JPH02295055A - プラズマイオン化質量分析装置 - Google Patents

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、特にバッ
クグラウンドノイズ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〕

プラズマイオン化質量分析計の概略を第８図に示す。プ
ラズマイオン源１は、アルゴヤや窒素のプラズマガスに
より大気圧ｆで形成される誘導結合プラズマ（Ｉ　Ｃ　
Ｐ　：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌ
ａｓｍａ）やマイクロ波誘導プラズマ（Ｍ　Ｉ　Ｐ　：
　ＭｉｃｒｏｗａｖｅＩｎｄｕｃｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）
等のプラズマである。試料は、このイオン源でイオン化
させると圧力差によりオリフィス２を通り、真空度が１
〜０．ＩＰａ　程度の第１差動排気領域５に入り、更に
圧力差によりオリフィス３を通り、真空度が１０−２〜
１０−３Ｐａ程度の第２差動排気領域６に入る。この領
域には前記オリフィスからイオンを引き出しその流れを
収束させるためのレンズ群９がある。レンズ群で収束さ
れたイオンは、隔壁４に設けられているアパーチャ２１
を通り、真空度が１０−４〜１０−５Ｐａの分析領域７
に入り、そこに備えられた質量分析計１２及び検出器１
４で分析される。

この種の装置に用いられているプラズマイオン源には、
イオンのみならず多量のフォトンと励起粒子を発生する
特徴がある。又、第８図に示される様に、この種の装置
のレンズ群９，壁壁４」二のアパーチャ２１，質量分析
計１２は、従来各々の中心軸がオリフィス２，３から差
動排気領域に導入される前記フォトンのビーム中心軸８
に重なるように配置されていた。このため、プラズマイ
オン源から発生するフォトン及び励起粒子がイオンと共
に検出器ないしその周辺まで到達する。検出器には通常
、エレクｌ〜ロンマルチプライアやチャンネル１〜ロン
等が用いられるが、これらにフォトンや励起粒子が入射
すると、イオンの場合と同様に２次電子が発生しノイズ
電流が発生する。この結果質量スペクトルのバックグラ
ウンドレベルが上がり、装置のＳ／Ｎ比が低下する。こ
のフォトンと励起粒子に因るバックグラウンドレベルを
抑制しＳ／Ｎ比を向上させる装置は現在２種類考案され
ている。

第１の装置は第９図に示すように、質量分析計１２より
プラズマイオン源１側の前記フォトンのビーム中心軸８
上に、フォトン及び励起粒子を遮るための円板２２を設
け、その周辺に電界を形成させてイオンを質量分析計に
導き検出する。この種の装置は、アナリテイカルケミス
トリ　５２，（１　９　８　０年）第２２８３頁から２
２８９頁（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．　５　２，　（１　９
　８　０）ｐ　ｐ　２　２８　３　〜２２８９）．アナ
リスト　１０８　（１９８３年）第１０３３頁から１０
５０頁（Ａｎａｌｙｓｔ　１　０　８　，（１　９　８
　３）　ｐ　ｐ　１　０　３　３〜１０５０）に記載さ
れている。

第２の装置は第１０図に示すように前記フォトンのビー
ム中心軸８から外れた位置に検出器１４を設け、且つ質
量分析計１２を出たイオンのみを偏向させて前記検出器
へ導く偏向機構１３を備え、該フォトンのビームからイ
オンが分離する位置に該偏向機構で偏向されないフォト
ンを吸収する光吸収体ｌ９を設けたものである。この種
の装置は特開昭６１−１０７６５０に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のフォトン及び励起粒子を円板により遮る第１の従
来技術は、現在市販されているプラズマイオン化質景分
析装置に導入されている。しかし第９図に示したように
オリフィス２，３から真空筐体内に導入されるフォトン
のビーム中心軸８上に円板２２を設けるため、該円板に
於でフォトン及び励起粒子が除去されると同時にイオン
も損失され、Ｓ／Ｎ向上が十分ではなかった。また、こ
の円板だけでは散乱，拡散されるフォトン及び励起粒子
を完全に除去することはできず、Ｓ／Ｎ向上の技術とし
て完全ではなかった。さらにイオンを質量分析計１２に
導くための静電レンズ群９の構成も複雑になって調整が
煩雑となり、これが操作上の大きな問題であった。

上記の検出器の位置を変えて偏向部と光吸収体を設ける
第２の従来技術では、第１０図に示したようにオリフィ
ス２，３から真空筐体内に導入されるフ寸トンのビーム
中心軸８にそって検出器１４に近傍までイオンが進むた
め、その損失は少ない。しかし同時に該近傍に到達する
イオン源からのフォトンや励起粒子の損失も少ないため
、これらの一部が偏向部１３周辺で散乱して検出器１４
に入ることによって生じるハツクグラウン１〜ノイズが
十分に除去されないという問題があった。

