JPH01311554A

JPH01311554A - プラズマイオン化質量分析計

Info

Publication number: JPH01311554A
Application number: JP63141704A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mitsui; 泰裕三井; Soji Shimura; 志村　聡司; Tsutomu Komoda; 菰田　孜
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1989-12-15
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JP2753265B2; DE3918948A1; DE3918948C2; US4948962A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はプラズマイオン化質量分析計に係り、特にプラ
ズマイオン化質量分析計の実用化上重要な妨害イオンの
除去に好適な妨害イオン除去機構を具備したプラズマイ
オン化質量分析計に関する。

〔従来の技術〕

従来のプラズマイオン化質量分析計はアルせン、または
窒素ガスをプラズマ発生用ガスとし、導入結合プラズマ
（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓ
ｍａ　：ＩＣＰ）あるいはマイクロ波導入プラズマ（Ｍ
ｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｌａｓ＋ｓａ　
：　Ｍ　Ｉ　Ｐ　）でイオンを生成し、そのイオンを質
量分析計に導入し、質量分析を行うものであった。この
種の装置は、ぶんせき　１９８７，７　（１９８７年）
第４８０頁から４８４頁、アナリテイカル　ケミストリ
ー５２、（１９８０年）第２２８３頁から２２８９頁（
＾ｎａ１．ｃｈａｍ、、　５２．　（１９８０）ｐｐ２
２８３−２２８９）、アナリテイカル　ケミストリー５
９、（１９８７年）第１６６４頁から第１６７０頁（Ａ
ｎａｌ、Ｃ：ｈａｍ、、　５９．　（１９８７）ｐ　ｐ
　１６６４−１６７０）、特開昭６２−２１９４５２に
記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

プラズマイオン化質量分析計（Ｉ（：Ｐ質量分析計：　
ＩＣＰＭＳ、ＭＩＰ質量分析計：ＭＩＰＭＳ）の概要は
第９図に示される０通常は固体試料中の超微量元素成分
を分析することが目的である。試料は酸あるいは有機溶
剤等で溶解され、溶液試料として霧化器に送られ、ここ
で霧化された試料がアルゴン、窒化等のキャリアガスで
イオン化部１に導入される。イオン化部１にはＩＣＰま
たはＭＩＰが形成されており、このプラズマ内で導入さ
れた試料がイオン化される。プラズマは１気圧である。

生成されたイオンは差動排気領域３，４を経て高真空の
質量分析部５に導入され、質量電荷比（ｍ／ｚ、ｍ：イ
オン質量、ｚ：電荷数）に応じて分離された後、検出さ
れる。

上記従来技術ではプラズマ内で生成された妨害イオンの
除去に対する配慮がされておらず、これがＩＣＰ質量分
析計（ＩＣＰＭＳ）またはＭＩＰ質量分析計（ＭＩＰＭ
Ｓ）の実用上大きな問題点であった。すなわち、アルゴ
ンを用いたＩＣＰＭＳにおいてはイオン源に導入される
主成分のアルゴン、および不純物としての窒素、水溶液
試料とするための酸、水分等に起因するイオンが主イオ
ンとして生成する。

これらのアルゴン、窒素、酸、水分等のイオン源に導入
される量は同時に導入される試料中の目的微量元素成分
量に比べてはるかに多い、従ってプラズマ内で生成され
るイオンもアルゴン、窒素。

酸、水分等に起因するイオンの量が目的成分イオンの量
に比べてはるかに多い。また、アルゴン。

窒素＋Ｍｔ水分等に起因するイオンの種類の例を表１　
（表１の妨害イオン）に示すが、その種類は多い。

表　　１これらのイオンは試料に起因しないイオンであってパッ
クグラウンドイオンとなる。従来の装置ではバックグラ
ウンドイオンと試料イオンが混合状態で質量分析部に導
入され、質量分離される。

従って、バックグラウンドイオンと試料イオンが同一質
量電荷比を持つ場合は、その質量電荷比の位置に出現す
るピークはパックグラウンドイオンピークと試料イオン
ピークの両方を含んでいる。

