管9aは、円筒対象に複数設けることが望ましい。導入された水蒸気が局所的に高濃度になることがなく、イオン発生空間22に均一に存在することとなり、放電によりより効率的にHOが生成できるからである。 In addition, it is desirable to provide a plurality of water vapor introduction pipes 9a on a cylindrical object. This is because the introduced water vapor does not have a high concentration locally and exists uniformly in the ion generation space 22, and H 3 O + can be generated more efficiently by discharge.

図4は、引出し電極を説明する図である。図4Aは引出し電極10の平面図である。図4Bは図4AのA’−A’位置での断面図である。図4Cは引出し電極10の背面図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating the extraction electrode. FIG. 4A is a plan view of the extraction electrode 10. 4B is a cross-sectional view taken along the A'-A 'position in FIG. 4A. FIG. 4C is a rear view of the extraction electrode 10.

引出し電極10は、押出し電極9方向に突出した凸部10bと背面が窪んだ凹部10fよりなり中心に穿孔10aが穿設された円形の電極である。孔10c、孔10dで他の電極と絶縁素材でできた支柱3e及び支柱3fでフランジ19に連結固定される。背面の凹んだ凹部10fは、次の第二スペーサー11dと嵌合する。また、V1を印加するコネクタを配線接続孔10eに差込み通電される。   The extraction electrode 10 is a circular electrode having a perforation 10a in the center, which is composed of a convex portion 10b protruding in the direction of the extrusion electrode 9 and a concave portion 10f having a recessed back surface. The holes 10c and 10d are connected and fixed to the flange 19 by the pillars 3e and 3f made of an insulating material with other electrodes. The recessed portion 10f having a recessed back surface is fitted with the next second spacer 11d. Further, a connector for applying V1 is inserted into the wiring connection hole 10e and energized.

凸部10bを設けることで、イオン発生空間22の一定の容積を確保しながら、確実に押出し電極9の背面と放電(図2で点線で示している)で起こり、水蒸気からHを高濃度に生成する。さらに、凸部10bを設けることで、穿孔10aの長さL2をより長く確保することができ、より試料気体の逆流を低減することが可能になる。 Providing the convex portion 10b ensures that a certain volume of the ion generation space 22 is ensured, and occurs reliably on the back surface of the extrusion electrode 9 and discharge (shown by a dotted line in FIG. 2), and H 3 O + is removed from water vapor. Produced in high concentration. Furthermore, by providing the convex part 10b, the length L2 of the perforation 10a can be secured longer, and the backflow of the sample gas can be further reduced.

穿孔10aの直径D1は、5mm、2mm、1mmで試験した結果、何れも非特許文献2でfig.6に示されている結果より、Hの生成効率は格段に向上している。1mmが最も良好であった(結果は図19、20に示す)。 The diameter D1 of the perforations 10a was tested at 5 mm, 2 mm, and 1 mm. From the results shown in FIG. 6, the generation efficiency of H 3 O + is remarkably improved. 1 mm was the best (results are shown in FIGS. 19 and 20).

また、背面の凹部10fは、接続電極12と放電を起こさないようにするとともに、逆流防止空間23の容積をより広くし、試料気体の逆流を確実に防止する効果を発揮する。   In addition, the recess 10f on the back surface prevents the connection electrode 12 from being discharged, and has an effect of reliably preventing the backflow of the sample gas by increasing the volume of the backflow prevention space 23.

図5は、第一スペーサーを説明する図である。図5Aは第一スペーサー11の平面図である。図5Bは図5AのA’−A’位置での断面図である。なお、背面は平面と同一である。また第一スペーサー11と第二スペーサー11dは同一形状である。   FIG. 5 is a diagram illustrating the first spacer. FIG. 5A is a plan view of the first spacer 11. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the A'-A 'position in FIG. 5A. The back surface is the same as the plane. The first spacer 11 and the second spacer 11d have the same shape.

第一スペーサー11は、中央にある穿孔10aがあるリング状である。平面、背面にそれぞれ溝11b、溝11cが設けられ、Oリングを嵌め上下の電極と密封固定される。   The first spacer 11 has a ring shape with a hole 10a in the center. A groove 11b and a groove 11c are provided on the flat surface and the back surface, respectively, and an O-ring is fitted to seal the upper and lower electrodes.

図6は、接続電極を説明する図である。図6Aは接続電極12の平面図である。図6Bは図6AのA’−A’位置での断面図である。図6Cは接続電極12の背面図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating connection electrodes. FIG. 6A is a plan view of the connection electrode 12. 6B is a cross-sectional view taken along the A'-A 'position in FIG. 6A. FIG. 6C is a rear view of the connection electrode 12.

接続電極12は、引出し電極10方向が窪んだ凹部12gと背面が窪み中心がすり鉢状に窪んだ切込部12eを有する凹部の中心に穿孔12aが穿設された電極である。孔12b、孔12cで他の電極と絶縁素材でできた支柱3e及び支柱3fで連結固定される。背面の凹んだ凹部12fは、次のサンプラー13と嵌合する。また、V1を印加するコネクタを配線接続孔12dに差込み通電される。   The connection electrode 12 is an electrode in which a perforation 12a is formed in the center of a recess having a recess 12g that is recessed in the direction of the extraction electrode 10 and a notch 12e that is recessed in the back and in the shape of a mortar. The holes 12b and 12c are connected and fixed to the other electrodes and the columns 3e and 3f made of an insulating material. The recessed portion 12 f that is recessed on the back is fitted with the next sampler 13. Further, a connector for applying V1 is inserted into the wiring connection hole 12d and energized.

なお、背面をすり鉢状の切込部12eを設けることで、イオンが穿孔12aを通る距離を短くして、穿孔12aでのイオンの喪失を小さくする利点がある。   In addition, by providing the mortar-shaped cut portion 12e on the back surface, there is an advantage that the distance through which ions pass through the perforations 12a is shortened, and the loss of ions in the perforations 12a is reduced.

図7は、サンプラーを説明する図である。図7Aはサンプラー13の平面図である。図7Bは図7AのA’−A’位置での断面図である。なお、背面は平面と同一である。   FIG. 7 is a diagram illustrating the sampler. FIG. 7A is a plan view of the sampler 13. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the A'-A 'position in FIG. 7A. The back surface is the same as the plane.

サンプラー13は、リング状の本体の中心に孔13aがあり、側面に試料導入口3aを備えた2本の試料導入管13d、試料導入管13fがあり、試料導入管13d、13fには試料気体が送入される管路13e、管路13gが設けられている。また平面、背面にはそれぞれ溝13b、溝13cが設けられ、Oリングを嵌め上下の電極と密封固定される。   The sampler 13 has a hole 13a at the center of a ring-shaped main body, two sample introduction tubes 13d having a sample introduction port 3a on the side surface, and a sample introduction tube 13f, and a sample gas is contained in the sample introduction tubes 13d and 13f. Is provided with a pipe line 13e and a pipe line 13g. Further, a groove 13b and a groove 13c are provided on the flat surface and the back surface, respectively, and O-rings are fitted and sealed to the upper and lower electrodes.

