JPH10188879A - プラズマ質量スペクトロメータ - Google Patents
プラズマ質量スペクトロメータInfo
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- JPH10188879A JPH10188879A JP9159226A JP15922697A JPH10188879A JP H10188879 A JPH10188879 A JP H10188879A JP 9159226 A JP9159226 A JP 9159226A JP 15922697 A JP15922697 A JP 15922697A JP H10188879 A JPH10188879 A JP H10188879A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 イオン妨害を削減し、高い質量分解能、透過
効率、伝達効率を得る。 【解決手段】 プラズマ質量スペクトロメータは、プラ
ズマ２内へ導入した試料からイオンを発生させるプラズ
マ・トーチ１と、イオンを第１真空室１１へ透過又は伝
達させるノズル-スキマー・インターフェース３，５
と、イオン・ガイド手段１２と、第１真空室を第２真空
室から分割する穿孔されたダイアフラム１８と、第２真
空室内のイオン質量-対-電荷比分析器とを備える。イオ
ン・ガイド手段は、多重極ロッド-セット１３，１４，
１５と、ロッド間にＡＣ電圧を印加する手段と、不活性
ガスをイオン・ガイド手段へ導入する手段２２であり、
ロッド-セット内の不活性ガスの分圧が少なくとも１０-
3トルとなるように為す手段２２と、を備える。スペク
トル中におけるＡｒ+等による妨害ピークは、以上の構
成によって低減される。
効率、伝達効率を得る。 【解決手段】 プラズマ質量スペクトロメータは、プラ
ズマ２内へ導入した試料からイオンを発生させるプラズ
マ・トーチ１と、イオンを第１真空室１１へ透過又は伝
達させるノズル-スキマー・インターフェース３，５
と、イオン・ガイド手段１２と、第１真空室を第２真空
室から分割する穿孔されたダイアフラム１８と、第２真
空室内のイオン質量-対-電荷比分析器とを備える。イオ
ン・ガイド手段は、多重極ロッド-セット１３，１４，
１５と、ロッド間にＡＣ電圧を印加する手段と、不活性
ガスをイオン・ガイド手段へ導入する手段２２であり、
ロッド-セット内の不活性ガスの分圧が少なくとも１０-
3トルとなるように為す手段２２と、を備える。スペク
トル中におけるＡｒ+等による妨害ピークは、以上の構
成によって低減される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ（誘導結
合又はマイクロ波誘導）質量スペクトロメータに関し、
より詳細には、同位体比の決定を為すことが意図された
そうしたスペクトロメータに関する。
合又はマイクロ波誘導）質量スペクトロメータに関し、
より詳細には、同位体比の決定を為すことが意図された
そうしたスペクトロメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】先行するプラズマ質量スペクトロメータ
の性能を制限する最も重要な問題の内の２つは、第１と
して、プラズマ中に生じたイオンがインターフェース又
は境界を通って質量分析器を有する真空システムへ向か
う際の非常に低い転送効率であり、第２として、試料中
に存する各種元素特有の原子イオン以外のプラズマ中に
生ずる種によってのしばしば非常に強力である妨害イオ
ン信号の存在である。これらの妨害イオン種は、任意の
導入試料が無い状態でプラズマによって生ずるＡｒ+、
Ａｒ++、ＡｒＨ+、ＡｒＮ+等の原子イオン或いは分子イ
オンや、また、試料中に存する各種元素と該試料中の存
する他の種との反応によって形成される酸化物イオン、
アルゴン化物イオン、並びに水素化物イオン等の分子イ
オンを含む。これら妨害イオンの内の幾つかは、それら
が測定されるべき原子イオンと同一の質量-対-電荷比を
有するので、測定が要求されている原子イオンからの信
号をマスクしてしまうばかりではなく、それは非常に高
い全イオン電流となり、試料から一般に有効となるもの
よりも相当に大きい。任意のイオン-光学システムを透
過可能な最大イオン電流は、一般に、空間-電荷効果に
よって制限され、そして実際上、これら欲せざる種によ
る高イオン電流はスペクトロメータ光学系を飽和し得
て、透過された試料イオン数を減じ、質量識別及びマト
リックス効果等の他の望ましくない効果を生ずる。
の性能を制限する最も重要な問題の内の２つは、第１と
して、プラズマ中に生じたイオンがインターフェース又
は境界を通って質量分析器を有する真空システムへ向か
う際の非常に低い転送効率であり、第２として、試料中
に存する各種元素特有の原子イオン以外のプラズマ中に
生ずる種によってのしばしば非常に強力である妨害イオ
ン信号の存在である。これらの妨害イオン種は、任意の
導入試料が無い状態でプラズマによって生ずるＡｒ+、
Ａｒ++、ＡｒＨ+、ＡｒＮ+等の原子イオン或いは分子イ
オンや、また、試料中に存する各種元素と該試料中の存
する他の種との反応によって形成される酸化物イオン、
アルゴン化物イオン、並びに水素化物イオン等の分子イ
オンを含む。これら妨害イオンの内の幾つかは、それら
が測定されるべき原子イオンと同一の質量-対-電荷比を
有するので、測定が要求されている原子イオンからの信
号をマスクしてしまうばかりではなく、それは非常に高
い全イオン電流となり、試料から一般に有効となるもの
よりも相当に大きい。任意のイオン-光学システムを透
過可能な最大イオン電流は、一般に、空間-電荷効果に
よって制限され、そして実際上、これら欲せざる種によ
る高イオン電流はスペクトロメータ光学系を飽和し得
て、透過された試料イオン数を減じ、質量識別及びマト
リックス効果等の他の望ましくない効果を生ずる。
【０００３】これら妨害イオンの量及び有害効果の双方
を減じようとして、かなりの調査研究の労力が費やされ
てきた、そして、以下は本発明に関連する研究の再検討
である。Rowan及びHouk(Appld. Spectroscopy, 1989 vo
l 43(6) pp976-980)及びRowan(Thesis, Iowa State Uni
versity, submitted 1989)は、プラズマ質量スペクトロ
メータの質量分析器に入る多原子イオンの数を、衝突-
誘導解離によって減じようとする試みの失敗例を示して
いる。ＲＦ-専用四重極が、さもなければ従来のＩＣＰ
（誘導結合プラズマ）質量スペクトロメータにおけるノ
ズル-スキマー・インターフェースと、質量-分析用四重
極との間に配置され、衝突ガス（典型的にはキセノン）
が１０-5トル（ｍｍＨｇ）乃至１０-4トル（ｍｍＨｇ）
の間の圧力下であるその中に導入された。期待されたこ
とは、これで、欲せざる多原子イオン種が質量分析器に
入る前に、有機質量スペクトロメータ用に意図されてい
る３重又は３倍の四重極質量スペクトロメータに使用さ
れる分子イオンの衝突解離と同様の機構によって、それ
らの欲せざる多原子イオンの解離を誘導することであっ
た。Rowan及びHoukは、この技術によって、欲せられた
イオンと欲せざるイオンとの比において改善を実証する
ことができたが、この機器のイオン透過効率が著しく減
ぜられ、バックグランド信号の強度が増大してしまうこ
とによって、これらの短所が如何なる利益的効果よりも
全般的に勝っているとの結論であった。
を減じようとして、かなりの調査研究の労力が費やされ
てきた、そして、以下は本発明に関連する研究の再検討
である。Rowan及びHouk(Appld. Spectroscopy, 1989 vo
l 43(6) pp976-980)及びRowan(Thesis, Iowa State Uni
versity, submitted 1989)は、プラズマ質量スペクトロ
メータの質量分析器に入る多原子イオンの数を、衝突-
誘導解離によって減じようとする試みの失敗例を示して
いる。ＲＦ-専用四重極が、さもなければ従来のＩＣＰ
（誘導結合プラズマ）質量スペクトロメータにおけるノ
ズル-スキマー・インターフェースと、質量-分析用四重
極との間に配置され、衝突ガス（典型的にはキセノン）
が１０-5トル（ｍｍＨｇ）乃至１０-4トル（ｍｍＨｇ）
の間の圧力下であるその中に導入された。期待されたこ
とは、これで、欲せざる多原子イオン種が質量分析器に
入る前に、有機質量スペクトロメータ用に意図されてい
る３重又は３倍の四重極質量スペクトロメータに使用さ
れる分子イオンの衝突解離と同様の機構によって、それ
らの欲せざる多原子イオンの解離を誘導することであっ
た。Rowan及びHoukは、この技術によって、欲せられた
イオンと欲せざるイオンとの比において改善を実証する
ことができたが、この機器のイオン透過効率が著しく減
ぜられ、バックグランド信号の強度が増大してしまうこ
とによって、これらの短所が如何なる利益的効果よりも
全般的に勝っているとの結論であった。
【０００４】同様のアプローチがDouglasによって報告
されてた(Can. J. Spectroscopy, 1989 vol 34(2) pp 3
8-48、特に４７頁〜４８頁に掛かる節)。この研究にお
いて、３倍又は３重の四重極スペクトロメータには、そ
の中心四重極内で欲せざる多原子イオンを解離する目的
で、ＩＣＰソース（又はＩＣＰ源）が具備された。この
アプローチも失敗し、そしてDouglasが予測したこと
は、衝突-誘導解離によって原子イオン対多原子イオン
の比の大きな利得を達成することは不可能であろうこと
であり、その理由としては、原子イオンの損失断面が予
想したものよりもかなり大きいことが判明したからであ
り、事実上、それらは多原子イオンのものに匹敵し得る
程に相当に大きい。こうして、衝突プロセスの正味の効
果は、原子イオン及び多原子イオンの双方の略同等の損
失を生ずることになる。Douglasは、より有益なアプロ
ーチは、中心四重極内でイオン-分子化学を酸化物等の
種に使用すること（即ち、欲せられたイオン及び欲せざ
るイオンの双方を、例えば酸素との反応によって化学的
に変換すること）であろう、と結論付けている。プラズ
マ中に生じたある一定の多原子種、例えば酸化物は、そ
れで、更なる反応を被ることは殆どないであろうから、
反応済み原子イオンと反応済み多原子イオンとの比は、
場合によっては減ぜられることになる。しかしながら、
このアプローチは明らかにかなり独特であり、１つの妨
害イオンの効果を減ずる一方で、以前には存在していな
かった他のものを導入し得る。
されてた(Can. J. Spectroscopy, 1989 vol 34(2) pp 3
8-48、特に４７頁〜４８頁に掛かる節)。この研究にお
いて、３倍又は３重の四重極スペクトロメータには、そ
の中心四重極内で欲せざる多原子イオンを解離する目的
で、ＩＣＰソース（又はＩＣＰ源）が具備された。この
アプローチも失敗し、そしてDouglasが予測したこと
は、衝突-誘導解離によって原子イオン対多原子イオン
の比の大きな利得を達成することは不可能であろうこと
であり、その理由としては、原子イオンの損失断面が予
想したものよりもかなり大きいことが判明したからであ
り、事実上、それらは多原子イオンのものに匹敵し得る
程に相当に大きい。こうして、衝突プロセスの正味の効
果は、原子イオン及び多原子イオンの双方の略同等の損
失を生ずることになる。Douglasは、より有益なアプロ
ーチは、中心四重極内でイオン-分子化学を酸化物等の
種に使用すること（即ち、欲せられたイオン及び欲せざ
るイオンの双方を、例えば酸素との反応によって化学的
に変換すること）であろう、と結論付けている。プラズ
マ中に生じたある一定の多原子種、例えば酸化物は、そ
れで、更なる反応を被ることは殆どないであろうから、
反応済み原子イオンと反応済み多原子イオンとの比は、
場合によっては減ぜられることになる。しかしながら、
このアプローチは明らかにかなり独特であり、１つの妨
害イオンの効果を減ずる一方で、以前には存在していな
かった他のものを導入し得る。
【０００５】また、１９８９年にKing及びHarrisonは、
衝突-誘導解離をグロー放電質量スペクトロメータ内に
おいて多原子イオン妨害の除去のために使用することを
示した(Int. J. Mass Spectrom. And Ion Proc, 1989 v
ol. 89 pp 171-185)。Douglasと同様に、彼等は３重の
四重極質量スペクトロメータを採用し、その中心四重極
を衝突セルとして使用した。彼等の結果は、ＩＣＰスペ
クトロメータを用いたRowan及びHoukの場合と同様であ
り、即ち、一定の多原子イオン対欲せられた原子イオン
比の減少を実証することはできたが、イオン透過率は著
しく減少され、検出限界に関して全体的な低減を生じ
た。
衝突-誘導解離をグロー放電質量スペクトロメータ内に
おいて多原子イオン妨害の除去のために使用することを
示した(Int. J. Mass Spectrom. And Ion Proc, 1989 v
ol. 89 pp 171-185)。Douglasと同様に、彼等は３重の
四重極質量スペクトロメータを採用し、その中心四重極
を衝突セルとして使用した。彼等の結果は、ＩＣＰスペ
