JP5482599B2 - Laser ablation mass spectrometer - Google Patents

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Description

本発明は、レーザーアブレーション質量分析装置に係り、特にレーザーを固体試料に照射して気化させ、キャリアガスとともにICP-MS装置に気化試料を導入するアブレーションチャンバーに特徴を有するレーザーアブレーション質量分析装置に関するものである。   The present invention relates to a laser ablation mass spectrometer, and more particularly to a laser ablation mass spectrometer characterized by an ablation chamber that vaporizes a solid sample by irradiating the laser with a carrier gas and introduces the vaporized sample into an ICP-MS apparatus together with a carrier gas. It is.

誘導結合プラズマ質量分析(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry: ICP-MS)法は、超微量元素を高感度で、しかも多元素を同時定量分析できる手法として現在注目されている。中でも、固体試料を直接局所的に分析できるレーザーアブレーション(LA)法を適用した、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析(LA-ICP-MS)法が特に注目されており、地質学や材料化学の分野で利用されている。   The inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method is currently attracting attention as a technique that enables ultra-trace elements with high sensitivity and simultaneous quantitative analysis of multiple elements. Of particular interest is the laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) method, which applies the laser ablation (LA) method, which enables direct local analysis of solid samples, in the fields of geology and material chemistry. It is used in.

このLA-ICP-MS法適用の際に使用されるLA-ICP-MS装置は、固体試料を収容するアブレーションチャンバーと、この固体試料表面にNd-YAGレーザー等の高強度のレーザーを照射するレーザー発信器と、から構成されるLA装置と、アブレーションチャンバー内でレーザーによって固体試料が熱的に気化した試料エアロゾル(試料微粒子)がキャリアガスとともに導入されて質量分析が実施されるICP-MS装置と、から大略構成されている。   The LA-ICP-MS system used when applying this LA-ICP-MS method is an ablation chamber that contains a solid sample, and a laser that irradiates the surface of this solid sample with a high-intensity laser such as an Nd-YAG laser. An LA device composed of a transmitter, and an ICP-MS device that performs mass spectrometry by introducing sample aerosol (sample fine particles) in which a solid sample is thermally vaporized by laser in an ablation chamber together with a carrier gas , Is roughly composed of.

様々な分野で利用されているLA-ICP-MS法であるが、上記LA-ICP-MS装置においては、固体試料がアブレーションされてできた試料エアロゾルを高い割合でICP-MS装置に導入することが当該分野における解決課題の一つとなっている。より具体的に説明するに、LA-ICP-MS分析では、固体試料のエリアごとの質量分析からそのエリアの主たる形成元素を特定し、固体試料の全体でマッピング分析をおこなうものである。   This LA-ICP-MS method is used in various fields. In the above-mentioned LA-ICP-MS system, a high percentage of sample aerosol produced by ablating a solid sample is introduced into the ICP-MS system. Is one of the resolution issues in this field. More specifically, in LA-ICP-MS analysis, the main forming element of the area is identified from mass analysis for each area of the solid sample, and mapping analysis is performed on the entire solid sample.

この分析に使用される従来のLA-ICP-MS装置においては、固体試料を収容してレーザーが照射されるアブレーションチャンバーの寸法が往々にして大きいことから、試料エアロゾルとキャリアガスが拡散してしまい、このアブレーションチャンバーに流体連通するICP-MS装置内に試料エアロゾルがスムースに提供されないといった問題が生じている。   In the conventional LA-ICP-MS apparatus used for this analysis, the size of the ablation chamber that contains the solid sample and is irradiated with the laser is often large, so that the sample aerosol and carrier gas diffuse. There is a problem that the sample aerosol is not smoothly provided in the ICP-MS apparatus in fluid communication with the ablation chamber.

ICP-MS装置に試料エアロゾルが提供されるまでに必要以上に時間を要してしまうと、ICP-MS装置においてあるエリアの質量分析をおこなう際にそれよりも先行して質量分析がおこなわれた他のエリアの質量分析内容が影響してしまい、精緻な質量分析やマッピング分析ができなくなってしまう。   If it took more time than necessary to provide the sample aerosol to the ICP-MS system, the mass analysis was performed prior to the mass analysis of an area in the ICP-MS system. The contents of mass analysis in other areas are affected, and precise mass analysis and mapping analysis cannot be performed.

また、従来のLA-ICP-MS装置では、アブレーションチャンバー内でアブレーションを実行し、これに流体連通するICP-MS装置内でその質量分析をおこなった後に、アブレーションチャンバー内の残留試料エアロゾルをICP-MS装置へ排出してアブレーションチャンバー内を洗浄し、次のアブレーションを実行するようになっている。この装置では、アブレーションチャンバーとICP-MS装置が流体連通しながら密閉空間を形成し、外気と流体連通するものでないことから、アブレーションチャンバー内の洗浄が十分におこなわれ難く、このことも上記する精緻なマッピング分析の障害の一要因となっている。   In the conventional LA-ICP-MS system, ablation is performed in the ablation chamber, mass analysis is performed in the ICP-MS system in fluid communication with the ablation chamber, and then the residual sample aerosol in the ablation chamber is removed from the ICP- It is discharged to the MS device and the inside of the ablation chamber is cleaned, and the next ablation is executed. In this device, the ablation chamber and the ICP-MS device form a sealed space while fluidly communicating with each other, and are not in fluid communication with the outside air. Therefore, it is difficult to clean the inside of the ablation chamber sufficiently. Is one of the obstacles to effective mapping analysis.

したがって、アブレーションチャンバーからICP-MS装置へスムースに試料エアロゾルを含むキャリアガスを提供でき、しかも、アブレーションチャンバー内の洗浄効果の高いLA-ICP-MS装置の開発が当該技術分野における急務の課題である。   Therefore, the development of a LA-ICP-MS device that can provide a carrier gas containing sample aerosol smoothly from the ablation chamber to the ICP-MS device and has a high cleaning effect in the ablation chamber is an urgent issue in this technical field. .

ところで、固体試料のみならず液体試料にも適用可能なLA-ICP-MS法と装置が特許文献1に開示されている。これは、液体試料を凍結固化させて固体試料とすることにより、液体試料に対してレーザーアブレーションを可能とした方法と装置である。装置を構成する試料ホルダを低温冷却可能とすることにより、試料温度を低温に維持してレーザー光によるアブレーションを可能としている。   Incidentally, Patent Document 1 discloses an LA-ICP-MS method and apparatus applicable to not only a solid sample but also a liquid sample. This is a method and apparatus that enables laser ablation of a liquid sample by freeze-solidifying the liquid sample into a solid sample. By allowing the sample holder constituting the apparatus to be cooled at a low temperature, the sample temperature can be maintained at a low temperature and ablation by laser light can be performed.