なおここでは、試料導入管13d、13fを二本としたが、側面に等間隔で対象的に複数の試料導入管13dを設けることが望ましい。試料気体を均一にドリフトチューブ3に導入することができ、試料気体がHと効率的に、高頻度で陽子移動反応が起すことができるためである。 Here, two sample introduction tubes 13d and 13f are provided, but it is desirable to provide a plurality of sample introduction tubes 13d at equal intervals on the side surface. This is because the sample gas can be uniformly introduced into the drift tube 3 and the sample gas can efficiently undergo proton transfer reaction with H 3 O + at a high frequency.

図8は、ドリフトチューブ電極を説明する図である。図8Aはドリフトチューブ電極14の平面図である。図8Bは図8AのA’−A’位置での断面図である。なお、背面は平面と同一である。また、ドリフトチューブ電極14、14e、14f、14gは、同一形状である。そこでドリフトチューブ電極14を参照して説明する。   FIG. 8 is a diagram for explaining the drift tube electrode. FIG. 8A is a plan view of the drift tube electrode 14. FIG. 8B is a cross-sectional view at the position A′-A ′ in FIG. 8A. The back surface is the same as the plane. The drift tube electrodes 14, 14e, 14f, and 14g have the same shape. Therefore, description will be made with reference to the drift tube electrode 14.

ドリフトチューブ電極14は、中央に穿孔14aが穿設され、サンプラー13方向及び背面共に凹み薄いリング部14hがある円形の電極である。孔14b、孔14cで他の電極と絶縁素材でできた支柱3e及び支柱3fで連結固定される。接着部14iで、上下の絶縁素材と接触する。また、V1を印加するコネクタを配線接続孔14dに差込み通電される。リング部14hはドリフトチューブ3内の電場を一様にするためなるべく薄い方が良い。本発明では1.5mmとした。   The drift tube electrode 14 is a circular electrode having a perforation 14a in the center and a thin ring portion 14h that is recessed in the direction of the sampler 13 and the back surface. The holes 14b and 14c are connected and fixed to the other electrodes and the columns 3e and 3f made of an insulating material. At the bonding portion 14i, the upper and lower insulating materials are contacted. Further, a connector for applying V1 is inserted into the wiring connection hole 14d and energized. The ring portion 14h is preferably as thin as possible in order to make the electric field in the drift tube 3 uniform. In the present invention, it is 1.5 mm.

図9は、絶縁リングを説明する図である。図9Aは絶縁リング15の平面図である。図9Bは図9AのA’−A’位置での断面図である。なお、背面は平面と同一である。また、絶縁リング15、15d、15eは同一形状である。そこで絶縁リング15を参照して説明する。   FIG. 9 is a diagram illustrating the insulating ring. FIG. 9A is a plan view of the insulating ring 15. FIG. 9B is a cross-sectional view at the position A′-A ′ in FIG. 9A. The back surface is the same as the plane. The insulating rings 15, 15d, 15e have the same shape. Therefore, description will be made with reference to the insulating ring 15.

絶縁リング15は、中央にある孔15aがあるリング状である。平面、背面にそれぞれ溝15b、溝15cが設けられ、Oリング21を嵌め上下の電極と密封固定される。   The insulating ring 15 has a ring shape with a hole 15a in the center. A groove 15b and a groove 15c are provided on the plane and the back, respectively, and an O-ring 21 is fitted and hermetically fixed to the upper and lower electrodes.

図10は、チューブ付絶縁体を説明する図である。図10Aはチューブ付絶縁体16の平面図である。図10Bは図10AのA’−A’位置での断面図である。なお、背面は平面と同一である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an insulator with a tube. FIG. 10A is a plan view of the insulator 16 with a tube. FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the A'-A 'position in FIG. 10A. The back surface is the same as the plane.

チューブ付絶縁体16は、リング状の本体の中心に孔16aがあり、側面に陽子移動反応空間24の圧力を調整、不要な中性分子を排気する第一ポンプ3cに接続された排気管16dと、陽子移動反応空間24の圧力を監視するプレッシャーゲージ3dを連結するゲージ取付管16eが取り付けられている。また平面、背面にはそれぞれ溝16b、溝16cが設けられ、Oリングを嵌め上のドリフトチューブ電極14gと次のインレットレンズ17と密封固定される。   The insulator 16 with a tube has a hole 16a in the center of the ring-shaped body, and an exhaust pipe 16d connected to the first pump 3c that adjusts the pressure of the proton transfer reaction space 24 on the side surface and exhausts unnecessary neutral molecules. And a gauge mounting tube 16e for connecting a pressure gauge 3d for monitoring the pressure in the proton transfer reaction space 24 is attached. Further, a groove 16b and a groove 16c are provided on the flat surface and the back surface, respectively, and the O-ring is fitted and the drift tube electrode 14g and the next inlet lens 17 are hermetically fixed.

図11は、インレットレンズを説明する図である。図11Aはインレットレンズ17の平面図である。図11Bは図11AのA’−A’位置での断面図である。図11Cはインレットレンズ17の背面図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating the inlet lens. FIG. 11A is a plan view of the inlet lens 17. FIG. 11B is a cross-sectional view taken along position A′-A ′ in FIG. 11A. FIG. 11C is a rear view of the inlet lens 17.

インレットレンズ17は、平面及び背面の内部が窪んだ凹部17d、凹部17eの中心に穿孔17aが穿設された円形の電極である。背面の溝17cにOリングを嵌め次ぎの導管付スペーサー18に接着する。また、V2を印加するコネクタを穴17bに差込み通電される。   The inlet lens 17 is a circular electrode in which a perforation 17a is formed at the center of a concave portion 17d and a concave portion 17e whose interiors are flat and back. An O-ring is fitted in the groove 17c on the back surface and bonded to the next spacer 18 with a conduit. Further, a connector for applying V2 is inserted into the hole 17b and energized.

図12は、導管付スペーサーを説明する図である。図12Aは導管付スペーサー18の平面一部透視図である。図12Bは図12AのA’−A’位置での断面図である。図12Cは導管付スペーサー18の背面図である。   FIG. 12 is a diagram for explaining a spacer with a conduit. FIG. 12A is a partially transparent plan view of the spacer 18 with a conduit. FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the A′-A ′ position in FIG. 12A. FIG. 12C is a rear view of the conduit spacer 18.

