JP6971141B2 - プラズマイオン源を用いた質量分析 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマイオン源を用いた質量分析に関し、特に、分析対象とされる元素の同位体のイオンに対する他の元素の二価イオンによるスペクトル干渉を補正する方法に関する。

既存のプラズマイオン源を用いた質量分析装置の動作の概要
プラズマイオン源を用いた質量分析装置の１例として、被測定試料中の元素をイオン化するためのイオン源に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いる誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）が知られている。かかる公知の誘導結合プラズマ質量分析装置の動作を、そのブロック図である図７を参照して概説する。図７において、オプションのオートサンプラ１０またはオペレータによって試料導入部１５に接続された試料吸い上げチューブが試料ボトルに入った被測定試料５に接液され、該試料５は、試料導入部１５からイオン化部２０に導入されて、該試料５に含まれていた元素は該イオン化部２０で生成されたプラズマによってイオン化される。イオン化された元素は、サンプリングコーン及びスキマーコーンを含む差動排気系を構成するインターフェース部２５でサンプリングされてイオンレンズ部３０、質量分離部３５、及び検出器４２を内部に持つ高真空のチャンバーに導入されて、該イオンレンズ部３０で収束された後、選択された質量電荷比のイオンのみを通過させるための、典型的には四重極マスフィルターから構成される質量分離部３５に入射される。

検出器４２は、典型的には二次電子増倍管から構成され、該質量分離部３５で分離された質量電荷比のイオンの単位時間あたり到達数に対応する電気信号を出力する。該二次電子増倍管から出力された電気信号は、パルスカウンタ４４及びアナログ電流測定部４６に送られ、該電気信号のパルス頻度に応じたパルスカウント値、該電気信号のアナログ電流値が、それぞれ、パルスカウンタ４４、アナログ電流測定部４６によって計測される。検出器４２、パルスカウンタ４４、及びアナログ電流測定部４６は、イオン測定部４０を構成する。

イオンレンズ電圧駆動部５５は、イオンレンズ部３０中のイオンレンズに電圧を印加するように動作する。該イオンレンズは、電界を利用してイオンの軌道を変える作用を有する電界型レンズ群から構成されており、その電極に印加される電圧が変わるとそれに応じてイオン透過率が変わるように構成されている。そのため、システムコントロール部６０によってイオンレンズ電圧駆動部５５を制御して、イオンレンズの電極に印加する電圧を適宜変更することによって該イオンレンズのイオン透過率を増減することが可能である。通常の測定時には、イオンレンズへの印加電圧は、被測定試料中の分析元素の濃度を決定するためにイオン強度の測定対象とされる該分析元素の同位体のイオンの透過率が最大になるような所定の電圧に設定される。

システムコントロール部６０は、図７中の各ブロックの動作を制御し、演算処理部６５は、質量電荷比（m/z）毎に、測定されたアナログ電流値を1秒間当たりのイオンカウント数（cps）に換算するなどのデータ処理を行う。尚、質量分析装置とＰＣ（パーソナルコンピューター）などの外部のコンピューティング装置７０とをネットワークなどを介して接続して、イオン強度の測定値（イオンカウント数）などのデータを該コンピューティング装置７０に転送して、測定対象とされる分析元素の同位体のイオンのイオン強度を求める演算処理やユーザーとの入出力処理を行うこともできる。

質量分離部３５の四重極マスフィルターを構成する４つの平行なロッド電極のうちの相対する２つのロッド電極の極性を同じ（一方の相対する２つのロッド電極の極性と他方の相対する２つのロッド電極の極性とは逆）として、直流電圧と高周波交流電圧を重ね合わせた電圧を印加し、該直流電圧の電圧と該高周波交流電圧の電圧を適宜設定することによって、特定の質量電荷比のイオンのみを通過させて検出器４２に到達させることができるようになっており、また、これらのロッド電極に印加する直流電圧と高周波交流電圧との比を変えることにより質量分解能を調整することが可能である。尚、これらの質量電荷比の設定や質量分解能の設定は、質量分析装置の外部コンピューティング装置（図７の７０）を介するオペレータの所望の入力設定に応答して、システムコントロール部６０によって設定される。また、プラズマイオン源を用いた質量分析装置にセクター型マスフィルターを利用するものがあるが、該装置では、イオンが通過するスリット幅を変更することによって、質量分解能を調整することができる。

プラズマイオン源を用いた質量分析装置の他の例としては、グロー放電をイオン化の手段として利用するグロー放電質量分析装置（ＧＤＭＳ）がある。

上記のようなプラズマイオン源を用いた質量分析装置で分析元素の同位体のイオンのイオン強度を測定することによって該分析元素の濃度を決定することができる。以下、本明細書では、該濃度を決定するためのイオン強度の測定対象とされる分析元素の同位体のイオンを「分析元素の測定イオン」といい、該同位体を「分析元素の測定同位体」という（ある特定の分析元素をαとした場合には、それぞれ、「分析元素αの測定イオン」、「分析元素αの測定同位体」という）。

従来のスペクトル干渉の補正方法
ＩＣＰ−ＭＳなどのプラズマイオン源を用いた質量分析装置（本明細書において、単に「質量分析装置」と記載されている場合には、それは、プラズマイオン源を用いた質量分析装置を意味する）によって、環境や食品サンプルなどの被測定試料に含まれるヒ素（As）やセレン（Se）などの分析元素の濃度を測定する際に、該試料中に希土類元素が含まれている場合には、それらの分析元素の測定イオンのイオン強度の測定値にスペクトル干渉による誤差が生じる場合がある。このスペクトル干渉は、試料中の分析元素の測定イオンの質量電荷比と希土類元素の二価イオンの質量電荷比が互いに同じかまたは近く、質量分析装置で分離できないことから生じる。