しかも、バックグラウンドイオンの量が試料イオンの量
よりもはるかに多いので出現するピークは大部分がバッ
クグラウンドイオンとなり、試料イオンピークは著しい
妨害を受け、実際に測定不可能となる。例えば表１に示
されるように分析目的成分が質量電荷比（ｍ／ｚ）４０
のＣａであった場合、Ｃａ＋ピークは同−ｍ／ｚに出現
するＡｒ＋ピークと重なり、しかもＣａ＋ピークよりＡ
ｒ＋ピークが圧倒的な高いのでｍ　／　ｚ　４０に出現
するピークは殆んどがＡｒ＋であり、Ｃａは検出不可能
となる０表１に示さるように妨害を受ける元素の種類は
多い、ＩＣＰＭＳは検出感度の高い分析装置であるが、
この妨害がＩＣＰＭＳの実用上の大きな問題点であった
。

また、プラズマ内で生成された励起分子は中性子である
ために質量分析計で質量分離されずに電子増倍管に到達
する。電子増倍管ではこの励起分子が電子を発生するの
でノイズの原因となるため。

励起分子の存在はプラズマイオン化質量分析計の高感度
化に対し大きな障害となっていた。

これはＭＩＰＭＳにおいても全く同様である。

本発明はこの妨害イオンおよび励起分子を効率良く除去
し、従来検出不可能であった元素種を拡大させるととも
にプラズマイオン化質量分析計の高感度化を達成するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的はイオンが質量分析計に導入される以前に妨害
イオンおよび励起分子を効率良く除去することにより達
成される。

〔作用〕

プラズマイオン化質量分析計ではプラズマ内に導入され
た試料がプラズマによってイオン化される。プラズマ内
で生成されるイオン種は試料イオンの他にアルゴン、窒
素、酸、水分等に起因するＡ　ｒ　”　ｇ　Ａ　ｒ　ｚ
”　ＨＮ　ｚ”　？　Ａ　ｒ　Ｏ”　＠　Ｏｚ十等の多
種類のイオンがあり、これらが測定対象イオンに妨害を
与える（表１）、プラズマイオン化質量分析計で測定対
象となるのは通常、金属元素およびＣ１Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ
１．Ｓ等の元素である。

表１に示される妨害イオンは測定対象元素イオンに比べ
て通常高いエネルギ状態にある。すなわち、妨害を与え
る成分のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）は妨害を受ける
元素のＩＰよりも高い。

例えばｍ　／　ｚ　４０のＡｒのＩＰは１５．８ｅＶで
ＣａのＩＰは６．１ｅＶ　、ｍ／ｚ２８のＮ２のＩＰは
１５．６　ｅＶでＳｉのＩＰは８，２ｅＶのように妨害
を与える成分と妨害を受ける元素ではＩＰに大きな差が
ある。

このＩＰの差を利用することにより、妨害イオンを除去
することが可能である。この原理を以下に説明する。こ
妨害成分をＡ、測定対象元素をＢ、ＡとＢの中間のＩＰ
を持つ第３物質をＣとする。

Ａ＋とＢ＋のイオンが共存する気相中に中性分子Ｃを存
在させるとＡのＩＰはＣのＩＰより高いため、このＩＰ
の差により。

Ａ＋＋　Ｃ−＋　Ａ　＋　Ｃ＋　　　　　　　　　・・
・（１）の電荷交換反応が起こる。またＢのＩＰはＣの
ＩＰより低いためにＢ＋とＣが衝突しても電荷交ら換反応は起二妙ない０反応（１）のようなイオン−分子
反応は活性化エネルギを殆ど持たない極めて高速の反応
であり、しかも逆反応は起こらない。

従って気相中に存在するイオンＢ÷とＣ＋になり、測定
対象元素イオンＢ＋に妨害を与えるＡ◆は除去すること
ができる。このＣ＋がＢ＋と異なる質量電荷比（ｍ／ｚ
）を持てば１分析部でイオンが質量分離および検出され
た時、Ｂ＋のｍ／ｚの位置に出現するピークはＢ＋のみ
のピークとなる。

第３物質ＣとしてはＡとＢの中間のＩＰを持つものであ
れば良いが、複雑な分子構造を持つ有機物のような分子
はプラズマから分析部に到達する間に分子が解離し複雑
な質量スペクトルを与える恐れがあるので、できるだけ
単純構造の分子が望ましい。

