JPH0620642A - Inductive coupling plasma mass spectrometer - Google Patents

Inductive coupling plasma mass spectrometer

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JPH0620642A
JPH0620642A JP4175427A JP17542792A JPH0620642A JP H0620642 A JPH0620642 A JP H0620642A JP 4175427 A JP4175427 A JP 4175427A JP 17542792 A JP17542792 A JP 17542792A JP H0620642 A JPH0620642 A JP H0620642A
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JP
Japan
Prior art keywords
ions
mass
ion
filter
high frequency
Prior art date
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Pending
Application number
JP4175427A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Sakata
健一 阪田
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent divergence caused by space charge due to the effect of ion density by carrying out rough separation based on the mass of ions by a mass separation means of a mass spectrometer, by letting ions of predetermined masses pass, and by inhibiting passing of the ions other through the separation means. CONSTITUTION:A high frequency magnetic field is formed around a high frequency induction coil 6 by the coil 6, which the inside of a fore chamber main body 11 sandwiched between a sampling cone 8 and a skimmer cone 9 is evacuated, and the vacuum degree of a rear chamber 17 in which a mass fillter 16 is stored, is further increased. A Wien filter 30 having mass separation effect is provided on the front step of an ion optical system 14. Ions in the high frequency induction plasma 7 are guided to the filter 30 through the cones 8, 9, and a extracting electrode 10. The filter 30 is provide with the function of carrying out rough separation of ions based on the ion mass, and only ions of predetermined masses can pass through the filter 30.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、種々の要因による測定
感度の低下を防ぐことが可能な誘導結合プラズマ質量分
析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inductively coupled plasma mass spectrometer capable of preventing a decrease in measurement sensitivity due to various factors.

【0002】[0002]

【従来の技術】誘導結合プラズマ質量分析装置は、高周
波誘導結合プラズマを用いて試料を励起させ、生じたイ
オンをサンプリングコーンとスキマコーンからなるイン
タフェースを介して質量分析計に導いて電気的に検出
し、このイオン量を精密に測定することにより、試料中
の被測定元素を高精度に分析するように構成されてい
る。
2. Description of the Related Art An inductively coupled plasma mass spectrometer uses a high frequency inductively coupled plasma to excite a sample, and guides the generated ions to a mass spectrometer through an interface consisting of a sampling cone and a skimmer cone for electrical detection. The element to be measured in the sample is analyzed with high accuracy by measuring the amount of this ion precisely.

【0003】このような誘導結合プラズマ質量分析装置
については、特開平2−122258号公報,特開平2
−216048号公報及び特開平2−227653号公
報に記載されている。
Regarding such an inductively coupled plasma mass spectrometer, JP-A-2-122258 and JP-A-2
-216048 and JP-A-2-227653.

【0004】図3はこのような誘導結合プラズマ質量分
析装置の従来の構成を示す構成図である。この図におい
て、プラズマトーチ1の外室1bと最外室1cにはガス
調節器2を介してアルゴンガス供給源3からアルゴンガ
スが供給され、内室1aには試料槽4内の試料がネブラ
イザ5により気化されて後アルゴンガスにより搬入され
るようになっている。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional configuration of such an inductively coupled plasma mass spectrometer. In this figure, argon gas is supplied from an argon gas supply source 3 to the outer chamber 1b and the outermost chamber 1c of the plasma torch 1 via a gas regulator 2, and the sample in the sample tank 4 is nebulized in the inner chamber 1a. After being vaporized by 5, it is carried in by argon gas.

【0005】また、プラズマトーチ1に巻回された高周
波誘導コイル6には高周波電源6bによって高周波電流
が流され、この高周波誘導コイル6の周囲に高周波磁界
が形成されている。
A high-frequency current is applied to the high-frequency induction coil 6 wound around the plasma torch 1 by a high-frequency power source 6b, and a high-frequency magnetic field is formed around the high-frequency induction coil 6.

【0006】一方、サンプリングコーン8とスキマコー
ン9に挟まれたフォアチェンバ本体11内は、真空ポン
プ12によって例えば10-4Torrに吸引され、マス
フィルタ(四重極マスフィルタ等)16を収容している
リアチェンバ17内は第2油拡散ポンプ18によって例
えば10-5Torrに吸引されている。
On the other hand, the inside of the fore chamber main body 11 sandwiched between the sampling cone 8 and the skimmer cone 9 is sucked by a vacuum pump 12 to, for example, 10 -4 Torr and accommodates a mass filter (quadrupole mass filter etc.) 16. The inside of the rear chamber 17 is sucked by the second oil diffusion pump 18 to, for example, 10 −5 Torr.

