JP4358711B2

JP4358711B2 - 微量成分分析装置及び微量成分分析方法

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Publication number: JP4358711B2
Application number: JP2004253181A
Authority: JP
Inventors: 浩平川添; 祥啓出口; 伸幸田中
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006071367A

Description

本発明は、微量成分分析装置及び微量成分分析方法に関するものである。

微量成分の分析装置としては、質量分析装置等、測定試料である粒子状物質をイオン化させたのちに分析を行うものがある。このような質量分析装置としては、例えば、後記の特許文献１に記載されているような、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦＭＳ：Time-of-flight mass spectrometry）が知られている。

特開平１０−２８８６０２号公報（段落［０００５］，及び図３）

しかし、測定試料となる粒子状物質は、全体が均一な組成となっているものばかりではなく、分析を行いたい成分が粒子状物質の内部に多く含まれているものもある。
このような粒子状物質は、イオン化する際に、表面の成分しかイオン化されず、肝心の内部の成分がイオン化されにくいので、内部の成分を効率よく分析することができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、粒子状物質の内部に含まれる成分の分析を良好に行うことができる微量成分分析装置及び微量成分分析方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の微量成分分析装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる微量成分分析装置は、粒子状物質中の成分をイオン化させたのちに分析を行う微量成分分析装置であって、前記粒子状物質が送り込まれてその成分のイオン化が行われるイオン化部と、該イオン化部への前記粒子状物質の供給方向上流側に設けられて、前記粒子状物質へのレーザー光の照射が行われる成分抽出部とを有し、前記イオン化部がチャンバー内に設けられており、前記成分抽出部が、前記チャンバー外に設けられ、前記チャンバー内への前記粒子状物質の供給路が直線部を有していて、該直線部内が前記成分抽出部とされており、該成分抽出部には、前記供給路に沿った方向にレーザー光が照射されることを特徴とする。

本願発明者らは、粒子状物質の表面にレーザー光を照射することで、粒子状物質の内部にあった成分が、粒子状物質の表面に引き出されることを発見した。
このような現象が生じる理由は不明だが、おそらく、レーザーが照射されることによって粒子状物質に熱や衝撃が加わり、これによって内部にあった成分が表面に引き出されているものと思われる。本願発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
本願発明にかかる微量成分分析装置では、上記の構成を採用したことにより、イオン化部の上流に設けられた成分抽出部にて、イオン化部に送り込まれる前の粒子状物質に、レーザー光が照射される。すなわち、粒子状物質は、内部にあった成分が表面に引き出されたのちに、イオン化部に送り込まれる。
これにより、粒子状物質内部にあって従来イオン化されにくかった成分を容易にイオン化させて分析にかけることができる。
ここで、この構成は、例えば質量分析装置等に適用されるものである。

このように構成される微量成分分析装置は、成分抽出部がチャンバー外に設けられているので、チャンバー内の環境に左右されることなく、安定して粒子状物質にレーザー光を照射することが可能である。
例えば、微量成分分析装置が質量分析装置である場合、イオン化部が設けられるチャンバー内では粒子状物質の速度が非常に速い。このため、成分抽出部をチャンバー内に設けた場合には、成分抽出部でレーザー光を照射しても、成分抽出部を通過する全ての粒子状物質に十分にレーザー光を照射することができない可能性がある。しかし、このように成分抽出部をチャンバー外に設けることで、粒子状物質の速度が遅い状態で粒子状物質にレーザー光を照射することができ、全ての粒子状物質に十分にレーザー光を照射することができる。

このように構成される微量成分分析装置では、供給路の直線部に沿ってレーザー光が照射される。供給路内を流通する粒子状物質は、当然ながら供給路に沿って移動しているので、少なくとも直線部を通る間は、レーザー光が当たることとなる。すなわち、供給路を流通する粒子状物質には、確実にレーザー光が照射される。
また、供給路の内壁面に付着した粒子状物質にレーザー光が照射されることとなるので、この粒子状物質が内壁面からはがされて、イオン化部に送り込まれる。

また、本発明にかかる微量成分分析装置は、請求項１記載の微量成分分析装置であって、前記イオン化部で測定試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザーイオン化ＴＯＦＭＳであることを特徴とする。

