JPH07118296B2 - Ionization method for high pressure mass spectrometry. - Google Patents
Ionization method for high pressure mass spectrometry.Info
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- JPH07118296B2 JPH07118296B2 JP63080243A JP8024388A JPH07118296B2 JP H07118296 B2 JPH07118296 B2 JP H07118296B2 JP 63080243 A JP63080243 A JP 63080243A JP 8024388 A JP8024388 A JP 8024388A JP H07118296 B2 JPH07118296 B2 JP H07118296B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、質量分析を行うために試料をイオン化する方
法に関するもので、特に、大気圧下においてイオン化す
る高圧質量分析法のためのイオン化法に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for ionizing a sample for mass spectrometry, and more particularly to an ionization method for high pressure mass spectrometry that ionizes at atmospheric pressure. It is about.
(従来の技術) 微量成分の検出には質量分析法が用いられることが多
い。質量分析法は、ガス化した試料をイオン化し、磁場
あるいは電場からなる分析場を通すことにより各イオン
をその質量に従って分離させ、これを検出測定するとい
うものである。したがって、分子ないしは原子単位での
分析が可能であり、特に微量生体代謝物質の検出や公害
成分あるいは半導体製造プロセスガスに含まれる極微量
不純物の分析等に威力を発揮するものとなっている。(Prior Art) Mass spectrometry is often used to detect trace components. In mass spectrometry, a gasified sample is ionized, and each ion is separated according to its mass by passing through an analysis field consisting of a magnetic field or an electric field, and this is detected and measured. Therefore, it is possible to perform analysis on a molecular or atomic basis, and it is particularly useful for detection of trace biometabolites, analysis of pollutant components or ultratrace impurities contained in semiconductor manufacturing process gas.
ところで、このような質量分析法を実施するためには、
試料をイオン化することが必要となる。従来は、そのよ
うな試料のイオン化には、一般に、試料に高速の電子を
当てる電子衝撃法が用いられていた。By the way, in order to carry out such mass spectrometry,
It is necessary to ionize the sample. Conventionally, the ion bombardment method in which a high-speed electron is applied to the sample has been generally used for the ionization of such a sample.
しかしながら、電子衝撃によって試料をイオン化するた
めには、電子を高速まで加速しなければならないので、
試料をイオン化するイオン化室を高度の真空に保つこと
が必要となる。そのために、質量分析装置全体が大掛か
りなものとなってしまう。また、電子を高速で当てる
と、試料が破壊され、低分子量の物質が生ずることもあ
る。そのような物質が生成されると、分析結果の解釈が
困難になる。However, in order to ionize the sample by electron impact, the electrons must be accelerated to high speed,
It is necessary to maintain a high vacuum in the ionization chamber that ionizes the sample. Therefore, the whole mass spectrometer becomes large-scale. Further, when electrons are applied at a high speed, the sample may be destroyed and a low molecular weight substance may be generated. When such a substance is produced, it becomes difficult to interpret the analysis result.
このようなことから、大気圧下のイオン化室内におい
て、放射線源63Niあるいはコロナ放電を利用して化学的
に反応しやすいイオンを生成し、そのイオン、すなわち
一次イオンを試料と反応させることにより試料をイオン
化するイオン化法が開発され、その方法を利用した高圧
質量分析法が行われるようになってきている。Therefore, in the ionization chamber under atmospheric pressure, the radiation source 63 Ni or corona discharge is used to generate chemically reactive ions, and the ions, that is, the primary ions, are reacted with the sample. An ionization method for ionizing cesium has been developed, and high-pressure mass spectrometry using the method has been performed.
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、そのようなイオン化法は、試料を間接的
にイオン化するものであるから、イオン化効率を高める
ことが難しい。特に、イオンがある種の有機物である場
合には、一次イオンとの化学反応が起こりにくいので、
この方法ではその試料をイオン化することは困難とな
る。(Problems to be Solved by the Invention) However, since such an ionization method indirectly ionizes a sample, it is difficult to increase the ionization efficiency. Especially when the ion is a certain kind of organic substance, the chemical reaction with the primary ion is difficult to occur,
This method makes it difficult to ionize the sample.
