JPH0637563Y2 - 誘導結合プラズマ質量分析装置 - Google Patents

誘導結合プラズマ質量分析装置

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JPH0637563Y2
JPH0637563Y2 JP1180289U JP1180289U JPH0637563Y2 JP H0637563 Y2 JPH0637563 Y2 JP H0637563Y2 JP 1180289 U JP1180289 U JP 1180289U JP 1180289 U JP1180289 U JP 1180289U JP H0637563 Y2 JPH0637563 Y2 JP H0637563Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本考案は、イオン源として誘導結合プラズマを利用して
質量分析を行う誘導結合プラズマ質量分析装置に関す
る。
(ロ)従来技術とその問題点 一般に、誘導結合プラズマ質量分析装置(以下、ICP/MS
という)は、第5図に示すように、プラズマトーチ1の
誘導コイル2に高周波電流を流して試料をプラズマ化
し、これにより生成されたイオンを真空差圧用のインタ
ーフェイス4を構成するサンプリングコーン5およびス
キマー6の各オリフィス5a、6aをそれぞれ通過させて差
動排気室7内に導入した後、円筒状のイオン引出電極9
で引き出し、このイオンをレンズ系10で四重極型等の質
量分析計12の入口に収束させた後、この質量分成形12に
おいて質量分離を行うものであり、検出感度が高いため
微量分析が可能で、また、同位体の分析などにも適して
いる等の利点を有する。
ところで、このICP/MSにおいて、ppb以下の高い検出感
度を維持するためには、信号強度を減少させることなく
マススペクトル上に現れるバックグラウンドを低下させ
る必要がある。このバックグラウンドの成因には、プラ
ズマからイオンと同時に質量分析計12に入ってくる光や
レンズ系10を構成する各電極10a〜10cでのイオン散乱等
の影響がある。そのため、従来のICP/MSでは、レンズ系
10の光軸O上に円板14を配置して光を遮断し、円板14の
周囲を通過したイオンをレンズ系10で収束させる構成が
採られている。
この場合は、光の影響を除くことができても、イオンの
散乱等の影響を十分に除去することができない。すなわ
ち、プラズマイオンは、インターフェース4を通ってイ
オン引出電極9まで広がっているので、レンズ系10から
見たイオン引出電極9の位置におけるイオンのビーム径
が大きく、このため、イオン引出電極9を通過するイオ
ンは大きい立体角の範囲に発散してレンズ系10を構成す
る各電極10a〜10cにイオンが衝突して散乱を起こしたり
二次電子を発生する。そして、これらのイオンの散乱や
二次電子がノイズとなるため、従来装置では十分にバッ
クグラウンドを低下させることができなかった。
さらに、上記のインターフェース4は、真空差圧の構造
となっているので、インターフェース4を通過した高真
空段では差圧によるガスの流れがある。したがって、拡
散係数の大きい軽元素ほどガスの流れに起因して発散角
が大きくなり、イオン引出電極9の透過率、およびその
後段レンズ系10における収束性は軽元素ほど悪くなる。
その結果、軽元素ほど相対的に信号強度が低くなり、十
分な分析精度が得られない等の不具合を生じている。
本考案は、このような課題に鑑みてなされたもので、バ
ックグラウンドの成因となる光および散乱イオンの双方
の質量分析計内への侵入を可及的に低減し、さらに、こ
れに加えて軽元素に対しても高い検出感度を維持できる
ようにすることを目的とする。
(ハ)問題点を解決するための手段 本考案は、上記の目的を達成するために、プラズマトー
チで発生したイオンを差動排気室内に導入するインター
フェースと、このインターフェースを通過したイオンを
質量分析計に向けて引き出すイオン引出電極と、このイ
オン引出電極で引き出されたイオンを質量分析計の入口
に収束させるレンズ系とが光軸を一致させて順次配置さ