図１に、いくつかの希土類元素の各々について、同位体の質量数（m）、同位体存在比、及び二価イオンの質量電荷比（m/2）を示しているが、たとえば、希土類元素である¹⁵⁰Nd（ネオジウム）の二価イオン¹⁵⁰Nd^２＋と同じく希土類元素である¹⁵⁰Sm（サマリウム）の二価イオン¹⁵⁰Sm^２＋の質量電荷比はいずれも、⁷⁵Asの質量数と同じ７５である（厳密には異なるがその違いは小さく質量分析装置で分離できない）。そのため、試料中の分析元素がAsであって、該分析元素Asの測定イオンが質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンである場合に、該試料中にそれらの希土類元素が存在する場合には、それらの二価イオンは、質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対してスペクトル干渉を生じ、このため、該試料中のAsの濃度を正確に決定することができなくなる。同様に、試料中の分析元素がSeであって、該分析元素Seの測定イオンが質量電荷比７８の⁷⁸Seイオンである場合には、該試料中に含まれる希土類元素¹⁵⁶Gd（ガドリニウム）の二価イオン¹⁵⁶Gd^２＋と、希土類元素¹⁵⁶Dy（ジスプロシウム）の二価イオン¹⁵⁶Dy^２＋は、質量電荷比７８の⁷⁸Seイオンに対してスペクトル干渉を生じる。

以下、本明細書では、上記の¹⁵⁰Ndや¹⁵⁰Smのように、イオン化されると、分析元素の測定イオンに対してスペクトル干渉する元素を干渉元素という。試料中に存在する干渉元素の二価イオンによるかかるスペクトル干渉を補正する従来の補正方法として、該干渉元素の同位体のうち、奇数の質量数を有する同位体の二価イオンのイオン強度の測定値を利用するものが知られている（非特許文献１）。以下、この従来の補正方法について説明する。

試料中の分析元素をα、分析元素αの測定同位体の質量数をα_ｎとする。ここで、分析元素αはイオン化されると一価のイオンになり、したがって、分析元素αの測定同位体の質量数α_ｎと分析元素αの測定イオンの質量電荷比は等しい。それゆえ、以下では、α_ｎを分析元素αの測定イオンの質量電荷比を表すものとしても使用している。該試料中に存在するある干渉元素をＸとし、Ｘの異なる２つの同位体Ｘ１、Ｘ２（それぞれの質量数をＸ１_ｎ、Ｘ２_ｎとする）のそれぞれの二価イオンをＸ１^２＋、Ｘ２^２＋とする。ここで、Ｘ２_ｎは奇数である（奇数の質量数の同位体の二価イオンの信号は、その質量電荷比が整数でないために干渉を受けることもなく正確に測定できる）。Ｘ１^２＋は、その質量電荷比（Ｘ１_ｎ／２）が、分析元素αの測定イオンの質量電荷比α_ｎと同じかまたは質量分析装置の分解能で分離できないほどα_ｎに近いために分析元素αの測定イオンに対してスペクトル干渉する。

質量分析装置によって測定された質量電荷比α_ｎにおけるイオン強度の測定値と質量電荷比Ｘ２_ｎ／２におけるイオン強度の測定値を、それぞれ、［α_ｎ]ｍ、［Ｘ２_ｎ／２]ｍとする。［Ｘ２_ｎ／２]ｍに、Ｘ１の理論上の同位体存在比Ａ１とＸ２の理論上の同位体存在比Ａ２との比である同位体比Ａ１／Ａ２を乗じ、これを、［α_ｎ]ｍから減じたものを、Ｘ１^２＋によるスペクトル干渉が補正された補正値［α_ｎ]ｃとする。すなわち、
［α_ｎ]ｃ＝［α_ｎ]ｍ−［Ｘ２_ｎ／２]ｍ×Ａ１／Ａ２ ［式１−１］
である。

試料中に、分析元素Asと干渉元素Nd及びSmが共存する場合に、上記従来の方法を適用して、分析元素Asの測定イオンである質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対するそれらの二価イオンのスペクトル干渉を補正する例を説明する。この場合、¹⁵⁰Nd^２＋及び¹⁵⁰Sm^２＋は、上記のとおり、質量電荷比が７５である⁷⁵Asイオンに対してスペクトル干渉する。

先ず、¹⁵⁰Nd^２＋によるスペクトル干渉の補正について説明する。質量分析装置によって測定された質量電荷比７５におけるイオン強度の測定値と質量電荷比７２．５におけるイオン強度の測定値（すなわち、¹⁴⁵Nd^２＋のイオン強度の測定値）を、それぞれ、[７５]ｍ、［７２．５]ｍとすれば、［式１−１］の［α_ｎ]ｍ、［Ｘ２_ｎ／２]ｍは、それぞれ、［７５]ｍ、［７２．５]ｍに対応する。また、¹⁵⁰Ｎｄと¹⁴⁵Ｎｄの同位体比は、¹⁵⁰Nd／¹⁴⁵Nd＝５．６／８．３（≒０．６７５）（図１参照）として既知であり、これは、［式１−１］のＡ１／Ａ２に対応する。すなわち、¹⁵⁰Nd^２＋によるスペクトル干渉が補正された質量電荷比７５におけるイオン強度を［７５]ｃとすれば、今の例では、［式１−１］は、
［７５]ｃ＝[７５]ｍ−［７２．５]ｍ×５．６／８．３ ［式１−２］
と表される。

質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対する¹⁵⁰Sm^２＋によるスペクトル干渉も同様に補正される。すなわち、質量電荷比７３．５におけるイオン強度の測定値（すなわち、¹⁴⁷Sm^２＋のイオン強度の測定値）に、¹⁵⁰Smと¹⁴⁷Smの同位体比である¹⁵⁰Sm／¹⁴⁷Smを乗じたものを［式１−２］の［７５]ｃからさらに減じることによって、質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対する¹⁵⁰Nd^２＋と¹⁵⁰Sm^２＋の両方によるスペクトル干渉が補正されたイオン強度が得られる。