導管付スペーサー18は、中央が上に突出した凸部18dを有する円形状の絶縁体であって、内部に窒素ガスを挿通させる導管18bを凸部18dの側面から開け、背面の溝18cと連結する。導管18bは、中央の穿孔18aから放射状に凸部18dの側面に貫通する。これにより、均一圧力の窒素ガスが穿孔18aに噴射することができる。噴射された窒素ガスは、エアーカーテンとして機能し、水分子の通過を阻止する。   The spacer 18 with a conduit is a circular insulator having a convex portion 18d whose center projects upward, and a conduit 18b through which nitrogen gas is inserted is opened from the side surface of the convex portion 18d and connected to the groove 18c on the back surface. To do. The conduit 18b penetrates radially from the central perforation 18a to the side surface of the convex portion 18d. Thereby, nitrogen gas of uniform pressure can be injected into the perforations 18a. The injected nitrogen gas functions as an air curtain and blocks the passage of water molecules.

図13は、フランジを説明する図である。図13Aはフランジ19の平面図である。図13Bは図13AのA’−A’位置での断面図である。図13Cはフランジ19の背面図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a flange. FIG. 13A is a plan view of the flange 19. FIG. 13B is a cross-sectional view at the position A′-A ′ in FIG. 13A. FIG. 13C is a rear view of the flange 19.

フランジ19は、円形のプレート19nとガス送入管19bと接続管19hからなる。プレート19nは、平面に内部に導管付スペーサー18を嵌め込む凹部19l、Oリングを嵌め込む溝19g、各電極を固定する支柱3e及び支柱3fを留める固定穴19e、電圧V3を印加するための配線と取り付けるネジ穴19dがある。さらに、凹部19lには、オリフィスが穿孔されている円盤20を嵌め込む凹部19fがある。   The flange 19 includes a circular plate 19n, a gas inlet pipe 19b, and a connecting pipe 19h. The plate 19n has a recess 19l into which a spacer 18 with a conduit is fitted in a plane, a groove 19g into which an O-ring is fitted, a support 3e for fixing each electrode, a fixing hole 19e for fixing the support 3f, and a wiring for applying a voltage V3. There is a screw hole 19d to be attached. Further, the concave portion 19l has a concave portion 19f into which the disk 20 in which the orifice is drilled is fitted.

また、背面には、すり鉢状の傾斜部19kがある。傾斜部19kがあることによって、第二ポンプ4a及び第三ポンプ4bによる中性分子の排気を効率的に行うことができる。中央には、RHが通過する孔19aが穿設されている。さらにプレート19n内部には、窒素ガスを送通させる横穴19cがある。 In addition, there is a mortar-shaped inclined portion 19k on the back surface. Due to the inclined portion 19k, neutral molecules can be efficiently exhausted by the second pump 4a and the third pump 4b. In the center, a hole 19a through which RH + passes is formed. Further, a lateral hole 19c through which nitrogen gas is passed is provided inside the plate 19n.

ガス送入管19bは、導管付スペーサー18の穿孔18aに噴射する窒素ガス等の供給源と連結する管である。接続管19hは、Oリング21aを嵌め込む溝19jが設けられたリングで、輸送チャンバー4の上部に接続しクランプ等の留具で固定される。   The gas inlet pipe 19b is a pipe connected to a supply source such as nitrogen gas injected into the perforations 18a of the conduit spacer 18. The connection pipe 19h is a ring provided with a groove 19j into which the O-ring 21a is fitted. The connection pipe 19h is connected to the upper part of the transport chamber 4 and is fixed by a fastener such as a clamp.

図14は、図13の一部拡大図である。図14Aは図13B’部の部分拡大図である。図14Bは図13C’部の部分拡大図である。   FIG. 14 is a partially enlarged view of FIG. FIG. 14A is a partially enlarged view of FIG. 13B ′. FIG. 14B is a partially enlarged view of FIG. 13C ′.

穿孔19aより広い円形の円盤20を嵌め込む凹部19fが平面状にあり、凹部の深さL3は、0.1mm以下である。内部には横穴19cに連結し、導管付スペーサー18の溝18cに連結する窒素ガスの通り道である縦穴19mがある。   The concave portion 19f into which the circular disc 20 wider than the perforations 19a is fitted has a flat shape, and the depth L3 of the concave portion is 0.1 mm or less. Inside, there is a vertical hole 19m which is connected to the horizontal hole 19c and is a passage for nitrogen gas connected to the groove 18c of the spacer 18 with conduit.

図15は、フランジの凹部にセットする円盤を説明する図である。図15Aは平面図である。図15Bは図15AのA’−A’位置での断面図である。なお、背面は、平面と同一である。   FIG. 15 is a diagram illustrating a disk set in the concave portion of the flange. FIG. 15A is a plan view. FIG. 15B is a cross-sectional view taken along position A′-A ′ in FIG. 15A. The back surface is the same as the plane.

円盤20は、フランジ19平面の凹部19fに嵌め込むステンレスなどの導体からできている。円盤20の中央には、直径約0.4mmのオリフィス20aが穿設されている。   The disk 20 is made of a conductor such as stainless steel that fits into the recess 19f on the plane of the flange 19. In the center of the disk 20, an orifice 20a having a diameter of about 0.4 mm is formed.

図16は、ビーム形成輸送部材の縦断面図である。図17は、ビーム形成輸送部の断面図である。ビーム成形輸送部材6は、円錐体6aと、リング6cと、筒6dと、リング6eと、円盤6fと、イオンレンズ6z’と軌道修正部6oからなり、図17に示す点線矢印がRHの通過位置及び方向である。 FIG. 16 is a longitudinal sectional view of the beam forming and transporting member. FIG. 17 is a cross-sectional view of the beam forming and transporting portion. Beam shaping transport member 6 comprises a cone 6a, a ring 6c, a cylinder 6d, and the ring 6e, becomes a disk 6f, the trajectory correction portion 6o and ion lens 6z ', dotted arrow RH + a shown in FIG. 17 Passing position and direction.

円錐体6aは、輸送チャンバー4に向かって先端が細くなり、頂点にRHビームが通過する穿孔6bが穿設された内部が中空のイオンガイドである。穿孔6bの直径D2、及び円錐体6aの頂点の内角∠Aが、ドリフトチューブ3内で生成したRHの損出量と関係があることを見いだした。その確認試験は、図21及び図22に示す。なお、円錐体6aに換えてヘキサポール等のイオンガイドを用いても良い。 The cone 6a is an ion guide having a hollow inside with a distal end narrowing toward the transport chamber 4 and a perforation 6b through which an RH + beam passes at the apex. It was found that the diameter D2 of the perforation 6b and the inner angle ∠A of the apex of the cone 6a are related to the loss amount of RH + generated in the drift tube 3. The confirmation test is shown in FIGS. An ion guide such as hexapole may be used instead of the cone 6a.

