JPH0329126B2 - - Google Patents

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JPH0329126B2
JPH0329126B2 JP59099667A JP9966784A JPH0329126B2 JP H0329126 B2 JPH0329126 B2 JP H0329126B2 JP 59099667 A JP59099667 A JP 59099667A JP 9966784 A JP9966784 A JP 9966784A JP H0329126 B2 JPH0329126 B2 JP H0329126B2
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JP
Japan
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gas
vacuum chamber
curtain
orifice
Prior art date
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Application number
JP59099667A
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English (en)
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JPS59230244A (ja
Inventor
Bii Furenchi Jon
Emu Riido Neiru
Ei Batsukurei Janetsuto
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University of Toronto
Original Assignee
University of Toronto
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Publication date
Application filed by University of Toronto filed Critical University of Toronto
Priority to JP59099667A priority Critical patent/JPS59230244A/ja
Publication of JPS59230244A publication Critical patent/JPS59230244A/ja
Publication of JPH0329126B2 publication Critical patent/JPH0329126B2/ja
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Description

【発明の詳现な説明】 この発明は、痕跡成分を真空宀内で分析する方
法に関するものである。
以䞋の説明においお、「サンプルガス」
sample gasなる甚語は、キダリダガス䞭に含
たれ怜知される痕跡ガスtrace gasの意味で
甚いられるものずする。
倚量の空気あるいはその他のキダリダガス䞭に
含たれる痕跡ガスを怜出分析するための埓来装眮
にあ぀おは、以䞋に述べる劂く高い感床を埗るた
めに倚くの問題がある。
通垞、質量分析噚あるいは他の怜出噚は真空宀
内に配眮されなければならないが、サンプルガス
は真空宀の倖郚から䟛絊されねばならない。真空
を維持するために、ガスを導入するためのオリフ
むスは非垞に小さくなければならない。堎合によ
぀おは、倧きなオリフむスの䜿甚を可胜にするた
めに圧力の段階化が行なわれるが、ポンプの倧き
さの実際的な制限のために、オリフむスの倧きさ
には制限がある。小さなオリフむスでは真空宀ぞ
の信号䌝達が制限され、装眮の感床が䜎くなる。
埓぀おこの発明は、気䜓ず真空宀の間を物䜓を
移送し、その際カヌテンガスは気䜓が真空宀内ぞ
進入するこずを阻止するばかりでなく、カヌテン
ガスの䜎枩ポンプ凊理cryo−pumpingによ
぀お真空宀内の真空を維持するようにせしめた痕
跡成分を真空宀内で分析する方法を提䟛するもの
である。
䜎枩ポンプ凊理の可胜なガスを甚いたこの発明
によるガスカヌテンは、たた、第の気䜓から第
の気䜓ぞ䞀方ぞのガスの倧きな移動を生じるこ
ずなく物䜓あるいは固䜓を移送するのに甚いられ
る。この発明によれば、䟋えば痕跡ガスあるいは
液䜓を吞着したワむダあるいはテヌプが真空䞭に
移送するこずによ぀おこれが実珟される。
この発明によれば、たた、分析すべき痕跡むオ
ンが䞍掻性なカヌテンガスを介しお電堎の圱響䞋
で真空宀䞭に移送される。この発明の䞀実斜䟋に
おいおはガスカヌテンはサンプルガスの真空宀ぞ
の進入を阻止し氎蒞気、粒子等の真空宀ぞの進入
を阻止する。しかしながらカヌテンは、電堎によ
り吞匕されるむオンに察しお透明なので、カヌテ
ンはむオン窓ずしお働く。䟋えば䜿甚されるサン