しかし、特許文献1に開示のLA-ICP-MS装置では、試料ホルダを低温冷却可能とすることが特徴構成であるものの、そのほかの装置構成は上記する従来の装置と実質的に同じであり、したがって、アブレーションチャンバーから試料エアロゾルをスムースにICP-MS装置に導入することや、アブレーションチャンバー内に残る試料エアロゾルを効果的に洗浄することを何等担保するものではない。   However, the LA-ICP-MS apparatus disclosed in Patent Document 1 is characterized in that the sample holder can be cooled at a low temperature, but the other apparatus configuration is substantially the same as the conventional apparatus described above, Therefore, there is no guarantee that the sample aerosol is smoothly introduced into the ICP-MS apparatus from the ablation chamber or that the sample aerosol remaining in the ablation chamber is effectively washed.

特開平11−51904号公報JP-A-11-51904

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、固体試料がアブレーションされてできた試料エアロゾルをアブレーションチャンバーからICP-MS装置に時間をかけることなくスムースに提供することができ、しかもアブレーションチャンバー内の洗浄性能に優れ、もって、精緻な質量分析およびマッピング分析をおこなうことのできるレーザーアブレーション質量分析装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems described above, and can provide a sample aerosol obtained by ablating a solid sample smoothly from the ablation chamber to the ICP-MS apparatus without taking time, and the ablation chamber. It is an object of the present invention to provide a laser ablation mass spectrometer that is excellent in cleaning performance and can perform precise mass spectrometry and mapping analysis.

前記目的を達成すべく、本発明によるレーザーアブレーション質量分析装置は、レーザー発信器と固体試料が収容されるアブレーションチャンバーとからなるレーザーアブレーション装置(LA装置)と、このアブレーションチャンバーに流体連通し、気化された試料エアロゾルがキャリアガスとともに導入されて試料エアロゾルの質量分析がおこなわれる誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS装置)からなるレーザーアブレーション質量分析装置において、前記アブレーションチャンバーは外管と内管から構成される二重管構造の管路からなり、内管の内部が第1の流路、内管と外管の間の空間が第2の流路であり、内管の途中位置において第1の流路とICP−MS装置を流体連通する導入路が設けてあり、前記アブレーションチャンバーは固体試料との間に隙間を設けた姿勢で固定され、レーザーアブレーションによって試料エアロゾルを生じさせ、前記第1の流路および第2の流路にキャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し、第2の流路を流れるキャリアガスが固体試料表面で反射して第1の流路に導かれ、試料エアロゾルを導入路に導くようになっているものである。   In order to achieve the above object, a laser ablation mass spectrometer according to the present invention comprises a laser ablation device (LA device) comprising a laser transmitter and an ablation chamber containing a solid sample, and is in fluid communication with the ablation chamber for vaporization. In a laser ablation mass spectrometer comprising an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS apparatus) in which a sample aerosol is introduced together with a carrier gas and mass analysis of the sample aerosol is performed, the ablation chamber is formed from an outer tube and an inner tube. The inner pipe is a first flow path, and the space between the inner pipe and the outer pipe is a second flow path. The first pipe is located in the middle of the inner pipe. And an ICP-MS device in fluid communication with the ablation passage. The chamber is fixed in a posture with a gap between it and the solid sample, sample aerosol is generated by laser ablation, and a carrier gas is introduced into the first channel and the second channel in the direction toward the solid sample. The carrier gas flowing in the second flow path is reflected by the surface of the solid sample and guided to the first flow path, and the sample aerosol is guided to the introduction path.

本発明のレーザーアブレーション質量分析装置は、これを構成するLA装置のアブレーションチャンバーに二重管構造の管路を適用し、アブレーションチャンバーを固体試料との間に隙間を設けた姿勢で固定した状態でアブレーションをおこなって試料エアロゾルを生じさせ、内管の内部(第1の流路)と内管と外管の間の空間(第2の流路)の双方にキャリアガスを流すことにより、第2の流路を流れるキャリアガスが固体試料表面で反射して第1の流路に導かれ、この導入されたキャリアガスがICP−MS装置に流体連通する導入路にスムースに試料エアロゾルを提供する作用を奏するものである。   In the laser ablation mass spectrometer of the present invention, a double-pipe structure pipe line is applied to the ablation chamber of the LA apparatus constituting the apparatus, and the ablation chamber is fixed in a posture in which a gap is provided between the solid sample and the ablation chamber. By performing ablation to generate a sample aerosol, the carrier gas is allowed to flow in both the inner tube (first flow channel) and the space between the inner tube and the outer tube (second flow channel). The carrier gas flowing through the channel is reflected on the surface of the solid sample and guided to the first channel, and the introduced carrier gas smoothly provides the sample aerosol to the introduction channel in fluid communication with the ICP-MS device. It plays.

ここで、アブレーションチャンバーと固体試料の間に隙間が設けてあることから、アブレーションチャンバーはこの隙間を介して外気に開放されている。しかし、第2の流路を流れるキャリアガスにより、外気がアブレーションチャンバー内に入ってこようとした際に第2の流路を流れるキャリアガスがバリアを形成し、外気がアブレーションチャンバー内に入って試料エアロゾルをコンタミするのを抑制することができる。   Here, since a gap is provided between the ablation chamber and the solid sample, the ablation chamber is open to the outside air through this gap. However, the carrier gas flowing through the second flow path forms a barrier when the outside air tries to enter the ablation chamber by the carrier gas flowing through the second flow path, and the outside air enters the ablation chamber and the sample Contamination of aerosol can be suppressed.

このように、二重管構造の管路形態を適用し、固体試料との間に隙間を形成したことにより、キャリアガスが内管内で上方へ向かう流れを形成して導入路への試料エアロゾルの提供を保証できるため、内管やさらに外管と内管の間の空間を可及的に小寸法に設定することができ、少量(もしくは遅い速度)のキャリアガスでもスムースに試料エアロゾルをICP−MS装置に提供することが可能となる。   In this way, by applying the pipe form of the double pipe structure and forming a gap with the solid sample, the carrier gas forms an upward flow in the inner pipe and the sample aerosol to the introduction path is formed. Because it can guarantee the provision, the inner tube and the space between the outer tube and the inner tube can be set as small as possible, and even with a small amount (or slow speed) of the carrier gas, the sample aerosol can be smoothly transferred to the ICP- It can be provided to the MS device.

また、試料エアロゾルのICP−MS装置への提供が完了したら、キャリアガスの流れを停止することで、アブレーションチャンバーと固体試料の間の隙間を介してアブレーションチャンバー内に残った試料エアロゾルを排気することができる。   In addition, when the provision of the sample aerosol to the ICP-MS device is completed, the sample aerosol remaining in the ablation chamber is exhausted through the gap between the ablation chamber and the solid sample by stopping the flow of the carrier gas. Can do.