リング6cは、前記穿孔6bと円盤20のオリフィス20aとの距離を調整する筒状の絶縁体である。円錐体6aと筒6dを連結する。また、円錐体6aは導体(SUS)でできていることから、電圧を印加することができ、電圧V4(−60V)であるとき、RHの残存率が高まった。従って、円錐体6aに電圧V4を印加することもあることから、リング6cは、絶縁体素材を採用した。 The ring 6 c is a cylindrical insulator that adjusts the distance between the hole 6 b and the orifice 20 a of the disk 20. The cone 6a and the cylinder 6d are connected. Moreover, since the cone 6a is made of a conductor (SUS), a voltage can be applied. When the voltage is V4 (−60 V), the residual rate of RH + is increased. Therefore, since the voltage V4 may be applied to the cone 6a, an insulator material is used for the ring 6c.

筒6dは、内部にRHが通過するイオンレンズ6z’を配置し、輸送チャンバー4とイオン加速チャンバー5aを分断し、導体でできている。イオンレンズ6z’は、3個の同一形状の第一イオンレンズ6x、第二イオンレンズ6y、第三イオンレンズ6zのからなり、第一イオンレンズ6xと第二イオンレンズ6yが留具6wで固定されている。 The cylinder 6d has an ion lens 6z 'through which RH + passes, and is made of a conductor by dividing the transport chamber 4 and the ion acceleration chamber 5a. The ion lens 6z ′ is composed of three first ion lenses 6x, second ion lenses 6y, and third ion lenses 6z having the same shape, and the first ion lens 6x and the second ion lens 6y are fixed by a fastener 6w. Has been.

第三イオンレンズ6zは、取付板6hに留具6s’で固定され、取付板6hと輸送チャンバー4に近い第一、第二レンズに支柱6q、6r及び留具6wを介して連結される。   The third ion lens 6z is fixed to the attachment plate 6h with a fastener 6s', and is connected to the attachment plate 6h and the first and second lenses close to the transport chamber 4 via support posts 6q and 6r and the fastener 6w.

円盤6fは、輸送チャンバー4とイオン加速チャンバー5aに挟まれ、輸送空間26とイオン加速空間27を仕切る部材である。リング6eが前記筒6dと円盤6fに挟まれている。筒6dに電圧を印加することも可能とするためリング6eは絶縁素材でできている。円盤6fの平面、背面にはそれぞれ、溝6g、溝6pが設けられ、Oリングによって、平面側は、輸送チャンバー4に、平面側はイオン加速チャンバー5aにそれぞれ密封連結する。   The disk 6 f is a member that is sandwiched between the transport chamber 4 and the ion acceleration chamber 5 a and partitions the transport space 26 and the ion acceleration space 27. A ring 6e is sandwiched between the cylinder 6d and the disk 6f. In order to make it possible to apply a voltage to the cylinder 6d, the ring 6e is made of an insulating material. A groove 6g and a groove 6p are provided on the flat surface and the back surface of the disk 6f, respectively, and the flat surface side is hermetically connected to the transport chamber 4 and the flat surface side to the ion acceleration chamber 5a by an O-ring.

上述のようにしてなるイオンレンズ6z’取付板6h及び支柱6i、支柱6jを介して前記円盤6fに固定され、筒6dの所定の位置に配置する。   It is fixed to the disk 6f via the ion lens 6z 'mounting plate 6h, the column 6i, and the column 6j as described above, and is arranged at a predetermined position on the cylinder 6d.

なお、リング6c、留具6c’、留具6w、リング6e、支柱6q、支柱6rなどは、上述したセミトロン(登録商標)の他、金属に似た特性を持ち柔軟性に富むアセタール樹脂であるデュポン株式会社製/デルリン(登録商標)を使用してもよい。   The ring 6c, the fastener 6c ′, the fastener 6w, the ring 6e, the support 6q, the support 6r, etc. are acetal resins having characteristics similar to metal and rich in flexibility in addition to the above-described Semitron (registered trademark). DuPont / Dellin (registered trademark) may be used.

軌道修正部6oは、2対の平行電極6k、平行電極6lを留具6sで固定板6uに固定し、支柱6n’を介して取付板6hに固定され、イオンレンズ6z’の下端に位置する。その先端に穿孔6tが穿設された板6mがある。導体として一般に使用されている部材でよい。   The trajectory correcting unit 6o fixes two pairs of parallel electrodes 6k and 6l to the fixing plate 6u with a fastener 6s, is fixed to the mounting plate 6h via a support 6n ', and is positioned at the lower end of the ion lens 6z'. . There is a plate 6m having a perforation 6t at its tip. A member generally used as a conductor may be used.

図18は、本発明である有機化合物の測定装置内の圧力を説明する図である。本発明による差動排気システムは、輸送チャンバー4内の輸送空間26、イオン加速チャンバー5a内のイオン加速空間27及び飛行チャンバー5c内の飛行検出空間28の三段排気系になっている。   FIG. 18 is a diagram for explaining the pressure in the organic compound measuring apparatus according to the present invention. The differential exhaust system according to the present invention is a three-stage exhaust system including a transport space 26 in the transport chamber 4, an ion acceleration space 27 in the ion acceleration chamber 5a, and a flight detection space 28 in the flight chamber 5c.

前提として、HOの流量約0.02l/分でイオン発生空間22の圧力を約5.2Torr、逆流防止空間23の圧力を5.1Torr、試料気体の流量約0.18l/分であるとき、ドリフトチューブ3の陽子移動反応空間24の圧力を5.0Torrに第一ポンプ3cで調整する。 It is assumed that the flow rate of H 2 O is about 0.02 l / min, the pressure of the ion generation space 22 is about 5.2 Torr, the pressure of the backflow prevention space 23 is 5.1 Torr, and the flow rate of the sample gas is about 0.18 l / min. At this time, the pressure of the proton transfer reaction space 24 of the drift tube 3 is adjusted to 5.0 Torr by the first pump 3c.

第一段の輸送チャンバー4の輸送空間26の真空度は、〜10−4Torr、320l/秒の流量で第二ポンプ4a、第三ポンプ4bで排気する。 The degree of vacuum in the transport space 26 of the first-stage transport chamber 4 is evacuated by the second pump 4a and the third pump 4b at a flow rate of 10 −4 Torr and 320 l / sec.

イオン加速チャンバー5aのイオン加速空間27の真空度は、〜10−5〜10−6Torr、750l/秒の流量で第四ポンプ5jで排気する。 The degree of vacuum in the ion acceleration space 27 of the ion acceleration chamber 5a is exhausted by the fourth pump 5j at a flow rate of 10 −5 to 10 −6 Torr and 750 l / sec.

飛行チャンバー5cの飛行検出空間28の真空度は、〜10−6〜10−7Torr、250l/秒の流量で第五ポンプ5kで排気する。それぞれ別に駆動するポンプで排気し、段階的に真空度(Torr)を上げる。 The degree of vacuum in the flight detection space 28 of the flight chamber 5c is 10 −6 to 10 −7 Torr, and is exhausted by the fifth pump 5k at a flow rate of 250 l / sec. Exhaust by pumps that are driven separately, and the degree of vacuum (Torr) is raised stepwise.