このように構成される微量成分分析装置では、粒子状物質は、まず成分抽出部でレーザー光を照射されて、内部にあった成分が表面に引き出された状態で、イオン化部にてレーザー光が照射されて、表面の成分がイオン化される。
すなわち、この微量成分分析装置では、イオン化部で、粒子状物質においてイオン化されにくかった成分を速やかにイオン化することができるので、この成分に、レーザー光照射による損傷が生じにくい。

また、本発明にかかる微量成分分析装置は、前記チャンバーへの前記粒子状物質の供給路上に、該供給路内の前記粒子状物質を一旦濃縮する濃縮装置が設けられており、前記成分抽出部が、前記供給路上の、前記濃縮装置の上流側に設けられていることを特徴とする。

このように構成される微量成分分析装置では、粒子状物質が濃縮器によって濃縮される前の分散した段階で粒子状物質へのレーザー光の照射が行われるので、粒子状物質全体に効果的にレーザー光を照射して、内部の成分を効果的に表面に引き出すことが可能である。

また、本発明にかかる微量成分分析装置は、請求項２に記載の微量成分分析装置であって、前記成分抽出部が、前記チャンバー内に設けられており、該成分抽出部でのレーザー光の照射タイミングと、前記イオン化部でのレーザー光の照射タイミングとを制御するタイミング制御装置が設けられていることを特徴とする。

このように構成される微量成分分析装置では、成分抽出部でのレーザー光の照射タイミングと、イオン化部でのレーザー光の照射タイミングとを、タイミング調整装置によって制御することができる。
例えば、イオン化部によるレーザー光の照射が、成分抽出部でレーザー光を照射された粒子状物質がイオン化部に進入した時点で行われるよう、タイミング調整装置によってレーザー光の照射タイミングを設定することで、イオン化部でイオン化される粒子状物質の大部分を、内部の成分が表面に引き出された状態とすることが可能である。
これにより、例えば、微量成分分析装置が質量分析装置であって、チャンバー内での粒子状物質の速度が非常に速い場合にも、内部の成分が表面に引き出された粒子状物質を効果的にイオン化することが可能である。

また、本発明にかかる微量成分分析装置は、請求項１から４のいずれかに記載の微量成分分析装置であって、前記成分抽出部で用いられるレーザー光が、前記イオン化部で用いられるレーザー光よりも、長波長または低強度とされていることを特徴とする。

このように構成される微量成分分析装置では、イオン化部では測定対象となる粒子状物質の種類や大きさに適した波長や強度のレーザー光を用いつつ、成分抽出部では、より長波長または低強度のレーザー光によって粒子状物質内の成分の引き出し処理が行われる。
すなわち、成分抽出部で用いられるレーザー光は長波長または低強度であるため、成分抽出部でのレーザー光の照射によって粒子状物質の成分が分解されたり、変質するなどしにくいので、イオン化部に良好な状態の粒子状物質を供給することが可能である。

また、本発明にかかる微量成分分析装置は、請求項１から５のいずれかに記載の微量成分分析装置であって、一台のレーザー発振装置と、該レーザー発振装置の出力するレーザー光を二系統に分配する分配器とを有し、前記成分抽出部及び前記イオン化部では、それぞれ前記分配器によって分配されたレーザー光のうちの一方が照射される構成とされていることを特徴とする。

この微量成分分析装置では、イオン化部と成分抽出部とを有する構成としながら、これらのレーザー光源となるレーザー発振装置（一般に、非常に高価である）は、一台だけ設ければよいので、製造コストを著しく低減することができる。

また、本発明にかかる微量成分分析装置は、請求項６に記載の微量成分分析装置であって、前記レーザー発振装置の出力するレーザー光のうち、前記成分抽出部で照射されるレーザー光を、前記イオン化部に供給されるレーザー光よりも長波長または低強度に変換する変換装置が設けられていることを特徴とする。

このように構成される微量成分分析装置では、レーザー発振装置の設置数を増やすことなく、イオン化部と成分抽出部とで、波長または強度の異なるレーザー光を照射することが可能である。
ここで、変換装置としては、レーザー光の波長を短くする装置、波長を長くする装置、レーザー光の強度を高める装置、及び強度を弱める装置とのうちのいずれを用いてもよい。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、粒子状物質中の成分をイオン化させたのちに分析を行う微量成分分析方法であって、チャンバー内に設けられ、前記粒子状物質が送り込まれて該粒子状物質のイオン化が行われるイオン化部の、前記イオンの供給方向上流側で、前記チャンバー外に前記イオン化部への前記粒子状物質の供給路の一部に直線部を設けて、該直線部内で、供給路に沿った方向に前記粒子状物質へのレーザー光照射を行うことを特徴とする。