本発明の目的は前記２種類の装置が目的としたプラズマ
イオン化質量分析装置の質世スベク１〜ルに於ける、バ
ックグラウンドノイズ低減をより効果的に且つより簡易
に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、プラズマイオン化質量分析装置の真空筐体
内においてこれに導入されるフオ｝〜ンのビーム中心軸
に対し２段階のイオンビーｌ１偏向機構を設けることに
より、達成される。

〔作用〕

プラズマイオン源で発生したイオン及び多斌のフオ１−
ン及び励起粒子は、オリフィスから真空筐体に導入され
るとオリフィス面に垂直な方向に沿って進む。このイオ
ン及びフオｈン，励起粒子の混在しているビームからイ
オンを分離する偏向機構を２ケ所に設けている。２つの
偏向機構のうち１つはオリフィスと質最分析計の間に、
もう１つは質量分析計と検出器の間に設けられている。

１気圧のプラズマイオン源からオリフィスを通して真空
筐体内に導入されたイオン，フォトン，励起粒子のうち
、まず第１の偏向機構によりイオンのみが偏向されて質
旦分析計に導入される。この時、第１の偏向機構だけで
は散乱，拡散等により、イオンとフォトン及び励起粒子
の分離が十分ではなく、フオ１・ン及び励起粒子の一部
も質量分析計に導入される。そこで第２の偏向機構によ
り質量分析計を透過した後にもう一度イオンのみを偏向
させる。このように２段階でイオンとフォトン及び励起
粒子を分離することにより、検出器には殆どフオｊ−ン
及び励起粒子は導入されない。またイオンビーム周辺の
金属表面で散乱されるフォトンも第１，第２の偏向機構
周辺に光吸収体を設けることにより十分効率よく除去さ
れる。

以上のような２段階偏向機構を有する本発明により、プ
ラズマイオン化質量分析装置の高感度化を阻害するとい
う大きな問題の原因であったフォトン，励起粒子を効率
よく除去できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実旅例を第１図により説明する。

第１図の実施例の装置では、質量分析計１２をその中心
軸がオリフィス２，３から差動排気領域５，６に導入さ
れるフォトンのビーム中心軸８に対して任意の角度傾く
ように配し、該質量分析計１２の手前にこれにイオンを
導く偏向機構１１を設け、該偏向機構によりイオンがフ
ォトンのビーム中心軸８から分離していく位置の周辺に
光吸収体１８を設け且つ該質量分析計の中心軸から外れ
た位置に検出器１４を配し該検出器にイオンを導く偏向
機構１３と該中心軸上に光吸収体１９を設けている。

プラズマイオン化質坦分析装置では、溶液試料はエーロ
ゾルとして、また固体試料はレーザにより蒸発させた上
でそれぞれキャリア・ガスによってプラズマイオン源１
に導入され，被測定元素がこのプラズマ内でイオン化さ
れる。このイオンはオリフィス２，３を通して第２差動
排気領域６に導入される。このイオンはさらに引き出し
及び収束レンズ群９で効率よく高真空である分析領域７
に導入される。

この時、イオンだけでなくプラズマ内で発生したフォト
ン，励起粒子も同時に分析領域７に導入される。このフ
ォトン，励起粒子とイオンを分離するために偏向機構１
１が設置されている。偏向機構１１により形成された電
場或るいは磁場で偏向されるのは電荷を有するイオンの
みであるため、イオンとフオ１〜ン及び励起粒子を分離
することができる，偏向機構」１の形状は図に示した扇
形電極に限らず、平行平板型やＱレンズ型であってもよ
い。この時フォトン，励起粒子の一部も偏向機構１１の
電極表面で反射散乱され質量分析計に導入される。これ
を防ぐため偏向機構１１の電極には、網状の素材を用い
てもよく、第１図の例のようにフォトン及び励起粒子を
フォトンのビーム中心軸８方向に逃がすためのアバーチ
ャを設けてもよい。さらに直進したフォトンが真空槽内
表面で反射，散乱されて検出器］−４に到達するのを防
ぐために、光吸収体１９を設置している。また該偏向機
構１１そのものを光吸収体とすべく、この表面を処理（
黒く塗装する等）してもよい。

本実施例により、イオン源１から真空筐体に導入される
フォトン及び励起粒子の大部分が前記偏向機構１１及び
偏向機構１３で、それぞれイオンビーム１０より分離さ
れる。また、光吸収体１８，１９を設けることにより、
イオンビームから分離したフォトンの真空槽内表面によ
る反射は殆ど生じない。この結果、本実施例によればプ
ラズマイオン化質量分析装置の質量スペク１〜ルのバッ
クグラウンドノイズを大幅に低減できるためＳ／Ｎ比の
高い質量スペクトルが得られる。