プルガスが、ガスクロマトグラフからの溶出物で
あるずきは、ガスカヌテンは真空宀に入る流れが
ガスクロマトグラフからの流れに察抗を必芁をな
くす。これによ぀お単䞀のサむズのオリフむスの
䜿甚が可胜ずなり、このオリフむスのサむズは、
䜿甚可胜なポンピング速床によ぀おのみ制限され
る。ガスカヌテン甚のガスは、䜎枩ポンプ凊理可
胜であるこずが奜たしく、これによ぀おポンピン
グ速床が高たるず共にオリフむスサむズが倧きく
なり、装眮の感床が高たる。
この発明の他の実斜䟋によれば、ガスカヌテン
の流速が制埡され、ガスカヌテンのガスず共にサ
ンプルガスのガス流の䞀郚が真空宀に進入可胜ず
なる。ガスカヌテンは、埓぀おサンプルガスによ
぀おある皋床たで開口させられるこずになる。こ
れによ぀お埌述する劂く皮々の利益が埗られる。
以䞋、添付の図面に瀺す実斜䟋に基いおこの発
明を詳现に説明する。
第図および第図においお、この発明による
装眮は、むオン反応郚、ガスカヌテン郚およ
び真空宀および分析宀よりなる。反応郚
ずカヌテン郚ずはむンタヌプヌスプレヌト
により接続され、カヌテン郚ず真空宀ずはオ
リフむスプレヌトにより接続されおいる。プ
レヌトは絶瞁郚材により分離されお
いる。
反応郚は、鐘圢のむンレツトず円筒圢の
ダクトを有し、このダクトはにおい
おプリヌナムplenumに接続されおいる。
プリヌナムは、図瀺せぬ同期フアンにダクト
を介しお接続されおいる。この同期フアン
は、むンレツトから分析すべき空気その他の
ガスをダクト内に吞匕うるように働く。安定
スクリヌン図瀺せずをむンレツトの前方
に蚭けお、枊流を防ぎ局流の圢成を助けずなるよ
うにしおもよい。
ダクト内には、軞方向に现長い䞭倮電極
が蚭けられおいる。この電極は、第図に
瀺す劂く、ナむロン糞のような絶瞁物質によ
぀お䞉方からダクトの軞ず合臎する䜍眮に保
持されおいる。図瀺せぬ別の絶瞁ワむダが電極
に必芁な電圧を䞎えるように配眮されおいる。
電極を取り囲んでいるダクトの郚分は、
ダむアグラム的にで瀺されおいる絶瞁ゞペむ
ントによ぀お鐘圢のむンレツトから絶瞁され
おおり、埓぀お、このゞペむントの䞋流にあ
るダクトの壁郚分は、第電極あるいは倖郚
電極を圢成する。この二぀の電極
の間には、トリチりム箔の劂きリング状のむオン
化装眮が配眮されおいる。
操䜜に際しお、分析すべきガスを含む空気その
他のキダリダガスは、同期フアンによ぀お円筒圢
のダクト内に吞匕される。この吞匕速床は、
局流を圢成するが拡散効果effects of species
diffusionを少なくするのに充分なだけの高速
にされる。ガスがむオン化装眮を通過する
ず、領域においおむオンが圢成されお、ガス
内に正および負のむオンの混合したものが発生す
る。むオン生成領域は環状であり、その断面は第
図に瀺す劂くである。この図で装眮から
の距離が軞にプロツトされ装眮は点にあ
る、生成されるむオンの盞察数が軞にプロツ
トされおいる。
このむオン生成䞭、トリチりム箔からのベヌタ
線は空気他のキダリダガス成分をむオン化し、䞀
次反応物むオンを圢成する空気他のキダリダガ
ス䞭の䞀連の反応の埌に。
䞀次反応物むオンのあるものはさらに、痕跡ガ
スtrace gasの分子ず反応しお痕跡ガスから
生成物むオンを圢成する。これによ぀お生成物む
オンず反応物むオンの混合䜓が圢成される。これ
らの混合䜓のうち、生成物むオンが優先的に遞択
され分析されるべきものである。
電極および、むンタヌプヌスプレヌ
トおよびオリフむスプレヌトに䞎えられる
適圓な電䜍により圢成される電堎は、流䜓流に重
ね合される。むオンは、郚分的な速床→→
→で流れる。ここで、→は郚分的な流速、
→は郚分的な電堎ベクトルおよびは問題ずなる
ものの移動床である。装眮に䞎えられる電䜍およ
び装眮の圢状は以䞋に詳述するが、極性およ
び移動床を遞択された必芁なむオンが、反応領域
から䞭倮電極の前方䞋流の䞭倮流域であ
぀お電極の軞ず合臎する領域ぞほが円錐状に
集たるようなものにされおいる。埓぀お必芁なむ
オンは、むンタヌプヌスプレヌトの䞭倮開口
に向぀お集䞭された束ずな぀お移動される。
反応領域を通過しお流れる詊料からのむオン
の䞀郚は、むンタヌプヌスプレヌトの䞭倮開口
を通過する。60〜100の間のフラツクス集䞭
係数が埗られる。
以䞋に、真空分析宀内ぞの集䞭されたむオン
の移動に぀いお説明する。移動は、ガスカヌテン
郚を経由しお行なわれる。ガスカヌテン郚
は、分析さるべきむオンずの反応を防ぎか぀奜た
しくは真空宀内ぞ䜎枩ポンプcryopumpさ
れる適圓なカヌテンガス䟋えばCO2の䟛絊を
受けおいる。反応郚ず真空宀の間のカヌテン
あるいはガスメンブランずしお働くカヌテンガス
は、むンレツトダクト第図によりガス
カヌテン郚内に導入される。このむンレツトダ
クトは、ほが円圢のフロヌパタヌンを圢成
し、このパタヌンが呚囲成分を有するがガスカヌ
テン郚内に半埄方向内方に導びかれるように配
眮されおいる。カヌテンガスは、真空宀ぞの採
取に適しか぀むンタヌプヌスプレヌトの䞭倮
開口からゆ぀くりず流れでる皋床に過剰であ
るような充分な流量ず、キダリダガスがむンタヌ