ｍ／ｚ２８のＮＺ＋とＳｉ＋、ｍ／ｚ４０のＡｒ＋とＣ
ａ＋を例にとると第３物質としてＫｒ、Ｘｓが有効であ
る。各々のＩＰとｍ／ｚを表２に示す。

表２このＩＰの関係から、Ｎｚ＋とＳｉ＋の混合系にＫｒま
たはＸｓを存在させるとＮ　ｘ＋　＋　Ｋ　ｒ又はＸ　ｅ−−Ｋ　ｒ十又はＸｅ
＋＋Ｎｚ　　−（２）の反応だけが起こり、Ｎ２＋は電
荷を失うので、分析部ではｍ　／　ｚ　２　Ｂのイオン
としてＳｉ＋のみを検出できる。Ａｒ＋とＣａ＋の場合
も同様にＡｒ＋＋Ｋｒ又はＸ　ｅ　−−Ｋ　ｒ十又はＸ
　ｅ　＋　＋　Ａ　ｒ・・・（３）からｍ／ｚ４０ではＣａ＋のみを検出できる。

通常、プラズマイオン化質量分析計で測定対象となる元
素は殆どがＸｓよりも低いＩＰを持つ。

また表１に示される妨害成分は殆どがＸｓより高いＩＰ
を持つ、従って、Ｘｓはプラズマイオン化質量分析計の
殆どの測定対象元素に対して極めて有効であるａＫｒの
場合は妨害成分のうちＫｒよりも低いＩＰを持つものも
あるので注意を要する。

本手法では妨害イオンの替りに第３物質のイオンが検出
される。すなわち、第３物質がＫｒの場合はｍ／ｚ７８
．ｇｏ、８２，８３，８４，８６に、Ｘｓの場合はｍ／
ｚ　１２４，１２６，１２８゜１２９．１３０，１３１
，１３２，１３４，１３６にピークが出現する。従って
、Ｋｒ十またはＸｅ＋に妨害される元素が考えられるが
、Ｋｒ＋の場合は７＆Ｓｅ、δＯ８ｅ、Ｘｅの場合はＩ
ＩＩ’Ｔａ。

”’Ｃｓ　等でその種類は極めて少ない。１３３Ｃｓは
Ｘｅとｍ／ｚが一致しないが、質量分析計の分解能が低
い場合、””Ｘ　ｅ　、　”’Ｘ　ａに影響される。

しかし、このようにＫｒ又はＸｅによる妨害を受ける元
素が試料中に存在する場合でも従来のＸｅ。

Ｋｒを存在させない測定方法よるか、あるいは第３物質
として他の物質（例えばＣｏｔ、Ｎｏ等）を選択すれば
良いので問題は無い。

反応（１）で妨害イオンを効率良く除去するためには反
応（１）の反応機会が多いことが重要である。

このためにはＡ＋とＣの衝突確祭の高いこと、すなわち
、第３物質の分圧が高いことが有利である。

従ってプラズマイオン化質量分析計では１気圧のプラズ
マイオン源で生成されたイオンを１Ｏ−４Ｐａ付近の質
量分析計に導入するが、高真空である分析部より、イオ
ン源側に近い低真空が扱える領域で反応（１）を起こさ
せることが望ましい６以上述べた第３物質を存在させる
手法はプラズマイオン化質量分析計の高感度化に対して
も有効である。プラズマイオン化質量分析計は高感度な
元素分析計であるが、より高感度化を図ることに対する
障害の一つとして、プラズマ生成ガスまたは試料キャリ
アガスの励起分子がある。プラズマ生成ガス、または試
料キャリアガスとしてはアルゴンが一般に用いられてい
る。Ａｒはプラズマ内で励起状ｍ（Ａ　ｒｅ）としても
存在する。Ａ　ｒ　”はライフタイムが長く、電荷を持
たないので質量分析計の電場又は磁場の影響を受けずに
、すなわち質量分離されることなく、チャンネルトロン
やエレクトロンマルチプライア等の検出器に到達する。

検出器に到達したＡ　ｒ　”はイオンと同様に二次電子
を発生させるので、ノイズの原因となりＳ／Ｎを著しく
低下させる。従ってＡｒｅを除去することはプラズマイ
オン化質量分析計の高感度化に対し、極めて重要である
。

このＡｒｅの除去に対しても前記第３物質を存在させる
方法が有効である。Ａｒｅのエネルギーは１１．７ｅＶ
であり、これより低いＩＰを有する物質をＣとするとＡ　ｒ”＋　Ｃ→Ｃ”＋Ａ　ｒ　＋　ｅ−−（４）によ
りＣをイオン化し、Ａｒｍは基底状態になる。

そこでＡ　ｒ　”と測定対象元素のＩＰとの中間のＩＰ
を有する物質（例えばＮｏ、Ｉ　Ｐ＝９．３ｅＶ）を存
在させるとＡ　ｒ　”は消去され、測定対象元素イオン
は第３物質に影響されない、新たに生成されるＣ＋は質
量分離され、Ｃ＋のｍ／ｚ位置にのみピークを与える。