この微量成分分析方法では、イオン化部の上流で、イオン化部に送り込まれる前の粒子状物質に、レーザー光を照射する。すなわち、粒子状物質は、内部にあった成分が表面に引き出されたのちに、イオン化部に送り込まれる。
これにより、粒子状物質内部にあって従来イオン化されにくかった成分を容易にイオン化させて分析にかけることができる。

この微量成分分析装置は、チャンバー外で粒子状物質にレーザー光を照射するので、チャンバー内の環境に左右されることなく、安定して粒子状物質にレーザー光を照射することが可能である。

この微量成分分析方法では、供給路の直線部内で、供給路に沿ってレーザー光を照射するので、供給路内を流通する粒子状物質に、確実にレーザー光が照射される。
また、供給路の内壁面に付着した粒子状物質にレーザー光が照射されることとなるので、この粒子状物質が内壁面からはがされて、イオン化部に送り込まれる。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、請求項８に記載の微量成分分析方法であって、前記イオン化部で前記粒子状物質にレーザー光を照射してイオン化させるレーザーイオン化ＴＯＦＭＳによる微量成分分析に適用されることを特徴とする。

この微量成分分析方法では、粒子状物質は、まず成分抽出部でレーザー光を照射されて、内部にあった成分が表面に引き出された状態で、イオン化部にてレーザー光が照射されて、表面の成分がイオン化される。
すなわち、この微量成分分析方法では、粒子状物質においてイオン化されにくかった成分を速やかにイオン化することができるので、この成分に、レーザー光照射による損傷が生じにくい。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、前記イオン化部への前記粒子状物質の供給路上に、該供給路内の前記粒子状物質を一旦濃縮する濃縮装置が設けられている分析装置を用いた微量成分分析に適用される請求項８または９に記載の微量成分分析方法であって、前記供給路上の、前記濃縮装置の上流側で前記粒子状物質へのレーザー光の照射を行うことを特徴とする。

この微量成分分析方法では、粒子状物質が濃縮器によって濃縮される前の分散した段階で粒子状物質にレーザー光の照射を行うので、粒子状物質全体に効果的にレーザー光を照射して、内部の成分を効果的に表面に引き出すことが可能である。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、前記イオン化部がチャンバー内に設けられている分析装置を用いた微量成分分析に適用される請求項９に記載の微量成分分析方法であって、前記イオン化部でのレーザー光の照射を、該イオン化部の上流側でレーザー光を照射された粒子状物質が前記イオン化部に進入した時点で行うことを特徴とする。

この微量成分分析方法では、イオン化部でイオン化される粒子状物質の大部分を、内部の成分が表面に引き出された状態とすることが可能である。
これにより、例えば、微量成分分析装置が質量分析装置であって、チャンバー内での粒子状物質の速度が非常に速い場合にも、内部の成分が表面に引き出された粒子状物質を効果的にイオン化することが可能である。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、請求項８から１１のいずれかに記載の微量成分分析方法であって、前記イオン化部の上流側では、前記イオン化部で照射するレーザー光よりも、長波長または低強度のレーザー光を照射することを特徴とする。

この微量成分分析方法では、イオン化部で測定対象となる粒子状物質の種類や大きさに適した波長や強度のレーザー光を用いつつ、成分抽出部では、より長波長または低強度のレーザー光によって粒子状物質内の成分の引き出し処理を行う。
すなわち、粒子状物質内の成分の引き出し処理に用いられるレーザー光は長波長または低強度であるため、この処理で行うレーザー光の照射によって粒子状物質の成分が分解されたり、変質するなどしにくいので、イオン化部に良好な状態の粒子状物質を供給することが可能である。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、請求項１１または１２に記載の微量成分分析方法であって、一台のレーザー発振装置の出力するレーザー光を二系統に分配して、一方の系統を前記イオン化部でのレーザー光の照射に用い、他方の系統を前記イオン化部の上流側でのレーザー光の照射に用いることを特徴とする。

この微量成分分析方法では、一台のレーザー発振装置を用いて、イオン化部とイオン化部の上流とでレーザーの照射を行うので、分析にかかるコストを著しく低減することができる。

また、本発明にかかる微量成分分析方法は、請求項１３に記載の微量成分分析方法であって、レーザー光の波長または強度を変換する変換装置を用いて、前記レーザー発振装置の出力するレーザー光のうち、前記イオン化部の上流側で照射されるレーザー光を、前記イオン化部で照射されるレーザー光よりも長波長または低強度に変換することを特徴とする。