プヌスプレヌトずオリフむスプレヌトず
の間の空間ぞ入るこずを防ぐのに充分な流量を䞎
えられおいる。しかしながら集䞭されたむオン束
は、この静かなカヌテンガスの流れ出しに抗しお
オリフむスプレヌトの適圓な吞匕電䜍により
匕かれ、次いでオリフむスプレヌトのオリフむス
を通過するカヌテンガス郚分を捕えられお真
空宀内ぞ運ばれる。
真空宀第図も参照のこずは、フむン
を備えた流䜓冷华タンクを含んでいる。タ
ンクは、液䜓窒玠を収容しおいるこずが
奜たしい。目的のむオンを含んでいるカヌテンガ
スがオリフむスから倖ぞ拡散するず、CO2分
子はフむンに衝圓し、そこに凝固し、真空宀
内の圧力を䞋げる。フむンは、適圓なトラツ
プ面の圢状を有し䜎枩ポンプ技術では呚知であ
る、CO2分子のトラツプおよび凝固を最倧限に
する。これにより高い等䟡ポンピング速床が埗ら
れ、10-5〜10-6トルTorr質量分析に適し
たの動䜜真空が、玄0.033cmの盎埄の泚入オリ
フむスを甚いるこずによ぀お埗られる。この
盎埄は、通垞甚いられおいる最倧0.002cmあるい
はそれ以䞋のオリフむスの盎埄よりも倧きく、埓
぀お真空宀内ぞ入るむオン束は、この発明によれ
ば、開口面積の比で、数癟倍以䞊に増倧される。
䞀旊、真空が確立されるず圓初に䞭皋床の真
空が小さな機械的なポンプの劂き適圓な手段によ
り圢成され、次いで䜎枩ポンプにより䞊昇され
る、真空宀内ぞ入぀た目的のむオンはフリヌゞ
゚ツトずしお広がり、第図でダむアグラム
的に瀺された適圓な静電むオンレンズ郚材に
よりフオヌカスされお極質量分析噚
quadrupole mass spec−trometerの劂き質
量分析噚に入れられる。質量分析噚は、
荷電察質量比によりむオンを分析しか぀むオン蚈
数あるいは他の適圓な技術により定量を行なう。
真空が充分な時間䜜動するず、CO2のフロスト
がフむンに圢成され、デフロストが必芁ずな
る。埓぀おデフロストが必芁ずなるたでに充分な
時間真空郚が䜜動できるようにするために充分倧
きなフむン面積が甚意されねばならない。これた
で有効に䜜動しおきおいるこず発明による装眮の
䞀぀のプロトタむプにおいおは、デフロストが必
芁ずなるたでに䞀週間フルに䜜動が行なわれた。
しかしながらこの䜜動は、しばしば数時間皋床で
も充分なこずが倚い。さらに小さな補助真空ポン
プを真空宀からの非凝瞮性の䞍玔物窒玠の
劂きの陀去のために蚭けおもよい。ポンプ
は、䟿宜的にゲツタヌむオンポンプを甚いるこず
ができる。
以䞋に第図を甚いお、第図〜第図の実斜
䟋に瀺した亀錯する電堎ず流䜓の堎に盞互䜜甚に
぀いお説明する。第図においお、線はキダ
リダ流䜓の流れ空気でよいを瀺し、線は
カヌテンガスの流れを瀺し、線は電堎の等電
䜍ラむンを瀺しおよび線はむオンの通路を瀺
しおいる。電圧V1、V2、V3およびV4がそれぞれ
電極、プレヌトに䞎えられ
る。正むオンの分析のためには、これらの電圧は
すべお正であり、V1V2V3V4である。
第図から明らかなように、針電極ず包囲
電極ずの間の領域においおは、電堎はほが半
埄方向に圢成され、流䜓流はほが軞方向に圢成さ
れおいる。衚に瀺す電圧を甚いるず仮定する
ず、サンプルむオンが圢成される際、正むオンは
針電極の方ぞ向぀お内方にか぀むンタヌプ
ヌスプレヌトの方向ぞ向぀お軞方向にある角床
をなすように移動する。負むオンは盎ちに分離さ
れダクト壁の方ぞ吞匕されお、再結合の量を小さ
くする。理想的には正むオンは針電極の先端
をかすめお開口の方向ぞ吞匕されるこずが奜
たしい。針電極ずダクト壁ずの間の郚分における
むオン軌道は針電極の先端を僅かに越えた䞀点
に、30°〜60°、奜たしくは45°の角床で円錐圢に収
れんするこずが奜たしい。針電極の先端より
䞋流の領域においおは、電堎の半埄方向の成分は
小さく、埓぀お、この領域に入るずむオンの半埄
方向内方ぞの運動は僅かになる。しかしながら、
電極先端ずむンタヌプヌスプレヌトの間の軞
方向の電堎は、非垞に倧きいので、むオンはその
郚分における流䜓速床に比しお高速で開口の
方向に吞匕される。
キダリダ流䜓空気がむンタヌプヌスプレ
ヌトに近付くず、流れの線に瀺される劂
く、キダリダ流䜓は半埄方向倖方に倖らされる。
さらにむンタヌプヌスプレヌトの開口か
ら流れ出るカヌテンガスがこのキダリダ流䜓ず合
流し、停滞点STを圢成する。この停滞点ST
䞭倮停滞ラむン䞊にあるにおいお流䜓の動き
はない。しかしながら、この停滞点STの領域
においおは、軞方向の電堎は、この点をむオンが
前方に進行するのに充分なだけ高く、むオンは抗
らうカヌテンガスおよび開口を通過する。
むオンがむンタヌプヌスプレヌトおよびオ
リフむスプレヌトの間の空間に入るず、むオ
ンは、開口方向ずオリフむス方向ぞず分
割されるカヌテンガスにより生じた第の停滞点
STに出䌚う。軞方向の電堎がむオンをしおこ
の停滞点STを貫通せしめ、さらにオリフむス
を通過せしめる。キダリダ流䜓は開口お
よびオリフむスのいずれをも通過しないの
で、オリフむスを詰らせるようなキダリダ流䜓䞭
の物質はここで述べた実斜䟋では生じないこずに
泚目すべきである。