また、本発明によるレーザーアブレーション質量分析装置の他の実施の形態として、前記アブレーションチャンバーは前記外管のさらに外側に別途の外管を備えた三重管構造の管路からなり、外管と別途の外管の間の空間が第3の流路であって、前記アブレーションチャンバーは固体試料との間に隙間を設けた姿勢で固定され、レーザーアブレーションによって試料エアロゾルを生じさせ、前記第1の流路および第2の流路および第3の流路にキャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し、第2の流路および第3の流路を流れるキャリアガスが固体試料表面で反射して第1の流路に導かれ、試料エアロゾルを導入路に導くようになっている形態がある。   As another embodiment of the laser ablation mass spectrometer according to the present invention, the ablation chamber is composed of a triple tube structure having a separate outer tube on the outer side of the outer tube. A space between the outer tubes is a third flow path, and the ablation chamber is fixed in a posture with a gap between the solid sample and a sample aerosol is generated by laser ablation. The carrier gas is introduced into the second flow path and the third flow path in the direction toward the solid sample, and the carrier gas flowing through the second flow path and the third flow path is reflected on the surface of the solid sample to be first. There is a form in which the sample aerosol is guided to the introduction channel and guided to the introduction channel.

三重管構造とすることで、外気の進入抑止効果や試料エアロゾルの外部への漏れ抑止効果を一層高めることができる。なお、さらに四重管構造等を適用してもよい。   By adopting the triple tube structure, the effect of suppressing the entry of outside air and the effect of suppressing the leakage of the sample aerosol to the outside can be further enhanced. Further, a quadruple tube structure or the like may be applied.

また、本発明によるレーザーアブレーション質量分析装置の好ましい実施の形態は、前記外管もしくは前記別途の外管が、前記固体試料と対向する端面においてその外側に張り出すフランジを備えているものである。   In a preferred embodiment of the laser ablation mass spectrometer according to the present invention, the outer tube or the separate outer tube is provided with a flange projecting outward from an end surface facing the solid sample.

二重管構造の場合には外管が、三重管構造の場合には別途の外管(最も外側の管路)が、それらの固体試料と対向する端面に外側に張り出すフランジを備えていることにより、フランジ下の隙間を介して外気が浸入したり、フランジ下の隙間を介して試料エアロゾルが外部へ漏洩するまでの距離が長くなり、圧力損失も大きくなることから、外気が浸入し難くなり、キャリアガスや試料エアロゾルが外部へ漏洩し難くなる。このことはすなわち、可及的に少ない量のキャリアガスで、もしくは可及的に低速のキャリアガスにて試料エアロゾルを導入路を介してICP−MS装置へ導入できることにも繋がる。   In the case of a double-pipe structure, the outer tube is provided, and in the case of a triple-pipe structure, a separate outer tube (outermost pipe line) is provided with a flange projecting outward on the end surface facing the solid sample. As a result, the distance until the sample aerosol enters through the gap under the flange or the sample aerosol leaks to the outside through the gap under the flange is increased, and the pressure loss is increased. Thus, the carrier gas and the sample aerosol are difficult to leak to the outside. This means that the sample aerosol can be introduced into the ICP-MS apparatus through the introduction path with as little carrier gas as possible or with as low a carrier gas as possible.

また、本発明によるレーザーアブレーション質量分析装置の好ましい実施の形態は、内管と固体試料の前記隙間が、外管と固体試料の前記隙間よりも大きいものである。   In a preferred embodiment of the laser ablation mass spectrometer according to the present invention, the gap between the inner tube and the solid sample is larger than the gap between the outer tube and the solid sample.

内管と固体試料の隙間を外管と固体試料の隙間よりも大きくすることにより、第2の流路を流れてきたキャリアガスを第1の流路側に流れ易く、逆に外気側に漏れ難くすることができる。さらに、外部との流体連通を担保しながら、外部から第2の流路をはじめとするアブレーションチャンバー内に外気を入り難くすることができ、試料エアロゾルのコンタミを抑制することができる。   By making the gap between the inner tube and the solid sample larger than the gap between the outer tube and the solid sample, the carrier gas that has flowed through the second flow path is likely to flow to the first flow path side, and conversely, it is difficult to leak to the outside air side. can do. Furthermore, while ensuring fluid communication with the outside, it is possible to make it difficult for outside air to enter the ablation chamber including the second channel from the outside, and to suppress contamination of the sample aerosol.

さらに、本発明によるレーザーアブレーション質量分析装置の好ましい実施の形態は、ICP−MS装置内で固体試料に由来する試料エアロゾルの質量分析がおこなわれている間は、前記第1の流路にのみ、キャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し続ける制御が実行されるものである。   Furthermore, a preferred embodiment of the laser ablation mass spectrometer according to the present invention is provided only in the first flow path while mass analysis of the sample aerosol derived from the solid sample is performed in the ICP-MS apparatus. Control is performed to continuously introduce the carrier gas in the direction toward the solid sample.

本発明のレーザーアブレーション質量分析装置においては、アブレーションチャンバーの下方が固体試料との間で外気に開放されていることから、固体試料表面の任意エリアのレーザーアブレーションおよびその質量分析が終了し、別途エリアのレーザーアブレーションを実行するに当たって、アブレーションチャンバー内に残った試料エアロゾルを外部へ効果的に排気することができる。これは、既述する密閉空間を成している従来のレーザーアブレーション質量分析装置では奏することのできない作用効果である。   In the laser ablation mass spectrometer of the present invention, since the lower part of the ablation chamber is open to the outside air with the solid sample, laser ablation of the arbitrary area on the surface of the solid sample and its mass analysis are completed, and a separate area is provided. In performing laser ablation, the sample aerosol remaining in the ablation chamber can be effectively exhausted to the outside. This is an effect that cannot be achieved by the conventional laser ablation mass spectrometer that forms the sealed space described above.

そこで、ICP−MS装置内において任意エリアの質量分析をおこなっている間に、第1の流路にのみ、キャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し続ける制御を実行することにより、質量分析の間にアブレーションチャンバー内の洗浄がおこなわれ、質量分析が終了した段階で別途エリアのレーザーアブレーションへスムースに移行することができる。したがって、従来構造のレーザーアブレーション質量分析装置のように、アブレーションチャンバー内に別エリアの試料エアロゾルが残ってしまい、その影響がマッピング分析結果に反映されるといった問題が効果的に解消され、しかも、効率的なレーザーアブレーション質量分析を実現することができる。   Therefore, while performing the mass analysis of the arbitrary area in the ICP-MS apparatus, the control of the mass analysis is performed by performing the control to continuously introduce the carrier gas toward the solid sample only in the first flow path. In the meantime, the inside of the ablation chamber is cleaned, and when mass spectrometry is completed, it is possible to smoothly shift to laser ablation in a separate area. Therefore, the problem that the sample aerosol in another area remains in the ablation chamber and the effect is reflected in the mapping analysis results, as in the conventional laser ablation mass spectrometer, is effectively eliminated, and the efficiency Laser ablation mass spectrometry can be realized.

以上の説明から理解できるように、本発明のレーザーアブレーション質量分析装置によれば、固体試料がアブレーションされてできた試料エアロゾルをアブレーションチャンバーからICP-MS装置にスムースに提供することができ、外気からのコンタミを抑制しながらアブレーションチャンバー内の洗浄性に優れ、もって、効率的に、高精度なレーザーアブレーション質量分析およびマッピング分析を実行することができる。   As can be understood from the above description, according to the laser ablation mass spectrometer of the present invention, the sample aerosol formed by ablating the solid sample can be smoothly provided from the ablation chamber to the ICP-MS apparatus, and from the outside air. Therefore, high-precision laser ablation mass spectrometry and mapping analysis can be executed efficiently.