従ってｍ／ｚの走査範囲全域に出現するＡｒｅによるノ
イズは低減されるので、プラズマイオン化質量分析計の
高感度化に極めて有効である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

試料は溶解された後、霧化器（超音波霧化器。

噴霧器等）で霧化され、霧状試料１６としてキャリアガ
ス（アルゴン、窒素等）でイオン源１に導入される。イ
オン源には同時にプラズマガス１８（アルゴン、窒素等
）および補助ガス１７（アルゴン、窒素等）が導入され
ており、１気圧下で高周波コイル７によってプラズマが
プラズマ領域２に形成される。プラズマ内では測定対象
元素イオンとプラズマガス、キャリアガス、補助ガス、
試料を溶解するための水、酸等およびガス中不純物に起
因するイオン（表１の妨害イオン）が生成される。イオ
ンの量としては測定対象元素イオンより、妨害イオンが
はるかに多く生成される。これらのイオンは第１細孔電
極８の細孔を通して、第１差動排気領域３へ導入される
。第１差動排気領域は排気ポンプ１３によって減圧状態
にある。

通常のプラズマイオン化質量分析計ではプラズマ内で生
成されたイオンがこの゛第１差動排気領域３、第２差動
排気領域４を経て分析部５に導入され、引き出し電極１
０により効率的に質量分析計１１に入り質量分離される
１分離されたイオンは電子増倍管１２で検出され、記録
部６に記録される。第１差動排気領域４は排気ポンプ１
４で、分析部５は排気ポンプ１５で排気されている。質
量分析計１１のイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）でイオン
を分離するので異なるイオン種であっても同一　ｍ　／
　ｚを有する複数のイオンを分離することができない、
従って、イオン源で生成された妨害イオンと同−ｍ／ｚ
を有する測定対象元素イオンは妨害イオンから分離でき
ないため、検出不可能となる。　この問題を解決するた
め１本発明では第１差動排気領域にガス導入管１９を用
いて中間イオン化ポテンシアル（ＩＰ）ガス２０を導入
することを特徴としている。中間ＩＰガスとしては妨害
成分と測定対象元素の中間のＩＰを有するガスが選ばれ
る。アルゴン、窒素によるプラズマイオン化法ではキセ
ノン、クリプトンが有効である。

この差動排気領域３で前記した反応（１）により妨害イ
オンを除去している。効率良く妨害イオンを除去するた
めには領域３における中間ＩＰ成分の分圧を高くし、妨
害イオンと中間ＩＰガス分子との衝突確率を高めること
が重要である。中間ＩＰガスの分圧を上昇させるために
は中間ＩＰガス２０の導入量を増加させれば良い、この
場合、導入量が多くなるとキセノンのような高価なガス
を使用する場合は問題である。しかし、本発明によるガ
ス導入量は１０００１０００ｓｃ気圧で１Ω／分）以下
で十分であるから実用上大きな問題とはならない、もし
価格を問題としなければ妨害イオン除去のために、プラ
ズマガス１８．補助ガス１７および試料キャリアガスと
して従来のアルゴンの代りにキセノンを使用すれば少な
くともＡｒに起因する妨害イオンは除去できるので効果
はある。しかし、従来のプラズマイオン化質量分析計で
使用するガス量は１０００１００００ｓｅ気圧で上１０ｆｉ／分）以モであり、また測定時以外にもプラズ
マ安定化のために長時間ガスを流す必要が有るのでキセ
ノンの使用は実際上極めて困難である。

これに対し１本発明による中間ＩＰガス導入量は１７１
０以下であり、しかも測定時のみに中間ＩＰガスを導入
すれば良いので中間ＩＰガス使用量はさらに少なくなる
。

中間ＩＰガス導入量をさらに低減させるために以下の考
慮もなされている。領域３におけるイオン軌道内の中間
ＩＰガス分子密度を増加させるために排気ポンプ１３で
のガス排気量を低減させて。

第２細孔電極９を通過するガス量を増加させる。

これにより、第２細孔電極９の細孔を通る中間ＩＰガス
分子が増加するので、この細孔近傍でのイオンと中間Ｉ
Ｐガス分子の衝突確率が高くなる。

従って、衝突確率を低減させずに中間ＩＰガス導入量を
低減することができる。

また、イオン軌道内の中間ＩＰガス分子密度向上のため
、イオン軌道に向かって中間ＩＰガスを導入することが
望ましい、この場合、一方向から中間ＩＰガスを導入す
るとイオン軌道を乱すので。