「Study of a novel interference correction method for doubly-chargedions to improve trace analysis of As and Se in environmental samples by ICP-MS」，Kazumi NAKANO他。European Winter Conference onPlasma Spectrochemistry, Munster, Germany, Feb 23, 2015 Fundmentals of Mass Spectrometry -IsotopeRatio Mass Spectrometry-, p46，Keisuke Nagao, J. MassSpectrom. Soc. Jpn, Vol.59, No.2, 2011

上記の従来の補正方法は、質量分析装置内または該装置外の既存のコンピューティング資源に該補正方法を実行するためのソフトウェアをインプリメントすることによって実装することができるので、質量分析装置に特別な機構を設けることなく、簡単かつ低コストで、スペクトル干渉を補正しうる点で有効なものである。しかしながら、上記の従来の補正方法は、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）などの質量分析装置に一般にみられるマスバイアス効果の影響を考慮していない。マスバイアス効果は、質量分析装置内のイオンの輸送効率がイオンの質量電荷比によって異なるため、該装置の検出器に到達するイオンの数がその質量電荷比によって異なることに起因する。

図２は、既存のＩＣＰ−ＭＳにおけるイオンの質量電荷比と輸送効率の関係（ＩＣＰ−ＭＳの輸送効率の質量電荷比依存性）を示している。たとえば、¹⁵⁰Ndと¹⁴⁵Ndの理論上の同位体比¹⁵⁰Nd／¹⁴⁵Ndは、５．６／８．３（≒０．６７５）であるが、輸送効率は、質量電荷比に応じて変わるために、質量分析装置の検出器に到達する各同位体の強度の比の値は、理論上の同位体比¹⁵⁰Nd／¹⁴⁵Ndとは異なる。したがって、理論上の同位体比を［式１−１］の如くそのまま使用する上記の従来の補正方法は、質量分析装置において生じるマスバイアス効果に起因する誤差を考慮しないために、正確な補正を提供するものではない。

プラズマイオン源を用いた質量分析装置によって測定される分析元素の測定イオンに対する干渉元素の二価イオンのスペクトル干渉を該質量分析装置のマスバイアス効果まで考慮して補正するために、該干渉元素の同位体のうち異なる奇数の質量数を有する２つの同位体の二価イオンのイオン強度の測定値を用いる。尚、本発明による補正方法が適用される測定値を得るための測定においては、通常の分析時に測定される整数値の質量電荷比におけるイオン強度だけでなく、（奇数／２）という非整数値の質量電荷比におけるイオン強度も測定する。そこで、本発明による補正方法が適用される測定値を得るための測定においては、奇数の質量数を有するそれらの同位体の二価イオンのそれぞれの測定値に対応するピークと該ピークに隣接するピークとのオーバーラップを低減ないし除去して、イオン強度の測定精度を高めるために、該質量分析装置の質量分解能を高くする、すなわち、ＦＷＨＭ（半値幅）を、通常の分析時よりも小さくするのが好適である。

いくつかの希土類元素のそれぞれについて、同位体の質量数、同位体存在比、及び二価イオンの質量電荷比を示す。 既存のＩＣＰ−ＭＳのイオンの質量電荷比と輸送効率の関係の一例を示す。 本発明の１実施形態による、既存の質量分析装置を用いたイオン強度の測定及び補正計算のフローを示すフローチャートである。 上段には、既存のＩＣＰ−ＭＳによって２つのセルガスモード（Ｈ_２モードとＨｅモード）で測定された、１ppmの濃度のNdを含むサンプル中のNdの７つの同位体の二価イオンのそれぞれの質量電荷比におけるイオン強度の測定値が記載されており、下段には、上段に示されている質量電荷比７５におけるイオン強度の測定値に対して、「補正なし」の場合の測定値、「従来の補正」を行った場合の補正値、及び「本発明による補正」を行った場合の補正値が、関連するパラメータと共にそれぞれ記載されている。 図４に記載されている「補正なし」の場合の測定値、「従来の補正」を行った場合の補正値、及び「本発明による補正」を行った場合の補正値を、Ｈ_２モードとＨｅモードについてグラフ表示した図である。 各1ppmの16種の希土類元素（REE）（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、及びSc）と共に９．０ppbのAsが存在する試料について質量電荷比７５におけるイオン強度を、既存のＩＣＰ−ＭＳによって２つのセルガスモード（Ｈ_２モードとＨｅモード）で測定したときの測定値に対して、「補正なし」の場合、「従来の補正」による補正をした場合、及び「本発明による補正」をした場合に得られたAsの添加回収率をそれぞれ示す。 既存の誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）のブロック図である。

本発明は、上記の従来の補正方法において、質量分析装置のバイアス効果をさらに考慮したものである。具体的には、本発明による補正方法は、上記の従来の補正方法による計算式である［式１−１］において、ＭＢをマスバイアス補正係数として、
［α_ｎ]ｃ＝［α_ｎ]ｍ−［Ｘ２_ｎ／２]ｍ×Ａ１／Ａ２×ＭＢ ［式２］
とすることによって質量分析装置のマスバイアス効果を考慮し、マスバイアス補正係数ＭＢを、Ｘ２の二価イオンのイオン強度の測定値［Ｘ２_ｎ／２］ｍと、Ｘ２とは異なる奇数の質量数Ｘ３_ｎを有するもう一つの同位体Ｘ３の二価イオンのイオン強度の測定値［Ｘ３_ｎ／２］ｍを用いて求めて、［式２］を計算することによって、マスバイアス効果まで考慮したスペクトル干渉の補正を行うものである。本明細書では、［式２］の［Ｘ２_ｎ／２］ｍ×Ａ１／Ａ２×ＭＢを、分析元素αの測定イオンに対するＸ１^２＋によるスペクトル干渉の干渉量という。尚、本発明の補正方法の対象となりうる干渉元素は、上記のような希土類元素には限定されない。以下の説明からも明らかなように、少なくとも３つの異なる同位体をもつ干渉元素であって、それらの同位体のうちのいずれか２つの同位体の質量数が奇数であり、他の１つの同位体の二価イオンの質量電荷比が分析元素の測定イオンの質量電荷比と互いに同じかまたは質量分析装置で分離できないほど該分析元素の測定イオンの質量電荷比に近い該干渉元素も本発明の補正方法の対象とされる干渉元素になりうる。たとえば、分析元素が質量数２４のMg（マグネシウム）であるときの質量数４８のTi（チタン）や、分析元素が質量数６８のZn（亜鉛）であるときの質量数１３６のBa（バリウム）も本発明の補正方法の対象とされる干渉元素に含まれうる。ここで、質量数４８のTiの二価イオンは質量数２４のMgに対してスペクトル干渉し、かつ、Tiの同位体には、質量数が４８の同位体の他に質量数４７と４９の同位体、すなわち質量数が奇数の２つの同位体が含まれる。また、質量数１３６のBaの二価イオンは質量数６８のZnに対してスペクトル干渉し、かつ、Baの同位体には、質量数が１３６の同位体の他に質量数１３５と１３７の同位体、すなわち質量数が奇数の２つの同位体が含まれる。