れた誘導結合プラズマ質量分析計において、次の構成を
採る。
すなわち、第1の本考案に係るICP/MSでは、イオン引出
電極は、インターフェイス側に向けて所定の角度だけ傾
斜配置された半円板状の光遮断電極部を備え、この光遮
断電極部には光軸から偏位させた位置にイオン通過口が
形成され、前記光遮断電極部のイオン出射側には円筒状
のイオン収束電極部が設けられ、さらにこのイオン収束
電極部の内壁の一部にはイオン軌道を光軸に向けて偏向
させる半円板状の補助電極部が光軸に対して直交して設
けられて構成される一方、前記イオン引出電極と前記レ
ンズ系との間には該イオン引出電極を通過したイオンを
レンズ系の光軸に向けて偏向させる偏向電極が配置され
ていることを特徴としている。
第2の考案に係るICP/MSは、第1の考案に係るイオン引
出電極の構造を一部変更したものであって、イオン引出
電極は、インターフェース側に向けて所定の角度だけ傾
斜配置された反円板状の光遮断電極部を備え、この光遮
断電極部には光軸から偏位させた位置にイオン通過口が
形成される一方、前記光遮断電極部のイオン出射側に
は、円筒状のイオン偏向電極部が、さらに、このイオン
偏向電極部の端部には中央にイオン通過口を有する円板
状のイオン収束電極部がそれぞれ設けられ、前記光遮断
電極部とイオン収束電極部には分析対象となるイオンの
電荷に対して同極性の電圧が、前記イオン偏向電極部に
はこれとは逆極性の電圧がそれぞれ印加されていること
を特徴としている。
(ニ)作用 第1の考案に係るICP/MSでは、イオン引出電極を構成す
る光遮断電極部に形成したイオン通過口は、光軸から偏
位させられているので、プラズマトーチからの光は光遮
断電極部で遮断されてイオン通過口を通過しない。ま
た、この光遮断電極部は、半円板状をなしかつインター
フェイス側に向けて所定の角度だけ傾斜配置されている
ので、インターフェイスに近接している部分ほど電界密
度が高くなる。そのため、軽元素でもこの電界密度の高
い部分に引かれてイオン通過口を通過する。イオン通過
口を通過したイオンは、半円板状をした補助電極によっ
て形成された電界によりイオン軌道が修正される。さら
に、このイオンは円筒状のイオン収束電極部により収束
された後、引き出される。この場合、レンズ系から見た
イオンのビーム径はイオン通過口の口径以下に収束され
ているために小さく、したがって、イオンの発散は小さ
い立体角の範囲に抑えられる。しかも、このイオン引出
電極を通過したイオンは、次段の偏向電極でレンズ系の
中心軸に向けて偏向されるので、レンズ系を構成する各
電極にイオンが衝突する頻度が少なくなり、イオンの散
乱や二次電子の発生が低減される。
第2の考案に係るICP/MSでは、光遮断電極部の作用は第
1の考案に係る場合のものと同様であるが、円筒状をし
たイオン偏向電極部には分析対象となるイオンの電荷に
対して逆極性の電圧が印加されているので、このイオン
偏向電極部がイオンを光軸に向けて偏向させる作用をす
る。さらに、次段の円板状のイオン収束電極部はイオン
と同極性の電圧が印加されているので、このイオン収束
電極部と偏向電極との相互作用によりイオンが収束され
て引き出される。
(ホ)実施例 第1図は本考案のICP/MSの構成図であり、第3図の従来
例に対応する部分には同一の符号を付している。
第1図において、1はプラズマトーチ、2は誘導コイ
ル、4はプラズマトーチ1で発生したイオンを差動排気
室7内に導入するインターフェイスで、サンプリングコ
ーン5およびスキマー6からなる。サンプリングコーン
5とスキマー6には、共通する光軸O上にオリフィス5
a、6aが形成されている。そして、サンプリングコーン
5とスキマー6間はロータリポンプ等で差動排気されて
いる。また、8はサンプリングコーン5とスキマー6の
各々のオリフィス5a、6aを通過したイオンを後述の質量
分析計12に向けて引き出すイオン引出電極である。この
イオン引出電極8は、第2図に示すように、半円板状を
した光遮断電極部8aを備える。この光遮断電極部8aは、
インターフェイス4側に向けて所定の角度だけ傾斜し、