また、放射線やコロナ放電によって一次イオンを生成す
るものでは、その生成時に一次イオンと同数の電子が生
成され、その電子が一次イオンと再結合するので、イオ
ン化室内の一次イオンの濃度を十分に高めることができ
ない。そのために、イオン化される試料分子の数が限ら
れてしまう。Also, in the case of generating primary ions by radiation or corona discharge, the same number of electrons as the primary ions are generated at the time of generation, and the electrons recombine with the primary ions, so the concentration of the primary ions in the ionization chamber is sufficiently increased. I can't. Therefore, the number of ionized sample molecules is limited.
このように、従来の大気圧下におけるイオン化法では試
料を十分にイオン化することができず、高圧質量分析法
の精度の向上を図る上での阻害要因となっていた。As described above, the conventional ionization method under atmospheric pressure cannot sufficiently ionize the sample, which is a hindrance factor in improving the accuracy of the high-pressure mass spectrometry.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、大気圧下において試料を効率よくイオ
ン化することのできる、高圧質量分析法に適したイオン
化法を提供することである。The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide an ionization method suitable for high-pressure mass spectrometry, which can efficiently ionize a sample under atmospheric pressure. is there.
(課題を解決するための手段) この目的を達成するために、本発明では、高圧質量分析
装置の大気圧下に保持されるイオン化室内に、金属から
なるエミッタを配置し、そのエミッタを適度の温度に加
熱保持しておいて、試料をキャリヤガスに乗せてイオン
化室内に導入することにより、その試料をエミッタに衝
突させるようにしている。そのエミッタの材料として
は、白金やイリジウム等の高い仕事関数を示すものが望
ましい。(Means for Solving the Problem) In order to achieve this object, in the present invention, an emitter made of a metal is arranged in an ionization chamber of the high-pressure mass spectrometer, which is maintained under atmospheric pressure, and the emitter is appropriately adjusted. The sample is put on a carrier gas and introduced into the ionization chamber while being heated and maintained at the temperature so that the sample collides with the emitter. As a material for the emitter, a material having a high work function such as platinum or iridium is desirable.
(作用) このように、金属エミッタに試料を衝突させると、試料
は表面電離によりイオン化される。特に、そのエミッタ
が仕事関数の高い金属によって形成されている場合に
は、そのイオン化度が高くなる。そして、エミッタが加
熱環境下に置かれていることにより、イオン化された試
料はエミッタに吸着されることなく脱離する。その場
合、試料の電子はエミッタに奪われる。したがって、生
じたイオンが電子と再結合することはない。(Operation) When the sample is made to collide with the metal emitter, the sample is ionized by surface ionization. In particular, when the emitter is made of a metal having a high work function, its ionization degree becomes high. Since the emitter is placed in a heating environment, the ionized sample is desorbed without being adsorbed by the emitter. In that case, the electrons of the sample are taken by the emitter. Therefore, the generated ions do not recombine with the electrons.
このような表面電離によるイオン化は、イオン化エネル
ギの小さい試料ほど効率よく行われる。そして、有機物
にもイオン化エネルギの小さいものは多い。したがっ
て、有機物を含む試料であっても効率よくイオン化する
ことができる。Ionization by such surface ionization is more efficiently performed for a sample having a smaller ionization energy. Also, many organic substances have low ionization energy. Therefore, even a sample containing an organic substance can be efficiently ionized.
(実施例) 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。(Examples) Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図中、第1,2図は本発明を適用した高圧質量分析計の一
例を示すもので、第1図はその全体構成図であり、第2
図はそのイオン源部の詳細図である。In the drawings, FIGS. 1 and 2 show an example of a high-pressure mass spectrometer to which the present invention is applied, and FIG. 1 is an overall configuration diagram thereof.
The figure is a detailed view of the ion source part.