以下、本発明による補正方法について説明する。被測定試料中の分析元素をαとする。上記と同様に、分析元素αはイオン化されると一価のイオンになり、したがって、分析元素αの測定同位体の質量数α_ｎと分析元素αの測定イオンの質量電荷比は等しい。該試料中には、その二価イオンが分析元素αの測定イオンに対してスペクトル干渉するところの少なくとも１つの種類の干渉元素（それらのうちの１つの種類の干渉元素をβとする）が含まれており、βの３つの異なる同位体をβ１、β２、及びβ３とし、これらのそれぞれの同位体の二価イオンをβ１^２＋、β２^２＋、β３^２＋とする。β１及びβ２の質量数はいずれも奇数である。β３の二価イオンであるβ３^２＋は、その質量電荷比が質量電荷比α_ｎと同じかまたは質量分析装置の分解能で分離できないほどα_ｎに近いために分析元素αの測定イオンに対してスペクトル干渉する。また、β１、β２、β３の同位体存在比を、それぞれ、Ａ１、Ａ２、Ａ３とし、β１^２＋、β２^２＋、β３^２＋の質量電荷比を、それぞれ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３とし、質量分析装置によって測定されたβ１^２＋、β２^２＋のイオン強度の測定値を、それぞれ、Ｃ１、Ｃ２とする。β３^２＋のイオン強度をＣ３とするが、Ｃ３は、分析元素αの測定イオンに対してスペクトル干渉するために未知の値である。奇数の質量数の同位体の二価イオンであるβ１^２＋、β２^２＋の質量電荷比は整数ではないために、それらの二価イオンのイオン強度は、他のイオンによるスペクトル干渉を受けることなく正確に測定することができる（すなわち、Ｃ１、Ｃ２はいずれも正確に測定することが可能な値である）。

ここで、２つ以上の同位体比間のマスバイアス効果の違いは、２つの同位体間の質量数の差の関数で近似できることが知られている（たとえば特許文献２参照）。
たとえば、ａ、ｂ、ｃを係数として、
Ｃ２／Ｃ１＝Ａ２／Ａ１×（１＋ａ×ΔＭ２１） [式３]
Ｃ２／Ｃ１＝Ａ２／Ａ１×（１＋ｂ）^ΔＭ２１ [式４]
Ｃ２／Ｃ１＝Ａ２／Ａ１×exp（ｃ×ΔＭ２１） [式５]
などと表すことができる。ただし、ΔＭ２１＝Ｍ２−Ｍ１である。
ここで、[式３]の関係を、未知の値Ｃ３にも適用すると、ΔＭ３２＝Ｍ３−Ｍ２として、
Ｃ３／Ｃ２＝Ａ３／Ａ２×（１＋ａ×ΔＭ３２） [式６]
と表すことができ、したがって、
Ｃ３＝Ｃ２×（Ａ３／Ａ２）×（１＋ａ×ΔＭ３２） [式７]
である。ここで、[式３]から、
ａ＝（１／ΔＭ２１）×［（Ｃ２／Ｃ１）／（Ａ２／Ａ１）−１］ [式８]
であり、Ａ１、Ａ２、Ｍ１、Ｍ２は既知で、Ｃ１、Ｃ２は上記のとおり正確に測定可能であるから、[式８]を用いてａを求めることができる。したがって、既知の値であるＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及び、正確に測定可能なＣ１及びＣ２から、[式７]を用いて、未知の値であるＣ３を求めることができる。
[式４]、[式５]の関係についても同様である。すなわち、[式４]の関係を未知の値Ｃ３にも適用すると、ΔＭ３２＝Ｍ３−Ｍ２として、
Ｃ３／Ｃ２＝Ａ３／Ａ２×（１＋ｂ）^ΔＭ３２ [式９]
と表すことができ、したがって、
Ｃ３＝Ｃ２×（Ａ３／Ａ２）×（１＋ｂ）^ΔＭ３２ [式１０]
である。ここで、［式４］から、
ｂ＝［（Ｃ２／Ｃ１）／（Ａ２／Ａ１）］^{1/ΔＭ２１}−１ [式１１]
である。また、[式５]の関係を未知の値Ｃ３にも適用すると、ΔＭ３２＝Ｍ３−Ｍ２として、
Ｃ３／Ｃ２＝Ａ３／Ａ２×exp（ｃ×ΔＭ３２） [式１２]
と表すことができ、したがって、
Ｃ３＝Ｃ２×（Ａ３／Ａ２）×exp（ｃ×ΔＭ３２） [式１３]
である。ここで、［式５］から、
ｃ＝（１／ΔＭ２１）×ln［（Ｃ２／Ｃ１）／（Ａ２／Ａ１）］ ［式１４］
である。［式４］、［式５］のｂ、ｃを、ａと同様に、Ａ１、Ａ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｃ１、Ｃ２から求めることができ、したがって、［式１０］及び［式１３］のＣ３を、［式７］のＣ３と同様に、既知の値であるＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及び、正確に測定可能なＣ１及びＣ２から求めることができる。