本発明のレーザーアブレーション質量分析装置を示す模式図であり、レーザーアブレーション装置を構成するアブレーションチャンバーの一実施の形態を縦断面図で示した図であってキャリアガスの流れとともに示した図である。It is a schematic diagram showing a laser ablation mass spectrometer of the present invention, and is a diagram showing an embodiment of an ablation chamber constituting the laser ablation device in a longitudinal sectional view and showing a carrier gas flow. アブレーションチャンバーの一実施の形態の斜視図である。It is a perspective view of one embodiment of an ablation chamber. アブレーションチャンバーの他の実施の形態の縦断面図であってキャリアガスの流れとともに示した図である。It is the longitudinal cross-sectional view of other embodiment of an ablation chamber, and is the figure shown with the flow of carrier gas. (a)、(b)ともにアブレーションチャンバーのさらに他の実施の形態の縦断面図であってキャリアガスの流れとともに示した図である。(A), (b) is the longitudinal cross-sectional view of other embodiment of an ablation chamber, and is the figure shown with the flow of carrier gas. 隙間の長さと導入路内のガス流速、および導入路長さと導入路内のガス流速の関係を求めるCAE解析に関し、(a)はアブレーションチャンバーモデルの説明図であり、(b)は隙間の長さと導入路内のガス流速の関係を示すCAE解析結果であり、(c)は導入路長さと導入路内のガス流速の関係を示すCAE解析結果である。Regarding CAE analysis for obtaining the relationship between the length of the gap and the gas flow rate in the introduction path, and the relationship between the introduction path length and the gas flow rate in the introduction path, (a) is an explanatory view of the ablation chamber model, and (b) is the length of the gap. (C) is a CAE analysis result showing the relationship between the introduction path length and the gas flow rate in the introduction path. フランジの長さと導入路内への導入ガス量の関係を求めるCAE解析に関し、(a)はアブレーションチャンバーモデルの説明図であり、(b)はフランジの長さと導入ガス量の関係を求めるCAE解析結果である。Regarding CAE analysis for obtaining the relationship between the length of the flange and the amount of gas introduced into the introduction path, (a) is an explanatory diagram of the ablation chamber model, and (b) is the CAE analysis for obtaining the relationship between the length of the flange and the amount of introduced gas. It is a result.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明のレーザーアブレーション質量分析装置を示す模式図であり、特にレーザーアブレーション装置を構成するアブレーションチャンバーの一実施の形態を縦断面図で示した図であり、図2は、アブレーションチャンバーの一実施の形態の斜視図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a laser ablation mass spectrometer of the present invention, and more particularly, a longitudinal sectional view showing an embodiment of an ablation chamber constituting the laser ablation apparatus, and FIG. 2 is an ablation chamber. It is a perspective view of one embodiment.

図示するレーザーアブレーション質量分析装置100は、レーザーアブレーション装置10(以下、LA装置10)のアブレーションチャンバー3と誘導結合プラズマ質量分析装置20(以下、ICP−MS装置20)の質量分析チャンバーがLA装置10を構成する導入路4を介して流体連通してその大略が構成されている。   In the illustrated laser ablation mass spectrometer 100, the ablation chamber 3 of the laser ablation apparatus 10 (hereinafter referred to as LA apparatus 10) and the mass analysis chamber of the inductively coupled plasma mass spectrometer 20 (hereinafter referred to as ICP-MS apparatus 20) are the LA apparatus 10. In general, the fluid is communicated via an introduction path 4 that constitutes the above.

LA装置10は、Nd-YAGレーザー等の高強度のレーザーを照射するレーザー発信器1と、レーザーを屈折させる屈折レンズ11と屈折後のレーザーを集光する集光レンズ12とからなる光学系と、アルゴンやヘリウムといった不活性ガスからなるキャリアガスを収容するガスタンクとこれを提供するポンプから構成されたキャリアガス供給系、キャリアガスが流通するとともに固体試料に照射するレーザーLが通過し、固体試料S表面をアブレーションして生じた試料エアロゾルAEが一時的に滞留するアブレーションチャンバー3と、アブレーションチャンバー3とICP−MS装置20の質量分析チャンバーを流体連通する導入路4とから構成されている。なお、図示例では、屈折レンズ11の上方にCCDカメラが搭載され、ここでの撮像データが不図示のTVモニターに送信されるようになっており、アブレーションポイントにおけるレーザー合焦等の確認をTVモニターにておこなうことができるようになっている。   The LA apparatus 10 includes an optical system including a laser transmitter 1 that emits a high-intensity laser such as an Nd-YAG laser, a refraction lens 11 that refracts the laser, and a condenser lens 12 that condenses the refracted laser. , A carrier gas supply system composed of a gas tank containing an inert gas such as argon or helium and a pump providing the same, a laser L that circulates the carrier gas and irradiates the solid sample passes, The ablation chamber 3 in which the sample aerosol AE generated by ablating the S surface temporarily stays, and the introduction path 4 for fluid communication between the ablation chamber 3 and the mass analysis chamber of the ICP-MS apparatus 20 are configured. In the example shown in the figure, a CCD camera is mounted above the refractive lens 11, and image data here is transmitted to a TV monitor (not shown), and confirmation of laser focusing at the ablation point is performed on the TV. It can be done on the monitor.

アブレーションチャンバー3は不図示の係止手段もしくは吊持固定手段により、ステージST上に載置される固体試料Sとの間に隙間Gを設けた姿勢で固定される。固体試料の任意ポイントもしくは任意エリアのアブレーションと質量分析が実行されたら、ステージSTが可動し(X1方向)、別途ポイントもしくは別途エリアのアブレーションと質量分析が実行される。なお、このステージSTは、平面(X軸およびY軸)を移動自在なX−Yテーブルであり、面的に広がる固体試料表面の各ポイントもしくは各エリアを所望順序でレーザーアブレーションするように移動制御される。   The ablation chamber 3 is fixed in a posture in which a gap G is provided between the ablation chamber 3 and the solid sample S placed on the stage ST by locking means or suspension fixing means (not shown). When ablation and mass analysis of an arbitrary point or area of a solid sample are executed, the stage ST is moved (X1 direction), and ablation and mass analysis of another point or area are executed. The stage ST is an XY table that can move on a plane (X axis and Y axis), and is controlled to laser ablate each point or each area on the surface of the solid sample spreading in a desired order. Is done.