クトロメータを用いたRowan及びHoukの場合と同様であ
り、即ち、一定の多原子イオン対欲せられた原子イオン
比の減少を実証することはできたが、イオン透過率は著
しく減少され、検出限界に関して全体的な低減を生じ
た。
【０００６】おそらくは、ＩＣＰＭＳ（誘導結合プラズ
マ質量スペクトロメータ）における多原子イオン妨害に
関しての価値ある低減を実証するための１９８９年の研
究の失敗と、これは理論的理由に基づき予測される旨の
Douglasのコメントとによって、妨害の削減に関係され
た研究努力はＩＣＰＭＳの他の局面での発展に切り替わ
り、１９９６年にはじめて、Eiden, Barinaga, Koppena
al(J. Anal. Atomic.Spectrom., 1996 vol 11 pp 317-3
22)が、プラズマから抽出されたイオンと添加された気
体水素との反応によって、イオン-トラップＩＣＰスペ
クトロメータか、或いは四重極ＩＣＰ質量スペクトロメ
ータにおけるイオン・ビームかの何れからかの、Ａｒ+
等のプラズマ・マトリックス・イオンの選択的除去のた
めの方法を示した。実際上、従来の（プラズマを質量分
析器にインターフェース又は相互接続すべく使用され
る）ノズル-スキマー・システムの下流であり且つ約１
０ｍトルの圧力である、スペクトロメータの真空システ
ムへ水素が導入され、Ａｒ+イオンが典型的な原子イオ
ンよりも４５倍速く削除されることが判明されて、典型
的な質量スペクトルにおいてそのＡｒ+ピーク強度の大
きな削減に至った。そうした結果はイオン-トラップ・
スペクトロメータの場合においてより劇的であり、Ａｒ
+ピークの殆ど完全な削減に至っている。Eiden等は、四
重極質量スペクトロメータ内におけるＡｒ+の削除の効
率が、スキマー及び質量分析器の間において、水素が導
入された無線周波数四重極イオン・ガイド（或いは他の
多重極装置）を用いることによって増大し得るとも提案
している。彼等が提案することは、四重極ガイドを５乃
至１５ドルトンの間の低質量カット・オフを為すように
動作させることで、添加された水素と欲せざるＡｒ+イ
オンとの間での化学反応によって生じた荷電水素イオン
は拒絶され得て、それにより、質量分析器へ進む荷電種
の数は最少化され、結果的に空間-電荷関連問題を減少
することである。しかしながら、この方法は添加水素と
欲せざるイオンとの間の化学反応に依存しており、同様
の反応はそうした水素と決定されるべき原子イオンとの
間においても、相当により緩慢な率であるが、起こり得
て、欲せざる質量識別効果や、追加的な分子イオンを発
生する。イオンの除去は化学プロセスであるので、Eide
n等は水素以外の任意のガスが使用可能である旨を教示
していない。
マ質量スペクトロメータ）における多原子イオン妨害に
関しての価値ある低減を実証するための１９８９年の研
究の失敗と、これは理論的理由に基づき予測される旨の
Douglasのコメントとによって、妨害の削減に関係され
た研究努力はＩＣＰＭＳの他の局面での発展に切り替わ
り、１９９６年にはじめて、Eiden, Barinaga, Koppena
al(J. Anal. Atomic.Spectrom., 1996 vol 11 pp 317-3
22)が、プラズマから抽出されたイオンと添加された気
体水素との反応によって、イオン-トラップＩＣＰスペ
クトロメータか、或いは四重極ＩＣＰ質量スペクトロメ
ータにおけるイオン・ビームかの何れからかの、Ａｒ+
等のプラズマ・マトリックス・イオンの選択的除去のた
めの方法を示した。実際上、従来の（プラズマを質量分
析器にインターフェース又は相互接続すべく使用され
る）ノズル-スキマー・システムの下流であり且つ約１
０ｍトルの圧力である、スペクトロメータの真空システ
ムへ水素が導入され、Ａｒ+イオンが典型的な原子イオ
ンよりも４５倍速く削除されることが判明されて、典型
的な質量スペクトルにおいてそのＡｒ+ピーク強度の大
きな削減に至った。そうした結果はイオン-トラップ・
スペクトロメータの場合においてより劇的であり、Ａｒ
+ピークの殆ど完全な削減に至っている。Eiden等は、四
重極質量スペクトロメータ内におけるＡｒ+の削除の効
率が、スキマー及び質量分析器の間において、水素が導
入された無線周波数四重極イオン・ガイド（或いは他の
多重極装置）を用いることによって増大し得るとも提案
している。彼等が提案することは、四重極ガイドを５乃
至１５ドルトンの間の低質量カット・オフを為すように
動作させることで、添加された水素と欲せざるＡｒ+イ
オンとの間での化学反応によって生じた荷電水素イオン
は拒絶され得て、それにより、質量分析器へ進む荷電種
の数は最少化され、結果的に空間-電荷関連問題を減少
することである。しかしながら、この方法は添加水素と
欲せざるイオンとの間の化学反応に依存しており、同様
の反応はそうした水素と決定されるべき原子イオンとの
間においても、相当により緩慢な率であるが、起こり得
て、欲せざる質量識別効果や、追加的な分子イオンを発
生する。イオンの除去は化学プロセスであるので、Eide
n等は水素以外の任意のガスが使用可能である旨を教示
していない。
【０００７】本発明に関連する更なる技術は、大気圧イ
オン化（ＡＰＩ）四重極型質量スペクトロメータを教示
する米国特許第4,963,736号によって代表され、該スペ
クトロメータでは、ＡＣ-専用多重極（即ち、四重極或
いは六重極等）ロッド・セットがそのＡＰＩソースと四
重極質量フィルターとの間に配置されている。ガスがそ
の追加的なロッド・セットに隣接する真空システム内へ
導入される。これで、四重極質量分析器の質量分解能が
改善されることと、追加的なロッド・セットから出現す
るイオンのエネルギーが狭い範囲となることとをもたら
すことを、発明者等は要求している。この技術の更なる
詳細は、これらの発明者等（Douglas及びFrench）によ
って後に出版された、J.Am. Soc. Mass Spectrom., 199
2, vol 3pp 398-408に記載されている。しかしながら、
上記特許或いはそれに引き続く論文等の何れにも、それ
が記載する衝突的集束が、ＩＣＰ或いはＭＩＰソースを
有するプラズマ質量スペクトロメータの場合に有効に利
用され得ることを教示してもおらず、提案さえもしてい
ない。
オン化（ＡＰＩ）四重極型質量スペクトロメータを教示
する米国特許第4,963,736号によって代表され、該スペ
クトロメータでは、ＡＣ-専用多重極（即ち、四重極或
いは六重極等）ロッド・セットがそのＡＰＩソースと四
重極質量フィルターとの間に配置されている。ガスがそ
の追加的なロッド・セットに隣接する真空システム内へ
導入される。これで、四重極質量分析器の質量分解能が
改善されることと、追加的なロッド・セットから出現す
るイオンのエネルギーが狭い範囲となることとをもたら
すことを、発明者等は要求している。この技術の更なる
詳細は、これらの発明者等（Douglas及びFrench）によ
って後に出版された、J.Am. Soc. Mass Spectrom., 199
2, vol 3pp 398-408に記載されている。しかしながら、
上記特許或いはそれに引き続く論文等の何れにも、それ
が記載する衝突的集束が、ＩＣＰ或いはＭＩＰソースを
有するプラズマ質量スペクトロメータの場合に有効に利
用され得ることを教示してもおらず、提案さえもしてい
ない。
【０００８】本発明の分野に関係する他の先行技術は、
WO 95/23018があり、それは、質量スペクトロメータの
イオン・ソースと質量分析器との間の１つ或いはそれ以
上の圧力削減段を介して、イオンを輸送する種々の多極
イオン・ガイドを教示している。これらのロッド・セッ
トは、第１圧力に維持された第１領域から、第２圧力に
維持された第２領域内へ向かって延在する。この多極ロ
ッド・セットは４つ、６つ、或いは８つの電極を備える
ことができ、それら電極内部のスペースにおける圧力
は、それらの長さ方向の一部に少なくとも沿って、米国
特許第4,963,736号によって教示された範囲内であり得
る。また、このWO 95/23018は、その多極ロッド・セッ
トがＩＣＰソースと共に使用し得ることを提案してもい
るが、同一領域内に配置され且つ略同一圧力に維持され
ている入口及び出口を有するロッド・セットの使用を教
示していない。
WO 95/23018があり、それは、質量スペクトロメータの
イオン・ソースと質量分析器との間の１つ或いはそれ以
上の圧力削減段を介して、イオンを輸送する種々の多極
イオン・ガイドを教示している。これらのロッド・セッ
トは、第１圧力に維持された第１領域から、第２圧力に
維持された第２領域内へ向かって延在する。この多極ロ
ッド・セットは４つ、６つ、或いは８つの電極を備える
ことができ、それら電極内部のスペースにおける圧力
は、それらの長さ方向の一部に少なくとも沿って、米国
特許第4,963,736号によって教示された範囲内であり得
る。また、このWO 95/23018は、その多極ロッド・セッ
トがＩＣＰソースと共に使用し得ることを提案してもい
るが、同一領域内に配置され且つ略同一圧力に維持され
ている入口及び出口を有するロッド・セットの使用を教
示していない。
【０００９】以下において、用語「プラズマ質量スペク
トロメータ」は、実質的に大気圧下で動作するマイクロ
波-誘導（ＭＩＰ）プラズマ・イオン・ソース、或い
は、誘導-結合（ＩＣＰ）プラズマ・イオン・ソースの
何れかを有する質量スペクトロメータを記載すべく使用
されており、用語「プラズマ」は、ＩＣＰ、ＭＩＰ、或
いはグロー放電の何れかを意味する。
トロメータ」は、実質的に大気圧下で動作するマイクロ
波-誘導（ＭＩＰ）プラズマ・イオン・ソース、或い
は、誘導-結合（ＩＣＰ）プラズマ・イオン・ソースの
何れかを有する質量スペクトロメータを記載すべく使用
されており、用語「プラズマ」は、ＩＣＰ、ＭＩＰ、或
いはグロー放電の何れかを意味する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ａｒ
+からや、導入された試料が何等ない状態のプラズマ自
体中に生ずる他のイオンからの妨害又は干渉が著しく削
減される、プラズマ質量スペクトロメータを提供するこ
とである。本発明の他の目的は、先行するタイプに係る
比肩し得る質量分析器と比べて、より大きな質量分解能
及びより高いイオン透過又は伝達効率を有する、プラズ
マ質量スペクトロメータを提供することである。本発明
の更なる目的は、先行するタイプに係る二重-集束プラ
ズマ質量スペクトロメータと比べて、より安価で且つよ
り簡素である、同位体比の決定を為すための磁気セクタ
ー型プラズマ質量スペクトロメータを提供することであ
る。
+からや、導入された試料が何等ない状態のプラズマ自
体中に生ずる他のイオンからの妨害又は干渉が著しく削
減される、プラズマ質量スペクトロメータを提供するこ
とである。本発明の他の目的は、先行するタイプに係る
比肩し得る質量分析器と比べて、より大きな質量分解能
及びより高いイオン透過又は伝達効率を有する、プラズ
マ質量スペクトロメータを提供することである。本発明
の更なる目的は、先行するタイプに係る二重-集束プラ
ズマ質量スペクトロメータと比べて、より安価で且つよ
り簡素である、同位体比の決定を為すための磁気セクタ
ー型プラズマ質量スペクトロメータを提供することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これらの目的に従って提
供される質量スペクトロメータは、 １）プラズマ中に導入された試料からイオンを発生させ
る手段と、 ２）前記プラズマから第１真空室へ少なくとも一部のイ
オンを第１軸線に沿って透過又は伝達させるノズル-ス
キマー・インターフェース手段と、 ３）孔を有して、前記第１真空室を第２真空室から分割
するダイアフラム手段と、 ４）前記第１真空室内に配置されて、前記ノズル-スキ
マー・インターフェース手段から前記孔へイオンをガイ
ドするイオン・ガイド手段と、 ５）入口軸線を有して、前記孔を通過するイオンを受取
ってその質量スペクトルを提供するイオン質量-対-電荷
比分析手段と、を備え、
供される質量スペクトロメータは、 １）プラズマ中に導入された試料からイオンを発生させ
る手段と、 ２）前記プラズマから第１真空室へ少なくとも一部のイ
オンを第１軸線に沿って透過又は伝達させるノズル-ス
キマー・インターフェース手段と、 ３）孔を有して、前記第１真空室を第２真空室から分割
するダイアフラム手段と、 ４）前記第１真空室内に配置されて、前記ノズル-スキ
マー・インターフェース手段から前記孔へイオンをガイ
ドするイオン・ガイド手段と、 ５）入口軸線を有して、前記孔を通過するイオンを受取
ってその質量スペクトルを提供するイオン質量-対-電荷
比分析手段と、を備え、
【００１２】前記イオン・ガイド手段が、 １）１つ或いはそれ以上の多重極ロッド-セットであ
り、該セット或いは該セットの各々が、第２軸線回りに
相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の長
尺状電極ロッドを備えて、それらロッドの間に当該セッ
トを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画成
する１つ或いはそれ以上の多重極ロッド-セットと、 ２）前記セット或いは該セットの各々に含まれる複数の