この微量成分分析方法では、レーザー発振装置の設置数を増やすことなく、イオン化部と成分抽出部とで、波長または強度の異なるレーザー光を照射することが可能である。

本発明にかかる微量成分分析装置及び微量成分分析方法によれば、測定試料である粒子状物質内部の成分を表面に引き出した状態で粒子状物質のイオン化が行われるので、従来は効率的な測定が困難であった粒子状物質内部の成分の測定を、効率よく行うことができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［参考例］
以下、本発明の参考例について、図１を用いて説明する。
本参考例にかかる微量成分分析装置１は、チャンバー２内で粒子状物質中の成分をイオン化させたのちに分析を行う微量成分分析装置である。
具体的には、微量成分分析装置１は、チャンバー２内に、粒子状物質のイオン化が行われるイオン化部３が設けられて、このイオン化部３で測定試料である粒子状物質にレーザー光を照射してイオン化させるレーザーイオン化ＴＯＦＭＳである。

以下、この微量成分分析装置１の詳細な構成について説明する。
微量成分分析装置１は、筒状のチャンバー２と、チャンバー２内でチャンバー２の一端側に設けられるイオン化部３と、イオン化部３でイオン化された成分をチャンバー２の他端側に向けて加速するイオン加速器４と、チャンバー２内の他端に設けられて、イオン化された成分を検出する検出器５とを有している。

チャンバー２には、図示せぬ排気装置が接続されており、チャンバー２内を真空引きすることができるようになっている。また、チャンバー２には、図示しないシースガス供給源が接続されており、チャンバー２内にシースガスが供給されるようになっている。

チャンバー２の一端には、図示せぬ粒子状物質供給源に接続される供給路１１が接続されており、この供給路１１上には、前室１２が設けられている。
前室１２の内部は、粒子状物質へのレーザー光の照射が行われる成分抽出部１３とされている。

また、微量成分分析装置１には、イオン化部３にパルス状のレーザー光を供給するイオン化用レーザー発振装置１６と、成分抽出部１３にパルス状のレーザー光を供給する成分引き出し用レーザー発振装置１７とが設けられている。
ここで、チャンバー２には、イオン化部３に対向する領域に、窓Wが設けられており、この窓Wを通じて、チャンバー２外にあるイオン化用レーザー発振装置１６のレーザー光がイオン化部３内に取り入れられるようになっている。同様に、前室１２には、成分抽出部１３に対向する領域に、窓Wが設けられており、この窓Wを通じて、前室１２外にある成分引き出し用レーザー発振装置１７のレーザー光が成分抽出部１３内に取り入れられるようになっている。

イオン化部３では、測定対象となる粒子状物質の種類や大きさに応じて、イオン化に最適な波長や強度、パルス幅のレーザー光が照射されるようになっている。
一方、成分抽出部１３では、イオン化部３で照射されるレーザー光より長波長または低強度のレーザー光が照射されるようになっている。成分抽出部１３で照射されるレーザー光は、測定対象となる粒子状物質の成分が分解したり変質したりすることのないよう、波長が５００ｎｍ以上、好ましくは１０００〜３０００ｎｍの範囲内とされる。
また、同様の理由から、成分抽出部１３で照射されるレーザー光の強度は、１０^１３Ｗ／ｍ^２以下、好ましくは１０^１２Ｗ／ｍ^２程度とされる。
同様に、成分抽出部１３で照射されるレーザー光のパルス幅は、１μｓ以下とすることが好ましい。

本参考例では、成分抽出部１３で照射されるレーザー光の波長は、１０６４ｎｍとされる（すなわち、成分引き出し用レーザー発振装置１７として、ＹＡＧレーザー装置を用いている）。また、その強度は５×１０^１１Ｗ／ｍ^２、パルス幅０．０８μｓとされている。

以下、このように構成される微量成分分析装置１による微量成分分析方法について説明する。
まず、粒子状物質供給源から、測定試料である粒子状物質を供給路１１内に供給する。供給路１１内に供給された粒子状物質は、供給路１１上に設けられた前室１２内（すなわち成分抽出部１３）を通過して、チャンバー２内に送り込まれる。