なお、レーザーアブレーション質量分析装置100の特徴構成がLA装置10の特にアブレーションチャンバー3にあることから、ICP−MS装置20は従来公知のものを適用することができ、その具体的な内部構成の図示は省略する。たとえば、導入路4と連通する質量分析チャンバー内に固体試料に由来する試料エアロゾルがキャリアガスによって運ばれて導入されると、プラズマトーチに巻装されたコイルに高周波電力が供給され、これによってプラズマトーチ内に誘導結合型のプラズマを発生させ、このプラズマによって試料エアロゾルがイオン化された後に質量分析計にて質量分析が実行されるようになっている。なお、固体試料表面のエリアごとに質量分析が実行され、これをマッピング分析することによって固体試料表面の質量分析マップが作成される。   Since the laser ablation mass spectrometer 100 has a characteristic configuration, particularly in the ablation chamber 3 of the LA apparatus 10, a conventionally known ICP-MS apparatus 20 can be applied, and its specific internal configuration is illustrated. Is omitted. For example, when a sample aerosol derived from a solid sample is carried and introduced by a carrier gas into a mass spectrometry chamber communicating with the introduction path 4, high-frequency power is supplied to a coil wound around a plasma torch, thereby causing a plasma An inductively coupled plasma is generated in the torch, and after the sample aerosol is ionized by this plasma, mass analysis is performed by a mass spectrometer. Note that mass analysis is executed for each area of the solid sample surface, and a mass analysis map of the surface of the solid sample is created by performing mapping analysis.

上記するステージSTの移動制御、レーザー発信器1の作動ON−OFF制御、キャリアガス供給機2のキャリアガス導入ON−OFF制御やそれらの相対的な制御タイミングのほか、高周波電力の供給制御、質量分析計の実行制御などは不図示のコンピュータにて実行されるようになっており、このコンピュータ内部には、レーザー強度やキャリアガスの流量(もしくは流速)等に関する設定値が格納され、これに基づいて一連のレーザーアブレーション質量分析が実行されるようになっている。   In addition to the above-described stage ST movement control, laser transmitter 1 operation ON / OFF control, carrier gas supply ON / OFF control of the carrier gas supply device 2 and their relative control timing, high frequency power supply control, mass The execution control of the analyzer is executed by a computer (not shown), and setting values relating to the laser intensity, the flow rate (or flow velocity) of the carrier gas, etc. are stored in the computer, and based on this. A series of laser ablation mass spectrometry is performed.

アブレーションチャンバー3は、外管32と内管31から構成される二重管構造の管路からなり、内管31の内部が第1の流路31aを画成し、内管31と外管32の間の空間が第2の流路32aを画成しており、内管31の途中位置において第1の流路31aとICP−MS装置20を流体連通する導入路4が設けてある。   The ablation chamber 3 is composed of a double-pipe structure composed of an outer tube 32 and an inner tube 31, and the inner tube 31 defines a first flow path 31 a, and the inner tube 31 and the outer tube 32. A space between the first channel 31a and the ICP-MS device 20 is provided at the midway position of the inner pipe 31.

第1の流路31a内を流れるレーザーLが固体試料S表面をアブレーションして試料エアロゾルAEが第1の流路内で生じ、このレーザー照射と同期して、もしくはこれに続いてキャリアガス供給機2からキャリアガスが第1の流路31aと第2の流路32a内を固体試料S側に向かう方向に導入される(Y1方向)。   The laser L flowing in the first flow path 31a ablates the surface of the solid sample S, and the sample aerosol AE is generated in the first flow path, and is synchronized with or subsequent to the laser irradiation. 2 is introduced in a direction toward the solid sample S side in the first flow path 31a and the second flow path 32a (Y1 direction).

第2の流路32aに導入されたキャリアガスは、その下方の隙間Gを介して固体試料S表面に反射し(Y3方向)、その一部は第1の流路31a内に入り込んで滞留する試料エアロゾルAEを導入路4まで運ぶ(Y4方向)。この導入路4内への試料エアロゾルAEの導入は、下方からのキャリアガスの流れ(Y4方向)と上方からのキャリアガスの流れ(Y5方向)によっておこなわれる。また、第2の流路32aに導入されたキャリアガスのうち、第1の流路31a内に入り込むキャリアガス以外のガスは外側の隙間Gを介して外部へ漏洩する(Y2方向)。   The carrier gas introduced into the second flow path 32a is reflected on the surface of the solid sample S through the gap G below (a Y3 direction), and part of the carrier gas enters and stays in the first flow path 31a. The sample aerosol AE is carried to the introduction path 4 (Y4 direction). The introduction of the sample aerosol AE into the introduction path 4 is performed by a carrier gas flow (Y4 direction) from below and a carrier gas flow (Y5 direction) from above. Further, among the carrier gas introduced into the second flow path 32a, gas other than the carrier gas that enters the first flow path 31a leaks to the outside through the outer gap G (Y2 direction).

このように、アブレーションチャンバー3と固体試料Sの間に隙間Gが存在していても、アブレーションチャンバー3が二重管構造を呈し、その外側の第2の流路32aを流れるキャリアガスの流れが存在していることにより、それが反射して第1の流路31aに入り込んで試料エアロゾルAEを上方へ持ち上げ、導入路4内へ導入することを可能とする。   Thus, even if there is a gap G between the ablation chamber 3 and the solid sample S, the ablation chamber 3 has a double tube structure, and the flow of the carrier gas flowing through the second flow path 32a outside thereof is By being present, it is reflected and enters the first flow path 31a, so that the sample aerosol AE can be lifted upward and introduced into the introduction path 4.

また、第2の流路32aを流れるキャリアガスが外部とアブレーションチャンバー3の内部とを遮断するエアバリアを形成することから、生じた試料エアロゾルAEが外部へ漏洩するのが効果的に抑止される。   In addition, since the carrier gas flowing through the second flow path 32a forms an air barrier that blocks the outside and the inside of the ablation chamber 3, leakage of the generated sample aerosol AE is effectively suppressed.

一方、ICP−MS装置20内で固体試料に由来する試料エアロゾルAEの質量分析がおこなわれている間は、第1の流路31aにのみキャリアガスを固体試料Sに向かう方向に導入し続ける制御が実行され、第1の流路31a内を洗浄した後のキャリアガスは隙間Gを介して外部に排気される。   On the other hand, while mass spectrometry of the sample aerosol AE derived from the solid sample is being performed in the ICP-MS apparatus 20, the control continues to introduce the carrier gas only in the direction toward the solid sample S into the first channel 31a. The carrier gas after cleaning the inside of the first flow path 31a is exhausted to the outside through the gap G.

このような洗浄制御をおこなうことにより、質量分析と並行して第1の流路31a内の洗浄が実行でき、質量分析終了後は速やかにステージSTが移動して別エリアのアブレーションを実行できることから、効率的なレーザーアブレーション質量分析をおこなうことが可能となる。また、キャリアガスの第1の流路31a内への導入と外部への排気を連続的におこなうことで第1の流路31a内の洗浄効果が高くなり、後続の試験エリアにおける質量分析の際に先行する試験エリアの試料エアロゾルの影響が入り込んだり、精緻なマッピング分析ができないといった課題は生じ得ない。   By performing such cleaning control, the first channel 31a can be cleaned in parallel with the mass analysis, and the stage ST can quickly move and ablation of another area can be executed after the mass analysis is completed. Therefore, efficient laser ablation mass spectrometry can be performed. Further, by continuously introducing the carrier gas into the first flow path 31a and exhausting it to the outside, the cleaning effect in the first flow path 31a is enhanced, and in the subsequent mass analysis in the test area The problem that the influence of the sample aerosol in the test area that precedes the process cannot enter and precise mapping analysis cannot be performed cannot occur.