ロッド間にＡＣ電圧を印加する手段であり、当該セット
に入るイオンが前記ロッド-セットを貫通する前記長尺
状スペース内を移動するように為す手段と、 ３）ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段内へ導入する手段であり、
前記ロッド-セット内部における前記長尺状スペースの
少なくとも一部における前記不活性ガスの分圧が少なく
とも１０-3トルとなるように為す手段と、を備えること
を特徴とする、前記質量スペクトロメータである。
り、該セット或いは該セットの各々が、第２軸線回りに
相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の長
尺状電極ロッドを備えて、それらロッドの間に当該セッ
トを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画成
する１つ或いはそれ以上の多重極ロッド-セットと、 ２）前記セット或いは該セットの各々に含まれる複数の
ロッド間にＡＣ電圧を印加する手段であり、当該セット
に入るイオンが前記ロッド-セットを貫通する前記長尺
状スペース内を移動するように為す手段と、 ３）ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段内へ導入する手段であり、
前記ロッド-セット内部における前記長尺状スペースの
少なくとも一部における前記不活性ガスの分圧が少なく
とも１０-3トルとなるように為す手段と、を備えること
を特徴とする、前記質量スペクトロメータである。
【００１３】好ましくは、ヘリウムが前記イオン・ガイ
ド手段内へ導入される。更に好ましくは、前記イオン・
ガイド手段の少なくとも一部がガス封じ込め手段によっ
て包囲され、該ガス封じ込め手段が、前記第１真空室内
に全体的に配置されると共に、前記イオン・ガイド手段
の入口及び出口を当該ガス封じ込め手段の外側とするよ
うに配置され得る。次いで、不活性ガスが前記封じ込め
手段内へ導入され得る。こうのようにして、少なくとも
１０-3トルの分圧をイオン・ガイド手段の少なくとも一
部において維持させることができる一方、その入口及び
出口がより低圧に維持される（典型的には、前記第１真
空室の圧力）。好ましくは、ガス封じ込め手段は、イオ
ン・ガイド手段よりも短く、且つ、その長手方向中心が
イオン・ガイド手段の出口よりもその入口により接近す
るように配置されている。典型的には、ガス封じ込め手
段の長さは、イオン・ガイド手段の長さの５０％或いは
それ以下であることが可能である。不活性ガスをそのガ
ス封じ込め手段内に導入させるべきであって、その結
果、イオン・ガイド手段内での不活性ガスの最高分圧
が、その入口と、その長さに沿っての中途点との間に存
在する。その入口から約１／３の地点が最も好ましい。
ガス封じ込め手段が、イオン・ガイド手段の入口のまさ
に下流に一端を置くようにして配置された際、最良の結
果が得られる。
ド手段内へ導入される。更に好ましくは、前記イオン・
ガイド手段の少なくとも一部がガス封じ込め手段によっ
て包囲され、該ガス封じ込め手段が、前記第１真空室内
に全体的に配置されると共に、前記イオン・ガイド手段
の入口及び出口を当該ガス封じ込め手段の外側とするよ
うに配置され得る。次いで、不活性ガスが前記封じ込め
手段内へ導入され得る。こうのようにして、少なくとも
１０-3トルの分圧をイオン・ガイド手段の少なくとも一
部において維持させることができる一方、その入口及び
出口がより低圧に維持される（典型的には、前記第１真
空室の圧力）。好ましくは、ガス封じ込め手段は、イオ
ン・ガイド手段よりも短く、且つ、その長手方向中心が
イオン・ガイド手段の出口よりもその入口により接近す
るように配置されている。典型的には、ガス封じ込め手
段の長さは、イオン・ガイド手段の長さの５０％或いは
それ以下であることが可能である。不活性ガスをそのガ
ス封じ込め手段内に導入させるべきであって、その結
果、イオン・ガイド手段内での不活性ガスの最高分圧
が、その入口と、その長さに沿っての中途点との間に存
在する。その入口から約１／３の地点が最も好ましい。
ガス封じ込め手段が、イオン・ガイド手段の入口のまさ
に下流に一端を置くようにして配置された際、最良の結
果が得られる。
【００１４】更に好ましくは、ガス封じ込め手段は、不
活性ガスの少なくとも１０-3トルの分圧がその内部で維
持できる一方、前記第１真空室内の圧力が１０-4トル未
満に維持されるようにすべきである。本発明者等が見出
したことは、ガイド手段の出口での圧力をできる限り低
く維持することが特に好都合であることであり、これ
は、ガイド手段よりも短くして、且つ、該ガイド手段の
出口よりも入口に向かって配置されるようにガス封じ込
め手段を使用することによって補助される。
活性ガスの少なくとも１０-3トルの分圧がその内部で維
持できる一方、前記第１真空室内の圧力が１０-4トル未
満に維持されるようにすべきである。本発明者等が見出
したことは、ガイド手段の出口での圧力をできる限り低
く維持することが特に好都合であることであり、これ
は、ガイド手段よりも短くして、且つ、該ガイド手段の
出口よりも入口に向かって配置されるようにガス封じ込
め手段を使用することによって補助される。
【００１５】イオン・ガイド手段は、好ましくは、六重
極（ヘクサポール）ロッド・セットを備えるが、その代
わりに、四重極（クワドラポール）或いは八重極（オク
タポール）セットが使用可能である。六重極セットが、
質量-対-電荷比に関してのイオン透過効率又は伝達効率
で唯一最少の変動をもたらし、それは、もし同位体比が
決定される場合に特に重要であることが見出された。好
都合にも、ロッド・セットの長さは、その複数のロッド
間における長尺状スペースの半径よりも２０倍乃至１０
０倍の間の範囲であり、最も好ましくは約５０倍であ
る。この長尺状ロッドは好都合にも一定径であり、相互
に平行して配置させることができるが、テーパー状及び
／或いは相互に非平行の電極ロッドの使用も本発明の範
囲内である。更に、軸線方向の電位又はポテンシャルの
傾きをイオン・ガイド手段に沿って設けることができ、
それでイオン透過率又はイオン伝達率を補助することが
できる。これを達成するには、例えば、各部が異なる軸
線方向電位を有して、次々に配置された複数の多重極ロ
ッド・セットを備えるイオン・ガイド手段を提供するこ
とによってか、或いは、イオン・ガイド手段を包囲する
ガス封じ込め手段を相互に絶縁された幾つかのセグメン
トに分割し、それらのセグメントに異なるＤＣ電位を印
加することによって可能となり、他の方法でも可能であ
る。
極（ヘクサポール）ロッド・セットを備えるが、その代
わりに、四重極（クワドラポール）或いは八重極（オク
タポール）セットが使用可能である。六重極セットが、
質量-対-電荷比に関してのイオン透過効率又は伝達効率
で唯一最少の変動をもたらし、それは、もし同位体比が
決定される場合に特に重要であることが見出された。好
都合にも、ロッド・セットの長さは、その複数のロッド
間における長尺状スペースの半径よりも２０倍乃至１０
０倍の間の範囲であり、最も好ましくは約５０倍であ
る。この長尺状ロッドは好都合にも一定径であり、相互
に平行して配置させることができるが、テーパー状及び
／或いは相互に非平行の電極ロッドの使用も本発明の範
囲内である。更に、軸線方向の電位又はポテンシャルの
傾きをイオン・ガイド手段に沿って設けることができ、
それでイオン透過率又はイオン伝達率を補助することが
できる。これを達成するには、例えば、各部が異なる軸
線方向電位を有して、次々に配置された複数の多重極ロ
ッド・セットを備えるイオン・ガイド手段を提供するこ
とによってか、或いは、イオン・ガイド手段を包囲する
ガス封じ込め手段を相互に絶縁された幾つかのセグメン
トに分割し、それらのセグメントに異なるＤＣ電位を印
加することによって可能となり、他の方法でも可能であ
る。
【００１６】イオン・ガイド手段を構成するこれらロッ
ドには、好ましくは、ＡＣ電圧だけが供給されるが、特
に四重極配列が利用された場合、四重極質量分析器用の
従来方法に従って、ＤＣ電位を付加することも本発明の
範囲内である。
ドには、好ましくは、ＡＣ電圧だけが供給されるが、特
に四重極配列が利用された場合、四重極質量分析器用の
従来方法に従って、ＤＣ電位を付加することも本発明の
範囲内である。
【００１７】更なる好適実施例において、（ノズル-ス
キマー・インターフェース手段の）第１軸線はダイアフ
ラムにおける孔を通らないので、該第１軸線に沿っての
孔へ向かう見通し線路が何等存在しない。イオン・ガイ
ド手段は、その第２軸線が第１軸線に対して傾斜するよ
うに配置させられており、ノズル-スキマー・インター
フェース手段を去るイオンが当該イオン・ガイド手段内
の長尺状スペースに入って、該ガイド手段のイオン閉じ
込め作用によって孔へ向かって案内されるようになって
いる。このようにして、中性の分子或いは原子が、孔及
びイオン質量-対-電荷分析手段へ入り込むことを防止し
て、バックグランド信号の最小化が可能となっている。
キマー・インターフェース手段の）第１軸線はダイアフ
ラムにおける孔を通らないので、該第１軸線に沿っての
孔へ向かう見通し線路が何等存在しない。イオン・ガイ
ド手段は、その第２軸線が第１軸線に対して傾斜するよ
うに配置させられており、ノズル-スキマー・インター
フェース手段を去るイオンが当該イオン・ガイド手段内
の長尺状スペースに入って、該ガイド手段のイオン閉じ
込め作用によって孔へ向かって案内されるようになって
いる。このようにして、中性の分子或いは原子が、孔及
びイオン質量-対-電荷分析手段へ入り込むことを防止し
て、バックグランド信号の最小化が可能となっている。
【００１８】更に、バックグランドの一層の削減は、質
量分析器の（イオン・ガイド手段からダイアフラム手段
における孔を通過したイオンを受取る）入口軸線を（イ
オン・ガイド手段の）第２軸線に対して傾斜させるよう
に配列することで達成することができる。好都合にも、
この第２軸線を第１軸線及び入口軸線の双方に対して傾
斜させることによって、第１軸線及び入口軸線は相互に
平行して配列され得て、機器の組立てを容易にしてい
る。
量分析器の（イオン・ガイド手段からダイアフラム手段
における孔を通過したイオンを受取る）入口軸線を（イ
オン・ガイド手段の）第２軸線に対して傾斜させるよう
に配列することで達成することができる。好都合にも、
この第２軸線を第１軸線及び入口軸線の双方に対して傾
斜させることによって、第１軸線及び入口軸線は相互に
平行して配列され得て、機器の組立てを容易にしてい
る。
【００１９】更なる好適実施例において、イオン質量-
対-電荷分析手段は磁気セクター分析器を備える。同位
体比測定の目的のため、この分析器は、その画像焦点平
面に沿って配置された複数のイオン・コレクターを具備
して適合可能とされて、幾つかの異なる質量-対-電荷比
のイオンが同時に測定可能となっている。そうした多重
-コレクター・システムは磁気セクター同位体比質量ス
ペクトロメータにおいて慣例的なことである。驚くべき
ことに、本発明者等が見出したことは、この目的のため
に二重-集束（焦点）質量分析器（即ち、一つ一つが静
電イオン-エネルギー分析器を取入れている）を使用す
る必要性がないことであり、その理由としては、本発明
に従ったスペクトロメータの質量分解能及び同位体存在
比感度は、比肩し得る磁気セクター分析器を具備した先
行技術に係る単一-集束プラズマ・スペクトロメータの
場合よりも著しく大きいからであるが、もし非常に高度
な分解能が要求される場合には、二重-集束分析器が使
用可能となるであろう。
対-電荷分析手段は磁気セクター分析器を備える。同位
体比測定の目的のため、この分析器は、その画像焦点平
面に沿って配置された複数のイオン・コレクターを具備
して適合可能とされて、幾つかの異なる質量-対-電荷比
のイオンが同時に測定可能となっている。そうした多重
-コレクター・システムは磁気セクター同位体比質量ス
ペクトロメータにおいて慣例的なことである。驚くべき
ことに、本発明者等が見出したことは、この目的のため
に二重-集束（焦点）質量分析器（即ち、一つ一つが静
電イオン-エネルギー分析器を取入れている）を使用す
る必要性がないことであり、その理由としては、本発明
に従ったスペクトロメータの質量分解能及び同位体存在
比感度は、比肩し得る磁気セクター分析器を具備した先
行技術に係る単一-集束プラズマ・スペクトロメータの
場合よりも著しく大きいからであるが、もし非常に高度
な分解能が要求される場合には、二重-集束分析器が使
用可能となるであろう。
【００２０】代替的な好適実施例において、イオン質量
-対-電荷比分析器は四重極型の質量分析器を備える。こ
うした実施例は、高分解能質量分析器の代価無しの先行
技術に係る四重極機器では甚大な妨害が生ずるような質
量-対-電荷比のイオンをもたらす原子種を分析できる、
ＩＣＰ質量スペクトロメータを提供する。更なる他の好
適実施例において、イオン質量-対-電荷比分析器は、飛
行時間型の分析器であり、特に入口軸線とイオン・ドリ
フト方向とが直交配置されている飛行時間型の分析器を
備えることができる。こうした機器は、典型的には、四
重極に基づく機器よりも大きな感度を示す。