図19は、引出し電極の穿孔の直径の違いによるHの生成量を比較したときの試験結果を示す図である。図19Aは、穿孔10aの直径D1が5mm、図19Bは、穿孔10aの直径D1が2mm、図19Bは、穿孔10aの直径D1が1mmの引出し電極を用い水蒸気(5.2Torr)に放電し、試料気体として、純空気を導入したときにMCP検出器5iで得られた試薬イオンのシグナルをカウント(10kHz、60秒積算値)した質量スペクトルの結果である。ともに横軸が質量数(m/z)、縦軸がMCP検出器5iで受けたシグナル数である。 FIG. 19 is a diagram showing a test result when the amount of H 3 O + produced due to the difference in the diameter of the extraction electrode perforation is compared. 19A shows a diameter D1 of the perforation 10a of 5 mm, FIG. 19B shows a discharge electrode having a diameter D1 of the perforation 10a of 2 mm, and FIG. 19B discharges water vapor (5.2 Torr) using an extraction electrode having a diameter D1 of 1 mm. It is the result of the mass spectrum which counted the signal of the reagent ion obtained by the MCP detector 5i when pure air was introduced as sample gas (10 kHz, integrated value for 60 seconds). In both cases, the horizontal axis represents the mass number (m / z), and the vertical axis represents the number of signals received by the MCP detector 5i.

なお、円錐体6aの∠Aは50°を使用し、電圧条件は図1、図2で説明した条件と同一とした。   The ridge A of the cone 6a was 50 °, and the voltage conditions were the same as those described with reference to FIGS.

図19A、図19B、図19C何れにも、H(質量数19)と、Hに水分子が付加したH・HO(質量数37)が強く確認できる。さらに純空気の逆流由来と考えられるNO(質量数30)、O (質量数32)のシグナルも確認できる。 FIG. 19A, FIG. 19B, in either FIG. 19C, and H 3 O + (mass number 19), H 3 O + · H 2 O ( mass number 37) that water molecules are added to the H 3 O + is confirmed strong . Furthermore, signals of NO + (mass number 30) and O 2 + (mass number 32) that are considered to be derived from the backflow of pure air can also be confirmed.

NO、O は、有機化合物と反応して陽子移動反応とは異なるイオンを生成することが知られており、試薬イオンに対して1%未満であることが望ましいと考えられている。特に穿孔10aの直径D1=1mmでは十分にその条件をみたしていることが分る。 NO + and O 2 + are known to react with an organic compound to generate ions different from the proton transfer reaction, and are considered to be desirably less than 1% with respect to reagent ions. In particular, it can be seen that the condition is sufficiently satisfied when the diameter D1 of the perforation 10a = 1 mm.

このことから穿孔10aの直径D1=1mmが最も目的外のNOやO の生成が低く抑えられた。なお、D1=2、5であっても非特許文献2でfig.6に示されている結果より、Hの生成効率は格段に向上している。 From this, the formation of NO + and O 2 + , which are the most undesired when the diameter D1 = 1 mm of the perforations 10a, is suppressed to a low level. Note that even if D1 = 2 and 5, in FIG. From the results shown in FIG. 6, the generation efficiency of H 3 O + is remarkably improved.

これはイオン源2を構成する引出し電極10の平面側に直径20mmの環状の凸部10bがあること、背面側の凹部10fがあること、穿孔10aの長さL2が約12mmと長ことこれに伴って試料気体の混入がないことに起因している。従って、非特許文献2のホロカソード35aと本発明の引出し電極10は構造、構成が全くことなると言える。   This is because there is an annular convex portion 10b having a diameter of 20 mm on the plane side of the extraction electrode 10 constituting the ion source 2, a concave portion 10f on the back side, and the length L2 of the perforation 10a is about 12 mm. Along with this, the sample gas is not mixed. Therefore, it can be said that the holo cathode 35a of Non-Patent Document 2 and the extraction electrode 10 of the present invention are completely different in structure and configuration.

加えて、非特許文献2に記載のホロカソード放電式陽子移動反応飛行時間型質量分析計34では、ソースドリフトチューブ36から前述のように排気を行っていることから、より目的外の放電による反応生成物が多くみられることとなる。   In addition, in the holocathode discharge type proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 34 described in Non-Patent Document 2, since the exhaust is performed from the source drift tube 36 as described above, reaction generation due to a discharge other than the intended purpose is generated. Many things will be seen.

図20は、引出し電極の穿孔の直径を1mmとしたときのHの生成量を測定したときの結果を示す図である。図19Cの条件で、放電によって生成される試薬イオン以外のイオンの干渉の影響を確認した。横軸が質量数(m/z)、縦軸がシグナル強度である。 FIG. 20 is a diagram showing the results when the amount of H 3 O + produced is measured when the diameter of the perforation of the extraction electrode is 1 mm. Under the conditions of FIG. 19C, the influence of interference of ions other than the reagent ions generated by the discharge was confirmed. The horizontal axis is the mass number (m / z), and the vertical axis is the signal intensity.

(質量数19)ピークカウントが約65000であるのに対して、NOは約370、O は同様に約370であることから、ともにHの生成量に対して0.5%程度の生成比率であることが分る。また、NO、O 以外の目的外の放電によるイオンが生成されているが、何れもNO、O 以下の生成比率であった。従って、本発明のイオン源2によるHの生成濃度は、実際に大気中の微量成分を十分精度よく測定することが可能であると言える。 Since H 3 O + (mass number 19) peak count is about 65000, NO + is about 370 and O 2 + is also about 370, both of which are relative to the amount of H 3 O + produced. It can be seen that the production ratio is about 0.5%. Further, NO +, an ion by untargeted discharge other than O 2 + is generated, any NO +, was produced a ratio of O 2 + or less. Therefore, it can be said that the production concentration of H 3 O + by the ion source 2 of the present invention can actually measure a trace component in the atmosphere with sufficient accuracy.

図21は、フランジにセットする円盤と円錐体の頂点との距離L1及び円錐体に穿設された穿孔の直径D2とH生成量を比較した結果を示す図である。図21Aは穿孔6bの直径D2=2mmとし、図21Bは穿孔6bの直径D2=3mmとしたときの検出結果である。横軸がL1の長さ(mm)、縦軸がMCP検出器5iで受けたシグナル数である。 FIG. 21 is a diagram showing a result of comparing the distance L1 between the disk set on the flange and the apex of the cone, and the diameter D2 of the perforation drilled in the cone and the amount of H 3 O + generated. FIG. 21A shows the detection result when the diameter D2 of the perforation 6b is 2 mm, and FIG. 21B is the detection result when the diameter D2 of the perforation 6b is 3 mm. The horizontal axis represents the length (mm) of L1, and the vertical axis represents the number of signals received by the MCP detector 5i.