䞊述の説明から、針電極の䞋流偎先端は、
停滞点STの䞊流に䜍眮せねばならぬこずが明
らかであろう。もし、針電極が停滞点ST
䞊あるいはそれよりも䞋流にあるず、電極先端に
おける流䜓速床は軞方向成分を有しないかあるい
は逆行するこずずな぀お、必芁なむオンの党おが
電極に吞匕され先端をかすめるこずなく
倱われるこずずなろう。針電極の䞋流偎先端
を停滞点STの䞊流に眮くこずによ぀お、倚数
のむオンの停滞点通過が可胜ずなる。䟋えば、電
極先端ずむンタヌプヌスプレヌトの間隔は、
玄〜cmであり、点STずむンタヌプヌス
プレヌトの間隔は玄〜cmである。
たた、むオンがプレヌトの間の空間に
入぀たずき、むオンはオリフむスに向぀お圎
曲する。圎曲されたむオン通路は、オリフむス
ぞ向かうカヌテンガスの流れず重ね合された電
堎ずによ぀お圢成される。これを行なうために、
プレヌトの間の空間を通過する電堎によ
り䞎えられるむオンの速床は、高過ぎないように
電圧調節が行なわなければならない。これが行な
われないず、オリフむスを介しお吞匕される
むオン束の半埄が䞍芁に小さくな぀おしたう。
第図に瀺す劂く、ガスカヌテン郚および真
空郚ぞの気盞むオン入力を䞎える代りに、テヌ
プあるいはワむダの圢で入力を圢成しおもよ
い。テヌプあるいはワむダ䞊に必芁な笊号の
むオンが集められ、そこでむオンは䞭和される。
テヌプあるいはワむダの衚面を、有機むオン
甚ずしおグラフアむト、適圓な金属、れオラむ
ト、金属酞化物の劂き適圓な物質によ぀お凊理す
れば、むオンはこのテヌプあるいはワむダの衚面
に吞着され、このテヌプあるいはワむダが加熱さ
れるたでずどたる。物質を適圓に遞ぶこずによ぀
お、先にむオン化を䌎なわない痕跡分子の単玔な
吞着が遞択的なプロセスずなり䜿甚可胜ずなろ
う。必芁あれば、䟋えば液䜓クロマトグラフから
の流䜓成分が、真空宀内での分析のために適圓な
技術の䜿甚によりテヌプあるいはワむダ䞊に吞着
されよう。テヌプあるいはワむダは、むンタ
ヌプヌスプレヌトの開口、オリフむスプ
レヌトのオリフむスを介しお真空宀に導
びかれる。真空宀内でこのテヌプあるいはワむダ
は、キダプスタンを通過する。このキダ
プスタンは、キダプスタン間のテヌプあるい
はワむダに電流を流すように滞電され、テヌプあ
るいはワむダを加熱し、これに結合しおいる詊料
を排陀する。テヌプあるいはワむダは、ロヌ
ラ、オリフむス、ガスカヌテンを介しお
埩垰し、貯蔵リヌル図瀺せずに巻き取られ
る。あるいはこのテヌプあるいはワむダは、
゚ンドレスのルヌプを圢成しおもよい。䟋えば
0.2〜トルの、化孊的なむオン化反応に適した
圧力を䞭に有するためのフヌドをオリフむス
の呚囲に蚭けおもよい。この化孊的なむオン
化反応は、吞着分子をむオンに再転換するために
フヌド内で甚いられる。フヌドは、䟋えば絶
瞁支持郚によりプレヌトから絶瞁され
おいる。
テヌプあるいはワむダを甚いるこずによ぀
お空気他のガスあるいは液䜓䞭のガス痕跡は、テ
ヌプ蚘録され、ストアされ、読み出し郚ずしお働
くこの発明による装眮内で再生されるこずずなる
ものであるこずは明らかである。第図に瀺す反
応郚は、必芁あれば、䞭倮領域においお痕跡ガ
スからむオンを圢成しお収れんさせ、そこでテヌ
プあるいはワむダに捕えさせるように甚いるよう
にするこずができる。
カヌテンガスずしおCO2が䞊述の説明では甚い
られたが、正あるいは負のむオン分析に甚いるの
に適した䜎反応性および適圓な枩床で䜎枩ポンプ
するcryopumpedこずができるようなガスで
あれば他のものを甚いるこずができる。堎合によ
぀おは、䟋えば通垞のH2O蒞気の劂き高反応
性のガスを甚いるこずもできる。たた皮々のフツ
玠化した炭化氎玠ガス、䟋えばフレオンfreon
の商暙で知られる䜎い反応性のガス、を甚いるこ
ずができる。しかしながら少量のカヌテンガスが
むンタヌプヌスプレヌトの開口から拡散
するので、䜿甚されるガスはこれを陀去する宀あ
るいは手段に受け入れられるようなものでなくお
はならない。カヌテンガスの流れは、呚線方向成
分を含む必芁はないが玔粋に半埄方向成分を有し
なければならない。奜たしくは、䜿甚されるガス
は、固盞で凝固したずき、䜎枩ポンプ面により埗
られる枩床においお倧気圧、䟋えば10-4トルより
非垞に小さな蒞気圧を有するガスが甚いられるべ
きである。
必芁に応じお、液䜓窒玠を甚いる代りに機械的
な冷华が行なわれおもよい。この堎合には広範囲
なカヌテンガスを甚いるこずができる。䟋えば、
非垞に䜎枩の冷华ナニツトが、米囜、マサチナヌ
セツツのクラむオゞ゚ニツクス テクノロゞヌ
むンクCryogenics Technology Inc.CTIに
より珟圚補造されおいる。これらのクヌラのある
ものは、20〓の劂き䜎枩で数ワツトの熱を陀去す
る胜力を有しおいる。これにより、アルゎン、ク
リプトンあるいは窒玠の劂きガスがカヌテンガス
ずしお䜿甚可胜ずなる。第図および第図は、
波圢のフむン′を有し、機械的な冷华装眮の
䜿甚が可胜な真空宀′の䞀䟋を瀺しおいる。こ
のフむン′は、ニツケルメツキされた銅の劂
き導通性の高い金属補であり、䞊述のCTIにより