-対-電荷比分析器は四重極型の質量分析器を備える。こ
うした実施例は、高分解能質量分析器の代価無しの先行
技術に係る四重極機器では甚大な妨害が生ずるような質
量-対-電荷比のイオンをもたらす原子種を分析できる、
ＩＣＰ質量スペクトロメータを提供する。更なる他の好
適実施例において、イオン質量-対-電荷比分析器は、飛
行時間型の分析器であり、特に入口軸線とイオン・ドリ
フト方向とが直交配置されている飛行時間型の分析器を
備えることができる。こうした機器は、典型的には、四
重極に基づく機器よりも大きな感度を示す。
【００２１】四重極イオン-トラップ或いはイオン・サ
イクロトロン共鳴質量分析器をも、イオン質量-対-電荷
比分析器として利用することは、本発明の範囲内であ
る。
イクロトロン共鳴質量分析器をも、イオン質量-対-電荷
比分析器として利用することは、本発明の範囲内であ
る。
【００２２】驚くべきことに本発明者等が見出したこと
は、本発明に係るスペクトロメータにおいて、Ａｒ+及
びＡｒＸ+（Ｘとは、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｃｌ、或いはＡ
ｒ等を含む）等のイオンが、強度において著しく大幅に
低減されることである。これは、Eiden等の研究とは対
照的であり、彼等は、水素のみを使用し且つガイド手段
無しの単なる結果としての抑制と考察しており、そうし
てこの抑制を水素との化学反応によるアルゴン・イオン
の除去に帰属せしめた。こうしたメカニズムは、不活性
ガスが使用された際には明らかに不可能である。
は、本発明に係るスペクトロメータにおいて、Ａｒ+及
びＡｒＸ+（Ｘとは、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｃｌ、或いはＡ
ｒ等を含む）等のイオンが、強度において著しく大幅に
低減されることである。これは、Eiden等の研究とは対
照的であり、彼等は、水素のみを使用し且つガイド手段
無しの単なる結果としての抑制と考察しており、そうし
てこの抑制を水素との化学反応によるアルゴン・イオン
の除去に帰属せしめた。こうしたメカニズムは、不活性
ガスが使用された際には明らかに不可能である。
【００２３】更に見出されたことは、本発明に従うスペ
クトロメータにおいて、イオン質量-対-電荷比分析器の
質量分解能及び同位体存在比感度は、先行技術に係るス
ペクトロメータと比較して大きく改善されていることで
ある。ＡＰＩソースの場合の米国特許第4,963,736号で
教示された構成とは対照的に、こうした改善は、（イオ
ン・ガイド手段の）第２軸線が（ノズル-スキマー・イ
ンターフェースの）第１軸線及び質量分析器の入口軸線
の双方に対して傾斜されて、ノズル-スキマー軸線に沿
って分析器の入口孔へ向かう見通し線路が存在しない際
に、最も注目される。
クトロメータにおいて、イオン質量-対-電荷比分析器の
質量分解能及び同位体存在比感度は、先行技術に係るス
ペクトロメータと比較して大きく改善されていることで
ある。ＡＰＩソースの場合の米国特許第4,963,736号で
教示された構成とは対照的に、こうした改善は、（イオ
ン・ガイド手段の）第２軸線が（ノズル-スキマー・イ
ンターフェースの）第１軸線及び質量分析器の入口軸線
の双方に対して傾斜されて、ノズル-スキマー軸線に沿
って分析器の入口孔へ向かう見通し線路が存在しない際
に、最も注目される。
【００２４】他の局面から考察した場合、本発明は試料
の質量の分光的分析方法を提供しており、順次実行され
る諸ステップとして、以下の：
の質量の分光的分析方法を提供しており、順次実行され
る諸ステップとして、以下の：
【００２５】１）試料をプラズマ中に導入して、そこか
らイオンを発生させるステップと、 ２）前記イオンの少なくとも一部をノズル-スキマー・
インターフェース手段を介して第１真空室へ通過させる
ステップと、 ３）前記第１真空室に入った前記イオンの少なくとも一
部を、前記第１真空室を第２真空室から分割するダイア
フラムにおける孔へ案内するステップと、 ４）前記第２真空室内へ進んだ前記イオンの少なくとも
一部を質量分析して、その質量スペクトルを提供させる
ステップと、の諸ステップを含み、
らイオンを発生させるステップと、 ２）前記イオンの少なくとも一部をノズル-スキマー・
インターフェース手段を介して第１真空室へ通過させる
ステップと、 ３）前記第１真空室に入った前記イオンの少なくとも一
部を、前記第１真空室を第２真空室から分割するダイア
フラムにおける孔へ案内するステップと、 ４）前記第２真空室内へ進んだ前記イオンの少なくとも
一部を質量分析して、その質量スペクトルを提供させる
ステップと、の諸ステップを含み、
【００２６】前記方法において、 １）前記イオンを案内する前記ステップが、１つ或いは
それ以上の多重極電極ロッド-セットであり、該セット
が相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の
長尺状ロッド電極を含んで、それらロッドの間に当該セ
ットを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画
成する１つ或いはそれ以上の多重極電極ロッド-セット
を備えるイオン・ガイド手段に、前記イオンを通過させ
ることと、前記ロッド電極にＡＣ電圧を印加することと
を含み、 ２）ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段へ導入することによって、
前記長尺状スペースの少なくとも一部における前記不活
性ガスの分圧が少なくとも１０-3トルとなるように為
す、ことを特徴としている。
それ以上の多重極電極ロッド-セットであり、該セット
が相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の
長尺状ロッド電極を含んで、それらロッドの間に当該セ
ットを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画
成する１つ或いはそれ以上の多重極電極ロッド-セット
を備えるイオン・ガイド手段に、前記イオンを通過させ
ることと、前記ロッド電極にＡＣ電圧を印加することと
を含み、 ２）ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段へ導入することによって、
前記長尺状スペースの少なくとも一部における前記不活
性ガスの分圧が少なくとも１０-3トルとなるように為
す、ことを特徴としている。
【００２７】四重極或いは四重極イオン-トラップ質量
分析器の場合、第２軸線の電位と、引き続く四重極質量
分析器の中心軸線の電位、或いは引き続くイオン・トラ
ップの中心の電位との間に、非常に低い電位差のみを維
持することによって、更なる長所が得られる。イオン・
ガイド手段内のガスが常温の場合、この電位差は略１ボ
ルトとされるべきである（正イオンの場合、イオン・ガ
イド手段の軸線方向電位を質量分析器よりも大きな負極
性とする）。この電位差は非常に重要であり、最大イオ
ン透過率又は伝達率のために調整可能である。もしも余
り高ければ、何れのイオンをも電位バリヤー又は電位障
壁を横切って質量分析器に入るに充分なエネルギーを得
ることができなくなる。また、本発明者等が発見したこ
とは、この電位の調整は、プラズマ中に生じた分子イオ
ンによる妨害を更に低減する手段を提供することであ
る。観察されたことは、電位をゼロを僅かに上回る点か
ら上述したカット-オフ電位へ向けて増大すると、アル
ゴン化物及び酸化物等の分子イオンの強度が、原子イオ
ンの強度が影響される前に著しく低減されることであ
る。
分析器の場合、第２軸線の電位と、引き続く四重極質量
分析器の中心軸線の電位、或いは引き続くイオン・トラ
ップの中心の電位との間に、非常に低い電位差のみを維
持することによって、更なる長所が得られる。イオン・
ガイド手段内のガスが常温の場合、この電位差は略１ボ
ルトとされるべきである（正イオンの場合、イオン・ガ
イド手段の軸線方向電位を質量分析器よりも大きな負極
性とする）。この電位差は非常に重要であり、最大イオ
ン透過率又は伝達率のために調整可能である。もしも余
り高ければ、何れのイオンをも電位バリヤー又は電位障
壁を横切って質量分析器に入るに充分なエネルギーを得
ることができなくなる。また、本発明者等が発見したこ
とは、この電位の調整は、プラズマ中に生じた分子イオ
ンによる妨害を更に低減する手段を提供することであ
る。観察されたことは、電位をゼロを僅かに上回る点か
ら上述したカット-オフ電位へ向けて増大すると、アル
ゴン化物及び酸化物等の分子イオンの強度が、原子イオ
ンの強度が影響される前に著しく低減されることであ
る。
【００２８】これは予想外のことであり、その理由とし
ては、米国特許第4,963,736号の教示に従えば、イオン
・ガイド手段を通過するイオンのエネルギーは、全ての
場合、該イオン・ガイド手段中におけるガスの熱エネル
ギーになると予想されたからである。しかしながら、そ
のガイド手段中を通過する分子イオンが獲得するエネル
ギーは原子イオンが獲得するものよりも僅かに低いの
で、イオンが移動すべき範囲に亙る電位調整が、質量分
析器に到達する分子イオンを効果的に防止又は阻止する
ものと思われる。よって、本発明が更に提供する、先に
定義されたような方法において、前記イオンを質量分析
する前記ステップが、中心軸線を有する四重極質量分析
器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含んで、前記方法が、前記イオン・
ガイド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極質量分
析器の前記中心軸線の電位との間に電位差を維持して、
多原子イオンの透過又は伝達率が原子イオンのそれに対
して低減されるように為すステップを更に含むことから
成る。代替的には、本発明が提供する、先に定義された
ような方法において、前記イオンを質量分析する前記ス
テップが、中心を有する四重極イオン-トラップ質量分
析器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含んで、前記方法が、前記イオン・
ガイド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極イオン
-トラップ質量分析器の前記中心の電位との間に電位差
を維持して、多原子イオンの透過又は伝達率が原子イオ
ンのそれに対して低減されるように為すステップを更に
更に含むことから成る。このようにして、本発明は、先
に定義されたようなスペクトロメータで実行されるプラ
ズマ質量分析において、分子イオン妨害を低減する方法
を提供する。典型的には、この電位差は０±１ボルトの
範囲内であり、数十ボルトまでが臨界である。
ては、米国特許第4,963,736号の教示に従えば、イオン
・ガイド手段を通過するイオンのエネルギーは、全ての
場合、該イオン・ガイド手段中におけるガスの熱エネル
ギーになると予想されたからである。しかしながら、そ
のガイド手段中を通過する分子イオンが獲得するエネル
ギーは原子イオンが獲得するものよりも僅かに低いの
で、イオンが移動すべき範囲に亙る電位調整が、質量分
析器に到達する分子イオンを効果的に防止又は阻止する
ものと思われる。よって、本発明が更に提供する、先に
定義されたような方法において、前記イオンを質量分析
する前記ステップが、中心軸線を有する四重極質量分析
器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含んで、前記方法が、前記イオン・
ガイド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極質量分
析器の前記中心軸線の電位との間に電位差を維持して、
多原子イオンの透過又は伝達率が原子イオンのそれに対
して低減されるように為すステップを更に含むことから
成る。代替的には、本発明が提供する、先に定義された
ような方法において、前記イオンを質量分析する前記ス
テップが、中心を有する四重極イオン-トラップ質量分
析器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含んで、前記方法が、前記イオン・
ガイド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極イオン
-トラップ質量分析器の前記中心の電位との間に電位差
を維持して、多原子イオンの透過又は伝達率が原子イオ
ンのそれに対して低減されるように為すステップを更に
更に含むことから成る。このようにして、本発明は、先
に定義されたようなスペクトロメータで実行されるプラ
ズマ質量分析において、分子イオン妨害を低減する方法
を提供する。典型的には、この電位差は０±１ボルトの
範囲内であり、数十ボルトまでが臨界である。
【００２９】理解して頂けるように、磁気セクター質量
分析器の場合、磁気セクターに入る前にイオンを高運動
エネルギーとなるまで加速する必要性がある。従来、こ
れを達成するためには、イオン・ソースを高い正の電位
に維持し、分析器の入口孔及びそれに引き続く全ての構
成要素を接地することによって行われている。しかしな
がら、本発明に従ったスペクトロメータでは、ノズル-