【0007】この状態で上記した高周波磁界の近傍でア
ルゴンガス中に電子かイオンが植え付けられると、この
高周波磁界の作用によって瞬時に高周波誘導プラズマ7
が生ずる。
In this state, when electrons or ions are implanted in the argon gas in the vicinity of the above-mentioned high frequency magnetic field, the high frequency magnetic field causes the high frequency induction plasma 7 to instantly operate.
Occurs.

【0008】この高周波誘導プラズマ7内のイオンは、
サンプリングコーン8やスキマコーン9を経由してイオ
ンレンズ14a,14b(若しくはダブレット四重極レ
ンズ)の間を通って収束され、その後にマスフィルタ1
6を通り二次電子増倍管19に導かれて検出される。こ
の検出信号が信号処理部20に送出されて演算処理され
ることにより前記試料中の被測定元素分析値が求められ
る。
Ions in the high frequency induction plasma 7 are
It converges through the sampling cone 8 and the skimmer cone 9 between the ion lenses 14a and 14b (or the doublet quadrupole lens), and then the mass filter 1
It is guided to the secondary electron multiplier 19 through 6 and detected. The detection signal is sent to the signal processing unit 20 and is subjected to arithmetic processing, whereby the measured elemental analysis value in the sample is obtained.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のような構成の誘
導結合プラズマ質量分析装置では、高イオン密度のビー
ムを低速で扱うために、スペースチャージの影響を受け
る。このスペースチャージの影響により、究極的な高感
度を得ることができない。
In the inductively coupled plasma mass spectrometer having the above structure, a beam having a high ion density is handled at a low speed, so that it is affected by space charge. Due to the influence of this space charge, ultimate high sensitivity cannot be obtained.

【0010】また、非分光的マトリックス効果により、
濃いマトリックス濃度サンプルにおいて減感作用が発生
するといった問題も、「アナリティカル ケミストリ
(ANALYTICAL CHEMISTRY)」1988年6月15日号第
1472〜1474頁に記載されている。
Further, due to the non-spectral matrix effect,
The problem of desensitization in a dense matrix concentration sample is also described in "ANALYTICAL CHEMISTRY", June 15, 1988, pp. 1472-1474.

【0011】すなわち、高密度なイオン密度に起因し、
スペースチャージによりイオンの発散が生じることが原
因となっている。本発明は上記従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的は、スペースチャージ
によるイオンの発散を防ぎ、感度の高い誘導結合プラズ
マ質量分析装置を実現することにある。
That is, due to the high ion density,
This is because the space charge causes ion divergence. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional art, and an object thereof is to prevent ion divergence due to space charge and realize a highly sensitive inductively coupled plasma mass spectrometer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
第一の手段は、高周波誘導結合プラズマを用いて試料を
励起し生じたイオンをスキマコーンより引出し、イオン
光学系により収束させ、二次電子増倍管に導いて検出す
ることにより気体試料中の被測定元素を分析する誘導結
合プラズマ質量分析装置において、スキマコーンより引
き出されたイオンがイオン光学系に入射する前の段階
に、イオン質量によるイオンの粗分離を行う質量分離手
段を設け、測定対象質量以外のイオンを粗分離すること
を特徴とするものである。
The first means for solving the above-mentioned problems is to excite a sample by using high-frequency inductively coupled plasma, extract the generated ions from a skimmer cone, and make them converge by an ion optical system, In an inductively coupled plasma mass spectrometer that analyzes the element to be measured in a gas sample by guiding it to an electron multiplier, the ion mass is extracted before the ions extracted from the skimmer cone enter the ion optical system. The method is characterized in that a mass separation means for roughly separating ions is provided to roughly separate ions other than the mass to be measured.

【0013】[0013]

【作用】上記した手段において、質量分離手段によりイ
オンの質量による粗分離が行われ、予め設定された所定
の質量のイオンのみが通過し、他の質量のイオンは質量
分離手段を通過できない。従って、不必要なイオンは光
学系に導入されず、イオン密度が低下する。これによ
り、イオン密度の影響によるスペースチャージに起因し
たイオンの発散が防止される。
In the above-mentioned means, the mass separation means performs the rough separation according to the mass of the ions, so that only the ions having the preset predetermined mass can pass and the ions having the other masses cannot pass through the mass separation means. Therefore, unnecessary ions are not introduced into the optical system, and the ion density is reduced. This prevents the diffusion of ions due to the space charge due to the influence of the ion density.

【0014】[0014]

【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明の第一の実施例の構成を示す
構成図である。この図において、図3と同一物には同一
番号を付してある。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals.