イオン軌道の円周方向から均一に中間ＩＰガスを導入す
る。第２図、第３図に本発明のプラズマイオン化質量分
析計に好適なガス導入機構を示丸中間ＩＰガス導入管２
２．２６を用いて中間ＩＰガスを導入する。第２図、第
３図の構造の中間ＩＰガス導入管では真空チャンバ２３
内のイオン軌道（イオンビーム）２４円周方向に設置さ
れた導入管細孔２５，２７からイオンビーム中心に向か
って均一に中間ＩＰガスが導入される。

さらに第１図ではイオン軌道の乱れを減少させるだめに
電極８と電極９の間に電位差を設定できるようになって
いる。電極８より電極９の電位を低く設定することによ
り、イオンは電極９方向に加速され、また電極９の円錐
形状によりイオンは電極９の細孔に向かって収束作用を
受ける。従って、中性分子の流れは中間ＩＰガス導入に
よって乱されてもイオンの流れは乱されることが少ない
。

領域３で妨害イオンと中間ＩＰガス分子との電荷交換反
応（１）を行わせるためには基底状態の中間ＩＰ分子が
必要である。プラズマ内から領域３にイオン、中性分子
とともに導入される電子は断熱膨張によりその温度が下
がるが、領域３の圧力状態により十分に冷却されない場
合もある。この電子によって中間ＩＰガス分子がイオン
化された場合は反応（１）は起こらない。この障害を除
去するために第１図では網目電極２１が設定可能となっ
ている。網目電極２１には負電位が設定されており、こ
の網目電極２１をイオンは透過するが電子は透過しない
ようになっている。網目電極２１の後方に中間ＩＰガス
を導入することにより、電子の領域３への侵入が防止で
き中間ＩＰガス分子がイオン化されることは低減される
。この網目電極２１は網目形状に限らず１円筒のような
形状であっても良い。またこの電極を用いる代りに前記
電極８と電極９の間に電位差を設定する方法で電子を反
発させても良い。

以上の構造を有する領域３ではプラズマ内で生成され、
電子増倍管１２に到達した時にノイズ発生源となる励起
分子（例えばＡｒｅ）も効率良く除去できる。領域３に
プラズマ内より導入された励起分子は中間ＩＰ分子２０
と反応（４）を起こし、基底状態となる。

以上、述べたように領域３で妨害イオンおよび励起分子
が除去された後、測定元素イオンは第２差動排気領域を
経て、分析部５に尋人され、質量分析計１１で質量分離
され、電子増倍管１２に到達する。従って、本発明によ
れば測定可能な元素の種類が増えるのでプラズマイオン
化質量分析計の応用範囲が極めて拡大され、また、ノイ
ズ低減が図れるので高感度化が達成される大きな効果が
ある。

第４図は本発明による他の実施例である。

本実施例は基本的には第１図と同様であるが、イオンと
中間ＩＰガス分子の衝突確率増大のための衝突領域２９
が設置されている。

衝突領域２９は細孔電極２８と第１細孔電極８とで構成
されているが、排気ポンプは結合されておらず、減圧状
態は第１細孔電極８の細孔からの排気のみによって達成
されている。この構成により、中間ＩＰガス導入管１９
によって衝突領域２９に導入された中間ＩＰガスはすべ
て第１細孔電極８の細孔を通過する。従って、イオンビ
ームと中間ＩＰスの接触機会が増大し、イオンと中間Ｉ
Ｐガス分子および励起中性分子と中間ＩＰガス分子との
衝突確率が向上するので、より効率良く妨害イオンおよ
び励起中性子分子の除去が行なえる。また中間ＩＰガス
の導入量も低減される。

本実施例においても第２図、第３図に示される中間ＩＰ
ガス導入管２２，２６、網状電極２１は第１図と同様に
設置可能となっている。また第１図と同様の目的で細孔
電極２８と第１細孔電極８との間に電位差を設定可能と
なっている。

第５図も本発明による一実施例である。

第５図も中間ＩＰガスと妨害イオンおよび励起分子とを
衝突させることに関しては第１図と同様であるが、本実
施例では中間ＩＰガス２０が中間ＩＰガス導入管３０に
よって第２差動排気領域４に導入されている。