スキマー・インターフェース及びイオン・ガイド手段を
略接地電位に維持することが好ましい。これには、スペ
クトロメータの入口孔、飛行管、並びに検出器システム
を高い負電位に維持することが必要であって、それによ
って、イオンは入口孔を通過するに従って、磁気セクタ
ーによっての分散に必要とされる運動エネルギーを獲得
する。しかしながら、ノズル-スキマー・インターフェ
ース及びイオン・ガイド手段を高い正電位に維持し且つ
飛行管及び検出器システムを接地電位に維持すること
は、本発明の範囲内である。
分析器の場合、磁気セクターに入る前にイオンを高運動
エネルギーとなるまで加速する必要性がある。従来、こ
れを達成するためには、イオン・ソースを高い正の電位
に維持し、分析器の入口孔及びそれに引き続く全ての構
成要素を接地することによって行われている。しかしな
がら、本発明に従ったスペクトロメータでは、ノズル-
スキマー・インターフェース及びイオン・ガイド手段を
略接地電位に維持することが好ましい。これには、スペ
クトロメータの入口孔、飛行管、並びに検出器システム
を高い負電位に維持することが必要であって、それによ
って、イオンは入口孔を通過するに従って、磁気セクタ
ーによっての分散に必要とされる運動エネルギーを獲得
する。しかしながら、ノズル-スキマー・インターフェ
ース及びイオン・ガイド手段を高い正電位に維持し且つ
飛行管及び検出器システムを接地電位に維持すること
は、本発明の範囲内である。
【００３０】更なる好適実施例において、静電レンズ手
段が、ノズル-スキマー・インターフェースとイオン・
ガイド手段の入口との間に設けられる。典型的には、こ
のレンズ手段は、ノズル-スキマー・インターフェース
及びイオン・ガイド手段の電位に対して、（正イオンの
場合には）負極性で６００ボルト乃至１０００ボルトの
間の電位に維持される。好ましくは、その電極は、スキ
マーに最接近した頂点を具備して配置された中空円錐形
構造体を備える。このレンズ電極は、追加的な真空室を
画成すべく第２ダイアフラムとしての役割を果たすこと
もでき、それ故に、ノズル-スキマー・インターフェー
スと、イオン・ガイド手段との間に差動ポンプの追加段
を提供している。この静電レンズ手段に印加される電位
は、ノズル-スキマー・インターフェースからイオン・
ガイド手段へ向かうイオンの透過効率又は伝達効率を改
善するように調整される。本発明者等が見出したこと
は、その電位が正しく設定された際、低質量-対-電荷比
のイオンでは特に、このレンズ手段がその透過効率又は
伝達効率を１００倍以上に増大することであり、そのレ
ンズ手段が無い場合、そうした低質量-対-電荷比のイオ
ンはスキマー付近における空間-電荷効果にために殆ど
損失されてしまう。更に見出されたことは、このレンズ
の設置でＡｒＯ+等のイオンの透過率は低減し、その結
果として、Ｆｅに関する検出感度が改善されることであ
る。また、このレンズの使用は、ノズル-スキマー・イ
ンターフェース領域における質量識別を著しく低減し、
これが同位体比が決定されようとする際に特に有益であ
る。
段が、ノズル-スキマー・インターフェースとイオン・
ガイド手段の入口との間に設けられる。典型的には、こ
のレンズ手段は、ノズル-スキマー・インターフェース
及びイオン・ガイド手段の電位に対して、（正イオンの
場合には）負極性で６００ボルト乃至１０００ボルトの
間の電位に維持される。好ましくは、その電極は、スキ
マーに最接近した頂点を具備して配置された中空円錐形
構造体を備える。このレンズ電極は、追加的な真空室を
画成すべく第２ダイアフラムとしての役割を果たすこと
もでき、それ故に、ノズル-スキマー・インターフェー
スと、イオン・ガイド手段との間に差動ポンプの追加段
を提供している。この静電レンズ手段に印加される電位
は、ノズル-スキマー・インターフェースからイオン・
ガイド手段へ向かうイオンの透過効率又は伝達効率を改
善するように調整される。本発明者等が見出したこと
は、その電位が正しく設定された際、低質量-対-電荷比
のイオンでは特に、このレンズ手段がその透過効率又は
伝達効率を１００倍以上に増大することであり、そのレ
ンズ手段が無い場合、そうした低質量-対-電荷比のイオ
ンはスキマー付近における空間-電荷効果にために殆ど
損失されてしまう。更に見出されたことは、このレンズ
の設置でＡｒＯ+等のイオンの透過率は低減し、その結
果として、Ｆｅに関する検出感度が改善されることであ
る。また、このレンズの使用は、ノズル-スキマー・イ
ンターフェース領域における質量識別を著しく低減し、
これが同位体比が決定されようとする際に特に有益であ
る。
【００３１】最も先行するプラズマ・スペクトロメータ
におけるように、分析されるべき試料は、従来の噴霧器
によって発生させられた煙霧質の形態でプラズマ中に導
入可能である。本発明者等は、最良の結果としては、試
料が水溶液の形態である際に得られることを見出してい
る。
におけるように、分析されるべき試料は、従来の噴霧器
によって発生させられた煙霧質の形態でプラズマ中に導
入可能である。本発明者等は、最良の結果としては、試
料が水溶液の形態である際に得られることを見出してい
る。
【００３２】更に見出されたことは、不活性ガスに（５
％未満、最も好ましくは１％未満の）少量の他の物質を
添加することは、性能を一層向上させることができるこ
とである。例えば、ヘリウム不活性ガスに対して０．５
％のキセノンを添加することによって、酸素化分子イオ
ンの強度を一層減じ、そして、水素或いは水の約０．５
％ではＡｒ+等のイオンの一層の低減がもたらされると
いう、驚くべきことが見出された。
％未満、最も好ましくは１％未満の）少量の他の物質を
添加することは、性能を一層向上させることができるこ
とである。例えば、ヘリウム不活性ガスに対して０．５
％のキセノンを添加することによって、酸素化分子イオ
ンの強度を一層減じ、そして、水素或いは水の約０．５
％ではＡｒ+等のイオンの一層の低減がもたらされると
いう、驚くべきことが見出された。
【００３３】以下、本発明の好適実施例が、例示的目的
のために添付図面を参照して説明される。
のために添付図面を参照して説明される。
【００３４】
【発明の実施の形態】先ず図１で参照されるように、本
発明に係るスペクトロメータは、プラズマ２を発生する
プラズマトーチ１を備える。プラズマを発生するエネル
ギーは、従来のＩＣＰ（誘導結合プラズマ）質量スペク
トロメータにおけるように、トーチ１を取り巻く（不図
示）コイルに流れるＲＦ電流から誘導的に結合されてい
る。水冷式ハウジング４上に取付けられたサンプリング
・コーン又は抽出円錐体３へ、プラズマ２が指向される
と共にそれに隣接するように、トーチは配置されてい
る。スキマー５が抽出円錐体３の下流に配置され、これ
ら円錐体３及びスキマー５の間の領域６は、ポート７に
接続された機械的な真空ポンプ（不図示）によって真空
排気されているので、該領域６内の圧力を約２トル（２
ｍｍＨｇ）に維持することができる。円錐体３及びスキ
マー５は、ノズル-スキマー・インターフェースを備
え、それらの軸線方向に整合された孔を通ってイオンが
プラズマ２から、ポート９に接続されたターボ分子ポン
プ（不図示）によって圧力が約１０-2トルに維持されて
いる真空排気された領域８へ向かう。スキマー５の孔を
通過するイオンは、次いで、ポート２５に接続された他
のターボ分子ポンプ（不図示）によって圧力が約１０-3
トルに維持されている第１真空室１１から、その真空領
域８を分割する役割を果たす中空円錐形状の静電レンズ
要素１０における孔を通過する。
発明に係るスペクトロメータは、プラズマ２を発生する
プラズマトーチ１を備える。プラズマを発生するエネル
ギーは、従来のＩＣＰ（誘導結合プラズマ）質量スペク
トロメータにおけるように、トーチ１を取り巻く（不図
示）コイルに流れるＲＦ電流から誘導的に結合されてい
る。水冷式ハウジング４上に取付けられたサンプリング
・コーン又は抽出円錐体３へ、プラズマ２が指向される
と共にそれに隣接するように、トーチは配置されてい
る。スキマー５が抽出円錐体３の下流に配置され、これ
ら円錐体３及びスキマー５の間の領域６は、ポート７に
接続された機械的な真空ポンプ（不図示）によって真空
排気されているので、該領域６内の圧力を約２トル（２
ｍｍＨｇ）に維持することができる。円錐体３及びスキ
マー５は、ノズル-スキマー・インターフェースを備
え、それらの軸線方向に整合された孔を通ってイオンが
プラズマ２から、ポート９に接続されたターボ分子ポン
プ（不図示）によって圧力が約１０-2トルに維持されて
いる真空排気された領域８へ向かう。スキマー５の孔を
通過するイオンは、次いで、ポート２５に接続された他
のターボ分子ポンプ（不図示）によって圧力が約１０-3
トルに維持されている第１真空室１１から、その真空領
域８を分割する役割を果たす中空円錐形状の静電レンズ
要素１０における孔を通過する。
【００３５】符号１２で全体的に示されるイオン・ガイ
ド手段は、第１真空室１１内に配置され、第２軸線１６
の回りに対象的に配置されて六極構造又は六重極構造を
形成する６本の長尺状平行電極ロッドから成る（その内
の３本が、それぞれ１３，１４，１５として示されてい
る）多重極ロッド・セットを備える。これらの電極ロッ
ドは、３つの円形支持絶縁体７２，７３，７４によって
然るべき位置に固定されており、それら支持絶縁体の内
の２つは（７２及び７４）、図示の如く、イオン・ガイ
ド手段を第１真空室１１のハウジング内に配置してもい
る。長尺状スペース１７（図２）は軸線１６回りの複数
のロッドを長手方向に通るように延在している。ＲＦ電
源２６（図２）は、図示のように接続されたこれらロッ
ドの相互の間にＡＣ電圧を提供している。ロッド・セッ
トの第２軸線１６は、図１に示されるように、（抽出円
錐体３及びスキマー５の各孔を通過する）ノズル-スキ
マー・インターフェースの第１軸線２７に対して傾斜し
ている。孔１９を有するテーパー状電極１８を備えてい
るダイアフラム手段又は隔膜手段が、真空室１１を第２
真空室２０から分割するように設けられており、イオン
・ガイド手段１２の端部が、該イオン・ガイド手段を通
って移動するイオンがこの孔１９を通って出るように配
置されている。軸線１６が傾斜しているので、孔１９は
当然の如くにノズル-スキマー・インターフェースの軸
線からずれている。
ド手段は、第１真空室１１内に配置され、第２軸線１６
の回りに対象的に配置されて六極構造又は六重極構造を
形成する６本の長尺状平行電極ロッドから成る（その内
の３本が、それぞれ１３，１４，１５として示されてい
る）多重極ロッド・セットを備える。これらの電極ロッ
ドは、３つの円形支持絶縁体７２，７３，７４によって
然るべき位置に固定されており、それら支持絶縁体の内
の２つは（７２及び７４）、図示の如く、イオン・ガイ
ド手段を第１真空室１１のハウジング内に配置してもい
る。長尺状スペース１７（図２）は軸線１６回りの複数
のロッドを長手方向に通るように延在している。ＲＦ電
源２６（図２）は、図示のように接続されたこれらロッ
ドの相互の間にＡＣ電圧を提供している。ロッド・セッ
トの第２軸線１６は、図１に示されるように、（抽出円
錐体３及びスキマー５の各孔を通過する）ノズル-スキ
マー・インターフェースの第１軸線２７に対して傾斜し
ている。孔１９を有するテーパー状電極１８を備えてい
るダイアフラム手段又は隔膜手段が、真空室１１を第２
真空室２０から分割するように設けられており、イオン
・ガイド手段１２の端部が、該イオン・ガイド手段を通
って移動するイオンがこの孔１９を通って出るように配
置されている。軸線１６が傾斜しているので、孔１９は
当然の如くにノズル-スキマー・インターフェースの軸
線からずれている。
【００３６】次に図３で参照されるように、それぞれ符
号２９及び３３で概略的に示されている四重極質量フィ
ルター及びイオン検出器を備える従来の四重極質量スペ
クトロメータは、第２真空室２０内に配置されている。
フィルター２９は、従来通りに絶縁体３１内に支持され
ている４つの電極３０を備える。質量フィルター２９の
入口軸線３２は、図示の如くに、イオン・ガイド手段１
２の第２軸線１６に対して傾斜しており、プラズマ２か
らフィルター２９への中性粒子の透過又は伝達を一層減
じている。イオン・ガイド手段１２の出口を去るイオン
は、（絶縁されたフランジ３４上に取付けられた）テー
パー状電極１８に対して印加された適切なポテンシャル
又は電位によって生じた場中又は電界中で偏向されるの
で、それらイオンはフィルター２９の入口軸線３２に沿
って進む。
号２９及び３３で概略的に示されている四重極質量フィ
ルター及びイオン検出器を備える従来の四重極質量スペ
クトロメータは、第２真空室２０内に配置されている。
フィルター２９は、従来通りに絶縁体３１内に支持され
ている４つの電極３０を備える。質量フィルター２９の
入口軸線３２は、図示の如くに、イオン・ガイド手段１
２の第２軸線１６に対して傾斜しており、プラズマ２か
らフィルター２９への中性粒子の透過又は伝達を一層減
じている。イオン・ガイド手段１２の出口を去るイオン
は、（絶縁されたフランジ３４上に取付けられた）テー
パー状電極１８に対して印加された適切なポテンシャル
又は電位によって生じた場中又は電界中で偏向されるの
で、それらイオンはフィルター２９の入口軸線３２に沿