第1図から明らかなように、高圧質量分析計1は、試料
をイオン化しそれを加速するイオン源部2と、そのイオ
ン源部2から導入されるイオンビームを分離分析する分
析場3と、分離されたイオンを検出測定する検出部4と
からなっている。分析場3は、一様磁場からなるレンズ
として構成され、イオンがその質量ごとに分離されて検
出部4に到達するようにされている。検出部4において
は、イオン電流が検出されるようになっている。As is clear from FIG. 1, the high-pressure mass spectrometer 1 includes an ion source section 2 for ionizing a sample and accelerating it, and an analysis field 3 for separately analyzing an ion beam introduced from the ion source section 2. And a detector 4 for detecting and measuring the separated ions. The analysis field 3 is configured as a lens having a uniform magnetic field, and the ions are separated by their masses and reach the detection unit 4. Ion current is detected in the detector 4.
第2図に示されているように、イオン源部2にはイオン
化室5が設けられている。そのイオン化室5は、大気圧
下に開放されている。そして、そのイオン化室5に試料
導入口6が設けられ、ガス化された試料が窒素ガス等の
不活性ガスからなるキャリヤガスとともにその導入口6
からイオン化室5内に導入されるようになっている。ま
た、イオン化室5の前端面には、イオン化された試料を
分析場3に導くためのイオン源スリット7が設けられて
いる。As shown in FIG. 2, the ion source part 2 is provided with an ionization chamber 5. The ionization chamber 5 is open under atmospheric pressure. A sample introduction port 6 is provided in the ionization chamber 5, and the gasified sample is introduced into the ionization chamber 5 together with a carrier gas composed of an inert gas such as nitrogen gas.
Is introduced into the ionization chamber 5. Further, an ion source slit 7 for guiding the ionized sample to the analysis field 3 is provided on the front end surface of the ionization chamber 5.
イオン化室5内には、高い仕事関数を示す金属である白
金からなるエミッタ8が配置されている。そのエミッタ
8は、一対のリード線9,9を介して外部の電源に接続さ
れ、電気的に加熱されるようになっている。An emitter 8 made of platinum, which is a metal having a high work function, is arranged in the ionization chamber 5. The emitter 8 is connected to an external power source through a pair of lead wires 9 and is electrically heated.
次に、このように構成された高圧質量分析計1の作用に
ついて説明する。Next, the operation of the high pressure mass spectrometer 1 configured as above will be described.
質量分析を行うときには、エミッタ8を適度の温度、例
えば500〜600℃に加熱しておく。そして、試料導入口6
からキャリヤガスとともに試料をイオン化室5内に導入
する。すると、その試料がエミッタ8に衝突する。When performing mass spectrometry, the emitter 8 is heated to an appropriate temperature, for example, 500 to 600 ° C. Then, the sample introduction port 6
The sample is introduced into the ionization chamber 5 together with the carrier gas. Then, the sample collides with the emitter 8.
第3図に示されているように、試料分子Mが加熱された
固体表面Sに衝突すると、その分子Mは、固体表面Sに
吸着されることなくはね返される。そして、はね返され
るとき、その分子Mのうちのいくつかは電子が奪われて
イオン化する。すなわち表面電離する。As shown in FIG. 3, when the sample molecule M collides with the heated solid surface S, the molecule M is repelled without being adsorbed on the solid surface S. Then, when repelled, some of the molecules M are deprived of the electrons and ionized. That is, the surface is ionized.
このような表面電離によって生ずるイオンM+の数N
ionは、固体表面Sから反射する中性試料分子Mの個数
をN、その分子Mのイオン化エネルギをIE、固体の仕事
関数をΦ、その温度をTとすると、 と表される。ここで、A及びkは定数である。The number N of ions M + generated by such surface ionization
ion is N, the number of neutral sample molecules M reflected from the solid surface S, I E is the ionization energy of the molecules M, Φ is the work function of the solid, and T is its temperature. Is expressed as Here, A and k are constants.