［式２］と［式７］、［式１０］、［式１３］のそれぞれとの対比から、
（１＋ａ×ΔＭ３２） ［式１５］
（１＋ｂ）^ΔＭ３２ ［式１６］
exp（ｃ×ΔＭ３２） ［式１７］
は、それぞれ、マスバイアス補正係数ＭＢを表しており、Ｃ３は干渉量を表している。したがって、既知の値Ａ１、Ａ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及び質量分析装置によって測定されたイオン強度の測定値Ｃ１、Ｃ２から、マスバイアス補正係数ＭＢが得られる。質量電荷比α_ｎにおけるイオン強度の測定値の補正値（すなわち、マスバイアス効果まで考慮したスペクトル干渉に対する補正値）[α_ｎ]ｃは、質量電荷比α_ｎにおけるイオン強度の測定値[α_ｎ]ｍからＣ３を減じることによって得られる。Ｃ３を求める式としてたとえば［式７］を用いた場合には、[α_ｎ]ｃは、
[α_ｎ]ｃ＝[α_ｎ]ｍ−Ｃ２×（Ａ３／Ａ２）×（１＋ａ×ΔＭ３２） [式１８]
として得られる。ここでａは［式８］で与えられる。
このように、本発明の主たる特徴は、奇数の質量数を有する干渉元素の２つの同位体の二価イオンはいずれも他のイオンによるスペクトル干渉を受けないために、それらの二価イオンのイオン強度を正確に測定できることから、それらの二価イオンのイオン強度の測定値と共に、それら２つの同位体の既知の理論上の同位体比及びそれら２つの同位体のイオンの質量電荷比の差を用いてマスバイアス補正係数ＭＢをより正確に算出できることに着眼して、それら２つの二価イオンのイオン強度を測定することによって、分析元素の測定イオンに対する該干渉元素の他の１つの同位体の二価イオンによるスペクトル干渉の干渉量を、マスバイアス効果まで考慮してより正確に決定する点にある。

元素β以外にも、干渉元素の二価イオンの質量電荷比が質量電荷比α_ｎと同じかまたは質量分析装置の分解能で分離できないほどα_ｎに近いために、該二価イオンが分析元素αの測定イオンに対してスペクトル干渉を生じる該干渉元素であって、該干渉元素の異なる２つの同位体が奇数の質量数を有する該干渉元素が、該試料中にもう１種類存在する場合がある。この場合には、その干渉元素についても上記と同様にしてマスバイアス効果を考慮したスペクトル干渉の補正をすることができる。たとえばそのようなもう１つの種類の干渉元素をγとすれば、γの同位体のうち、奇数の質量数を有する異なる２つの同位体の二価イオンのイオン強度の測定値を用いて同様にＣ３を計算して、[式１８]の[α_ｎ]ｃからこのＣ３をさらに減算することによって、元素β及びγの２種類の干渉元素について、マスバイアス効果まで考慮してスペクトル干渉を補正することが可能である。

イオン強度の測定と補正計算のフロー
本発明の１実施形態による、既存の質量分析装置（たとえば、図７のＩＣＰ−ＭＳ）を用いたイオン強度の測定及び該測定値の補正値を求めるための補正計算のフローを、図３のフローチャートを参照して説明する。尚、スペクトル干渉の補正の対象とされる干渉元素の種類及びその数、該干渉元素の二価イオンは、分析元素や被測定試料の種類等の要件に応じて、予め選択ないし決定しておくことができる。尚、ここでは、補正計算（下記のステップ３３０及び３４０における計算）は、該質量分析装置に内蔵された演算処理部（たとえば、図７の演算処理部６５）で実施されることが想定されているが、該質量分析装置によって測定されたデータを、該質量分析装置の外部のコンピューティング装置（たとえば、図７の外部コンピューティング装置７０）に転送することによって、それらの補正計算を外部のコンピューティング装置で行うこともできる。

以下では、分析元素αの測定イオンに対するスペクトル干渉の補正の対象として選択されたそのような干渉元素の１つをβとし、該試料中に存在する干渉元素βの異なる３つの同位体をβ１、β２、β３とする。β１、β２、β３の質量数をそれぞれβ１_ｎ、β２_ｎ、β３_ｎとし、β１、β２、β３の二価イオンをそれぞれβ１^２＋、β２^２＋、β３^２＋とする。この場合、β１^２＋、β２^２＋、β３^２＋の質量電荷比は、それぞれ、β１_ｎ／２、β２_ｎ／２、β３_ｎ／２である。また、β１とβ２の質量数β１_ｎ、β２_ｎはいずれも奇数である。

上記と同様に、分析元素αはイオン化されると一価のイオンになり、したがって、分析元素αの測定同位体の質量数α_ｎと分析元素αの測定イオンの質量電荷比は等しい。β３の二価イオンであるβ３^２＋は、その質量電荷比β３_ｎ／２が質量電荷比α_ｎと同じかまたは質量分析装置の分解能で分離できないほどα_ｎに近いために分析元素αの測定イオンに対してスペクトル干渉する。尚、該質量分析装置によって測定されたイオン強度の測定値は、例えば１秒間当たりのイオンカウント数（cps）として、該質量分析装置のメモリ（たとえば、図７の演算処理部６５にある不図示のメモリ）に格納され、また、質量分解能の設定は、質量分析装置が四重極質量分析装置である場合には、図７に関して説明したように、該質量分離部を構成するロッド電極に印加する直流電圧及び高周波交流電圧を適宜調整することによって行う。