領域４は領域３より低い圧力状態に設定されているので
プラズマから導入される粒子密度は第１差動排気領域３
より第２差動排気領域４の方が低い。すなわち、第２細
孔電極９の細孔を通過してきた粒子（イオン、電子、中
性分子）は第１差動排気領域３におけるよりさらに拡散
される。この時、イオン以外の粒子は拡散されて良いが
、イオンが拡散されると分析計１１に導入されるイオン
量が減少されるので、負電位が印加された引き出し電極
１０によって、イオンの拡散が低減されている。この状
態で中間ＩＰガス２０を第２細孔電極９の細孔付近に導
入すると、粒子密度が第１差動排気領域よりも低いため
に、第１差動排気領域の場合よりも中間ＩＰガス分子は
イオン軌道内に拡散されやすくなり、イオン軌道内にお
ける妨害イオン除去に必要な中間ＩＰガスの分圧が得ら
れやすくなる。ただし、この場合、領域４は領域３より
も圧力が低いので領域４に導入された中間ＩＰガス自身
の周囲への拡散も速い、そこで、中間ＩＰガス導入管３
０のガス出口は十分に細いノズルとなっており、このノ
ズルから出射された中間ＩＰガスのイオン軌道に達する
までの間の拡散が低減されるようになっている。

また排気ポンプ１４．１５としては導入された中間ＩＰ
ガスによる分析部５の圧力上昇をおさえることが可能な
排気能力のポンプが用いられている。さらに中間ＩＰガ
スは領域４の第２細孔電極の細孔近傍に導入されており
、領域４の第２細孔電極９の細孔近傍と分析部５に近い
部分との間に急激な圧力勾配が設定されている。これに
より。

分析部５の圧力上昇をおさえるとともに中間ＩＰガス分
子とイオンの衝突回数を増加させている。

第６図も本発明による一実施例である。

第１図、第４図、第５図は複数の差動排気領域を有する
プラズマイオン化質量分析計に対して。

本発明を適用したものであった。これに対し、第６図で
は一段の差動排気領域を有するプラズマイオン化質量分
析計への本発明の適用例である。排気ポンプ３３．３４
の排気能力を向上させれば、−段の差動排気であっても
分析部５の真空度は質量分析計１１および電子増倍管１
２の動作適正圧力に保つことができる。差動排気領域３
２に中間ＩＰガスを導入することにより、第１図と同様
に効率良く妨害イオンおよび励起中性分子を除去するこ
とができる。

第７図も本発明の一実施例である。

第１図、第４図〜第６図の実施例では中間ＩＰガスがプ
ラズマイオン化部１と分析部５の結合部に導入されたが
１本実施例ではプラズマ生成部２に導入されている。

プラズマ内でのプラズマ生成ガス１８（Ａｒ。

Ｎｚ等）の電離度は０．１％程度で大部分は中性分子と
して存在している。プラズマ内に導入された中間ＩＰガ
ス２０としてのＸｓ、Ｋｒも電離度は同程度である。従
って、ＡｒとＸｓを例にとるとプラズマ内ではＡ　ｒ＋＋Ｘ　ｅ−−Ａ　ｒ　＋Ｘ　ｅ＋　　　　　　
　　−（５）により、妨害イオンのＡｒ中は消滅する。

しかし、中性となったＡｒはプラズマ内電子によりただ
ちにＡｒ中となるので、プラズマ内ではＡｒ中の除去は
困難である。

そこで１本実施例では第１差動排気領域３における電荷
交換反応で妨害イオンを除去している。

領域３に導入される中間ＩＰガスは大部分が中性粒子で
ある。この中間ＩＰガス中性粒子と領域３に導入された
妨害イオンの間に電荷交換反応が起こり、妨害イオンは
電荷を失う、同時に領域３に導入された電子は断熱膨張
により冷却されているので電荷を失った妨害分子を再び
イオン化することは無い、もし、領域３の圧力により、
電子が十分に冷却されない場合は第１図の実施例と同様
に網目電極２１あるいは第１細孔電極８と第２細孔電極
の間に電位差を設定することにより、領域３への電子の
侵入を低減させることができる。

第７図では中間ＩＰガス２０は試料及びキャリアガスの
導入部に中間ＩＰガス導入管３５で導入されているが、
補助ガス１７およびプラズマ生成ガス１８と混合されて
プラズマに導入されても効果は同じである。