この式から明らかなように、固体の仕事関数が高いほ
ど、また、試料分子のイオン化エネルギが低いほど、多
数の試料分子がイオン化される。すなわちイオン化度が
高くなる。しかも、そのような表面電離は大気圧下にお
いても生じる。As is clear from this equation, the higher the work function of the solid and the lower the ionization energy of the sample molecule, the more the sample molecules are ionized. That is, the degree of ionization is high. Moreover, such surface ionization occurs even under atmospheric pressure.
この場合、固体の温度が高いとイオン化される分子数の
比率が低下することになるが、固体の温度を低くする
と、固体表面に衝突した分子がその表面に吸着され、固
体表面から反射されなくなってしまう。したがって、固
体表面は、イオン化された試料分子が脱離するだけの温
度に加熱保持される必要がある。その温度は、一般には
500〜600℃である。In this case, if the temperature of the solid is high, the ratio of the number of molecules that are ionized will decrease, but if the temperature of the solid is decreased, the molecules that collide with the surface of the solid will be adsorbed on the surface and will not be reflected from the surface of the solid. Will end up. Therefore, the solid surface needs to be heated and maintained at a temperature at which the ionized sample molecules are desorbed. That temperature is generally
500 to 600 ° C.
したがって、上述のように500〜600℃に加熱された白金
エミッタ8に試料が衝突すると、その試料は、大気圧下
においても効率よくイオン化される。しかも、試料のイ
オン化エネルギが小さいときには、更に効率よくイオン
化される。そして、奪われた電子はエミッタ8の内部に
とじ込められる。Therefore, when the sample collides with the platinum emitter 8 heated to 500 to 600 ° C. as described above, the sample is efficiently ionized even under the atmospheric pressure. Moreover, when the ionization energy of the sample is small, it is more efficiently ionized. Then, the robbed electrons are trapped inside the emitter 8.
このようにして生じたイオンは、イオン源部2において
加速されてイオンビームとなり、イオン源スリット7か
ら分析場3を通して検出部4に導かれ、質量ごとに検出
される。The ions thus generated are accelerated in the ion source unit 2 into an ion beam, guided from the ion source slit 7 to the detection unit 4 through the analysis field 3, and detected for each mass.
このように、高い仕事関数を有するエミッタ8の加熱表
面において化学種が表面電離することを利用することに
より、大気圧下においても試料を効率よくイオン化する
ことが可能となる。しかも、イオン化エネルギの小さい
試料ほど効率よくイオン化されるので、例えば大気中に
含まれているにおいの強い公害成分であるトリメチルア
ミンを検出しようとするときなどには、この方法が特に
効果を発揮する。As described above, by utilizing the surface ionization of the chemical species on the heated surface of the emitter 8 having a high work function, the sample can be efficiently ionized even under the atmospheric pressure. Moreover, since a sample having a smaller ionization energy is more efficiently ionized, this method is particularly effective when, for example, detecting trimethylamine, which is a pollution component having a strong odor contained in the atmosphere.
なお、上記実施例においては、本発明を高圧質量分析計
に適用した例について説明したが、高圧質量分析器にも
本発明を適用することができることは明らかであろう。In addition, in the above-mentioned embodiment, an example in which the present invention is applied to a high-pressure mass spectrometer has been described, but it will be apparent that the present invention can also be applied to a high-pressure mass analyzer.
また、エミッタ8として白金を用いる例について説明し
たが、そのエミッタとしては他の金属を用いることもで
きる。しかしながら、その金属は、できるだけ仕事関数
の高いものであることが望ましい。Further, the example in which platinum is used as the emitter 8 has been described, but other metals can be used as the emitter. However, it is desirable that the metal has a work function as high as possible.