かつ、その一部が光軸O上に位置するように配置される
とともに、光軸Oから偏位した位置にイオン通過口8bが
形成されている。そして、この光遮断電極部8aのイオン
出射側には円筒状のイオン収束電極部8cが光軸Oと同心
に配置されている。さらに,このイオン収束電極部8cの
内壁の一部にはイオン軌道を光軸Oに向けて偏向させる
半円板状の補助電極部8dが光軸Oに対して直交して設け
られている。10はイオン引出電極8で引き出されたイオ
ンを質量分析計12の入口に収束させるレンズ系である。
11はイオン引出電極8を通過したイオンをレンズ系10の
光軸Oに向けて偏向させる偏向電極であり、イオンの引
出電極8とレンズ系10との間に配置されている。そし
て、上記のイオン引出電極8、レンズ系10および偏向電
極11はいずれも差動排気室7内に配置されており、差動
排気室7は拡散ポンプ等で真空排気されている。12は四
重極型の質量分析計で、真空室内13に配置されおり、拡
散ポンプ等で真空排気されている。
次に、上記の構成を有するICP/MSの作用について説明す
る。
分析に際しては、イオン引出電極8を構成する光遮断電
極部8a、イオン収束電極部8cおよび補助電極部8cには、
共に同一の電圧(イオンの電荷に応じて正あるいは負の
電圧)が印加される。
プラズマトーチ1の誘導コイル2に高周波電流を流して
試料をプラズマ化すると、これによりイオンと光がそれ
ぞれ発生する。光とイオンはインターフェイス4のサン
プリングコーン5およびスキマー6の各イオン通過口5
a、6aをそれぞれ通過した後、イオン引出電極8に向か
う。その場合、イオン引出電極8の光遮断電極部8aに形
成したイオン通過口8bは、光軸Oから所定距離だけ偏位
させられているので、プラズマトーチ1からの光は光遮
断電極部8aで遮断されてイオン通過口8bを通過しない。
また、光遮断電極部8aは、インターフェース4側に向け
て所定の角度だけ傾斜配置されているので、第1図の破
線で示すように、インターフェイス4に近接している部
分ほど電界密度が高くなる。そのため、イオン引出電極
8に適宜の電圧を印加することにより、インターフェイ
ス4と光遮断電極部8aとの間において軽元素の発生を抑
えるに十分な電界が生じる。したがって、軽元素のイオ
ンは、この電界密度の高い部分に引かれてイオン通過口
8bを通過する。イオン通過口8bを通過したイオンは、補
助電極8dによって形成された電界によりイオン軌道が修
正される。さらに、このイオンはイオン収束電極部8cに
より発散が収束された後、引き出される。この場合、レ
ンズ系10から見たイオンビームの口径はイオン通過口8b
の直径以下となるために絞られて小さく、したがって、
イオン通過口8bを通過したイオンの発散は小さい立体角
の範囲に抑えられる。
続いて、イオン引出電極8を通過したイオンは、偏向電
極11でレンズ系10の光軸Oに向けて偏向される。このた
め、従来のように、レンズ系10を構成する各電極10a〜1
0cにイオンが衝突する頻度が少なくなり、イオンの散乱
や二次電子の発生が低減される。その結果、バックグラ
ウンドが低下する。
第3図は、軽元素のAl、重元素のIr、その中間のCoの各
正イオンについて、イオン引出電極8への印加電圧V
(負)と相対信号強度との関係を示す特性図である。こ
の図からも明らかなように、イオン引出電極8に対して
−50V程度の電圧を印加することにより、軽元素のイオ
ン取り出し効率が改善されることが理解される。
第4図は上記の実施例におけるイオン引出電極8の構造
を一部変更したものである。すなわち、この実施例のイ
オン引出電極8は、光遮断電極部8aが設けられている点
は上記の実施例と同様であるが、上記の実施例と異なる
点は、光遮断電極部8aのイオン出射側に、円筒状のイオ
ン偏向電極部8eを、さらに、このイオン偏向電極部8eの
端部には中央にイオン通過口8gを有する円板状のイオン
収束電極部8fがそれぞれ設けられ、光遮断電極部8aとイ
オン収束電極部8gには分析対象とてぐイオンの電荷に対
して同極性の電圧が、イオン偏向電極部8eにはこれとは
逆極性の電圧がそれぞれ印加されていることである。