【0015】高周波誘導コイル6には高周波電源によっ
て高周波電流が流され、この高周波誘導コイル6の周囲
に高周波磁界が形成されている。一方、サンプリングコ
ーン8とスキマコーン9に挟まれたフォアチェンバ本体
11内は、図外の真空ポンプによって例えば10-4To
rrに吸引され、マスフィルタ(四重極マスフィルタ
等)16を収容しているリアチェンバ17内は図外の第
2油拡散ポンプによって例えば10-5Torrに吸引さ
れている。また、イオン光学系14の前段に質量分離効
果を有するウィーンフィルタ30が設置されている。
A high-frequency current is supplied to the high-frequency induction coil 6 by a high-frequency power source, and a high-frequency magnetic field is formed around the high-frequency induction coil 6. On the other hand, the inside of the fore chamber main body 11 sandwiched between the sampling cone 8 and the skimmer cone 9 is, for example, 10 −4 To by a vacuum pump (not shown).
The inside of the rear chamber 17 which is sucked by rr and accommodates the mass filter (quadrupole mass filter or the like) 16 is sucked by, for example, 10 −5 Torr by a second oil diffusion pump (not shown). In addition, a Wien filter 30 having a mass separation effect is installed in front of the ion optical system 14.

【0016】この状態で上記した高周波磁界の近傍でア
ルゴンガス中に電子かイオンが植え付けられると、この
高周波磁界の作用によって瞬時に高周波誘導プラズマが
生ずる。
In this state, when electrons or ions are implanted in the argon gas in the vicinity of the above-mentioned high frequency magnetic field, high frequency induction plasma is instantaneously generated by the action of this high frequency magnetic field.

【0017】この高周波誘導プラズマ7内のイオンは、
サンプリングコーン8やスキマコーン9及び引き出し電
極10を経由して、ウィーンフィルタ30に導かれる。
このウィーンフィルタ30は、質量分離効果(イオン質
量によりイオンの粗分離を行う能力)を有するものであ
り、所定の質量のイオンのみが通り抜けるように構成さ
れたものである。
Ions in the high frequency induction plasma 7 are
It is guided to the Wien filter 30 via the sampling cone 8, the skimmer cone 9 and the extraction electrode 10.
The Wien filter 30 has a mass separation effect (ability to roughly separate ions by ion mass), and is configured so that only ions of a predetermined mass pass through.

【0018】図2はウィーンフィルタ30の構成を示す
構成図であり、このウィーンフィルタ30は可変電圧電
源30a,電極30b〜30c,磁界生成手段30d〜
30eから構成されている。この図はスキマコーン9側
からウィーンフィルタ30を見たものであり、紙面手前
から奥に垂直方向にイオンが進行するものである。ここ
で、電源30aによって生じる電界をE,磁界生成手段
30d〜30eによって生じる磁束密度をB,イオンの
通過速度をvとすると、通過しようとするイオンに働く
ローレンツ力Fは以下のように表せる。
FIG. 2 is a block diagram showing the structure of the Wien filter 30. The Wien filter 30 has a variable voltage power supply 30a, electrodes 30b to 30c, and magnetic field generating means 30d to.
It is composed of 30e. In this figure, the Wien filter 30 is viewed from the side of the skimmer cone 9, and ions proceed in the vertical direction from the front to the back of the paper. Here, assuming that the electric field generated by the power source 30a is E, the magnetic flux density generated by the magnetic field generating means 30d to 30e is B, and the passing speed of the ions is v, the Lorentz force F acting on the ions to pass can be expressed as follows.

【0019】[0019]

【数1】 [Equation 1]

【0020】一定電圧でイオンを加速すると、イオンの
質量によりイオン進行速度vが異なる。従って、イオン
の質量に応じて上記のローレンツ力Fが異なる。従っ
て、ある所定の質量のイオンにおいて、上記ローレンツ
力Fが0になり、ウィーンフィルタ30を通過(直進)
することができる。その他の質量のイオンは、上記ロー
レンツ力Fが働き、ウィーンフィルタ30内を直進する
ことができない。従って、測定対象となる質量のイオン
に働くローレンツ力Fが0になるように、可変電圧電源
を調整する。このようにすることで、イオン質量による
イオンの粗分離を行うことができる。
When the ions are accelerated with a constant voltage, the ion traveling speed v varies depending on the mass of the ions. Therefore, the Lorentz force F varies depending on the mass of the ions. Therefore, the Lorentz force F becomes 0 in an ion having a certain predetermined mass and passes through the Wien filter 30 (straight ahead).
can do. The Lorentz force F acts on the ions having other masses, and thus the ions cannot travel straight in the Wien filter 30. Therefore, the variable voltage power supply is adjusted so that the Lorentz force F acting on the ion having the mass to be measured becomes zero. By doing so, it is possible to roughly separate the ions by the ion mass.