本実施例ではわざわざイオン源と質量分析計の結合部に
ガス導入機構を設ける必要が無いので、ハードウェアの
改造が極めて少なくてすむという利点がある。

第８図は本発明の一実施例であるが、中間Ｉ　’Ｐガス
導入の自動制御を例として第１図の実施例について行っ
たものである。

中間ＩＰガスを導入して妨害イオン又は励起分子を除去
する場合、プラズマ生成ガス、キャリアガス、補助ガス
と測定対象元素のＩＰの関係から最適な中間ＩＰガスを
選択する必要がある０本実施例では中間ＩＰガス導入管
１９に対し、複数種の中間ＩＰガスが選択導入できる。

実験者が制御機構３８に中間ＩＰガス種を指定すると制
御機構３８はバルブ４２〜４４のうち選択されたバルブ
を開にし、選択された中間ＩＰガスのみを領域３に導入
する。

また、キセノンのような高価なガスの無駄な消費を低減
するために、記録部６で得られたスペクトル結果が制御
機構３８に送られ、妨害イオンの除去に必要最小限の中
間ＩＰガスが領域３に導入されるようにバルブ４２〜４
４が制御機構３８で制御されている。

さらに導入された中間ＩＰガスの有効利用のための排気
ポンプ１３の排気量制御も制御機構３８でバルブ４１を
制御することにより行なわれる。

この場合も、記録部６でスペクトルを観測しながら、排
気ポンプ１３の最適排気量がバルブ４１で、中間ＩＰガ
ス最適導入量がバルブ４２〜４４で制御機構３８により
制御されている。

また、中間ＩＰガス導入により、分析部５の圧力を質量
分析計１１および電子増倍管１２の動作可能圧力より上
昇させないために、真空計３７が設置されている。真空
計３７のモニタ結果は常に制御機構３８に入力され、こ
の結果に応じてバルブ４〕−、バルブ４２〜４４が制御
機構３８で制御される。

以上本実施例によれば中間ＩＰガスの最適導入量制御、
中間ＩＰガス種選択、真空制御が自動的に行なわせるの
で、煩雑な操作の削減、余分なガス使用防止による価格
低下、操作ミスによる装置故障防止の大きな効果がある
。

〔発明の効果〕

本発明によればプラズマイオン化質量分析計の大きな障
害となっていたプラズマ内で生成される妨害イオン、励
起分子を効率良く除去できるので測定元素種の拡大によ
る応用範囲の拡大、高感度化による性能向上の極めて大
きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマイオン化質量分析計の一実施
例の構成図、第２図及び第３図は本発明のガス導入機構
のそれぞれ異なる実施例の断面図、第４〜８図は本発明
のプラズマイオン化質量分析計のそれぞれ異なる実施例
の構成図、第９図は従来のプラズマイオン化質量分析計
の構成図である。１・・・イオン化部、２・・・プラズマ生成部、３・・
・第１差動排気領域、４・・・第２差動排気領域、５・
・・分析部、６・・・記録部、７・・・高周波コイル、
８・・・第１細孔電極、９・・・第２細孔電極、１０・
・・引き出し電極、１１・・・質量分析計、１２・・・
電子増倍管、１３・・・排気ポンプ、１４・・・排気ポ
ンプ、１５・・・排気ポンプ、１６・・・霧状試料及び
キャリアガス、１７・・・補助ガス、１８・・・プラズ
マガス、１９・・・中間ＩＰガス導入管、２０・・・中
間ＩＰガス、２１・・・網目電極、２２・・・中間ＩＰ
ガス導入管、２３・・・真空チャンバ、２４・・・イオ
ン軌道（イオンビーム）、２５・・・細孔、２６・・・
中間ＩＰガス導入管、２７・・・細孔、２８・・・細孔
電極、２９・・・衝突領域、３０・・・中間ＩＰガス導
入管、３１・・・細孔電極、３２・・・差動排気領域、
３３・・・排気ポンプ、３４・・・排気ポンプ、３５・
・・中間ＩＰガス導入管、３６・・・真空計、３７・・
・真空計、３８・・・制御機構、３９・・・中間ＩＰガ
ス、４０・・・中間ＩＰガス、４１・・・バルブ、４２
・・・バルブ、４３ｖ１図Ｉ３　排矢氷リフ０ ■　Ｚ　図劉　３　凹不　４　図２９ａ？突＠成冨　５　図ｎ第６図３３才’ｌ　’Ｌ＊’＞７’　　　　　Ｊ４　ＩＦｆＬ
ｒ　＞７’第　７　図１　４オ〉イ乙（Ｐ３　．１）＋１動者ｌ−祭少σ１ｋ１６　ｑ丸半千及必°午ヤシアカ゛ス１８　フ′ラス゛７カ゛′人２θ　中同ＩＰη゛スＺｌ　布岡目電極３５　＋問ＩＰケス町１Ｘ管第　３　図第ｑ図