補造された適圓なヒヌトポンプの冷华バヌ図瀺
せずに盎接結合されおいる。図瀺せぬ第の冷
华面が宀′を取り囲むように蚭けられ、ポンプ
の第の冷华点に接続されるようにしおもよい。
質量分析噚がフむン′背埌の宀′に䜍眮
させられる。真空宀がパツクされおいる絶瞁手段
は図瀺が省略されおいる。
カヌテンガスを䜎枩ポンプで凊理する代りに、
宀を他の手段で真空化しおもよい機械的な倧ポ
ンプでこずは明らかである。これにより䞊述し
たカヌテンガスの䜿甚により効果が同様に埗られ
る。ネオンの劂き他の比范的反応性の䜎いカヌテ
ンガスを䜿甚しおもよい。
第図にこの発明のさらに他の実斜䟋を瀺す。
第図においおカヌテンガス宀は、環状
の絶瞁䜓で離隔された金属のむンタヌプ
ヌスプレヌトず金属のオリフむスプレヌト
ずを有する。これらのプレヌト
はそれぞれ同䞀軞䞊に開口ずオリフむ
スを有する。
オリフむスプレヌトは、質量分析噚
を含む真空宀の䞀端郚を圢成し、むンタ
ヌプヌスプレヌトはむオン化宀あるいは
反応宀の䞀端郚を圢成する。
目的の痕跡成分原子あるいは分子を含むサ
ンプルガスは、パむプを介しお゜ヌス
から反応宀ぞず導びかれる。針状攟電電
極が、パむプからの流れの䞭であ぀
おむンタヌプヌスプレヌトに察向する宀
の壁に配眮され、開口ず同
軞䞊にあるようにされる。適圓な匷床ず笊号の電
䜍が電極ずプレヌトに䞎え
られお、電極先端ずむンタヌプヌスプレヌト
の間でむオン化が行なわれる。これらの郚材
間の電堎を瀺す線がで瀺されおいる第
図ず同じ圢状の線で瀺す。第図。
動䜜に際しお、痕跡成分は、電極からの
攟電あるいは他の攟出プロセス熱あるいはRF
フむヌルド等により盎接むオン化される。ある
いはこのむオン化は、化孊的なむオン化プロセス
のステツプを螏んで、間接的に行なうようにしお
もよい。この堎合、䞀぀あるいはそれ以䞊の化孊
的な詊薬ガスを必芁に応じおパむプに接続
したパむプから詊料に泚入するようにしお
もよい。必芁なむオン−分子反応が宀内で
行なわれ、䟛絊されたガス混合䜓に応じおむオン
が圢成される。
サンプルガスの他の圢成方法に぀いお以䞋に説
明する。分析すべき痕跡物質が熔媒䞭に溶解され
る。䟋えば、痕跡物質を含む空気が溶媒䞭に気泡
ずしお通される。痕跡物質が氎に含たれおいるず
きは、氎自身が溶媒ずなる。あるいは、痕跡物質
は掻性炭の劂き固䜓基䜓䞊に集められるこずもあ
り、その堎合は基䜓は溶媒䟋えばベンれン䞭
で振動させられる。溶媒ずしおベンれン、塩化メ
チレン、ヘキサン、む゜オクタン等が甚いられ
る。
痕跡物質に包含する溶媒に぀いで蒞発させられ
る。これは溶媒を熱したキダリダガス流䞭に噎射
させるこずによ぀お行なわれる。化孊的なむオン
化プロセスが奜たしいずきには、溶媒な化孊的な
むオン化詊薬が甚いられ、たた補助的な詊薬がキ
ダリダガスの䞀郚たたは党郚ずしお甚いられる。
痕跡物質はたた、液䜓クロマトグラフから取り
出され、この堎合むオン化に先立぀お液䜓キダリ
ダは蒞発させられる。
第図の実斜䟋に瀺すカヌテンガスは、むンレ
ツトダクトから䟛絊され、呚線方向成分を
含むが半埄方向内方に向けられた円圢のフロヌパ
タヌンを有しおいる。円圢のフロヌパタヌンを圢
成するために他の手段を甚いおもよい。カヌテン
ガスは、゜ヌスから䟛絊パむプを介
しお䟛絊される。パむプに蚭けたバルブ
がカヌテンガス宀䞭の圧力をコントロ
ヌルする。
第図の実斜䟋においお、カヌテンガスの流れ
は、オリフむスから真空宀ぞの流れ
に察抗するために少ないか、等しいかあるいは倚
いかの皮々の状態で䜜動する。これらの状態のそ
れぞれの堎合に利点がある。しかしながらこの流
れの劂䜕にかかわらず、電極ずプレヌト
に䞎えられた電圧および同䞀方向にプレヌト
に䞎えられた第の電圧によ぀お宀
䞭の電堎は、むオンが、ガス流よも高速で吞匕さ
れお宀、カヌテンガス宀のガスカヌ
テンを介しお真空宀ぞず導かれるように構
成される。第図の実斜䟋に甚いられる電圧がこ
の説明の末尟に付け加えられおいる。宀䞭
の過剰のガスが、むンタヌプヌスプレヌト
に隣接する宀の倖壁に蚭けた通気孔
から脱出しあるいはポンプにより排出される。
カヌテンガス䟛絊パむプからのカヌテン
ガスが、ガス宀からオリフむスぞず
流れる流れに匹敵するかあるいは僅かにこれより
倚い堎合には、反応宀から真空宀ぞのサン
プルガスの流れは阻止されるがむオンは䌝達され
るこずになる。これは第図の実斜䟋の䜜動ず同
じモヌドである。ガスカヌテンは、以䞋に述べる
利点を有する。
第に、サンプルガスの流れは、真空宀に入る
流れずは無関係である。皮々の゜ヌスからのサン
プルガス流、䟋えば毛现管ガスクロマトグラフ、
パツクされたカラムのガスクロマトグラフ、盎接
の空気サンプル、トラツプからキダリダガス䞭ぞ
離脱したサンプルなどの党おのサンプルは、それ
ぞれの最適のガス流を保持し、これらのガスを泚
入装眮にオリフむスを合臎するように倉曎
するこずなくこれらのガス流を受け入れるこずが
可胜である。
第に、劂䜕なるサンプルガスでも䜿甚可胜で
ある。すなわち、䜎枩ポンプ凊理可胜な
cryopumpableあるいは凊理可胜なガス䟋、
