JPH11162399A - ポンプ共用型誘導結合プラズマ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導結合プラズマ質量分析装置のコストのか
なりの割合を占めるロータリポンプやターボポンプを削
減して、コストを削減する。 【解決手段】 ターボポンプ６０、８０のバッキングラ
インを、インターフェースチャンバ２０を排気するロー
タリポンプ５０に接続して、バッキングライン用開閉弁
７２により開閉可能とし、プラズマ点火時は、インター
フェースチャンバ２０の圧力が十分に下がるまで、前記
バッキングライン用開閉弁７２を一時的に閉じることに
より、共通のロータリポンプ５０で、インターフェース
チャンバ２０とターボポンプ６０、８０のバッキングラ
インを、共に排気可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インターフェース
チャンバを排気するロータリポンプと、少なくともアナ
ライザチャンバを排気するターボポンプを備えた誘導結
合プラズマ質量分析装置に係り、特に、使用ポンプの数
を減らして、コストを削減することが可能な、ポンプ共
用型の誘導結合プラズマ質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発光分析の光源に用いられている
誘導結合プラズマを、質量分析計のイオン源として用い
て、溶液中の元素分析をイオンによって行う誘導結合プ
ラズマ（Inductive Coupled Plasma：ＩＣＰ）質量分析
装置が提案されている（例えば特開昭６２−２６７５７
参照）。

【０００３】この誘導結合プラズマ質量分析装置１０の
真空系は、例えば図４に示す如く、大気圧下のイオン化
部（図示省略）でイオン化された元素をサンプリングし
て、高真空化のイオンレンズチャンバ３０に導入するた
めの、イオン化部のトーチ１２内で発生したイオンの運
動エネルギの方向を揃えるためのサンプリングコーン２
２、及び、該サンプリングコーン２２を通過したイオン
の一部を通過させるためのスキマーコーン２４を含むイ
ンターフェースチャンバ２０と、該インターフェースチ
ャンバ２０を通過したイオンを収束してアナライザチャ
ンバ４０に導くための、静電イオンレンズを用いた引出
電極、収束レンズ、イオンレンズ等のレンズ群３２、及
び、プラズマが点灯していないときに真空度が下がるの
を防止するために閉じられるゲート弁３４を含むイオン
レンズチャンバ３０と、該イオンレンズチャンバ３０か
ら導入されるイオンの質量を選択するためのマスフィル
タを構成する四重極（Ｑポールと称する）４２、及び、
該Ｑポール４２を通過してきた測定質量数のイオンを計
数するための、例えば２次電子増倍管が用いられた検出
器４４を含むアナライザチャンバ４０とを備えている。

【０００４】前記インターフェースチャンバ２０には、
配管５２を介して、インターフェースチャンバ排気用の
第１のロータリポンプ（ＲＰ）５０が接続され、該ロー
タリポンプ５０によって達成可能な低真空が得られる。

【０００５】又、前記イオンレンズチャンバ３０及びア
ナライザチャンバ４０には、それぞれ独立した第１及び
第２のターボ（分子）ポンプ（ＴＭＰ）６０、６２が接
続され、測定に必要な高真空が得られるようになってい
る。このターボポンプ６０及び６２のバッキングポート
は、バッキングライン用の配管６４を介して、バッキン
グライン排気用の第２のロータリポンプ（ＲＰ）６６に
接続され、前記ターボポンプ６０、６２を稼働させるの
に必要な低真空が、ターボポンプ６０、６２の背圧側に
得られるようにされている。

【０００６】図において、６８は、工場出荷時の真空度
を可能な限り維持して、客先現場でのスタートアップ時
間を短くするための、配管６４に設けられたバッキング
ライン用の開閉弁である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の真空
系の誘導結合プラズマ質量分析装置においては、ロータ
リポンプ、ターボポンプ共に２台ずつポンプが必要であ
り、質量分析装置のコストのかなりの割合を占めている
という問題点を有していた。

【０００８】このような問題点を解決するべく、ターボ
ポンプ６２のバッキングポートをターボポンプ６０に接
続することにより、２つのターボポンプ６０と６２をタ
ンデムに接続し、第１のロータリポンプ５０のみで、同
時に第１のターボポンプ６０のバッキングラインも排気
することが考えられるが、この場合、ロータリポンプ５
０で常時ターボポンプ６０のバッキングラインを排気す
るように構成すると、プラズマ点火時にインターフェー
スチャンバ３０内を粗引きする際に、ロータリポンプ５
０によって引かれた、低真空のイオンレンズチャンバ３
０内のガスがターボポンプ６０側に廻り込んでしまい、
そのバッキングライン圧力が急激に上昇して、ターボポ
ンプ６０に大きな負荷を与え、ポンプ寿命を短くすると
いう問題があった。