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、加熱
された金属表面に試料を衝突させ、表面電離によりイオ
ン化を図るようにしているので、大気圧下においても試
料を直接イオン化することができる。したがって、質量
分析装置の構造を簡単化することができるとともに、試
料が破壊されることも少なくなるので、精度の高い質量
分析が可能となる。また、生成されたイオンが電子と再
結合することもなくなるので、試料が効率よくイオン化
されるようになり、質量分析の精度を更に向上させるこ
とが可能となる。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, the sample is made to collide with the heated metal surface and ionized by surface ionization. It can be directly ionized. Therefore, the structure of the mass spectrometer can be simplified, and the sample is less likely to be destroyed, so that highly accurate mass spectrometry can be performed. Moreover, since the generated ions are not recombined with the electrons, the sample can be efficiently ionized, and the accuracy of mass spectrometry can be further improved.
そして、イオン化エネルギの小さい化学種ほど効率よく
イオン化されるので、そのような化学種を含む試料の分
析に特に威力を発揮する高圧質量分析法とすることがで
きる。Further, since a chemical species having a smaller ionization energy is more efficiently ionized, a high pressure mass spectrometric method can be provided which is particularly effective in analyzing a sample containing such a chemical species.
第1図は、本発明を適用した高圧質量分析装置の一例を
示す縦断面図、 第2図は、その高圧質量分析装置のイオン源部を示す拡
大縦断面図、 第3図は、本発明の原理を示す説明図である。 1……高圧質量分析計(高圧質量分析装置) 2……イオン源部、5……イオン化室 6……試料導入口、8……エミッタFIG. 1 is a vertical sectional view showing an example of a high-pressure mass spectrometer to which the present invention is applied, FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view showing an ion source portion of the high-pressure mass spectrometer, and FIG. It is explanatory drawing which shows the principle of. 1 ... High-pressure mass spectrometer (high-pressure mass spectrometer) 2 ... Ion source part, 5 ... Ionization chamber 6 ... Sample inlet, 8 ... Emitter
Claims (1)
イオン化室内に、金属からなるエミッタを配置し、 そのエミッタを適度の温度に加熱しておき、 前記イオン化室内に試料をキャリヤガスとともに導入す
ることにより、前記エミッタに試料を衝突させることか
らなる、 高圧質量分析法のためのイオン化法。1. An emitter made of metal is placed in an ionization chamber of an high-pressure mass spectrometer, which is maintained under atmospheric pressure, and the emitter is heated to an appropriate temperature, and a sample is placed in the ionization chamber together with a carrier gas. An ionization method for high pressure mass spectrometry, which comprises bombarding a sample with the emitter upon introduction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63080243A JPH07118296B2 (en) | 1988-04-02 | 1988-04-02 | Ionization method for high pressure mass spectrometry. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63080243A JPH07118296B2 (en) | 1988-04-02 | 1988-04-02 | Ionization method for high pressure mass spectrometry. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01255147A JPH01255147A (en) | 1989-10-12 |
JPH07118296B2 true JPH07118296B2 (en) | 1995-12-18 |
Family
ID=13712884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63080243A Expired - Lifetime JPH07118296B2 (en) | 1988-04-02 | 1988-04-02 | Ionization method for high pressure mass spectrometry. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07118296B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH031435A (en) * | 1989-05-29 | 1991-01-08 | Kokuritsu Kogai Kenkyusho | Ionizing method for mass spectrogram |
CN104007168B (en) * | 2014-06-09 | 2016-06-01 | 中国科学院上海有机化学研究所 | A kind of sample carrier for ionization massspectrum analysis and application thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5011090A (en) * | 1973-05-30 | 1975-02-04 | ||
JPS5960254A (en) * | 1982-09-30 | 1984-04-06 | Anelva Corp | Gas analyzer |
JPS5968142A (en) * | 1982-10-08 | 1984-04-18 | Fujitsu Ltd | Emitter chip for field ionization gas ion source |
JPS617556A (en) * | 1985-05-30 | 1986-01-14 | Hitachi Ltd | Mass spectrometer for secondary ions |
-
1988
- 1988-04-02 JP JP63080243A patent/JPH07118296B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01255147A (en) | 1989-10-12 |
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