以上より、図示する二重管構造のアブレーションチャンバー3を適用し、固体試料Sとの間に所望の隙間Gを設けた姿勢でこれを固定してアブレーションをおこなうことにより、ICP−MS装置20への試料エアロゾルAEの提供を保証しながら、アブレーションチャンバー3内の洗浄性能に優れ、精緻な質量分析結果とマッピング分析結果を得ることができる。   As described above, the ablation chamber 3 having a double-pipe structure shown in the figure is applied to the ICP-MS apparatus 20 by performing ablation while fixing the desired gap G between the solid sample S and a posture. While ensuring the provision of the sample aerosol AE, the cleaning performance in the ablation chamber 3 is excellent, and precise mass analysis results and mapping analysis results can be obtained.

図3、図4a,bはいずれも、アブレーションチャンバーの他の実施の形態を示したものである。   3, 4 a, and b each show another embodiment of the ablation chamber.

図3で示すアブレーションチャンバー3Aは三重管構造を呈するものであり、外管32のさらに外側に最外管33を有し、外管32と最外管33の間に形成される第3の流路33aにキャリアガスが流れるようになっている。   The ablation chamber 3A shown in FIG. 3 has a triple tube structure, and has an outermost tube 33 on the outer side of the outer tube 32, and a third flow formed between the outer tube 32 and the outermost tube 33. A carrier gas flows through the path 33a.

第2の流路32aおよび第3の流路33aを流れて固体試料Sで反射したキャリアガス(Y3方向)は、第1の流路内に入り込んで滞留する試料エアロゾルAEを上方へ持ち上げる。   The carrier gas (Y3 direction) that flows through the second flow path 32a and the third flow path 33a and is reflected by the solid sample S lifts the sample aerosol AE that enters and stays in the first flow path upward.

三重管構造であることから、外気が隙間Gを介してアブレーションチャンバー3A内へ流入すること、アブレーションチャンバー3Aから隙間Gを介して試料エアロゾルAEが外部へ漏洩することがいずれも二重管構造に比して一層抑制される。外気が第1の流路31aに入るまでの過程で圧力損失が大きくなり、第2、第3の流路32a,33aを流れるキャリアガスによる二重のエアバリアが形成されるからである。そのため、可及的に少ない量のキャリアガスで、もしくは可及的に低速のキャリアガスにて試料エアロゾルを導入路4を介してICP−MS装置20へ導入することができる。   Since it has a triple-pipe structure, both the outside air flows into the ablation chamber 3A through the gap G and the sample aerosol AE leaks from the ablation chamber 3A through the gap G to the double-pipe structure. In comparison, it is further suppressed. This is because the pressure loss increases in the process until the outside air enters the first flow path 31a, and a double air barrier is formed by the carrier gas flowing through the second and third flow paths 32a and 33a. Therefore, the sample aerosol can be introduced into the ICP-MS apparatus 20 via the introduction path 4 with as little carrier gas as possible or with as low a carrier gas as possible.

一方、図4aで示すアブレーションチャンバー3Bは、二重管構造であるが、外管32の下端に外側に張り出したフランジ5を具備するものである。   On the other hand, the ablation chamber 3B shown in FIG. 4a has a double tube structure, but includes a flange 5 projecting outward at the lower end of the outer tube 32.

二重管構造の外管32が固体試料Sと対向する端面に外側に張り出すフランジ5を備えていることにより、フランジ5下方の隙間Gを介して外気が浸入したり、隙間Gを介して試料エアロゾルAEが外部へ漏洩するまでの距離が長くなり、したがって圧力損失が大きくなることから、外気が浸入し難くなり、キャリアガスや試料エアロゾルが外部へ漏洩し難くなる。なお、図示を省略するが、図3で示す三重管構造のアブレーションチャンバー3Aにおいて、最外管33の下端にフランジを設けた実施の形態であってもよい。   Since the outer tube 32 having a double tube structure is provided with the flange 5 projecting outward on the end surface facing the solid sample S, outside air enters through the gap G below the flange 5 or through the gap G. Since the distance until the sample aerosol AE leaks to the outside becomes long and the pressure loss becomes large, it becomes difficult for the outside air to enter and the carrier gas and the sample aerosol hardly leak to the outside. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, embodiment which provided the flange in the lower end of the outermost pipe | tube 33 in the ablation chamber 3A of the triple pipe structure shown in FIG.

さらに、図4bで示すアブレーションチャンバー3Cは、内管31と固体試料Sの隙間t1を外管32と固体試料Sの隙間t2よりも大きくしたものであり、この隙間調整により、第2の流路32aを流れて固体試料Sで反射したキャリアガスは第1の流路31a内に入り易く、長さt2の隙間Gを介して外部へ漏洩し難くなる。さらに、長さt2の隙間Gを介した外気の入り込みも抑制することができる。なお、図示を省略するが、この実施の形態に関しても、図3で示す三重管構造のアブレーションチャンバー3Aにおいて、最外管33と固体試料Sの隙間を最も短くし、外管32と内管31の各隙間をそれよりも長くする等した実施の形態であってもよい。   Further, the ablation chamber 3C shown in FIG. 4b has a gap t1 between the inner tube 31 and the solid sample S larger than a gap t2 between the outer tube 32 and the solid sample S. By adjusting the gap, The carrier gas flowing through 32a and reflected by the solid sample S easily enters the first flow path 31a, and is difficult to leak to the outside through the gap G having the length t2. Furthermore, the entry of outside air through the gap G having the length t2 can be suppressed. Although not shown, also in this embodiment, in the triple tube structure ablation chamber 3A shown in FIG. 3, the gap between the outermost tube 33 and the solid sample S is made the shortest, and the outer tube 32 and the inner tube 31. An embodiment in which each gap is made longer than that may be used.

[導入路内において試料エアロゾルを運搬するキャリアガスの適正な流速を保証する隙間の長さと導入路の内径に関する検証とその結果]
本発明者等は、導入路内におけるキャリアガスの適正な流速を保証するファクターを特定する検証をおこなった。本発明のレーザーアブレーション質量分析装置を構成するアブレーションチャンバーを図5aに模擬している。同図において、隙間Gの長さをt、導入路4の長さ(外管32からの長さ)をs、導入路4の内径をdとしている。
[Verification of the gap length and the inner diameter of the introduction path to ensure the proper flow velocity of the carrier gas carrying the sample aerosol in the introduction path and its results]
The inventors of the present invention conducted verification to identify a factor that guarantees an appropriate flow rate of the carrier gas in the introduction path. The ablation chamber constituting the laser ablation mass spectrometer of the present invention is simulated in FIG. 5a. In the drawing, the length of the gap G is t, the length of the introduction path 4 (length from the outer tube 32) is s, and the inner diameter of the introduction path 4 is d.