ヘリりム、氎分もしくは粒子を含んだガス䟋、
通垞の空気などを殆んどあらゆる枩床で䜿甚可
胜である。カヌテンガスを甚いるこずによ぀おオ
リフむスは詰たるこずがなくなり、カヌテ
ンガス自身は高玔床を有しか぀也いおおり独立し
おコントロヌルされた枩床を有しおいるので、奜
たしくない䞍平衡クラスタリングnon−
equilibrium clusteringが生じない。この䞍平
衡クラスタリングずは、真空宀内での膚匵に際し
おの冷华効果による断熱フリヌゞ゚ツト膚匵で生
じる反応を意味しおいる。痕跡ガスむオンの呚囲
に最も集たる分子は通垞氎の分子他の䞍玔物であ
るので、この䞍平衡クラスタリングは玔粋なカヌ
テンガスの䜿甚により倧幅に枛少させるこずがで
きる。
第に、サンプルガス流が真空宀ぞのガス流ず
無関係でよいずいうこずによ぀お、ほんの少量の
サンプルガスしか䜿甚可胜でないずき䟋、小さ
なサンプルガス容噚からのおよび痕跡成分のむ
オン化に察しお必芁な化孊反応係数が䜎いずきで
も高い感床が埗られるずいう利点がある。䟋え
ば、埓来呚知のストツプカラムクロマトグラフむ
を甚いるこずができ、この堎合、ガスクロマトグ
ラフからのガス流は必芁な時間間隔で停止させら
れ、分析を䞎えられたサンプルガスに぀いお行な
うこずが可胜ずなる。たた同様にこの発明によれ
ば、ガス流は長時間反応宀内にサンプルガ
スを保持するように調節するこずができ、必芁な
痕跡成分が反応宀に入぀たずきを怜出する
ようにするこずができる。
分析噚の出力信号は、このずき増加する
ので、反応宀ぞの必芁な痕跡成分の進入が
怜知される。このずきパむプに蚭けられた
バルブがサンプルガス流を停止させるかあ
るいは枛少させお、サンプルをより完党にむオン
化させる。反応宀内の圧力が枛少したサン
プルガス流のために䜎䞋したずきは、カヌテンガ
ス流もバルブにより同時に枛少せしめら
れ、サンプルガスがカヌテンガス宀ぞ入るのを阻
止しか぀カヌテンガスが反応宀ぞど぀ず進
入しないように調節される。
必芁があれば第図に瀺すように、目的の痕
跡成分が反応宀に達したずき、増加する質
量分析噚からの出力信号は、増幅噚により
増幅されスレツシペルド怜出噚を䜜動させ
るのに甚いるこずができる。怜出噚におけ
る信号が、過枡的な効果を打ち消すのに充分に時
間セツトされた所定時間経過埌に、プリセツトさ
れたトリガヌレベルを越えるず、怜出噚は
䜜動しお、出来るだけ長時間反応宀内にサ
ンプルを保持するようにガス流を調節する劂くバ
ルブ䟋えば、゜レノむドバル
ブを制埡する。バルブは、増幅
噚の出力が怜出噚のスレツシペルド
レベルを䞋回぀たずき、手動的あるいは自動的に
リセツトされる。
必芁あれば、目的のサンプルガスが停止され分
析された埌、反応宀は短時間カヌテンガス
流を増加させるこずによ぀おカヌテンガスで充た
すようにされる。
カヌテンガスは適圓な䜎枩ポンプ凊理可胜なガ
スであり、䜎枩ポンプはサンプルガスそれ自身が
容易には凊理できない堎合にももちろん䜿甚でき
るずいう利点がある。
第図の装眮における第のモヌドは、「ピア
ストカヌテン」pierced curtainず呌ばれる。
このモヌドにおいお、カヌテンガス流はオリフむ
スから真空宀に入るガス流に察抗す
るには䞍充分である。埓぀おカヌテンガス流は、
サンプルガスに察しおは無限に調節可胜なオリフ
むスを圢成しむオンのための窓ずしおは最倧限に
開いた固定のオリフむスを圢成するように制埡さ
れる。これは第図に瀺されおおり、ここで電
堎ラむンはで瀺され、カヌテンガス流は
で、サンプルガス流はでおよびむオン
束はで瀺されおいる。
カヌテンガス流は同軞䞊にあるオリフむス
ず開口の軞に向か぀お半埄方向内方に圢
成されるので、このカヌテンガス流は真空宀ぞ入
るサンプルガス流を包囲するこずになる。カヌテ
ンガス流が増加するず、このガス流は挞次
オリフむスず開口の䞭心軞に向か぀
おサンプルガス流を制限する。これにより
必芁な皋床にたでサンプルガス流を枛少させるこ
ずになる。過剰のサンプルガスが存圚するずきは
通気孔から排出される。
䜜動に際しお、カヌテンガス流は、圧力倉換噚
および指瀺噚によりサンプルガスパむプ
の圧力をモニタしバルブを調節するこ
ずによ぀お制埡され、必芁なサンプルガス流が真
空宀に入るようにする。このサンプルガス
流は、最倧の状態真空ポンプの胜力が充分高け
ればから零たで連続的に倉化させるこずができ
る。たたオリフむスは、䜿甚できる真空ポ
ンプ装眮が蚱す限り倧きくするこずができ、たた
䜎枩ポンピングが有効である。
この可倉オリフむスによる䜜動モヌドの利点
は、皮々のサンプルガス流が真空宀内ぞの流れに
適切にマツチするようにできるずいう点にある。
䟋えば、倧きなオリフむスは毛现管ガスク
ロマトグラフの動䜜に最も適した流れよりも倧き
な流れを通過させ、カラム圧力を倧気圧より䜎䞋
させ動䜜を劣化させる。カヌテンガス流の充分な
補充によ぀おこの問題は解決する。必芁あれば圧
力指瀺噚からの信号が、パむプ内の
圧力を必芁な倧きさに維持する劂くバルブ
を制埡するのに甚いられる。
䞊述した流れのマツチング胜力は、むオン窓モ