Claims

【特許請求の範囲】１、プラズマにより試料をイオン化するイオン源と、上
記イオン化された試料を質量分離して検出する質量分析
計を有するプラズマイオン化質量分析計において、上記
イオン源からの粒子に含まれる妨害イオンと電荷交換反
応を起こしうる粒子を含むガスを上記質量分析計の前段
に導入するガス導入手段を有することを特徴とするプラ
ズマイオン化質量分析計。２、プラズマにより試料をイオン化するイオン源と、上
記イオン化された試料を質量分離して検出する質量分析
計を有するプラズマイオン化質量分析計において、上記
イオン源からの粒子に含まれる励起分子とエネルギー交
換反応を起こしうる粒子を含むガスを上記質量分析計の
前段に導入するガス導入手段を有することを特徴とする
プラズマイオン化質量分析計。３、請求項１又は２記載のプラズマイオン化質量分析計
において、上記ガス導入手段は上記イオン源と上記質量
分析計の結合部に上記ガスを導入するように構成される
ことを特徴とするプラズマイオン化質量分析計。４、請求項１又は２記載のプラズマイオン化質量分析計
において、上記ガス導入手段は上記イオン源に上記ガス
を導入するように構成されることを特徴とするプラズマ
イオン化質量分析計。５、請求項３記載のプラズマイオン化質量分析計におい
て、上記イオン源と上記質量分析計の結合部に上記導入
されたガス粒子と上記イオン源からの粒子との衝突領域
を設けたことを特徴とするプラズマイオン化質量分析。６、請求項１乃至５のうちいずれかに記載のプラズマイ
オン化質量分析計において、上記イオン源の出口に電子
の脱出を阻止する手段を設けたことを特徴とするプラズ
マイオン化質量分析計。７、請求項１乃至６のうちいずれかに記載のプラズマイ
オン化質量分析計において、上記ガスを導入する手段は
導入量調節手段を有することを特徴とするプラズマイオ
ン化質量分析計。８、請求項７記載のプラズマイオン化質量分析計におい
て、上記質量分析計の差動排気領域に排気量調節手段を
設けたことを特徴とするプラズマイオン化質量分析計。９、請求項８記載のプラズマイオン化質量分析計におい
て上記導入量調節手段と上記排気量調節手段を自動制御
して上記ガスの粒子と上記イオン源からの粒子との衝突
状態を制御することを特徴とするプラズマイオン化質量
分析計。１０、請求項１又は２記載のプラズマイオン化質量分析
計において上記ガス導入手段に用いるガス導入機構は、
上記ガスを導入するノズルが、上記イオン源から上記質
量分析計へ導入される粒子の流れの円周方向の複数箇所
に配置されていることを特徴とするプラズマイオン化質
量分析計。１１、プラズマにより試料をイオン化するイオン源と、
上記イオン源から得られる粒子を質量分離して検出する
質量分析計を有するプラズマイオン化質量分析計におい
て、上記イオン源から得られる粒子のうち測定対象イオ
ン以外の妨害イオンから電荷をうばう働きをする粒子を
、上記イオン源から得られる粒子に衝突させる手段を有
することを特徴とするプラズマイオン化質量分析計。１２、上記電荷をうばう働きをする粒子は、上記測定対
象イオンと上記妨害イオンの中間のイオン化ポテンシャ
ルを有する粒子であることを特徴とする請求項１１記載
のプラズマイオン化質量分析計。１３、プラズマにより試料をイオン化するイオン源と、
上記イオン源から得られる粒子を質量分離して検出する
質量分析計を有するプラズマイオン化質量分析計におい
て、上記イオン源から得られる粒子のうち測定対象イオ
ン以外の励起粒子のエネルギーをうばう働きをする粒子
を、上記イオン源から得られる粒子に衝突させる手段を
有することを特徴とするプラズマイオン化質量分析計。１４、上記エネルギーをうばう働きをする粒子は、上記
励起粒子のエネルギーと上記測定対象イオンのイオン化
ポテンシャルとの中間のイオン化ポテンシャルを有する
粒子であることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ
イオン化質量分析計。