ここで、成分抽出部１３では、前室１２内を通過する粒子状物質に、成分引き出し用レーザー発振装置１６から供給された成分引き出し用レーザー光が照射される。
このように粒子状物質の表面にレーザー光を照射することで、粒子状物質の内部にあった成分が、粒子状物質の表面に引き出される。また、成分抽出部で照射されるレーザー光はパルス状のレーザー光であるので、粒子状物質に長時間連続してレーザー光が当たることがなく、粒子状物質の成分は、ほとんど破壊されない。

そして、チャンバー２の一端側からチャンバー２内に送り込まれた粒子状物質は、イオン化部３にてイオン化用レーザー発振装置１６のレーザー光が照射されて、その成分がイオン化される。
この際、粒子状物質は、内部にあった成分が表面に引き出されているので、内部にあった成分が効果的にイオン化される。

このようにしてイオン化された成分は、イオン加速器４によって加速されて、チャンバー２の他端側に送出される。
チャンバー２の他端では、検出器５によってイオン化された成分が受けられて、その到着が検出される。
そして、検出器５に受けられた成分が、イオン化部３を出発して検出器５に到着するまでに要した時間が求められて、この時間から、成分の質量が算出される。

本参考例にかかる微量成分分析装置１では、上記のように、イオン化部３の上流に設けられた成分抽出部１３にて、イオン化部３に送り込まれる前の粒子状物質に、レーザー光が照射される。すなわち、粒子状物質は、内部にあった成分が表面に引き出されたのちに、イオン化部３に送り込まれる。
これにより、この微量成分分析装置１では、粒子状物質内部にあって従来イオン化されにくかった成分を容易にイオン化させて分析にかけることができ、良好な分析を行うことが可能である。

また、粒子状物質は、まず成分抽出部１３でレーザー光を照射されて、内部にあった成分が表面に引き出された状態で、イオン化部３にてレーザー光が照射されて、表面の成分がイオン化される。
すなわち、イオン化部３では、粒子状物質においてイオン化されにくかった内部の成分が速やかにイオン化されるので、この成分に、レーザー光照射による損傷が生じにくい。

また、この微量成分分析装置１では、イオン化部３では測定対象となる粒子状物質の種類や大きさに適した波長や強度のレーザー光を用いつつ、成分抽出部１３では、より長波長または低強度のレーザー光によって粒子状物質内の成分の引き出し処理が行われる。
すなわち、成分抽出部１３で用いられるレーザー光は長波長または低強度であるため、成分抽出部１３でのレーザー光の照射によって粒子状物質の成分が分解されたり、変質するなどしにくいので、イオン化部３に良好な状態の粒子状物質を供給することが可能である。
これにより、粒子状物質の成分の良好な分析を行うことができる。

さらに、この微量成分分析装置１は、成分抽出部１３がチャンバー２外に設けられているので、チャンバー２内の環境に左右されることなく、安定して粒子状物質にレーザー光を照射することが可能である。
すなわち、イオン化部３が設けられるチャンバー２内では粒子状物質の速度が非常に速く、成分抽出部１３をチャンバー内にそのまま設けただけでは、成分抽出部１３でレーザー光を照射しても、成分抽出部１３を通過する全ての粒子状物質に十分にレーザー光を照射することができない可能性がある。しかし、このように成分抽出部１３をチャンバー２外に設けることで、粒子状物質の速度が遅い状態で粒子状物質にレーザー光を照射することができ、全ての粒子状物質に十分にレーザー光を照射することができる。

［第一実施形態］
次に、本発明の第一実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施の形態にかかる微量成分分析装置２１は、参考例で示した微量成分分析装置１において、成分抽出部の設置形態を変更したことを主たる特徴とするものである。
以下、参考例で示した微量成分分析装置１と同様または同一の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

微量成分分析装置２１は、チャンバー２への粒子状物質の供給経路として、前室１２が設けられる供給路１１の代わりに、直線部２２ａを有する供給路２２を設けている。
直線部２２ａは、供給路２２のさらに上流側の部分に対して大きな角度をもって接続されている。本実施形態では、この角度を９０°としている。
また、直線部２２ａの上流側の端部には、窓Ｗが設けられており、この窓Ｗを通じて、成分引き出し用レーザー発振器１７から、直線部２２ａに平行にして、レーザー光が照射されるようになっている。
すなわち、この微量成分分析装置２１では、直線部２２ａ内が、成分抽出部２３とされている。