本発明者等によれば、この導入路4を介してICP−MS装置20の質量分析チャンバーへ導入されるキャリアガスの適正な流速は1〜2m/sec程度であると特定されている。流速が2m/secを超えると、分析対象で質量分析チャンバー内を通過する試料エアロゾルが質量分析に当たって速過ぎること、流速が1m/secを下回ると、質量分析に十分な量の試料エアロゾルが質量分析チャンバー内に提供され難いことなどがその数値限定の理由である。   According to the present inventors, the appropriate flow rate of the carrier gas introduced into the mass analysis chamber of the ICP-MS apparatus 20 through the introduction path 4 is specified to be about 1 to 2 m / sec. When the flow velocity exceeds 2 m / sec, the sample aerosol passing through the mass analysis chamber in the analysis target is too fast for mass analysis. When the flow velocity is less than 1 m / sec, a sufficient amount of sample aerosol for mass analysis is mass analyzed. The reason why the numerical value is limited is that it is difficult to be provided in the chamber.

そこで、本発明者等は、導入路におけるキャリアガスの流速:1〜2m/secを保証するアブレーションチャンバー構成要素とその数値もしくは数値範囲を特定するに当たり、まず、導入路4の長さ:sを種々変化させて導入路内における流速をCAE解析にて検証し、次に、隙間Gの長さ:tを種々変化させて導入路4内における流速(最大流速)をCAE解析にて検証した。導入路の長さに関するCAE解析結果を図5b、隙間の長さに関するCAE解析結果を図5cにそれぞれ示している。なお、導入路の長さに関する解析では、アブレーションチャンバー内に提供されるキャリアガス流量が110ml/sec、導入路の内径が4mm、隙間の長さを4mmとしている。また、隙間Gの長さに関する解析では、アブレーションチャンバー内に提供されるキャリアガス流量が110ml/sec、導入路の内径が4mm、導入路の長さが1000mmとしている。   Accordingly, the present inventors specify the length of the introduction path 4: s in specifying the ablation chamber components that guarantee carrier gas flow velocity in the introduction path: 1-2 m / sec and their numerical values or numerical ranges. Various changes were made to verify the flow velocity in the introduction passage by CAE analysis, and then the flow velocity (maximum flow velocity) in the introduction passage 4 was examined by CAE analysis by variously changing the length G of the gap G. FIG. 5b shows a CAE analysis result related to the length of the introduction path, and FIG. 5c shows a CAE analysis result related to the length of the gap. In the analysis regarding the length of the introduction path, the carrier gas flow rate provided in the ablation chamber is 110 ml / sec, the inner diameter of the introduction path is 4 mm, and the length of the gap is 4 mm. In the analysis regarding the length of the gap G, the carrier gas flow rate provided in the ablation chamber is 110 ml / sec, the inner diameter of the introduction path is 4 mm, and the length of the introduction path is 1000 mm.

図5b、cの解析結果より、導入路の長さが長くなるにつれて圧力損失が大きくなるために、また、隙間の長さが長くなるほど外部へ漏洩するキャリアガス量が多くなるために、ともにICP−MS装置へ導入されるキャリアガスの流速は低下する。   From the analysis results of FIGS. 5b and 5c, the pressure loss increases as the length of the introduction path increases, and the amount of carrier gas leaking to the outside increases as the gap length increases. -The flow rate of the carrier gas introduced into the MS device decreases.

図5bにおいて、導入路の長さが最も短い100mm程度の場合でも流速は0.7m/sec程度と上記する1〜2m/secの範囲に入らないことが検証されている。   In FIG. 5b, it is verified that even when the length of the introduction path is about 100 mm, which is the shortest, the flow velocity is about 0.7 m / sec and does not fall within the range of 1 to 2 m / sec described above.

一方、隙間の長さが実機で想定される最低長さの0.05mm程度の場合でも、流速は0.3〜0.4m/sec程度であり、上記する1〜2m/secの範囲には程遠いことが検証されている。   On the other hand, even when the length of the gap is about 0.05 mm, which is the minimum length assumed in the actual machine, the flow velocity is about 0.3 to 0.4 m / sec. It has been verified that it is far away.

上記解析結果より、アブレーションチャンバーにおける導入路の長さや固体試料との隙間の長さを調整しても、導入路におけるキャリアガスの流速である1〜2m/secを達成できないことが特定された。   From the above analysis results, it was specified that even if the length of the introduction path in the ablation chamber and the length of the gap with the solid sample were adjusted, it was not possible to achieve the carrier gas flow rate of 1 to 2 m / sec in the introduction path.

一方、管路内に流体が流れる際の圧力損失とガス流量等に関し、以下の一般式は当業者によく知られるところである。   On the other hand, the following general formulas are well known to those skilled in the art regarding the pressure loss and gas flow rate when the fluid flows in the pipeline.

Figure 0005482599
ここで、dPは圧力損失、μはガス粘性、Lは導入路の長さ、Qがガスの流量、dは導入路の内径。
Figure 0005482599
Here, dP is the pressure loss, μ is the gas viscosity, L is the length of the introduction path, Q is the flow rate of the gas, and d is the inner diameter of the introduction path.

式1より、隙間の長さが4mm、導入路の長さが1000mmの場合は導入路の内径は10mm、隙間の長さが1mm、導入路の長さが1000mmの場合は導入路の内径は8mm(いずれの組み合わせも実機で適用される可能性が高い)とすることで、導入路内の流速:2m/secを達成できることが分かった。すなわち、上記一般的を使用して、導入路内の流速が1〜2m/secとなる隙間の長さと導入路の内径の組み合わせを検討すればよいことが分かった。   From Equation 1, when the gap length is 4 mm and the introduction path length is 1000 mm, the introduction path inner diameter is 10 mm, and when the gap length is 1 mm and the introduction path length is 1000 mm, the introduction path inner diameter is It was found that the flow velocity in the introduction path: 2 m / sec can be achieved by setting it to 8 mm (any combination is highly likely to be applied in actual equipment). That is, using the above general, it has been found that the combination of the length of the gap where the flow velocity in the introduction path is 1 to 2 m / sec and the inner diameter of the introduction path should be studied.

[フランジの長さと導入路へのガス導入量の関係に関する検証とその結果]
本発明者等は、フランジの長さと導入路へのガス導入量の関係を特定する検証をおこなった。本発明のレーザーアブレーション質量分析装置を構成するアブレーションチャンバーを図6aに模擬している。同図において、隙間Gの長さをt、フランジ5の長さをrとしている。CAE解析結果を図6bに示す。なお、図6bにおける解析結果を示すグラフでは、フランジ長さが2mmでその際の導入ガス量:0.08cc/secを基準に、フランジ長さを種々変化させた際の導入ガス量を特定するとともに、上記基準値に対する倍率を同図で示している。なお、本解析では隙間を4mmとしている。
[Verification of the relationship between the length of the flange and the amount of gas introduced into the introduction path, and the results]
The present inventors conducted verification to identify the relationship between the length of the flange and the amount of gas introduced into the introduction path. The ablation chamber constituting the laser ablation mass spectrometer of the present invention is simulated in FIG. 6a. In the figure, the length of the gap G is t, and the length of the flange 5 is r. The CAE analysis result is shown in FIG. In the graph showing the analysis result in FIG. 6b, the amount of introduced gas when the flange length is variously changed based on the flange length of 2 mm and the introduced gas amount at that time: 0.08 cc / sec is specified. In addition, the magnification with respect to the reference value is shown in FIG. In this analysis, the gap is 4 mm.