ヌドの䜜動圓初に説明したにも存圚した。こ
の堎合過剰のカヌテンガス流ずサンプルガスは通
気孔から排出されたが、可倉オリフむスモ
ヌドの䜜動ではこの流れのマツチング胜力は以䞋
の利点を有する。
第に、第図に瀺す劂くむオン束線
は電堎ラむンに盎亀しおいるこずが明らか
である。埓぀お開口を通過するむオン束
の郚分のみが必芁なむオン信号ずしお䜜甚す
る。開口の倖偎にあるむオンは金属のむン
タヌプヌスプレヌトに圓぀お堎を圢成
し、゜ヌス枩床が充分高ければ分子ずしお盎ちに
再攟射される。第のモヌドすなわちむオン窓モ
ヌドでは、これらの分子は通気孔から排出
された。可倉オリフむスモヌドでは、これらの分
子はサンプルガス流によ぀お前方に移送さ
れ、䞭倮領域においお再びむオン−分子反応の機
䌚を䞎えられ、反応むオンずの接觊によ぀お再む
オン化する。このようにしお再むオン化された痕
跡分子はむオン信号ずしお寄䞎し、党むオン信号
の蚈数を増加させる。
さらにこのピアストカヌテンモヌドは、オリフ
むスの盎埌でのガスのダむナミツク膚匵に
際しおカヌテンガスがサンプルガスを拘束するず
いう利点を䞎える。これにより痕跡むオンはオリ
フむスの䞭心軞近くに保持され、質量分析
噚ぞのフオヌカスが容易ずなる䞀方、呚囲
のガスは剥され陀去されるこずになる。
サンプルガス流の殆んど党郚が真空宀内
に導びかれる堎合には、むオン化手段は反応宀
内にではなく真空宀内に䜍眮せしめら
れ、電極およびプレヌトの
電䜍におり䞎えられる電堎は取り陀かれる。その
代りに電磁的にコリメヌトされた電子銃の
劂き適圓な手段によ぀おむオン束が真空宀
内に圢成され、この電子銃はオリフむスか
ら攟出される流れに向぀お電子流を攟出
し、電子衝撃によ぀お真空宀内に痕跡むオンを発
生させる。オリフむスの盎埌の領域内での
サンプルガスの膚匵を制限するカヌテンガスの拘
束効果によ぀お、埗られたサンプルむオンは装眮
の䞭心軞に向぀お極めお制限された領域で圢成さ
れ、これによりむオンは質量分析噚に有効
にフオヌカスされるこずになる。
カヌテンガスはこの発明のむオン移送ずいう芳
点からは䜎枩ポンプ凊理可胜である必芁はない
が、䜎枩ポンプ凊理できる方が奜たしい。カヌテ
ンガスを䜎枩ポンプ凊理するこずによ぀お、通垞
の同様なポンプ速床をも぀た真空ポンプ装眮を備
えた装眮よりも小型軜量か぀安䟡な装眮ずするこ
ずが可胜ずなる。
真空宀内のフむンの冷华枩床に応じお、これら
のカヌテンガスずしおは、窒玠、アルゎン、炭酞
ガス、酞玠正むオン甚、適圓なフレオンガス
などが䜎枩ポンプ可胜なガスずしお甚いられる。
これらのガスは党お、真空宀の壁が冷华可胜な枩
床においお倧気圧10-4トルあるいはそれ以䞋
より非垞に小さな蒞気圧を有しおいる。
たたサンプルガスそれ自身が䜎枩ポンピング可
胜であ぀おもよい。これらのガスは、氎蒞気、む
ンブタン、プロパン、ベンれン、塩化メチレン、
ヘキサン、む゜オクタンその他の化孊的な詊薬ガ
スであるこずができる。サンプルガスはたた窒玠
あるいはアルゎンの劂きガスであるこずができ
る。この堎合、サンプルガスが真空宀䞭に導びき
入れられたずきでも、䜎枩ポンプは䜿甚可胜であ
る。
è¡š V101000〜3000ボルト V1150〜300ボルト V12〜20ボルト 䞊蚘の電圧は、正のむオン圢成ず移送のためで
あり、電圧の笊号は負むオンに察しおは反転され
る。
【図面の簡単な説明】
第図は、この発明の第の実斜䟋の説明図、
第図は、第図の装眮のむオン圢成領域のグ
ラフ、第図は、第図の−線に沿぀おみた
断面図、第図は、第図の−線に沿぀おみ
た断面図、第図は、第図の䜎枩ポンプの断面
図、第図は、流䜓の流れ、電堎およびむオン通
路を瀺すグラフ、第図は、この発明の他の実斜
䟋の断面図、第図は、真空宀の䞀倉圢䟋の断面
図、第図は、第図の−線に぀いおみた断
面図、第図は、この発明の他の実斜䟋の断面
図、第図は、第図の実斜䟋の制埡システム
のブロツクダむアグラム、および、第図は、
第図ず同様であるが他の䜜動モヌドを瀺す断面
図。   反応郚、  ガスカヌテン郚、  
真空郚、  むンタヌプヌスプレヌト、
  オリフむスプレヌト、  開口、 
 オリフむス、  電極。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  痕跡成分を真空宀内で分析する方法におい
    お、 (a) 真空宀、第の領域(4)および第の領域(2)
    をこの順に隣接させお配し、真空宀ず第の
    領域(4)をオリフむスを有するオリフむスプ
    レヌトで仕切り、第の領域ず第の領
    域(2)を開口を有するむンタヌプヌスプレ
    ヌトで仕切り、 (b) 痕跡成分に察しお䜎い反応性を有するカヌテ
    ンガスを前蚘第の領域(4)に導き、 (c) 前蚘オリフむスを介しお前蚘カヌテンガ
    スの少なくずも䞀郚分が前蚘真空宀内ぞ入る
    こずを可胜ずなし、 (d) 前蚘真空宀内の真空を維持しお前蚘オリフ
    むスの軞を䞭心ずしお真空宀内でのカヌ
    テンガスの膚匵を行なわしめ、 (e) 前蚘第の領域(2)に察しお分析すべき痕跡成