このように構成される微量成分分析装置２１では、供給路２２の直線部２２ａに沿ってレーザー光が照射される。供給路２２内を流通する粒子状物質は、当然ながら供給路２２に沿って移動しているので、少なくとも直線部２２ａを通る間は、レーザー光が当たることとなる。すなわち、供給路２２を流通する粒子状物質には、確実にレーザー光が照射されることとなり、イオン化部３に供給されるほとんど全ての粒子状物質について内部の成分の引き出しを行うことができる。
また、この構成では、供給路２２の内壁面に付着した粒子状物質にレーザー光が照射されることとなるので、この粒子状物質が内壁面からはがされて、イオン化部に送り込まれる。すなわち、供給路２２内に供給した粒子状物質の、供給路２２内でのロスを最小限にすることができるので、測定試料の使用量を低減することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施の形態にかかる微量成分分析装置２６は、参考例で示した微量成分分析装置１において、成分抽出部の設置形態を変更したことを主たる特徴とするものである。
以下、参考例で示した微量成分分析装置１と同様または同一の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

ここで、従来より、レーザーイオン化ＴＯＦＭＳのチャンバーへの測定試料の供給路上には、供給路内に供給された粒子状物質を一旦濃縮する濃縮装置が設けられている。
本実施形態に係る分析装置２６では、チャンバー２への粒子状物質の供給路１１に濃縮装置２７を設けるとともに、前室１２を、供給路１１において濃縮装置２７よりも上流側に設けている。
すなわち、成分抽出部１３は、濃縮装置２７の上流側に設けられている。

このように構成される微量成分分析装置２６では、粒子状物質が濃縮器２７によって濃縮される前の分散した段階で粒子状物質へのレーザー光の照射が行われるので、粒子状物質全体に効果的にレーザー光を照射して、内部の成分を効果的に表面に引き出すことが可能である。

ここで、本実施の形態では、供給路を、前室１２が設けられた供給路１１によって構成としたが、これに限られることなく、第一実施形態で示した、直線部２２ａを有する供給路２２によって構成し、直線部２２ａを、濃縮器２７よりも上流側に設けた構成としてもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施の形態にかかる微量成分分析装置３１は、参考例で示した微量成分分析装置１において、成分抽出部の設置形態を変更したことを主たる特徴とするものである。
以下、参考例で示した微量成分分析装置１と同様または同一の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

本実施形態にかかる微量成分分析装置３１は、供給路１１の代わりに、前室１２や成分抽出部１３のない供給路３２を用い、チャンバー２内において、イオン化部３の上流側に、成分抽出部３３を設けたものである。
ここで、チャンバー２には、成分抽出部３３に対向する領域に、窓Wが設けられており、この窓Wを通じて、チャンバー２外にある成分引き出し用レーザー発振装置１７のレーザー光が成分抽出部３３内に取り入れられるようになっている。
さらに、微量成分分析装置３１には、イオン化用レーザー発信装置１６及び成分引き出し用レーザー発振装置１７に、これらのレーザー光照射タイミング（パルスの同期調整）を行うタイミング制御装置３４が設けられている。

このように構成される微量成分分析装置３１では、成分抽出部３３でのレーザー光の照射タイミングと、イオン化部３でのレーザー光の照射タイミングとを、タイミング調整装置３４によって制御することができる。
具体的には、イオン化部３によるレーザー光の照射が、成分抽出部３３でレーザー光を照射された粒子状物質がイオン化部３に進入した時点で行われるよう、タイミング調整装置３４によってイオン化用レーザー発信装置１６及び成分引き出し用レーザー発振装置１７の照射タイミングを設定する。
これにより、イオン化部３でイオン化される粒子状物質の大部分を、内部の成分が表面に引き出された状態とすることが可能となるので、粒子状物質の内部の成分を効果的にイオン化させて、良好な分析を行うことができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施の形態にかかる微量成分分析装置３６は、第三実施形態で示した微量成分分析装置３１において、イオン化用レーザー発振装置及び成分引き出し用レーザー発振装置の形態を変更したことを主たる特徴とするものである。
以下、第三実施形態で示した微量成分分析装置３１と同様または同一の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

本実施形態にかかる微量成分分析装置３６は、イオン化用レーザー発振装置１６及び成分引き出し用レーザー発振装置１７を設ける代わりに、一台のレーザー発振装置３７を設置し、このレーザー発振装置３７の出力するレーザー光を二系統に分配する分配器３８を設けて、成分抽出部３３及びイオン化部３では、それぞれ分配器３８によって分配されたレーザー光のうちの一方が照射される構成とされている。