この実施例において、光遮断電極部8aの作用は上記の実
施例の場合と同様であるが、イオン偏向電極部8eには分
析対象となるイオンの電荷に対して逆極性の電圧が印加
されているので、イオン通過口8bを通過したイオンは、
イオン偏向電極部8eによって光軸Oに向けて偏向され
る。さらに、次段のイオン収束電極部8fにはイオンと同
極性の電圧が印加されているので、このイオン収束電極
部8fと偏向電極11との相互作用によりイオンが収束され
てイオン通過口8gから引き出される。
(ヘ)効果 本考案によれば、バックグラウンドの成因となる光と散
乱イオンの双方が質量分析計に侵入することが可及的に
低減されるばかりでなく、さらに、これに加えて軽元素
に対しても高い検出感度を維持できるようにてるので、
バックグラウンドが少なく、しかも高い検出感度の装置
が得られるようになる等の優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例に係る誘導結合プラズマ質量分
析装置の構成を示す正面断面図、第2図は第1図のイオ
ン引出電極を光軸側に対向して見た側面図、第3図は各
種のイオンについて、イオン引出電極への印加電圧と相
対信号強度との関係を示す特性図、第4図は本考案の他
の実施例の要部を示す正面断面図、第5図は従来の誘導
結合プラズマ質量分析装置の構成を示す正面断面図であ
る。 1…プラズマトーチ、4…インターフェイス、7…差動
排気室、8…イオン引出電極、8a…光遮断電極部、8b…
イオン通過口、8c…イオン収束電極部、8d…補助電極
部、8e…イオン偏向電極部、8f…イオン収束電極部、8g
…イオン通過口、10…レンズ系、11…偏向電極、12…質
量分析計。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマトーチで発生したイオンを差動排
    気室内に導入するインターフェイスと、このインターフ
    ェイスを通過したイオンを質量分析計に向けて引き出す
    イオン引出電極と、このイオン引出電極で引き出された
    イオンを質量分析計の入口に収束させるレンズ系とが光
    軸を一致させて順次配置された誘導結合プラズマ質量分
    析計において、 前記イオン引出電極は、前記インターフェイス側に向け
    て所定の角度だけ傾斜配置された半円板状の光遮断電極
    部を備え、この光遮断電極部には光軸から偏位させた位
    置にイオン通過口が形成され、前記光遮断電極部のイオ
    ン出射側には円筒状のイオン収束電極部が設けられ、さ
    らにこのイオン収束電極部の内壁の一部にはイオン軌道
    を光軸に向けて偏向させる半円板状の補助電極部が光軸
    に対して直交して設けられて構成される一方、 前記イオン引出電極と前記レンズ系との間には該イオン
    引出電極を通過したイオンをレンズ系の光軸に向けて偏
    向させる偏向電極が配置されていることを特徴とする誘
    導結合プラズマ質量分析装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の誘導結合プラズマ質量分析
    装置において、請求項1記載のイオン引出電極に代え
    て、イオン引出電極は、インターフェイス側に向けて所
    定の角度だけ傾斜配置された半円板状の光遮断電極部を
    備え、この光遮断電極部には光軸から偏位させた位置に
    イオン通過口が形成される一方、前記光遮断電極部のイ
    オン出射側には、円筒状のイオン偏向電極部が、さら
    に、このイオン偏向電極部の端部には中央にイオン通過
    口を有する円板状のイオン収束電極部がそれぞれ設けら
    れ、前記光遮断電極部とイオン収束電極部には分析対象
    となるイオンの電荷に対して同極性の電圧が、前記イオ
    ン偏向電極部にはこれとは逆極性の電圧がそれぞれ印加
    されていることを特徴とする誘導結合プラズマ質量分析
    装置。
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