    分を含むサンプルガスを䟛絊し、 (f) 前蚘第の領域(4)に流入するサンプルガスを
    制限するように前蚘第の領域に向かうカヌ
    テンガスの流れを制埡し、 (g) 前蚘第の領域(2)においお痕跡成分の少なく
    ずも䞀郚をむオン化しお痕跡むオンを圢成し、 (h) 前蚘第および第の領域(4)、(2)に電堎を圢
    成し、痕跡むオンを前蚘開口を介しお前蚘
    第の領域(2)から第の領域(4)ぞ、さらに前蚘
    オリフむスを介しお前蚘第の領域(2)から
    前蚘真空宀ぞず吞収し、カヌテンガスが該真
    空宀ぞ入るサンプルガスの量を制限するず共
    に電堎の䜜甚䞋にむオンの通過するむオン窓ず
    しおも機胜するようになし、 (i) 前蚘むオンを、膚匵するカヌテンガスから離
    れた通路に沿぀お前蚘真空宀内に䜍眮する分
    析装眮に導いお、 (j) この分析装眮により前蚘むオンを分析す
    るようにした方法。  前蚘第の領域(4)に導かれるカヌテンガスの
    流速をサンプルガスが該第の領域(4)に流入する
    こずを阻止するのに充分な倧きさに維持する過皋
    を含む特蚱請求の範囲第項に蚘茉の方法。  前蚘第の領域(4)に導かれるカヌテンガスの
    流れを制埡し、サンプルガスの制限された流れが
    第の領域ずオリフむスを介しお真空宀
    内ぞ流入する過皋を含む特蚱請求の範囲第項に
    蚘茉の方法。  カヌテンガスの流れを制埡しおサンプルガス
    の第の領域(4)における圧力を所定の倧きさに維
    持する過皋を含む特蚱請求の範囲第項に蚘茉の
    方法。  前蚘第の領域(2)をサンプルガス圢成装眮の
    出口に接続し、カヌテンガスの流れを制埡しお前
    蚘装眮の圧力が倧気圧以䞋に䜎䞋するこずを阻止
    する過皋を含む特蚱請求の範囲第項に蚘茉の方
    法。  カヌテンガスの方向ず流速を制埡しお第の
    領域(4)を流れるサンプルガス流をカヌテンガスが
    包囲しか぀制限するようにした過皋を含む特蚱請
    求の範囲第項に蚘茉の方法。  カヌテンガスの方向ず流速を制埡しおオリフ
    むスを介しお流れるサンプルガス流をカヌテ
    ンガスにより取り囲み、真空宀内のオリフむス
    盎埌でサンプルガスの膚匵を制限する過皋を
    含む特蚱請求の範囲第項に蚘茉の方法。  限られた容積の゜ヌスからサンプルガスを䟛
    絊しおその量を制限するようになし、所定の時間
    少なくずもサンプルガス流を制埡しお第の領域
    (2)における痕跡ガス分子を保持しむオン化される
    痕跡ガス分子の数を増加させるようにした特蚱請
    求の範囲第項に蚘茉の方法。  所定の時間カヌテンガスの流れを倧きく増加
    させお第の領域(2)をカヌテンガスで充満させる
    ようにした特蚱請求の範囲第項に蚘茉の方法。  所定の枩床においお固盞に凝固したずき倧
    気圧より倧きく䞋回る蒞気圧を有するカヌテンガ
    スを前蚘カヌテンガスずしお遞択し、前蚘所定の
    枩床以䞋に真空宀内の内面の少なくずも䞀郚を
    冷华しお前蚘内面の前蚘䞀郚においおカヌテンガ
    スを凝固するようにした特蚱請求の範囲第項に
    蚘茉の方法。  痕跡成分を真空宀内で分析する方法にお
    いお、 (a) 真空宀、第の領域(4)および第の領域(2)
    をこの順に隣接させお配し、真空宀ず第の
    領域(4)をオリフむスを有するオリフむスプ
    レヌトで仕切り、第の領域(4)ず第の領
    域(2)を開口を有するむンタヌプヌスプレ
    ヌトで仕切り、 (b) 痕跡成分に察しお䜎い反応性を有するカヌテ
    ンガスを前蚘第の領域(4)に導き、 (c) 前蚘オリフむスを介しお前蚘カヌテンガ
    スの少なくずも䞀郚分が前蚘真空宀内ぞ入る
    こずを可胜ずなし、 (d) 前蚘真空宀内の真空を維持しお前蚘オリフ
    むスの軞を䞭心ずしお真空宀内でのカヌ
    テンガスの膚匵を行なわしめ、 (e) 前蚘第の領域(2)に察しお分析すべき痕跡成
    分を含むサンプルガスを䟛絊し、 (f) 前蚘第の領域(4)に察するカヌテンガスの流
    れを制埡しお第の領域(4)ぞ入るサンプルガス
    流の制限された流れが前蚘オリフむスを介
    しお前蚘真空宀内ぞ流れるようになし、 (g) 前蚘第の領域(4)におけるカヌテンガス流の
    方向を制埡しおカヌテンガスにより前蚘第の
    領域(4)およびオリフむスを流れるサンプル
    ガスを取り囲んでその盎埄を制限し、 (h) サンプルガス䞭の痕跡成分の少なくずも䞀郚
    をむオン化し、 (i) 前蚘むオンを膚匵するカヌテンガスから離れ
    た通路に沿぀お前蚘真空宀内に䜍眮する分析
    装眮に導いお、 (j) この分析装眮により前蚘むオンを分析するよ
    うにした方法。
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