って進む。
【００３７】従来の四重極質量フィルター電源３５は、
図２に示されるように４つの電極３０に接続されて、軸
線３２に沿って入ってくるイオンの質量濾過処理を可能
としている。電源３５はバイアス入力３７を有し、そこ
での電位が、複数のロッド３０のアレイの中心軸線の電
位を決定している。入力３７は、調整可能な電圧源６に
接続されている（以下を参照）。ＡＣ-専用電源２６
は、図２に示されるように、イオン・ガイド手段１２を
構成する複数の電極に給電している。電源２６は、バイ
アス入力４３を有し、調整可能な電圧源３６に接続され
たそこでの電位が、イオン・ガイド手段の軸線の電位を
制御している。電源３６は、イオン・ガイド手段の電位
と質量フィルターの電位との間のポテンシャル差又は電
位差を維持し、その電位差は、質量フィルターへ入る欲
せられる原子の欲せざる多原子イオンに対する比を増大
すべく先に説明したように調整される。この電位差は、
典型的にはイオンの極性に依存して０±１ボルトの範囲
内であり、注意深く設定されなければならず、先に説明
したように、分析中に亙ってその選択された値で維持さ
れなければならない。
図２に示されるように４つの電極３０に接続されて、軸
線３２に沿って入ってくるイオンの質量濾過処理を可能
としている。電源３５はバイアス入力３７を有し、そこ
での電位が、複数のロッド３０のアレイの中心軸線の電
位を決定している。入力３７は、調整可能な電圧源６に
接続されている（以下を参照）。ＡＣ-専用電源２６
は、図２に示されるように、イオン・ガイド手段１２を
構成する複数の電極に給電している。電源２６は、バイ
アス入力４３を有し、調整可能な電圧源３６に接続され
たそこでの電位が、イオン・ガイド手段の軸線の電位を
制御している。電源３６は、イオン・ガイド手段の電位
と質量フィルターの電位との間のポテンシャル差又は電
位差を維持し、その電位差は、質量フィルターへ入る欲
せられる原子の欲せざる多原子イオンに対する比を増大
すべく先に説明したように調整される。この電位差は、
典型的にはイオンの極性に依存して０±１ボルトの範囲
内であり、注意深く設定されなければならず、先に説明
したように、分析中に亙ってその選択された値で維持さ
れなければならない。
【００３８】本発明の代替実施例は、四重極型の質量分
析器の代りに、図４に示される（全体的に符号３８で示
された）磁気セクター分析器を備える。四重極分析器の
場合のように、この磁気セクター型の分析器は、本質的
には、従来的な公知の設計である簡素化形態で示されて
いる。この実施例において、テーパー状電極１８におけ
る孔１９を通過するイオンは、該電極１８とイオン・ガ
イド手段１２の中心軸線との間に維持された電位差から
生ずる電界によって入口軸線３２に沿って偏向される。
この電位差は、典型的には（正イオンの場合）１ボルト
乃至５ボルトの間であるが、先行して説明した実施例に
おいての対応する電位程に重要ではない。軸線３２に沿
って移動するイオンは、次いで、漸増する各負電位（正
イオンの場合）にそれぞれが維持された５つの電極４
４，４５，４６，４９，５０を備えている静電レンズ・
スタックによっての磁界中で分析に必要なイオン・エネ
ルギーまで加速される。電極５０は、磁気セクター分析
器３８の入口孔であり、加速電圧供給源４８によって、
第２真空室２０の接地されたハウジングに対して、当該
分析器の加速電位（−６ＫＶ）に維持されている。その
他の電極には、電極５０と接地されたハウジングとの間
に接続された調整可能な電位分割器によって供給されて
いる。電極４４，４５，４６，４９の典型的な各電位
は、それぞれ、−６００ボルト、−１５００ボルト、−
３０００ボルト、−４０００ボルトである。電極４５及
び４９は、２つの「半」電極を備え、それらの間に小さ
な調整可能な電位差を印加可能であって、イオン・ビー
ムを「ｙ」及び「ｘ」方向にそれぞれ操舵する。
析器の代りに、図４に示される（全体的に符号３８で示
された）磁気セクター分析器を備える。四重極分析器の
場合のように、この磁気セクター型の分析器は、本質的
には、従来的な公知の設計である簡素化形態で示されて
いる。この実施例において、テーパー状電極１８におけ
る孔１９を通過するイオンは、該電極１８とイオン・ガ
イド手段１２の中心軸線との間に維持された電位差から
生ずる電界によって入口軸線３２に沿って偏向される。
この電位差は、典型的には（正イオンの場合）１ボルト
乃至５ボルトの間であるが、先行して説明した実施例に
おいての対応する電位程に重要ではない。軸線３２に沿
って移動するイオンは、次いで、漸増する各負電位（正
イオンの場合）にそれぞれが維持された５つの電極４
４，４５，４６，４９，５０を備えている静電レンズ・
スタックによっての磁界中で分析に必要なイオン・エネ
ルギーまで加速される。電極５０は、磁気セクター分析
器３８の入口孔であり、加速電圧供給源４８によって、
第２真空室２０の接地されたハウジングに対して、当該
分析器の加速電位（−６ＫＶ）に維持されている。その
他の電極には、電極５０と接地されたハウジングとの間
に接続された調整可能な電位分割器によって供給されて
いる。電極４４，４５，４６，４９の典型的な各電位
は、それぞれ、−６００ボルト、−１５００ボルト、−
３０００ボルト、−４０００ボルトである。電極４５及
び４９は、２つの「半」電極を備え、それらの間に小さ
な調整可能な電位差を印加可能であって、イオン・ビー
ムを「ｙ」及び「ｘ」方向にそれぞれ操舵する。
【００３９】電極５０を去るイオンは、分析器３８の飛
行管３９に６ＫｅＶのエネルギーによって入り、電磁石
の複数の極４０の間に生じた磁界によってそれらの質量
対電荷比に従って分散させられる。イオンは−６ＫＶの
電位でその磁界に入るので、飛行管３９は、絶縁フラン
ジ４７及び５１に取付けられて、電極５０の電位に維持
されている。イオン検出器システム４１もまた電極５０
の電位に維持されている。高電圧供給が、図示の如く、
真空室２０の壁内と検出器ハウジング４２内との各フィ
ードスルー５２及び５３を通過して電極５０及び検出器
４１に通じている。この配列は、飛行管及び分析器シス
テムが接地電位となっている磁気セクター分析器のより
従前の配列よりも不便であるが、イオン・ガイド手段１
２を高電位に浮かせること無しに低運動エネルギーのイ
オン（適切な動作にとってそれが本質的である）で動作
させることが可能となっている。しかしながら、接地さ
れた飛行管及び検出器と高電位のイオン・ガイド手段と
を用いることは、本発明の範囲内である。
行管３９に６ＫｅＶのエネルギーによって入り、電磁石
の複数の極４０の間に生じた磁界によってそれらの質量
対電荷比に従って分散させられる。イオンは−６ＫＶの
電位でその磁界に入るので、飛行管３９は、絶縁フラン
ジ４７及び５１に取付けられて、電極５０の電位に維持
されている。イオン検出器システム４１もまた電極５０
の電位に維持されている。高電圧供給が、図示の如く、
真空室２０の壁内と検出器ハウジング４２内との各フィ
ードスルー５２及び５３を通過して電極５０及び検出器
４１に通じている。この配列は、飛行管及び分析器シス
テムが接地電位となっている磁気セクター分析器のより
従前の配列よりも不便であるが、イオン・ガイド手段１
２を高電位に浮かせること無しに低運動エネルギーのイ
オン（適切な動作にとってそれが本質的である）で動作
させることが可能となっている。しかしながら、接地さ
れた飛行管及び検出器と高電位のイオン・ガイド手段と
を用いることは、本発明の範囲内である。
【００４０】図４の装置によって、イオン・ガイド手段
１２が省略されている同様なＩＣＰスペクトロメータと
比較して、質量分解能及び同位体存在比感度における相
当が改善が達成されたことを、本発明者等は見出した。
それ故に図４の装置は、同位体比の決定に良好に適合
し、イオン検出器システム４１が、監視されるべき同位
体の同時検出を許容する多重コレクタータイプの場合に
は特に適合する。次いで良好な同位体比精度は二重-集
束（焦点）式の質量分析器の更に別の複雑化無しに達成
し得るが、図４に示される磁気セクター分析器だけの代
りに、そうした分析器の使用は本発明の範囲内である。
１２が省略されている同様なＩＣＰスペクトロメータと
比較して、質量分解能及び同位体存在比感度における相
当が改善が達成されたことを、本発明者等は見出した。
それ故に図４の装置は、同位体比の決定に良好に適合
し、イオン検出器システム４１が、監視されるべき同位
体の同時検出を許容する多重コレクタータイプの場合に
は特に適合する。次いで良好な同位体比精度は二重-集
束（焦点）式の質量分析器の更に別の複雑化無しに達成
し得るが、図４に示される磁気セクター分析器だけの代
りに、そうした分析器の使用は本発明の範囲内である。
【００４１】図５は、飛行時間(TOF:time-of-flight)型
の質量分析器が本発明にどうのように用いられるかを図
示している。先行する実施例におけるように、符号６３
で全体的に示されるこの飛行時間型分析器は、そのアウ
トライン形態のみが示されている。この実施例におい
て、イオンは図４の実施例にまさに説明されたように、
入口軸線３２に沿って移動すべく、テーパー状電極１８
における孔１９を通過する。
の質量分析器が本発明にどうのように用いられるかを図
示している。先行する実施例におけるように、符号６３
で全体的に示されるこの飛行時間型分析器は、そのアウ
トライン形態のみが示されている。この実施例におい
て、イオンは図４の実施例にまさに説明されたように、
入口軸線３２に沿って移動すべく、テーパー状電極１８
における孔１９を通過する。
【００４２】それらイオンは、絶縁体アセンブリ６０上
に支持された５つの電極５４乃至５８によって、加速さ
れ、偏向され、そして集束される。これらの電極は、機
能において、図４の実施例の電極４４，４５，４６，４
９，５０と同様であり、その内の最終電極５８は、第２
真空室２０の接地ハウジングに対して、電源４８によっ
て（フィードスルー６１を介して該電源に接続されて）
典型的には−２．５ＫＶ（正イオン用）に維持されてい
る。それ故に、イオンは２．５ＫｅＶのエネルギーを伴
って（電極５８と同一の電位に維持されている）静電ス
クリーニング管５９に入って、飛行時間型分析器６３の
パルス-アウト領域へ向かう。好都合にも、この飛行時
間型分析器は従来の直交タイプであり、軸線３２に沿っ
て移動しているイオンの複数の束が、電極６４，６５，
６６に適切な電気パルスを印加することによって、イオ
ン検出器システム４１へ向かうドリフト（浮遊）軸線６
７に沿って直角に放出される。イオン検出器システム４
１もまた、勿論、フィードスルー６２への接続を介して
電極５８の電位に維持されている。前記静電スクリーニ
ング管５９と同様な静電スクリーニング管（不図示）
を、飛行時間型分析器のドリフト領域の接地された真空
エンクロジャーからドリフト軸線６７に沿って移動する
イオンのスクリーニング又は選別のために設けることも
できる。そうした飛行時間型スペクトロメータは当業界
において公知であり、ここで更に説明する必要性はな
い。しかしながら、本発明者等が見出したことは、驚く
べきほどに高い質量分解能が図５に係る装置によって獲
得できることであり、分析器のパルス-アウト領域に入
るイオンの運動エネルギーにおける拡散が低いことを示
している。結果として、良好な性能が、図５に示される
直交タイプの代りのより簡素化された軸線タイプを用い
て獲得可能である。理解して頂けるように、飛行時間型
分析器の使用は、より大きなイオン透過又は伝達効率を
もたらすことができると共に、幾つかの同位体種の効率
的な同時検出をもたらすことができ、それ故に、同位体
比の決定用に本発明に係るＩＣＰスペクトロメータに特
に有用である。
に支持された５つの電極５４乃至５８によって、加速さ
れ、偏向され、そして集束される。これらの電極は、機
能において、図４の実施例の電極４４，４５，４６，４
９，５０と同様であり、その内の最終電極５８は、第２
真空室２０の接地ハウジングに対して、電源４８によっ
て（フィードスルー６１を介して該電源に接続されて）
典型的には−２．５ＫＶ（正イオン用）に維持されてい
る。それ故に、イオンは２．５ＫｅＶのエネルギーを伴
って（電極５８と同一の電位に維持されている）静電ス
クリーニング管５９に入って、飛行時間型分析器６３の
パルス-アウト領域へ向かう。好都合にも、この飛行時
間型分析器は従来の直交タイプであり、軸線３２に沿っ
て移動しているイオンの複数の束が、電極６４，６５，
６６に適切な電気パルスを印加することによって、イオ
ン検出器システム４１へ向かうドリフト（浮遊）軸線６
７に沿って直角に放出される。イオン検出器システム４
１もまた、勿論、フィードスルー６２への接続を介して
電極５８の電位に維持されている。前記静電スクリーニ
ング管５９と同様な静電スクリーニング管（不図示）
を、飛行時間型分析器のドリフト領域の接地された真空
エンクロジャーからドリフト軸線６７に沿って移動する
イオンのスクリーニング又は選別のために設けることも
できる。そうした飛行時間型スペクトロメータは当業界
において公知であり、ここで更に説明する必要性はな
い。しかしながら、本発明者等が見出したことは、驚く
べきほどに高い質量分解能が図５に係る装置によって獲
得できることであり、分析器のパルス-アウト領域に入