ここで、分配器３８は、例えば、レーザー発振装置３７からのレーザー光に対して傾斜させて設けられて、レーザー光の一部のみを通過させ、残りは反射させるハーフミラー３８ａと、ハーフミラー３８ａから反射されたレーザー光を再び反射して方向を変換するミラー３８ｂ等によって構成されるものである。

また、この微量成分分析装置３６は、レーザー発振装置３７の出力するレーザー光のうち、成分抽出部３３で照射されるレーザー光を、イオン化部３に供給されるレーザー光よりも長波長または低強度に変換する変換装置３９を有している。
この変換装置３９としては、例えば非線形光学結晶ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）等の波長変換素子を用いた光パラメトリック増幅器等が用いられる。

また、この微量成分分析装置３６においても、イオン化部３で照射されるレーザー光の照射タイミングと、成分抽出部３３で照射されるレーザー光の照射タイミングとの調整を行うタイミング制御装置４０が設けられている。
このタイミング制御装置４０は、レーザー発振装置３７から同時刻に発射されて分配器３８によって二系統に分配されたレーザー光のうち、イオン化部３に分配されるレーザー光を遅らせて、イオン化部３へのレーザー光の到着を、成分抽出部３３へのレーザー光の到着よりも所定時間遅らせるものである。ここでいう所定時間とは、成分抽出部３３に供給された微粒子状物質がイオン化部３に到着するまでに要する時間である。

タイミング制御装置４０は、例えば、イオン化部３に分配されるレーザー光の経路上に設けられる複数のミラーによって構成されるものであって、複数のミラーによってイオン化部３を反射させて、イオン化部３に分配されるレーザー光と成分抽出部３３に分配されるレーザー光との間に光路差を作り出すことによって、イオン化部３に分配されるレーザー光を遅延させる構成とされる。

この微量成分分析装置３６では、このように一台のレーザー発振装置３７から発せられるレーザー光を、分配器３８によってイオン化部３と成分抽出部３３に分配しているので、イオン化部３と成分抽出部３３とを有する構成としながら、これらのレーザー光源となるレーザー発振装置３７は、一台だけ設ければよいので、製造コストを著しく低減することができる。

また、この微量成分分析装置３６は、このように一台のレーザー発振装置３７から発せられて分配器３８によって分配されたレーザー光のうちの一方を、変換装置３９によって他方とは波長または強度が異なるレーザー光に変換して用いるので、レーザー発振装置３７の設置数を増やすことなく、イオン化部３と成分抽出部３３とで、波長または強度の異なるレーザー光を照射することが可能である。

ここで、本発明の参考例で示した微量成分分析装置１（以下「参考例装置」という）と、この微量成分分析装置１において成分抽出部１３を省いた構成の微量成分分析装置（以下「比較例装置）という）を用いて、実際に粒子状物質の分析を行った。以下にその分析結果を示す。なお、この試験では、試料として、タバコの煙を用いた。

参考例装置による計測結果を、図６のグラフに示し、比較例装置による計測結果を、図７のグラフに示す。また、図６のグラフの分析結果を、図８（ａ）の表及び図８（ｂ）のグラフに示す。なお、図６〜図８のグラフにおいて、横軸は質量数、縦軸は６０００データ積算時の検出器５による信号カウント値である

図６と図７とを比較してわかるように、参考例装置の計測結果は、比較例装置の計測結果に比べて、全体的にカウント数が増加している。特に、質量数が大きい領域や、難揮発性物質であるニコチンのカウント数が明らかに増加している。
この結果から、参考例装置は、比較例装置に比べて全体的に感度が優れていて、しかも、従来は測定が困難であった質量数が大きい成分や難揮発性の成分に対する感度は、比較例装置に比べて著しく向上していることがわかる。

本発明の参考例にかかる微量成分分析装置の構成を示す図である。本発明の第一実施形態にかかる微量成分分析装置の構成を示す図である。本発明の第二実施形態にかかる微量成分分析装置の構成を示す図である。本発明の第三実施形態にかかる微量成分分析装置の構成を示す図である。本発明の第四実施形態にかかる微量成分分析装置の構成を示す図である。本発明の参考例に係る参考例装置による試料の分析結果を示すグラフである。比較例装置による試料の分析結果を示すグラフである。図６に示す分析結果を説明する図である。