図6bより、フランジが長くなるにつれて、隙間を介して外部へ漏洩しようとするキャリアガスの圧力損失は大きくなり、キャリアガスの漏洩量が低減することから、したがって、アブレーションチャンバー内へ提供されるキャリアガス量が同量であっても、導入路へ提供されるキャリアガス量を増加できることが分かった。   From FIG. 6b, as the flange becomes longer, the pressure loss of the carrier gas that tries to leak to the outside through the gap increases, and the amount of leakage of the carrier gas is reduced. Therefore, the carrier provided into the ablation chamber It was found that even if the amount of gas is the same, the amount of carrier gas provided to the introduction path can be increased.

たとえば、図6bより、フランジの長さを2mm程度から20mm程度とすることで、導入路へのキャリアガス導入量はおよそ1.5倍程度も増加できることが本CAE解析にて特定されている。   For example, from FIG. 6b, it is specified by this CAE analysis that the carrier gas introduction amount to the introduction path can be increased by about 1.5 times by setting the length of the flange to about 2 mm to 20 mm.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…レーザー発信器、2…キャリアガス供給系、3,3A,3B,3C…アブレーションチャンバー、31…内管、32…外管、33…最外管、31a…第1の流路、32a…第2の流路、33a…第3の流路、4…導入路、5…フランジ、10…レーザーアブレーション装置(LA装置)、20…誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS装置)、100…レーザーアブレーション質量分析装置(LA−ICP−MS装置)、S…固体試料、ST…ステージ、AE…試料エアロゾル、G…隙間(ギャップ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser transmitter, 2 ... Carrier gas supply system, 3, 3A, 3B, 3C ... Ablation chamber, 31 ... Inner tube, 32 ... Outer tube, 33 ... Outermost tube, 31a ... First flow path, 32a ... 2nd flow path, 33a ... 3rd flow path, 4 ... introduction path, 5 ... flange, 10 ... laser ablation apparatus (LA apparatus), 20 ... inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS apparatus), 100 ... Laser ablation mass spectrometer (LA-ICP-MS apparatus), S ... solid sample, ST ... stage, AE ... sample aerosol, G ... gap

Claims (5)

レーザー発信器と固体試料が収容されるアブレーションチャンバーとからなるレーザーアブレーション装置(LA装置)と、このアブレーションチャンバーに流体連通し、気化された試料エアロゾルがキャリアガスとともに導入されて試料エアロゾルの質量分析がおこなわれる誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS装置)からなるレーザーアブレーション質量分析装置において、
前記アブレーションチャンバーは外管と内管から構成される二重管構造の管路からなり、内管の内部が第1の流路、内管と外管の間の空間が第2の流路であり、
内管の途中位置において第1の流路とICP−MS装置を流体連通する導入路が設けてあり、
前記アブレーションチャンバーは固体試料との間に隙間を設けた姿勢で固定され、レーザーアブレーションによって試料エアロゾルを生じさせ、前記第1の流路および第2の流路にキャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し、第2の流路を流れるキャリアガスが固体試料表面で反射して第1の流路に導かれ、試料エアロゾルを導入路に導くようになっているレーザーアブレーション質量分析装置。
A laser ablation device (LA device) consisting of a laser transmitter and an ablation chamber in which a solid sample is accommodated, and fluid communication with the ablation chamber, the vaporized sample aerosol is introduced together with the carrier gas, and mass analysis of the sample aerosol In a laser ablation mass spectrometer consisting of an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS apparatus)
The ablation chamber is composed of a double pipe structure composed of an outer tube and an inner tube. The inner tube is a first channel, and the space between the inner tube and the outer tube is a second channel. Yes,
An introduction path is provided in fluid communication between the first flow path and the ICP-MS device at an intermediate position of the inner pipe;
The ablation chamber is fixed in a posture with a gap between the solid sample and a sample aerosol is generated by laser ablation, and a carrier gas is directed to the solid sample in the first channel and the second channel. A laser ablation mass spectrometer that is introduced so that the carrier gas flowing in the second flow path is reflected by the surface of the solid sample and guided to the first flow path to guide the sample aerosol to the introduction path.
前記アブレーションチャンバーは前記外管のさらに外側に別途の外管を備えた三重管構造の管路からなり、外管と別途の外管の間の空間が第3の流路であって、
前記アブレーションチャンバーは固体試料との間に隙間を設けた姿勢で固定され、レーザーアブレーションによって試料エアロゾルを生じさせ、前記第1の流路および第2の流路および第3の流路にキャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し、第2の流路および第3の流路を流れるキャリアガスが固体試料表面で反射して第1の流路に導かれ、試料エアロゾルを導入路に導くようになっている請求項1に記載のレーザーアブレーション質量分析装置。
The ablation chamber is composed of a triple-pipe structure with a separate outer tube on the outer side of the outer tube, and a space between the outer tube and the separate outer tube is a third flow path,
The ablation chamber is fixed in a posture with a gap between the solid sample and the sample aerosol is generated by laser ablation, and a carrier gas is supplied to the first flow path, the second flow path, and the third flow path. Introduced in the direction toward the solid sample, the carrier gas flowing through the second flow path and the third flow path is reflected from the surface of the solid sample and guided to the first flow path so that the sample aerosol is guided to the introduction path. The laser ablation mass spectrometer according to claim 1.
前記外管もしくは前記別途の外管が、前記固体試料と対向する端面においてその外側に張り出すフランジを備えている請求項1または2に記載のレーザーアブレーション質量分析装置。   3. The laser ablation mass spectrometer according to claim 1, wherein the outer tube or the separate outer tube includes a flange projecting outward from an end surface facing the solid sample. 4. 内管と固体試料の前記隙間が、外管と固体試料の前記隙間よりも大きい請求項1〜3のいずれかに記載のレーザーアブレーション質量分析装置。   The laser ablation mass spectrometer according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap between the inner tube and the solid sample is larger than the gap between the outer tube and the solid sample. ICP−MS装置内で固体試料に由来する試料エアロゾルの質量分析がおこなわれている間は、前記第1の流路にのみ、キャリアガスを固体試料に向かう方向に導入し続ける制御が実行される請求項1〜4のいずれかに記載のレーザーアブレーション質量分析装置。   While mass analysis of the sample aerosol derived from the solid sample is being performed in the ICP-MS apparatus, control is continued to introduce the carrier gas toward the solid sample only in the first flow path. The laser ablation mass spectrometer according to any one of claims 1 to 4.
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