【0021】その後、ウィーンフィルタ30を通過(直
進若しくは略直進)したイオンはイオンレンズ14a,
14b(若しくはダブレット四重極レンズ)の間を通っ
て収束され、その後にマスフィルタ16を通り二次電子
増倍管19に導かれて検出される。この検出信号が信号
処理部20に送出されて演算処理されることにより前記
試料中の被測定元素分析値が求められる。
After that, the ions that have passed through the Wien filter 30 (straight or substantially straight) travel to the ion lens 14a,
14b (or a doublet quadrupole lens) to be converged, and then to a secondary electron multiplier 19 through a mass filter 16 to be detected. The detection signal is sent to the signal processing unit 20 and is subjected to arithmetic processing, whereby the measured elemental analysis value in the sample is obtained.

【0022】以上のように、イオン質量によりイオンの
粗分離を行うことによりイオン密度が低下するため、イ
オンレンズを改良して感度を上げようとする場合に最終
的に障害となっていたスペースチャージ効果の影響を受
けなくなり、高感度を実現することが可能になる。
As described above, since the ion density is lowered by performing the rough separation of the ions by the ion mass, the space charge, which has been an obstacle to improving the sensitivity by improving the ion lens. High sensitivity can be realized without being affected by the effect.

【0023】また、非分光学的マトリックス効果(サン
プルの塩濃度が高いときに被測定元素の感度が下がる効
果)をも防止することができ、高感度を実現することが
できる。
Further, the non-spectroscopic matrix effect (the effect of decreasing the sensitivity of the element to be measured when the salt concentration of the sample is high) can be prevented, and high sensitivity can be realized.

【0024】尚、上記の実施例ではウィーンフィルタを
使用した場合について説明を行ったが、これに限らず質
量分離効果のある他のフィルタを使用しても同様の効果
を得ることができる。
In the above embodiment, the case where the Wien filter is used has been described, but the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by using another filter having a mass separation effect.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上実施例とともに詳細に説明したよう
に、本発明では、イオン光学系によりイオンの収束を行
う前の段階でイオン質量によるイオンの粗分離を行うこ
とにより、イオン密度が低下し、イオンレンズを改良し
て感度を上げようとする場合に最終的に障害となってい
たスペースチャージ効果及び非分光学的マトリックス効
果の影響を受けることがなくなり、高感度な誘導結合プ
ラズマ質量分析装置を実現することができる。
As described above in detail with reference to the embodiments, in the present invention, the ion density is lowered by performing the rough separation of the ions by the ion mass before the ion focusing is performed by the ion optical system. A high-sensitivity inductively coupled plasma mass spectrometer, which is not affected by the space charge effect and the non-spectroscopic matrix effect, which are obstacles to improving the sensitivity by improving the ion lens. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の主要部の構成を示す構成図
である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a main part of one embodiment of the present invention.

【図3】従来における装置の全体構成を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 高周波誘導コイル 8 サンプリングコーン 9 スキマコーン 10 引き出し電極 11 フォアチェンバ 14 イオン光学系 16 マスフィルタ 17 リアチェンバ 19 二次電子増倍管 30 ウィーンフィルタ 30a 可変電圧電源 30b,30c 電極 30d,30e 磁界生成手段 6 High-frequency induction coil 8 Sampling cone 9 Skimmer cone 10 Extraction electrode 11 Forechamber 14 Ion optical system 16 Mass filter 17 Rear chamber 19 Secondary electron multiplier 30 Wien filter 30a Variable voltage power supply 30b, 30c Electrode 30d, 30e Magnetic field generating means

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波誘導結合プラズマを用いて試料を
励起し生じたイオンをスキマコーンより引出し、イオン
光学系により収束させ、二次電子増倍管に導いて検出す
ることにより気体試料中の被測定元素を分析する誘導結
合プラズマ質量分析装置において、 スキマコーンより引き出されたイオンがイオン光学系に
入射する前の段階に、イオン質量によるイオンの粗分離
を行う質量分離手段を設け、測定対象質量以外のイオン
を粗分離することを特徴とする誘導結合プラズマ質量分
析装置。
1. A sample in a gas sample is extracted by exciting a sample using high-frequency inductively coupled plasma, extracting ions from a skimmer cone, converging them by an ion optical system, and guiding them to a secondary electron multiplier to detect them. In an inductively coupled plasma mass spectrometer that analyzes the elements to be measured, a mass separation unit that roughly separates the ions by the ion mass is provided at the stage before the ions extracted from the skimmer cone enter the ion optical system. An inductively coupled plasma mass spectrometer characterized by roughly separating ions other than.
JP4175427A 1992-07-02 1992-07-02 Inductive coupling plasma mass spectrometer Pending JPH0620642A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185073A (en) * 1999-12-27 2001-07-06 Yokogawa Analytical Systems Inc Apparatus and method of analyzing inductively coupled plasma
KR100816081B1 (en) * 2006-12-19 2008-03-24 한국표준과학연구원 An inductively coupled plasma mass spectrometer with an improved sensitivity by storing and concentrating ions in the reaction cell

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