るイオンの運動エネルギーにおける拡散が低いことを示
している。結果として、良好な性能が、図５に示される
直交タイプの代りのより簡素化された軸線タイプを用い
て獲得可能である。理解して頂けるように、飛行時間型
分析器の使用は、より大きなイオン透過又は伝達効率を
もたらすことができると共に、幾つかの同位体種の効率
的な同時検出をもたらすことができ、それ故に、同位体
比の決定用に本発明に係るＩＣＰスペクトロメータに特
に有用である。
【００４３】全体的に符号７１によって示される四重極
イオン-トラップ型の質量分析器を用いた本発明の実施
例が図６に示されている。先行する実施例と同じよう
に、１つのリング電極６８と２つのエンド-キャップ電
極６９，７０を備えるこの分析器７１の詳細な構造及び
動作は、従来通りであり、ここで詳細に説明する必要性
ない。分析器７１は、図３に示された四重極分析器２９
と同様に、孔１９を通過するイオンを受取るように単に
配置されている。トラップの中心における電位は、四重
極分析器の場合とまさに同じように、イオン・ガイド手
段の軸線方向電位に対して±１ボルトに維持されてい
る。
イオン-トラップ型の質量分析器を用いた本発明の実施
例が図６に示されている。先行する実施例と同じよう
に、１つのリング電極６８と２つのエンド-キャップ電
極６９，７０を備えるこの分析器７１の詳細な構造及び
動作は、従来通りであり、ここで詳細に説明する必要性
ない。分析器７１は、図３に示された四重極分析器２９
と同様に、孔１９を通過するイオンを受取るように単に
配置されている。トラップの中心における電位は、四重
極分析器の場合とまさに同じように、イオン・ガイド手
段の軸線方向電位に対して±１ボルトに維持されてい
る。
【００４４】再度図１を参照すると、符号１３乃至１５
で例示された６つのロッド電極は、それらの長さの前部
（全長の約半分）に沿って、ロッド自体のための支持絶
縁体７３及び７４を含む管２１を備えるガス封じ込め手
段によって密閉されている。不活性ガスがインレット・
パイプ２２を介して管２１内に導入されているので、こ
れら複数のロッドから成る中心における長尺状スペース
１７内の圧力は少なくとも１０-3トルとなっている。イ
ンレット・パイプ２２は、ガスがイオン・ガイド手段の
長さ方向においてその入口から約１／４のところから入
るように配置されている。支持絶縁体７３及び７４は、
管２１の各端部２３及び２４に近接して配置されている
と共に、比較的気密な構造であるので（イオンが通過す
る中央孔を保護する）、少なくとも１０倍の圧力差を長
尺状スペース１７と真空領域１１との間に維持できる。
しかしながら、もしスペース１７内の圧力が少なくとも
１０-3トルに維持されていれば、イオン・ガイド手段１
２回りの真空室１１に直に、特に管２１がない場合に直
に不活性ガスを供給することはできるが、効果性に乏し
い。好ましくは、ヘリウムが管２１内に導入されるが、
アルゴン等の他のガスでも使用可能である。窒素も効果
的であると共に、安価であるという長所があるが、より
高いバックグランド・スペクトルを生ずる傾向がある。
本発明の長所を引き起こすために要求される長尺状スペ
ース１７内の正確な圧力は測定されてこなかったが、実
際上、結果としての質量スペクトルが観察される一方
で、妨害ピークの強度が減少し始めるまでヘリウム流が
漸進的に増大され、次いで、更なる減少が得られなくな
るまで或いは欲せられた原子イオンの強度が減少し始め
るまで、更に増大させることが可能である。
で例示された６つのロッド電極は、それらの長さの前部
（全長の約半分）に沿って、ロッド自体のための支持絶
縁体７３及び７４を含む管２１を備えるガス封じ込め手
段によって密閉されている。不活性ガスがインレット・
パイプ２２を介して管２１内に導入されているので、こ
れら複数のロッドから成る中心における長尺状スペース
１７内の圧力は少なくとも１０-3トルとなっている。イ
ンレット・パイプ２２は、ガスがイオン・ガイド手段の
長さ方向においてその入口から約１／４のところから入
るように配置されている。支持絶縁体７３及び７４は、
管２１の各端部２３及び２４に近接して配置されている
と共に、比較的気密な構造であるので（イオンが通過す
る中央孔を保護する）、少なくとも１０倍の圧力差を長
尺状スペース１７と真空領域１１との間に維持できる。
しかしながら、もしスペース１７内の圧力が少なくとも
１０-3トルに維持されていれば、イオン・ガイド手段１
２回りの真空室１１に直に、特に管２１がない場合に直
に不活性ガスを供給することはできるが、効果性に乏し
い。好ましくは、ヘリウムが管２１内に導入されるが、
アルゴン等の他のガスでも使用可能である。窒素も効果
的であると共に、安価であるという長所があるが、より
高いバックグランド・スペクトルを生ずる傾向がある。
本発明の長所を引き起こすために要求される長尺状スペ
ース１７内の正確な圧力は測定されてこなかったが、実
際上、結果としての質量スペクトルが観察される一方
で、妨害ピークの強度が減少し始めるまでヘリウム流が
漸進的に増大され、次いで、更なる減少が得られなくな
るまで或いは欲せられた原子イオンの強度が減少し始め
るまで、更に増大させることが可能である。
【００４５】典型的には、複数の３ｍｍ径ロッドと５ｍ
ｍの内径の長尺状スペース１７とを有する六重極イオン
・ガイドの場合、それらロッドに印加されるＡＣは１０
０ボルト乃至４００ボルトの間の電圧で５ＭＨｚの周波
数である。実際上、異なる質量対電荷比のイオンでのこ
の六電極の最大透過率は、異なる電圧で生ずることが判
明しているので、ＡＣ電圧は、質量分析器の質量対電荷
比走査と同期して好都合に走査されて、実際に検出され
るイオンの六重極を通る最大透過率が達成されることを
確保している。
ｍの内径の長尺状スペース１７とを有する六重極イオン
・ガイドの場合、それらロッドに印加されるＡＣは１０
０ボルト乃至４００ボルトの間の電圧で５ＭＨｚの周波
数である。実際上、異なる質量対電荷比のイオンでのこ
の六電極の最大透過率は、異なる電圧で生ずることが判
明しているので、ＡＣ電圧は、質量分析器の質量対電荷
比走査と同期して好都合に走査されて、実際に検出され
るイオンの六重極を通る最大透過率が達成されることを
確保している。
【００４６】以上に説明したように、特に、低運動エネ
ルギーのイオンで動作する四重極或いは四重極イオン-
トラップ質量分析器の場合、約１ボルトの電位差が、イ
オン・ガイド手段１２の中心軸線１６の電位と、四重極
質量分析器の軸線方向電位或いは中心電位との間に維持
されている。この電位差は電位バリヤー又は電位障壁を
提供しており、イオン・ガイド手段１２から出現する正
イオンが、孔１９を通過して質量分析器へ入ることがで
きる前に、それらの運動エネルギーによってその電位バ
リヤーを越えなければならない。それらがイオン・ガイ
ド手段を通過している間、イオンの運動エネルギーは該
イオン・ガイド手段に導入された不活性ガス分子の熱エ
ネルギーに実質的に変えられるので、プラズマ中に生じ
たイオンの１ｅＶ乃至２０ｅＶの典型的なエネルギーの
広がり又は範囲は著しく減ぜられる。しかしながら、予
想外に判明されたことは、分子イオン及び原子イオンが
ガイド手段から異なる運動エネルギーを伴って出現する
ので、電位差の慎重な調整によって、質量分析器に到達
する多原子イオンの数を一層減ずることができることで
ある。
ルギーのイオンで動作する四重極或いは四重極イオン-
トラップ質量分析器の場合、約１ボルトの電位差が、イ
オン・ガイド手段１２の中心軸線１６の電位と、四重極
質量分析器の軸線方向電位或いは中心電位との間に維持
されている。この電位差は電位バリヤー又は電位障壁を
提供しており、イオン・ガイド手段１２から出現する正
イオンが、孔１９を通過して質量分析器へ入ることがで
きる前に、それらの運動エネルギーによってその電位バ
リヤーを越えなければならない。それらがイオン・ガイ
ド手段を通過している間、イオンの運動エネルギーは該
イオン・ガイド手段に導入された不活性ガス分子の熱エ
ネルギーに実質的に変えられるので、プラズマ中に生じ
たイオンの１ｅＶ乃至２０ｅＶの典型的なエネルギーの
広がり又は範囲は著しく減ぜられる。しかしながら、予
想外に判明されたことは、分子イオン及び原子イオンが
ガイド手段から異なる運動エネルギーを伴って出現する
ので、電位差の慎重な調整によって、質量分析器に到達
する多原子イオンの数を一層減ずることができることで
ある。
【００４７】−６００ボルト乃至−１０００ボルトの間
の電圧が適切な電源（不図示）によって電極１０に印加
され、ある程度の集束作用を提供している。これは、ス
キマー５の内面上の（特に低質量対電荷比の）イオンの
損失を減ずることによって、イオン透過率を増大する補
助を為している。（低質量対電荷比を有するイオンは、
スキマーの孔から展開する材料の外側上に存在する傾向
がある。）実際上、これらの低質量イオンの透過率は、
電極１０における電位の調整によって約１００の倍数分
増大させることができる。しかしながら、予想外に判明
されたことは、電極１０の存在もＡｒＯ+等の分子イオ
ンの強度を減ずるので、電極１０における電位を調整す
ることによってもこれら妨害イオンの強度を最少化する
ことができることである。幸いにも、ＡｒＯ+イオンの
強度の最少化は、典型的には、低質量イオンの透過率を
最大化するのと同一の電圧で生じ、最適電位はイオンの
スキマー５の内側面への接触を最小化するものであるこ
とを、多分、示している。
の電圧が適切な電源（不図示）によって電極１０に印加
され、ある程度の集束作用を提供している。これは、ス
キマー５の内面上の（特に低質量対電荷比の）イオンの
損失を減ずることによって、イオン透過率を増大する補
助を為している。（低質量対電荷比を有するイオンは、
スキマーの孔から展開する材料の外側上に存在する傾向
がある。）実際上、これらの低質量イオンの透過率は、
電極１０における電位の調整によって約１００の倍数分
増大させることができる。しかしながら、予想外に判明
されたことは、電極１０の存在もＡｒＯ+等の分子イオ
ンの強度を減ずるので、電極１０における電位を調整す
ることによってもこれら妨害イオンの強度を最少化する
ことができることである。幸いにも、ＡｒＯ+イオンの
強度の最少化は、典型的には、低質量イオンの透過率を
最大化するのと同一の電圧で生じ、最適電位はイオンの
スキマー５の内側面への接触を最小化するものであるこ
とを、多分、示している。
【００４８】各種の試料は、ＩＣＰ或いはＭＩＰ質量分
析計に従来より利用されてきた手段の任意のもので、プ
ラズマ中に導入させることができる。しかしながら本発
明者等は、最も重要な改善が、特にＡｒ+イオンの抑制
に関しての改善が、各種試料を従来タイプの噴霧器を介
して水溶液の形態で導入された際に得られることを観察
した。それ故に、プラズマ中に導入された物質は、不完
全に理解されている機構であって、本発明の長所を提供
している機構において今のところまだ未定義の役割を演
ずると見られる。
析計に従来より利用されてきた手段の任意のもので、プ
ラズマ中に導入させることができる。しかしながら本発
明者等は、最も重要な改善が、特にＡｒ+イオンの抑制
に関しての改善が、各種試料を従来タイプの噴霧器を介
して水溶液の形態で導入された際に得られることを観察
した。それ故に、プラズマ中に導入された物質は、不完
全に理解されている機構であって、本発明の長所を提供
している機構において今のところまだ未定義の役割を演
ずると見られる。
【図１】図１は、本発明に係るスペクトロメータのイン
ターフェース領域及びイオン・ガイド領域を示す断面図
である。
ターフェース領域及びイオン・ガイド領域を示す断面図
である。
【図２】図２は、本発明に係るスペクトロメータにおい
てのイオン・ガイド手段及び四重極質量分析器の電極に
関する電気的接続関係を示す概略図である。
てのイオン・ガイド手段及び四重極質量分析器の電極に
関する電気的接続関係を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るスペクトロメータであっ
て、四重極質量分析器を有するスペクトロメータの質量
分析器領域及び検出領域を示す断面図である。
て、四重極質量分析器を有するスペクトロメータの質量
分析器領域及び検出領域を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明に係るスペクトロメータであっ
て、磁気セクター質量分析器を有するスペクトロメータ
の質量分析器領域及び検出領域を示す断面図である。
て、磁気セクター質量分析器を有するスペクトロメータ
の質量分析器領域及び検出領域を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明に係るスペクトロメータであっ
て、飛行時間質量分析器を有するスペクトロメータの質
量分析器領域及び検出器領域を示す断面図である。
て、飛行時間質量分析器を有するスペクトロメータの質
量分析器領域及び検出器領域を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明に係るスペクトロメータであっ
て、四重極イオン-トラップ質量分析器を有するスペク
トロメータの質量分析器領域及び検出領域を示す断面図
である。
て、四重極イオン-トラップ質量分析器を有するスペク