先ず、上記のとおり、イオン強度の測定精度を高めるために、ステップ３００において、該質量分析装置の質量分解能を変えて、通常より細いピークに設定する。質量分析装置が四重極質量分析装置である場合には、質量分解能を、通常の分析時の値である０．５〜０．８ａｍｕ（ＦＷＨＭ）よりも高い０．４ａｍｕ（ＦＷＨＭ）以下の値（たとえば０．３ａｍｕ（ＦＷＨＭ））に設定する。

次のステップ３１０において、試料を質量分析装置に導入して、質量電荷比α_ｎにおけるイオン強度を測定し、該測定値[α_ｎ]ｍを上記メモリに格納する。

次に、ステップ３２０において、該試料中のβ１^２＋の質量電荷比β１_ｎ／２におけるイオン強度を測定して、その測定値[β１_ｎ／２]ｍを該メモリに格納し、該試料中のβ２^２＋の質量電荷比β２_ｎ／２におけるイオン強度を測定して、その測定値[β２_ｎ／２]ｍを該メモリに格納する。ここで、元素β以外の干渉元素（該元素をγとする）がスペクトル干渉の補正を行う干渉元素として選択されている場合には、同様に、その２つの異なる同位体のそれぞれの二価イオンの質量電荷比におけるイオン強度を測定する。この場合、元素γは、元素βと同様に、その異なる３つの同位体γ１、γ２、γ３のうち、γ１とγ２はいずれも奇数の質量数（それぞれ、γ１_ｎ、γ２_ｎとする）を有する。βの場合と同様に、γ１とγ２のそれぞれの二価イオンであるγ１^２＋、γ２^２＋の質量電荷比γ１_ｎ／２、γ２_ｎ／２におけるイオン強度を測定して、それぞれの測定値［γ１_ｎ／２]ｍ、[γ２_ｎ／２]ｍを該メモリに格納する。スペクトル干渉の補正の対象として選択された全ての種類の干渉元素について、それぞれの二価イオンの質量電荷比におけるイオン強度の測定及び測定値の該メモリへの格納が終了したら、ステップ３３０に進む。

ステップ３３０では、ステップ３２０で得られた [β１_ｎ／２]ｍ、[β２_ｎ／２]ｍを用いて、β３^２＋による干渉量Ｃ３を求める。Ｃ３を求める式として［式７］を用いる場合には、上記［式７］ないし［式８］のＣ１、Ｃ２に、[β１_ｎ／２]ｍ、[β２_ｎ／２]ｍをそれぞれ代入し、Ａ１、Ａ２、Ａ３に、β１、β２、β３のそれぞれの同位体存在比を代入し、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に、β１、β２、β３のそれぞれの二価イオンの質量電荷比を代入して、β３^２＋による干渉量Ｃ３を計算する。ステップ３２０において、β以外の干渉元素についてもβと同様に、奇数の質量数を有する異なる２つの同位体の二価イオンのイオン強度が測定されている場合には、該干渉元素についても同様に干渉量Ｃ３を計算する。［式７］の代わりに［式１０］または［式１３］を用いて、同様に干渉量Ｃ３を求めることもできる。

次に、ステップ３４０において、ステップ３１０で得られた質量電荷比α_ｎにおけるイオン強度の測定値[α_ｎ]ｍから、それぞれの干渉元素についてステップ３３０で得られた干渉量Ｃ３を順次減算して、測定値[α_ｎ]ｍの補正値[α]ｃを求める。スペクトル干渉の補正の対象として２つの種類の干渉元素が選択されている場合に、それぞれの干渉元素について得られた干渉量をＣ３_１、Ｃ３_２とすれば、
[α_ｎ]ｃ＝[α_ｎ]ｍ−（Ｃ３_１＋Ｃ３_２）
である。補正値[α_ｎ]ｃは、スペクトル干渉の補正の対象として選択された全ての干渉元素によるスペクトル干渉が、質量分析装置のマスバイアス効果まで考慮して補正された値である。その後、[α_ｎ]ｃの値を使い、別に測定された検量線をもとに濃度への変換を行う。

具体的な測定及び計算の例
次に、試料中に分析元素As（質量数７５）と共に干渉元素Nd及びSmが存在する場合に、スペクトル干渉の補正対象の干渉元素としてNd及びSmを選択した場合の測定及び補正計算フローを、図３のフローに沿って説明する。ここでは、質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対する¹⁵⁰Nd^２＋によるスペクトル干渉に対しては、質量電荷比７２．５及び７１．５におけるイオン強度の測定値（すなわち、¹⁵⁰Ndの２つの同位体である¹⁴⁵Nd及び¹⁴³Ndのそれぞれの二価イオン¹⁴⁵Nd^２＋及び¹⁴³Nd^２＋のイオン強度の測定値）を用いて補正を行い、質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対する¹⁵⁰Sm^２＋によるスペクトル干渉に対しては、質量電荷比７３．５及び７４．５におけるイオン強度の測定値（すなわち、¹⁵⁰Smの２つの同位体である¹⁴⁷Sm及び¹⁴⁹Smのそれぞれの二価イオン¹⁴⁷Sm^２＋及び¹⁴⁹Sm^2＋のイオン強度の測定値）を用いて、¹⁵⁰Nd^２＋に対するのと同様の補正を行う。

先ず、ステップ３００において、該質量分析装置の質量分解能を、通常より細いピーク、たとえば０．３ａｍｕ（ＦＷＨＭ）に設定する。

次のステップ３１０において、質量分析装置に導入された試料について、質量電荷比７５におけるイオン強度の測定値[７５]ｍを測定し、該測定値[７５]ｍを上記メモリに格納する。

次のステップ３２０において、質量電荷比７１．５におけるイオン強度（すなわち、¹⁵⁰Ndの同位体¹⁴³Ndの二価イオン¹⁴³Nd^２＋のイオン強度）を測定して、該測定値［７１．５］ｍを該メモリに格納し、さらに、質量電荷比７２．５におけるイオン強度（すなわち、もう１つの同位体¹⁴⁵Ndの二価イオン¹⁴⁵Nd^２＋のイオン強度）を測定して、該測定値［７２．５］ｍを該メモリに格納する。今の例では、スペクトル干渉の補正の対象とする干渉元素としてSmも選択されているので、質量電荷比７３．５及び７４．５におけるイオン強度（すなわち、¹⁴⁷Sm^２＋及び¹⁴⁹Sm^2＋のイオン強度）を同様に測定して、それらの測定値[７３．５]ｍ及び[７４．５]ｍを該メモリに格納する。