１，２１，２６，３１，３６微量成分分析装置
２チャンバー
３イオン化部
１１、２２、３２供給路
１３、２３，３３成分抽出部
２２ａ直線部
２７濃縮装置
３４，４０タイミング制御装置
３７レーザー発振装置
３８分配器
３９変換装置

Claims

粒子状物質中の成分をイオン化させたのちに分析を行う微量成分分析装置であって、
前記粒子状物質が送り込まれてその成分のイオン化が行われるイオン化部と、
該イオン化部への前記粒子状物質の供給方向上流側に設けられて、前記粒子状物質へのレーザー光の照射が行われる成分抽出部とを有し、
前記イオン化部がチャンバー内に設けられており、前記成分抽出部が、前記チャンバー外に設けられ、
前記チャンバー内への前記粒子状物質の供給路が直線部を有していて、該直線部内が前記成分抽出部とされており、
該成分抽出部には、前記供給路に沿った方向にレーザー光が照射されることを特徴とする微量成分分析装置。
前記イオン化部で測定試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザーイオン化ＴＯＦＭＳであることを特徴とする請求項１記載の微量成分分析装置。
前記チャンバーへの前記粒子状物質の供給路上に、該供給路内の前記粒子状物質を一旦濃縮する濃縮装置が設けられており、
前記成分抽出部が、前記供給路上の、前記濃縮装置の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微量成分分析装置。
前記成分抽出部が、前記チャンバー内に設けられており、
該成分抽出部でのレーザー光の照射タイミングと、前記イオン化部でのレーザー光の照射タイミングとを制御するタイミング制御装置が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の微量成分分析装置。
前記成分抽出部で用いられるレーザー光が、前記イオン化部で用いられるレーザー光よりも、長波長または低強度とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微量成分分析装置。
一台のレーザー発振装置と、
該レーザー発振装置の出力するレーザー光を二系統に分配する分配器とを有し、
前記成分抽出部及び前記イオン化部では、それぞれ前記分配器によって分配されたレーザー光のうちの一方が照射される構成とされていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の微量成分分析装置。
前記レーザー発振装置の出力するレーザー光のうち、前記成分抽出部で照射されるレーザー光を、前記イオン化部に供給されるレーザー光よりも長波長または低強度に変換する変換装置が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の微量成分分析装置。
粒子状物質中の成分をイオン化させたのちに分析を行う微量成分分析方法であって、
チャンバー内に設けられ、前記粒子状物質が送り込まれて該粒子状物質のイオン化が行われるイオン化部の、前記イオンの供給方向上流側で、
前記チャンバー外に前記イオン化部への前記粒子状物質の供給路の一部に直線部を設けて、該直線部内で、供給路に沿った方向に前記粒子状物質へのレーザー光照射を行うことを特徴とする微量成分分析方法。
前記イオン化部で前記粒子状物質にレーザー光を照射してイオン化させるレーザーイオン化ＴＯＦＭＳによる微量成分分析に適用されることを特徴とする請求項８記載の微量成分分析方法。
前記イオン化部への前記粒子状物質の供給路上に、該供給路内の前記粒子状物質を一旦濃縮する濃縮装置が設けられている分析装置を用いた微量成分分析に適用される請求項８または９に記載の微量成分分析方法であって、
前記供給路上の、前記濃縮装置の上流側で前記粒子状物質へのレーザー光の照射を行うことを特徴とする微量成分分析方法。
前記イオン化部がチャンバー内に設けられている分析装置を用いた微量成分分析に適用される請求項９に記載の微量成分分析方法であって、
前記イオン化部でのレーザー光の照射を、該イオン化部の上流側でレーザー光を照射された粒子状物質が前記イオン化部に進入した時点で行うことを特徴とする微量成分分析方法。
前記イオン化部の上流側では、前記イオン化部で照射するレーザー光よりも、長波長または低強度のレーザー光を照射することを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の微量成分分析方法。
一台のレーザー発振装置の出力するレーザー光を二系統に分配して、一方の系統を前記イオン化部でのレーザー光の照射に用い、他方の系統を前記イオン化部の上流側でのレーザー光の照射に用いることを特徴とする請求項１１または１２に記載の微量成分分析方法。
レーザー光の波長または強度を変換する変換装置を用いて、前記レーザー発振装置の出力するレーザー光のうち、前記イオン化部の上流側で照射されるレーザー光を、前記イオン化部で照射されるレーザー光よりも長波長または低強度に変換することを特徴とする請求項１３に記載の微量成分分析方法。