なお、なお、図中の記号○がH(質量数19)、記号□がH・HO(質量数37)の検出結果を表している。また、ともに∠A=50°とし、その他の条件は図19Cと同一とした。 Incidentally, Symbols ○ is H 3 O + (mass number 19) in the figure, the symbol □ represents a detection result of the H 3 O + · H 2 O ( mass number 37). In addition, ∠A = 50 ° was used, and other conditions were the same as those in FIG. 19C.

図21A、Bともに、L=1mmのとき、最大の検出量が得られた。また、穿孔6bの直径D2は、2mm、3mmでは大きな違いはなかった。ただし、1mm以下、5mm以上では、今回と同一の条件で試験したところ、極端に検出値が低下した。穿孔6bの直径D2は輸送空間26及びイオン加速空間27の圧力に影響をあたえるためであると考えられる。   In both FIGS. 21A and 21B, the maximum detection amount was obtained when L = 1 mm. Further, the diameter D2 of the perforations 6b was not significantly different between 2 mm and 3 mm. However, at 1 mm or less and 5 mm or more, when the test was performed under the same conditions as this time, the detected value was extremely lowered. It is considered that the diameter D2 of the perforations 6b affects the pressure in the transport space 26 and the ion acceleration space 27.

図22は、円錐体の頂点の角度∠Aの相違によるHの残存量を比較した結果を示す図である。図22Aは∠Aを100°であり、図22Bは∠Aを135°としたときの検出結果である。横軸がL1の長さ(mm)、縦軸がMCP検出器5iで受けたシグナル数である。 FIG. 22 is a diagram showing a result of comparing the remaining amount of H 3 O + due to the difference in the angle ∠A of the apex of the cone. 22A shows the detection result when ∠A is 100 °, and FIG. 22B shows the detection result when ∠A is 135 °. The horizontal axis represents the length (mm) of L1, and the vertical axis represents the number of signals received by the MCP detector 5i.

なお、図中の記号○がH(質量数19)、記号□がH・HO(質量数37)の検出結果を表している。また、D2=2mmとし、その他の条件は、図19Cと同一とした。 Symbols ○ is H 3 O + (mass number 19) in the figure, the symbol □ represents a detection result of the H 3 O + · H 2 O ( mass number 37). Further, D2 = 2 mm, and other conditions were the same as in FIG. 19C.

図22A、図22Bともに図21に比べ、全体的に検出感度が低下している。これは、∠Aが図21に比べ鈍角になり、電圧V4を印加して得られる電場が、円錐体6aの形状に影響受け、イオン発生空間22で生成されたHが、つまり陽子移動反応空間24で得られた生成物が穿孔6bに入射される頻度が低下したものと考えられる。なお、全体的なイオンのロスが確認できるが、やはり、図20と同様にL1=10mmのときが最もHの喪失率が低く良好な結果が得られた。 In both FIG. 22A and FIG. 22B, the detection sensitivity as a whole is lower than that in FIG. This is because ∠A has an obtuse angle compared to FIG. 21, and the electric field obtained by applying the voltage V4 is affected by the shape of the cone 6a, so that H 3 O + generated in the ion generation space 22 is a proton. It is considered that the frequency with which the product obtained in the movement reaction space 24 is incident on the perforations 6b is lowered. Although overall ion loss can be confirmed, as in FIG. 20, when L1 = 10 mm, the loss rate of H 3 O + was the lowest and a good result was obtained.

従って、本発明によれば、小型で放射線源も使用していないことから、観測地に持ち込み有機化合物、特に大気中の微量揮発性有機化合物を多成分同時に高感度、リアルタイムに測定することが可能になった。   Therefore, according to the present invention, since it is small and does not use a radiation source, it is possible to measure organic compounds brought into the observation site, particularly trace volatile organic compounds in the atmosphere, at high sensitivity and in real time at the same time. Became.

本発明である有機化合物の測定装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the measuring apparatus of the organic compound which is this invention. イオン源とドリフトチューブと輸送チャンバーの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of an ion source, a drift tube, and a transport chamber. 押出し電極を説明する図である。It is a figure explaining an extrusion electrode. 引出し電極を説明する図である。It is a figure explaining an extraction electrode. 第一スペーサーを説明する図である。It is a figure explaining a 1st spacer. 接続電極を説明する図である。It is a figure explaining a connection electrode. サンプラーを説明する図である。It is a figure explaining a sampler. ドリフトチューブ電極を説明する図である。It is a figure explaining a drift tube electrode. 絶縁リングを説明する図である。It is a figure explaining an insulating ring. チューブ付絶縁体を説明する図である。It is a figure explaining an insulator with a tube. インレットレンズを説明する図である。It is a figure explaining an inlet lens. 導管付スペーサーを説明する図である。It is a figure explaining the spacer with a conduit | pipe. フランジを説明する図である。It is a figure explaining a flange. 図13の一部拡大図である。FIG. 14 is a partially enlarged view of FIG. 13. フランジの凹部にセットする円盤を説明する図である。It is a figure explaining the disk set to the recessed part of a flange. ビーム成形輸送部材の斜視図である。It is a perspective view of a beam shaping transport member. ビーム形成輸送部材の断面図である。It is sectional drawing of a beam forming transport member. 本発明である有機化合物の測定装置内の圧力を説明する図である。It is a figure explaining the pressure in the measuring apparatus of the organic compound which is this invention. 引出し電極の穿孔の直径の違いによるHの生成量を比較したときの試験結果を示す図である。Is a diagram showing test results when comparing the amount of H 3 O + due to the difference in diameter of the perforations of the extraction electrode. 引出し電極の穿孔の直径を1mmとしたときのHの生成量を測定したときの結果を示す図である。Shows the results measured for H 3 O + the amount of time that the diameter of the perforations of the extraction electrode and 1 mm. フランジにセットする円盤と円錐体の頂点との距離L1及び円錐体に穿設された穿孔の直径D2とH生成量を比較した結果を示す図である。Is a diagram showing a result of comparing the diameter D2 and H 3 O + yield of perforations bored in the distance L1 and the cone with the vertex of the disk and cone are set to the flange. 円錐体の頂点の角度∠Aの相違によるHの残存量を比較した結果を示す図である。It is a diagram showing the results of a comparison of the H 3 O + of the remaining amount due to the difference in angle ∠A vertex of the cone. 放射線を用いたイオン源からなる陽子移動反応飛行時間型質量分析計(非特許文献1のFig.1)の模式図である。It is a schematic diagram of the proton movement reaction time-of-flight mass spectrometer (FIG. 1 of nonpatent literature 1) which consists of an ion source using radiation. 放電を用いたイオン源からなる陽子移動反応飛行時間型質量分析計(非特許文献2のFig.1)の模式図である。It is a schematic diagram of the proton movement reaction time-of-flight mass spectrometer (FIG. 1 of a nonpatent literature 2) which consists of an ion source using electric discharge.