次のステップ３３０では、ステップ３２０において該メモリに格納された測定値を読み出して、それらの測定値を用いて、¹⁵⁰Nd^２＋と¹⁵⁰Sm^２＋のそれぞれによる干渉量Ｃ３をそれぞれ求める。Ｃ３を求める式として[式７]を用いる場合には、測定値［７１．５］ｍ、［７２．５］ｍ、及び、¹⁴³Nd、¹⁴⁵Nd、¹⁵⁰Ndの同位体存在比を、上記[式７]ないし[式８]のＣ１、Ｃ２、Ａ１、Ａ２、Ａ３にそれぞれ代入し、¹⁴³Nd^２＋、¹⁴⁵Nd^２＋、¹⁵⁰Nd^２＋の質量電荷比を、上記[式７]ないし[式８] のＭ１、Ｍ２、Ｍ３にそれぞれ代入して、¹⁵⁰Nd^２＋による干渉量Ｃ３を求める。同様に、測定値［７３．５］ｍ、［７４．５］ｍ、及び、¹⁴⁷Sm、¹⁴⁹Sm、¹⁵⁰Smの同位体存在比を、上記[式７]ないし[式８]のＣ１、Ｃ２、Ａ１、Ａ２、Ａ３にそれぞれ代入し、¹⁴⁷Sm^２＋、¹⁴⁹Sm^2＋、¹⁵⁰Sm^２＋の質量電荷比を、上記[式７]ないし[式８]のＭ１、Ｍ２、Ｍ３にそれぞれ代入して、¹⁵⁰Sm^２＋による干渉量Ｃ３を求める。[式７]の代わりに[式１０]または[式１３]を用いて、¹⁵⁰Nd^２＋と¹⁵⁰Sm^２＋のそれぞれによる干渉量Ｃ３を同様に求めることもできる。

次のステップ３４０において、ステップ３１０において該メモリに格納された[７５]ｍを読み出して、該[７５]ｍから、ステップ３３０で得られた¹⁵⁰Nd^２＋による干渉量Ｃ３及び¹⁵⁰Sm^２＋による干渉量Ｃ３を減じることによって、質量電荷比７５の⁷⁵Asイオンに対する¹⁵⁰Nd^２＋と¹⁵⁰Sm^２＋の両方のスペクトル干渉が補正された分析元素Asの測定イオンの質量電荷比におけるイオン強度の補正値[７５]ｃを得る。

測定及び補正結果の例
本発明の１実施形態による、既存の質量分析装置を用いたイオン強度の測定によって得られた測定値に対して、干渉量Ｃ３を求める式として[式７]を用いる本発明による補正方法を適用したときの補正結果の１例を図４に示す。図４の上段には、既存のＩＣＰ−ＭＳによって、１ppmの濃度のNdマトリックス（該マトリックスには、Asは含まれていない）をＨ_２モードとＨｅモードの２つの測定モードで測定して得られた、Ndの７つの同位体の二価イオンのそれぞれの質量電荷比におけるイオン強度の測定値（cps）が示されている。

図４の下段には、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の値として、図４の上段中の質量電荷比７１．５、７２．５、７５（¹⁴³Nd^２＋、¹⁴⁵Nd^２＋、¹⁵⁰Nd^２＋の質量電荷比）がそれぞれ記載されており、Ａ１、Ａ２、Ａ３の値として、¹⁴³Nd、¹⁴⁵Nd、¹⁵⁰Ndの同位体存在比がそれぞれ記載されている。図中のΔＭ２１は、Ｍ２−Ｍ１、ΔＭ３２は、Ｍ３−Ｍ２である。また、Ｃ１、Ｃ２の値として、図４の上段の質量電荷比７１．５、７２．５におけるイオン強度の測定値（cps）がそれぞれ記載されており、ＭＢの値として、[式８]及び［式１５]によって計算されたマスバイアス補正係数が記載されている。

図４の下段の最後の３行には、図４の上段に示されている質量電荷比７５におけるイオン強度の測定値（Ｈ_２モードとＨｅモード）に対して、「補正なし」の場合（すなわちスペクトル干渉の補正を行わなかった場合）の測定値、「従来の補正」をした場合（すなわち上記の従来の補正方法によって¹⁵⁰Nd^２＋によるスペクトル干渉を補正した場合）の補正値、「本発明による補正」をした場合（ここでは、干渉量Ｃ３を求める式として[式７]を用いる本発明の補正方法によって¹⁵⁰Nd^２＋によるスペクトル干渉を補正した場合）の補正値がそれぞれ記載されている。図４の下段の「補正なし」の行に示されているように、質量電荷比７５に対する¹⁵⁰Nd^２＋のスペクトル干渉を、従来の補正方法と本発明による補正方法のいずれによっても補正しなかった場合には、１ppmのNdは、質量電荷比７５におけるイオン強度の測定値として、Ｈ_２モードで8127cpsを生じ、Ｈｅモードで28143cpsを生じている。

ここで、Asを含まず質量電荷比７５のイオンとして¹⁵⁰Nd^２＋のみが存在する該マトリックスについて、該マトリックスには存在しない質量電荷比７５の分析元素の測定イオンに対する¹⁵⁰Nd^２＋による干渉量が理想的に補正された場合には、質量電荷比７５におけるイオン強度の補正値は、¹⁵⁰Nd^２＋の実際のイオン強度の測定値とそれによる干渉量とが相殺して理論上はゼロになる。ところが、上記従来の補正方法を適用した場合には、「従来の補正」の行に示されているように、質量電荷比７５におけるイオン強度の補正値は、「補正なし」の場合の値よりはかなり小さいものの、依然として、1082cps（Ｈ_２モード）、3248cps（Ｈｅモード）という比較的大きな値を生じている。これは、従来の補正方法が、マスバイアス効果による¹⁵⁰Nd／¹⁴⁵Ndの理論値からのずれを考慮していないことに主に起因する。