トロメータの質量分析器領域及び検出領域を示す断面図
である。
１ プラズマ・トーチ ２ プラズマ ３ 抽出円錐体 ４ 水冷ハウジング ５ スキマー ８ 真空室 １１ 第１真空室 １２ イオン・ガイド手段 １３，１４，１５ 長尺状平行電極ロッド １６ 第２軸線 １７ 長尺状スペース １８ テーパー状電極 １９ 孔 ２０ 第２真空室 ２９ 四重極質量フィルター（分析器） ３３ イオン検出器 ３２ 入口軸線 ３５ 電源 ３８ 磁気セクター分析器 ４１ イオン検出器システム ４４，４５，４６，４９，５０ 静電レンズ電極 ５９ 静電スクリーニング管 ６３ 飛行時間質量分析器 ６７ ドリフト軸線 ７１ 四重極イオン-トラップ質量分析器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイモンド・クライブ・ヘインズ イギリス国 シーダブリュ６ ０キューエ ヌ、 チェシャー、ターポリー、ケルサ ル、ブルームス・レーン 19 (72)発明者 パトリック・ジェイムス・ターナー イギリス国 エスケー９ ５エヌエイチ、 チェシャー、ウィルムスロー、アルトリ ンチャム・ロード 61 (72)発明者 トーマス・オリバー・メレン イギリス国 ダブリュエー15 ８アールジ ェー、 チェシャー、ヘイル、カールト ン・ロード 40 (72)発明者 スチュアート・アラン・ジャービス イギリス国 エム30 ０ピーイー、マンチ ェスター、エクルス、シェイクスピア・ク レセント 90
Claims (29)
- 【請求項１】 質量スペクトロメータであって、 １）プラズマ中に導入された試料からイオンを発生させ
る手段と、 ２）前記プラズマから第１真空室へ少なくとも一部のイ
オンを第１軸線に沿って透過又は伝達させるノズル-ス
キマー・インターフェース手段と、 ３）孔を有して、前記第１真空室を第２真空室から分割
するダイアフラム手段と、 ４）前記第１真空室内に配置されて、前記ノズル-スキ
マー・インターフェース手段から前記孔へイオンをガイ
ドするイオン・ガイド手段と、 ５）入口軸線を有して、前記孔を通過するイオンを受取
ってその質量スペクトルを提供するイオン質量-対-電荷
比分析手段と、を備え、 前記イオン・ガイド手段が、 １）１つ或いはそれ以上の多重極ロッド-セットであ
り、該セット或いは該セットの各々が、第２軸線回りに
相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の長
尺状電極ロッドを備えて、それらロッドの間に当該セッ
トを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画成
する１つ或いはそれ以上の多重極ロッド-セットと、 ２）前記セット或いは該セットの各々に含まれる複数の
ロッド間にＡＣ電圧を印加する手段であり、当該セット
に入るイオンが前記ロッド-セットを貫通する前記長尺
状スペース内を移動するように為す手段と、 ３）ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段内へ導入する手段であり、
前記ロッド-セット内部における前記長尺状スペースの
少なくとも一部における前記不活性ガスの分圧が少なく
とも１０-3トルとなるように為す手段と、を備えること
を特徴とする、質量スペクトロメータ。 - 【請求項２】 前記イオン・ガイド手段内へヘリウムが
導入される、請求項１に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項３】 前記イオン・ガイド手段の少なくとも一
部が、前記第１真空室内に全体的に配置されたガス封じ
込め手段によって包囲されており、該ガス封じ込め手段
が当該イオン・ガイド手段の入口及び出口を当該ガス封
じ込め手段の外側とするように配置されており、そし
て、前記不活性ガスが前記ガス封じ込め手段内に導入さ
れて、前記イオン・ガイド手段の少なくとも一部におけ
る前記不活性ガスの分圧が少なくとも１０-3トルとなる
一方、その入口及び出口がより低圧に維持されるように
為す、請求項１或いは２の内の何れか一項に記載の質量
スペクトロメータ。 - 【請求項４】 前記不活性ガスを前記ガス封じ込め手段
内に導入する手段であり、前記長尺状スペース内での前
記不活性ガスの最高分圧が、前記イオン・ガイド手段の
前記入口から当該イオン・ガイド手段の長さの約半分以
下の地点で生ずるように為す手段が提供されている、請
求項３に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項５】 前記長尺状スペース内での前記不活性ガ
スの最高分圧が、前記イオン・ガイド手段の前記入口か
ら当該イオン・ガイド手段の長さの約１／４の地点で生
ずるように、前記不活性ガスが導入されている、請求項
４に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項６】 前記イオン・ガイド手段が六重極ロッド
・セットを備える、先行する請求項の内の何れか一項に
記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項７】 前記イオン・ガイド手段が四重極ロッド
・セットを備える、請求項１乃至５の内の何れか一項に
記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項８】 前記イオン・ガイド手段の長さが、前記
長尺状スペースの半径よりも２０倍乃至１００倍の間の
倍率で大きい、先行する請求項の内の何れか一項に記載
の質量スペクトロメータ。 - 【請求項９】 前記第１軸線が前記孔を通過せず、前記
第２軸線が前記第１軸線に対して傾斜させられ、前記ノ
ズル-スキマー・インターフェース手段を去るイオン
が、前記ガイド手段内の前記長尺状スペースに入り、そ
して該ガイド手段のイオン閉じ込め作用によって前記孔
へ案内するように為す、先行する請求項の内の何れか一
項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項１０】 前記入口軸線が、前記第２軸線に対し
て傾斜させられている、請求項９に記載の質量スペクト
ロメータ。 - 【請求項１１】 前記イオン質量-対-電荷分析手段が、
磁気セクター質量分析器を備える、先行する請求項の内
の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項１２】 前記磁気セクター質量分析器が、その
画像焦点面に沿って配置された複数のイオン・コレクタ
ーを備えて、幾つかの異なる質量-対-電荷比のイオンが
同時に測定されるように為す、請求項１１に記載の質量
スペクトロメータ。 - 【請求項１３】 前記磁気セクター分析器が、入口孔、
飛行管、並びに検出器システムを備え、前記ノズル-ス
キマー・インターフェース及び前記イオン・ガイド手段
が略接地電位に維持され、前記入口孔、前記飛行管、並
びに前記検出器システムが加速電位に維持されているこ
とによって、前記分析器に入るイオンが、それらイオン
が前記入口孔を通過するとともに、前記磁気セクターに
よってそれらの散乱に必要とされる運動エネルギーまで
加速される、請求項１１或いは１２の内の何れか一項に
記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項１４】 前記イオン質量-対-電荷比分析器が四
重極型の質量分析器である、請求項１乃至１０の内の何
れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項１５】 前記イオン質量-対-電荷比分析器が飛
行時間型の質量分析器である、請求項１乃至１０の内の
何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項１６】 前記飛行時間型質量分析器が、直交配
置されたその入口軸線と、イオンの飛行時間が決定され
ようとしている間に該イオンが移動することにことにな
る軸線とを有する、請求項１５に記載の質量スペクトロ
メータ。 - 【請求項１７】 前記イオン質量-対-電荷比分析器が、
四重極型イオン-トラップ分析器である、請求項１乃至
１０の内の何れか一項に記載の質量スペクトロメータ。 - 【請求項１８】 前記第２軸線の電位と、前記四重極型
質量分析器の軸線方向電位或いは前記四重極型イオン・
トラップの中心電位との間の電位差であり、約１ボルト
未満の電位差を維持するための手段が設けられている、
請求項１４或いは１７の内の何れか一項に記載の質量ス
ペクトロメータ。 - 【請求項１９】 静電レンズ手段が、前記ノズル-スキ
マー・インターフェースと前記イオン・ガイド手段の前
記入口との間に設けられ、当該静電レンズ手段が、前記
スキマーに最接近した頂点を具備すると共に、前記ノズ
ル-スキマー・インターフェース及び前記イオン・ガイ
ド手段の電位に対して６００ボルト乃至１０００ボルト
の間の電圧に維持された中空円錐形構造体を含む、先行
する請求項の内の何れか一項に記載の質量スペクトロメ
ータ。 - 【請求項２０】 試料の質量の分光的分析方法であっ
て、 １）前記試料をプラズマ中に導入して、そこからイオン
を発生させるステップと、 ２）前記イオンの少なくとも一部をノズル-スキマー・
インターフェース手段を介して第１真空室へ通過させる
ステップと、 ３）前記第１真空室に入った前記イオンの少なくとも一
部を、前記第１真空室を第２真空室から分割するダイア
フラムにおける孔へ案内するステップと、 ４）前記第２真空室内へ進んだ前記イオンの少なくとも
一部を質量分析して、その質量スペクトルを提供させる
ステップと、の順次実行される諸ステップを含み、 前記方法において、 １）前記イオンを案内する前記ステップが、１つ或いは
それ以上の多重極電極ロッド-セットであり、該セット
が相互に僅かな距離を隔てて横方向に離間された複数の
長尺状ロッド電極を含んで、それらロッドの間に当該セ
ットを長手方向に貫通して延在する長尺状スペースを画
成する１つ或いはそれ以上の多重極電極ロッド-セット
を備えるイオン・ガイド手段に、前記イオンを通過させ
ることと、前記ロッド電極にＡＣ電圧を印加することと
を含み、 ２）ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ン、並びに窒素から成る群から選択された不活性ガス
を、前記イオン・ガイド手段へ導入することによって、
前記長尺状スペースの少なくとも一部における前記不活
性ガスの分圧が少なくとも１０-3トルとなるように為
す、ことを特徴とする方法。 - 【請求項２１】 前記不活性ガスがヘリウムである、請
求項２０に記載の方法。 - 【請求項２２】 前記不活性ガスが、ヘリウムと、５％
未満の追加的物質とを含む、請求項２０或いは２１の内
の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記追加的物質がキセノンである、請
求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記追加的物質が水素である、請求項
２２に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記追加的物質が水である、請求項２
２に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記試料が、噴霧器によって発生させ
られた煙霧質の形態で前記プラズマ中に導入された水溶
液を含む、請求項２０乃至２５の内の何れか一項に記載
の方法。 - 【請求項２７】 前記イオンの質量分析を為す前記ステ
ップが、中心軸線を有する四重極型質量分析器の使用を
含み、前記イオンを案内する前記ステップが、中心軸線
を有する前記イオン・ガイド手段に前記イオンを通過さ
せることを含み、前記方法が、前記イオン・ガイド手段
の前記中心軸線の電位と、前記四重極型質量分析器の前
記中心軸線の電位との間に電位差を維持させることによ
って、多原子イオンの透過又は伝達を原子イオンのもの
と比べて減少させるように為すステップを更に含む、請
求項２０乃至２６の内の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記イオンの質量分析を為す前記ステ
ップが、中心を有する四重極イオン-トラップ質量分析
器の使用を含み、前記イオンを案内する前記ステップ
が、中心軸線を有する前記イオン・ガイド手段にイオン
を通過させることを含み、前記方法が、前記イオン・ガ
イド手段の前記中心軸線の電位と、前記四重極イオン-
トラップ質量分析器の前記中心の電位との間に電位差を
維持させることによって、多原子イオンの透過又は伝達
を原子イオンのものと比べて減少させるように為すステ
ップを更に含む、請求項２０乃至２６の内の何れか一項
に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記電位差が約１ボルト未満である、
請求項２７或いは２８の内の何れか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| GB9612070.4 | 1996-06-10 | ||
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