符号の説明Explanation of symbols

1 有機化合物の測定装置
2 イオン源
2a 水蒸気導入口
3 ドリフトチューブ
3a 試料導入口
3b 窒素導入口
3c 第一ポンプ
3d プレッシャーゲージ
3e 支柱
3f 支柱
4 輸送チャンバー
4a 第二ポンプ
4b 第三ポンプ
5 飛行時間型質量分析計
5a イオン加速チャンバー
5b 軌道調整部
5c 飛行チャンバー
5d イオン検出部
5e 軌道修正部
5f パルサーボックス
5g パルス引出し電極
5h イオンレンズ
5i MCP検出器
5j 第四ポンプ
5k 第五ポンプ
6 ビーム成形輸送部材
6a 円錐体
6b 穿孔
6c リング
6c’ 留具
6d 筒
6e リング
6f 円盤
6g 溝
6h 取付板
6i 支柱
6j 支柱
6k 平行電極
6l 平行電極
6m 板
6n 支柱
6n’ 支柱
6o 軌道修正部
6p 溝
6q 支柱
6r 支柱
6s 留具
6s’ 留具
6t 穿孔
6u 固定板
6w 留具
6x 第一イオンレンズ
6y 第二イオンレンズ
6z 第三イオンレンズ
6z’ イオンレンズ
7 時間変換器
8 計算機
8a 第一パルス発生器
8b 第二パルス発生器
9 押出し電極
9a 水蒸気導入管
9b 孔
9c 孔
9d 配線接続孔
9e 凹部
10 引出し電極
10a 穿孔
10b 凸部
10c 孔
10d 孔
10e 配線接続孔
10f 凹部
11 第一スペーサー
11a 孔
11b 溝
11c 溝
11d 第二スペーサー
12 接続電極
12a 穿孔
12b 孔
12c 孔
12d 配線接続孔
12e 切込部
12f 凹部
12g 凹部
13 サンプラー
13a 孔
13b 溝
13c 溝
13d 試料導入管
13e 管路
13f 試料導入管
13g 管路
14 ドリフトチューブ電極
14a 穿孔
14b 孔
14c 孔
14d 配線接続孔
14e ドリフトチューブ電極
14f ドリフトチューブ電極
14g ドリフトチューブ電極
14h リング部
14i 接着部
15 絶縁リング
15a 孔
15b 溝
15c 溝
15d 絶縁リング
15e 絶縁リング
16 チューブ付絶縁体
16a 孔
16b 溝
16c 溝
16d 排気管
16e ゲージ取付管
17 インレットレンズ
17a 穿孔
17b 穴
17c 溝
17d 凹部
17e 凹部
18 導管付スペーサー
18a 穿孔
18b 導管
18c 溝
18d 凸部
19 フランジ
19a 穿孔
19b ガス送入管
19c 横穴
19d ネジ穴
19e 固定穴
19f 凹部
19g 溝
19h 接続管
19j 溝
19k 傾斜部
19l 凹部
19m 縦穴
19n プレート
20 円盤
20a オリフィス
21 Oリング
21a Oリング
22 イオン発生空間
23 逆流防止空間
24 陽子移動反応空間
26 輸送空間
27 イオン加速空間
28 飛行検出空間
29 陽子移動反応飛行時間型質量分析計
30 放射線源
30a 水蒸気導入口
31 ドリフトチューブ
31a 電極
31b スペーサー
31c 試料導入口
32 輸送チャンバー
32a イオンレンズ
33 飛行時間型質量分析計
33a イオン加速チャンバー
33b 飛行チャンバー
33c リフレクトロン
33d MCP検出器
33e 時間変換器
33f パルス引出し電極
33g 軌道修正部
34 ホロカソード放電式陽子移動反応飛行時間型質量分析計
35 イオン源
35a ホロカソード
35b 水蒸気導入口
36 ソースドリフトチューブ
36a 試料導入口
37 ドリフトチューブ
37a 電極
38 輸送チャンバー
38a イオンレンズ
38b 第1ポンプ
39 飛行時間型質量分析計
39a イオン加速チャンバー
39b 飛行チャンバー
39c リフレクトロン
39d MCP検出器
39e パルサーボックス
39f パルス引出し電極
39g 軌道修正部
39h 第2ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic compound measuring device 2 Ion source 2a Water vapor inlet 3 Drift tube 3a Sample inlet 3b Nitrogen inlet 3c First pump 3d Pressure gauge 3e Strut 3f Strut 4 Transport chamber 4a Second pump 4b Third pump 5 Flight time type Mass spectrometer 5a Ion acceleration chamber 5b Orbit adjustment unit 5c Flight chamber 5d Ion detection unit 5e Orbit correction unit 5f Pulser box 5g Pulse extraction electrode 5h Ion lens 5i MCP detector 5j 4th pump 5k 5th pump 6 Beam shaping transport member 6a Cone 6b Drilling 6c Ring 6c 'Retaining tool 6d Tube 6e Ring 6f Disk 6g Groove 6h Mounting plate 6i Strut 6j Strut 6k Parallel electrode 6l Parallel electrode 6m Plate 6n Strut 6n' Strut 6o Track correcting part 6p Groove 6p Groove 6p Ingredient 6 'Fastening tool 6t Perforation 6u Fixed plate 6w Fastening tool 6x First ion lens 6y Second ion lens 6z Third ion lens 6z' Ion lens 7 Time converter 8 Calculator 8a First pulse generator 8b Second pulse generator 9 Extrusion Electrode 9a Water vapor introduction tube 9b Hole 9c Hole 9d Wiring connection hole 9e Recess 10 Extraction electrode 10a Drill 10b Protrusion 10c Hole 10d Hole 10e Wiring connection hole 10f Recess 11 First spacer 11a Hole 11b Groove 11c Groove 11d Second spacer 12d 12a hole 12b hole 12c hole 12d wiring connection hole 12e notch 12f recess 12g recess 13 sampler 13a hole 13b groove 13c groove 13d sample introduction tube 13e tube 13f sample introduction tube 13g tube 14 drift tube electrode 14a hole 14b hole 14b hole 14b 14 Wiring connection hole 14e Drift tube electrode 14f Drift tube electrode 14g Drift tube electrode 14h Ring part 14i Adhesion part 15 Insulation ring 15a Hole 15b Groove 15c Groove 15d Insulation ring 15e Insulation ring 16 Insulator with tube 16a Hole 16b Groove 16c Groove 16d Exhaust pipe 16d 16e Gauge mounting tube 17 Inlet lens 17a Perforated 17b Hole 17c Groove 17d Recessed portion 17e Recessed portion 18 Spacer with conduit 18a Perforated 18b Conduit 18c Groove 18d Convex portion 19 Flange 19a Perforated 19b Gas inlet tube 19c Side hole 19d Recessed hole 19e Recessed hole 19e Groove 19h Connecting pipe 19j Groove 19k Inclined portion 19l Recessed portion 19m Vertical hole 19n Plate 20 Disc 20a Orifice 21 O-ring 21a O-ring 22 Ion generation 23 Propagation reaction space 26 Transport space 27 Ion acceleration space 28 Flight detection space 29 Proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer 30 Radiation source 30a Water vapor inlet 31 Drift tube 31a Electrode 31b Spacer 31c Sample inlet 32 Transport Chamber 32a Ion Lens 33 Time-of-Flight Mass Spectrometer 33a Ion Acceleration Chamber 33b Flight Chamber 33c Reflectron 33d MCP Detector 33e Time Converter 33f Pulse Extraction Electrode 33g Orbit Correction Unit 34 HoroCathode Discharge Proton Transfer Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometry Total 35 Ion source 35a Holo cathode 35b Water vapor inlet 36 Source drift tube 36a Sample inlet 37 Drift tube 37a Electrode 38 Transport chamber 38a Ion lens 3 8b First pump 39 Time-of-flight mass spectrometer 39a Ion acceleration chamber 39b Flight chamber 39c Reflectron 39d MCP detector 39e Pulsar box 39f Pulse extraction electrode 39g Orbit correction part 39h Second pump