これに対して、本発明による補正方法を適用した場合には、「本発明による補正」の行に示されているように、Ｈ_２モードとＨｅモードのそれぞれにおいて、質量電荷比７５におけるイオン強度の補正値は、318cps、498cps（いずれも絶対値）となっており、これらは、従来の補正方法を適用した場合に比べて非常に小さい値（理想値のゼロにより近い値）であり、極めて良好な補正値が得られたことがわかる。これは、本発明による補正方法が、¹⁵⁰Nd^２＋による干渉量の計算において、マスバイアス効果をも考慮した補正をした結果である。

図５の（i）、（ii）、(iii)は、それぞれ、図４の「補正なし」の場合のイオン強度の測定値（cps）、該測定値に対して、「従来の補正」を行った場合の補正値（cps）、及び「本発明による補正」を行った場合の補正値（cps）を、Ｈ_２モードとＨｅモードのそれぞれについてグラフ表示した図である。

図６は、各1ppmの１６種の希土類元素（REE）（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、及びSc）と共に９．０ppbのAsが存在する試料について、既存のＩＣＰ−ＭＳによって２つのセルガスモード（Ｈ_２モードとＨｅモード）でイオン強度を測定したときの測定値に対して、「補正なし」の場合（すなわちスペクトル干渉の補正を行わなかった場合）、「従来の補正」による補正をした場合（すなわち上記の従来の補正方法によって¹⁵⁰Nd^２＋及び¹⁵⁰Sm^２＋によるスペクトル干渉を補正した場合）、及び「本発明による補正」をした場合（ここでは、干渉量Ｃ３を求める式として[式７]を用いる本発明による補正方法によって¹⁵⁰Nd^２＋及び¹⁵⁰Sm^２＋によるスペクトル干渉を補正した場合）に得られたAsの添加回収率をそれぞれ示している。図６に示されているように、本発明による補正方法を適用した場合には、従来の補正方法も本発明による補正方法も適用しなかった場合はもちろん、従来の補正方法を適用した場合よりも、極めて良好な（すなわち１００％により近い）Asの添加回収率が得られた。

Claims (10)

1. プラズマイオン源を用いた質量分析装置によって測定される試料中の分析元素の測定イオンに対する干渉元素の二価イオンによるスペクトル干渉を補正する方法であって、
   前記試料中に３つの異なる同位体をもつ少なくとも１つの種類の干渉元素が存在し、そのいずれか２つの同位体（これら２つの同位体を、それぞれ、「第１の同位体」、「第２の同位体」といい、他の１つの同位体を「第３の同位体」という）が奇数の質量数を有する場合において、
   前記少なくとも１つの種類の干渉元素について、前記試料中の前記第１の同位体の二価イオンのイオン強度の測定値と、前記試料中の前記第２の同位体の二価イオンのイオン強度の測定値を用いて、前記分析元素の測定イオンに対する前記第３の同位体の二価イオンによるスペクトル干渉の干渉量を算出するステップと、
   前記質量分析装置によって測定された前記試料中の分析元素の測定イオンの質量電荷比におけるイオン強度の測定値から、前記少なくとも１つの種類の干渉元素について算出された干渉量を減算して、前記分析元素の測定イオンの質量電荷比におけるイオン強度の補正値を求めるステップ
   を含む方法。
2. 前記少なくとも１つの種類の干渉元素の各々について、前記第１の同位体の二価イオンのイオン強度の測定値、前記第２の同位体の二価イオンのイオン強度の測定値をそれぞれ、Ｃ１、Ｃ２とし、前記第１の同位体、前記第２の同位体、及び前記第３の同位体の同位体存在比をそれぞれ、Ａ１、Ａ２、Ａ３とし、前記第１の同位体の二価イオン、前記第２の同位体の二価イオン、及び前記第３の同位体の二価イオンの質量電荷比を、それぞれ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３としたときに、
   前記少なくとも１つの種類の干渉元素の各々の前記第３の同位体の二価イオンによるスペクトル干渉の前記干渉量が、
   Ｃ２×（Ａ３／Ａ２）×［（１＋ａ×（Ｍ３−Ｍ２）］
   として算出され、ここで、ａは、
   ［１／（Ｍ２−Ｍ１）］×［（Ｃ２／Ｃ１）／（Ａ２／Ａ１）−１］
   である、請求項１に記載の方法。
3. 前記質量分析装置に四重極質量分析装置が用いられる場合に、該質量分析装置の質量分解能が０．４ａｍｕ（ＦＷＨＭ）以下に設定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記分析元素は、AsまたはSeである、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記分析元素がAsの場合には、前記少なくとも１つの種類の干渉元素は、NdとSmのいずれか、またはNd及びSmであり、前記分析元素がSeである場合には、前記少なくとも１つの種類の干渉元素は、GdとDyのいずれか、または Gd及びDyである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの種類の干渉元素は、Nd、Sm、Gd、及びDyの中から選択される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
7. 干渉量を算出する前記ステップ及び補正値を求める前記ステップが、前記質量分析装置の外部のコンピューティング装置によって実施される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 干渉量を算出する前記ステップ及び補正値を求める前記ステップが、前記質量分析装置に内蔵されたデータ処理手段によって実施される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
9. 前記質量分析装置が、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）、マイクロウェーブプラズマ質量分析装置、またはグロー放電質量分析装置（ＧＤＭＳ）である、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記質量分析装置が、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）、マイクロウェーブプラズマ質量分析装置、またはグロー放電質量分析装置（ＧＤＭＳ）であって、前記質量分析装置が、請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実施する、質量分析装置。
    

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