第２図は本発明の他の実施例である。本実施例では、質
量分析計１２をその中心軸がオリフィスから真空筐体に
導入されるフォトンのビーム中心軸８に対して任意の距
離だけ隔たった平行線となるように配し、該質量分析計
手前にこれにイオンを導く偏向機構１１を、該偏向機構
によりフォトンのビーム中心軸８からイオンが分離して
いく位置乃至その周辺に光吸収体１８をそれぞれ設け、
且つ該質量分析計１２の中心軸から外れた位置に検出器
１４を配し、該検出器にイオンを導く偏向機構１３と該
中心軸上に光吸収体１９を設けている。偏向機構１１の
仕様は図に示した円筒型電極に限らず、第１図の実施例
と同様に形状変更や表面処理してよい。また必要に応じ
て複数個用いてもよい。

本実施例による効果は、質量分析計１２をその中心軸が
真空筐体に導入されるフォトンのビーム中心軸８と平行
になるように配するため第１図の実施例に比べて真空筐
体を小型にし易い。その反面、第１図の実施例に比べて
偏向機構１１でイオンビームを２度曲げることにより、
イオンの損失が増えるという欠点がある。

第３図及び第４図の実施例の装置は、第１図及び第２図
の装置において分析領域７にあった偏向機構１１を第２
差動領域６に移したものであり、偏向機構１１の仕様に
ついてはそれそれ第１図及び第２図の装置と同様である
。

本実施例ではイオンビーム１ｏが隔壁４上の細孔から分
析領域７に到達する前に前記フオＩ−ンのビーム中心軸
８から任意角度だけ曲げられるため、イオン源からのフ
ォトン及び励起粒子を隔壁４で遮ることができ、バック
グラウンドノイズをより効率的に除去できる。その反面
、分析部７に比べて真空度が低い第２差動排気領域６に
偏向機構１１を設けるために差動排気達域の長さが長く
なり、イオンや中性粒子との衝突による散乱の影響も受
け易くなり、これによってイオンの損失が増加する欠点
がある。

第５図及び第６図の実施例の装置は、第１図及び第２図
の装置における偏向機構１１を１段の差動排気略域２０
と分析領域７からなる仕様のプラズマイオン化質量分析
装置に用いたものである。

動作及び効果は、第３，４図の実施例と同様である。

第７図は本発明による他の実施例である。本実施例の装
置は、偏向機構１１をオリフィス３とイオンを収束する
レンズ群９の間に配し、該偏向機構によってオリフィス
から真空筐体に導入されるイオンのみを前記レンズ群に
向けて引き出すようにしたものである。この光学系にお
いても第３，４図の実施例と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、イオン源にて発生し真空筐体に導入さ
れるイオンやフォトン，励起粒子のうちイオンのみを該
筐体内で２度偏向して検出器に導き、且つバックグラウ
ンドノイズの発生原因なるフオ１・ン及び励起粒子の到
達しにくい位置に検出機を配することができるため、バ
ックグラウンドノイズを効率よく低減させることができ
、プラズマイオン化質量分析装置のＳ／Ｎ比の向上が達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本発明を適用したプラズマイオンプラズマ
イオン化質量分析計の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大気圧下で形成されるプラズマイオン源と、該イオ
   ン源で発生したイオンを採取するオリフィス及び質量分
   析計よりなるプラズマイオン化質量分析装置において、
   前記オリフィスよりイオンとともに真空筐体内に導入さ
   れるフォトンのビーム中心軸に対して任意の角度をもつ
   て設置された質量分析計と、前記質量分析計の中心軸か
   ら外れた位置に配される検出器を備えたことを特徴とす
   るプラズマイオン化質量分析装置。 ２、大気圧下で形成されるプラズマイオン源と、該イオ
   ン源で発生したイオンを採取するオリフィス及び質量分
   析計よりなるプラズマイオン化質量分析装置において、
   前記オリフィスよりイオンとともに真空筐内に導入され
   るフォトンのビーム中心軸に平行に且つビーム中心軸か
   ら任意の距離だけ隔たつた中心軸を有する質量分析計と
   、前記質量分析計の中心軸から外れた位置に配される検
   出器を備えたことを特徴とするプラズマイオン化質量分
   析装置。 ３、請求項１または２に記載のプラズマイオン化質量分
   析装置において、質量分析計にイオンを導くための偏向
   機構を備えたプラズマイオン化質量分析装置。 ４、請求項１〜３項に記載のプラズマイオン化質量分析
   装置において、質量分析計の中心軸から外れた位置に設
   けられた検出器へイオンを導く偏向機構を備えたプラズ
   マイオン化質量分析装置。 ５、前記プラズマイオン化質量分析装置において、オリ
   フィスと質量分析計の間の偏向機構あるいはその周辺に
   光吸収体を備えた請求項１〜４に記載の装置。 ６、質量分析計と検出器の間に光吸収体を備えた請求項
   １〜５項に記載のプラズマイオン化質量分析装置。