Claims (10)

放電式のイオン源とドリフトチューブと輸送チャンバーとビーム成形輸送部材と飛行時間型質量分析計からなる陽子移動反応飛行時間型質量分析計において、
前記イオン源が、水蒸気導入口のある押出し電極と、前記押出し電極の次に配置された絶縁体である第一スペーサーと、前記第一スペーサーの次に配置され前記押出し電極方向に突出した突部の中心に穿孔が穿設された引出し電極と、前記引出し電極の次に配置された絶縁体である第二スペーサーと、前記第二スペーサーの次に配置され背面にすり鉢状の切込部を有し中心に穿孔が穿設された接続電極からなり、
前記押出し電極と前記第一スペーサーと前記引出し電極で形成されたイオン発生空間の前記押出し電極と前記引出し電極の凸部で放電し、水蒸気をHにすることを特徴とする有機化合物の測定装置。
In a proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer comprising a discharge ion source, a drift tube, a transport chamber, a beam shaping transport member, and a time-of-flight mass spectrometer,
The ion source is an extruded electrode having a water vapor inlet, a first spacer that is an insulator disposed next to the extruded electrode, and a protrusion that is disposed next to the first spacer and protrudes toward the extruded electrode. An extraction electrode having a perforation in the center of the electrode, a second spacer, which is an insulator disposed next to the extraction electrode, and a mortar-shaped notch on the back surface disposed next to the second spacer. It consists of a connecting electrode with a perforation in the center,
An organic compound characterized in that discharge is caused at the convex portions of the extrusion electrode and the extraction electrode in the ion generation space formed by the extrusion electrode, the first spacer, and the extraction electrode, and water vapor is changed to H 3 O + . measuring device.
請求項1記載のイオン源を用いた陽子移動反応飛行時間型質量分析計である有機化合物の測定装置。   An apparatus for measuring an organic compound, which is a proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer using the ion source according to claim 1. 引出し電極に穿設された穿孔が、直径0.5mm〜2mmであることを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の有機化合物の測定装置。   3. The organic compound measuring apparatus according to claim 1, wherein the perforations formed in the extraction electrode have a diameter of 0.5 mm to 2 mm. 中央にイオンの通過する穿孔が穿設され、内部に複数の導管及び縦穴を設けた導管付スペーサーが、ドリフトチューブ内の陽子移動反応空間と輸送チャンバー内のイオン輸送空間とを仕切り、穿孔中心に向かってガスを噴射し、ドリフトチューブ内の中性気体が通過するのを防ぐことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の有機化合物の測定装置。 A perforation through which ions pass is drilled in the center, and a spacer with a conduit having a plurality of conduits and vertical holes inside partitions the proton transfer reaction space in the drift tube and the ion transport space in the transport chamber, and at the center of the perforation. The organic compound measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein a gas is jetted inward to prevent a neutral gas in the drift tube from passing therethrough. 前記輸送チャンバー内に配置されるビーム成形輸送部材が、輸送チャンバーを通過したイオンを頂点の内角が90°以下である円錐体の頂点に穿設された穿孔で通過させ、飛行時間型質量分析計のパルス引出し電極へ輸送することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の有機化合物の測定装置。 A beam shaping transport member disposed in the transport chamber allows ions that have passed through the transport chamber to pass through perforations drilled at the apex of a cone whose inner angle is 90 ° or less, and is a time-of-flight mass spectrometer The organic compound measuring apparatus according to claim 1, wherein the organic compound measuring apparatus is transported to a pulse extraction electrode . 前記円錐体の頂点に穿設された穿孔の直径が2〜3mmであることを特徴とする請求項5に記載の有機化合物の測定装置。 6. The organic compound measuring apparatus according to claim 5, wherein a diameter of a perforation formed at the apex of the cone is 2 to 3 mm. 前記円錐体の頂点からドリフトチューブを構成するフランジの凹部にセットした円盤のオリフィスまでの距離が5mmから15mm以下であることを特徴とする請求項5、又は請求項6に記載の有機化合物の測定装置。 Measurements of the organic compound according to claim 5 or claim 6, the distance to the orifice of the disk that is set in the recess of the flange, characterized in that it is 15mm or less from 5mm constituting the drift tube from the apex of the cone apparatus. 前記円錐体に電圧を印加することを特徴とする請求項5乃至請求項7の何れかに記載の有機化合物の測定装置。 8. The organic compound measuring apparatus according to claim 5, wherein a voltage is applied to the cone. 注入された水蒸気を放電し、Hを生成するイオン源と、前記イオン源に接続され、前記Hと試料気体を反応させ、測定したい揮発性有機化合物であるRからRHを生成するドリフトチューブと、前記ドリフトチューブに接続された輸送チャンバーと、前記輸送チャンバーに接続された飛行時間型質量分析計と、前記輸送チャンバーと前記飛行時間型質量分析計のイオン加速チャンバーを仕切るビーム成形輸送部材からなり、前記イオン源で排気しないことを特徴とする有機化合物の測定方法。 An ion source that discharges the injected water vapor to generate H 3 O +, and is connected to the ion source, reacts the H 3 O + and the sample gas, and reacts with R to RH + , which are volatile organic compounds to be measured. A drift tube, a transport chamber connected to the drift tube, a time-of-flight mass spectrometer connected to the transport chamber, and an ion acceleration chamber of the transport chamber and the time-of-flight mass spectrometer A method for measuring an organic compound comprising a beam-shaping transport member and not exhausted by the ion source. イオン源の押出し電極、引出し電極及び接続電極とドリフトチューブを構成するドリフトチューブ電極を同一電源で電圧を印加することを特徴とする請求項9に記載の有機化合物の測定方法。
10. The method for measuring an organic compound according to claim 9, wherein a voltage is applied to the extrusion tube, the extraction electrode and the connection electrode of the ion source, and the drift tube electrode constituting the drift tube with the same power source.
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