【０００９】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、ターボポンプに大きな負荷を与える
ことなく、ロータリポンプを共通化することを第１の課
題とする。

【００１０】本発明は、又、ターボポンプを共通化する
ことを第２の課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、インターフェ
ースチャンバを排気するロータリポンプと、少なくとも
アナライザチャンバを排気するターボポンプを備えた誘
導結合プラズマ質量分析装置において、前記ターボポン
プのバッキングポートを前記ロータリポンプに接続する
バッキングライン用配管と、該配管を開閉するためのバ
ッキングライン用開閉弁とを備え、プラズマ点火時は、
インターフェースチャンバの圧力が十分に下がるまで、
前記バッキングライン用開閉弁を一時的に閉じることに
より、共通のロータリポンプで、インターフェースチャ
ンバとターボポンプのバッキングラインを、共に排気可
能として、前記第１の課題を解決したものである。

【００１２】又、インターフェースチャンバを排気する
ロータリポンプと、アナライザチャンバを排気するター
ボポンプを備えた誘導結合プラズマ質量分析装置におい
て、前記ターボポンプに中間ポートを備え、該中間ポー
トを、前記アナライザチャンバより上流側のイオンレン
ズチャンバに接続することによって、共通のターボポン
プで、アナライザチャンバとイオンレンズチャンバを共
に排気可能として、前記第２の課題を解決したものであ
る。

【００１３】又、前記ロータリポンプとインターフェー
スチャンバを接続する配管にインターフェース用開閉弁
を備えると共に、イオンレンズチャンバにゲート弁を備
え、非使用時は、前記インターフェース用開閉弁及びゲ
ート弁を閉じて、前記バッキングライン用開閉弁のみ開
き、ブラズマ点火時は、まず前記バッキングライン用開
閉弁を一旦閉じて、前記インターフェース用開閉弁を開
き、インターフェースチャンバの圧力が十分に下がった
ら、前記ゲート弁を開いてその下流にガスを導入し、前
記バッキングラインの圧力がインターフェースチャンバ
の圧力とほぼ同じになったら、前記バッキングライン用
開閉弁を開いて測定を可能とし、プラズマ消火時は、ま
ず前記ゲート弁を閉じ、次にインターフェース用開閉弁
を閉じてから、プラズマを消火するようにしたものであ
る。

【００１４】又、前記インターフェース用開閉弁を、圧
力調節も可能な可変弁として、前記インターフェースチ
ャンバの圧力調節を可能としたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１６】本発明の第１実施形態は、図４に示した従
来例と同様の誘導結合プラズマ質量分析装置において、
図１に示す如く、第２のターボポンプ６２のバッキング
ポートを、バッキングライン用の配管６５で第１のター
ボポンプ６０に接続して、２つのターボポンプ６０、６
２をタンデムに接続すると共に、前記第１のターボポン
プ６０のバッキングポートを、バッキングライン用の配
管７０でロータリポンプ５０に接続し、該配管７０をバ
ッキングライン用開閉弁７２で開閉可能とし、更に、前
記ロータリポンプ５０とインターフェースチャンバ２０
を接続する配管５２にインターフェース用開閉弁５４を
設けたものである。

【００１７】本実施形態において、非使用時は、前記イ
ンターフェース用開閉弁５４及びゲート弁３４は閉じて
おり、バッキングライン用開閉弁７２のみ開いていて、
イオンレンズチャンバ３０のゲート弁３４より下流側及
びアナライザチャンバ４０を真空に排気している。

【００１８】プラズマ点火時には、バッキングライン用
開閉弁７２を開いたままインターフェース用開閉弁５４
を開いてしまうと、真空度の低いインターフェースチャ
ンバ２０内のガスが、配管５２、７０を経由して、第１
のターボポンプ６０のバッキングラインに入ってしま
い、ターボポンプ６０に大きな負荷を与え、ポンプ寿命
を短くしてしまう恐れがある。

【００１９】そこで本実施形態では、プラズマ点火時
に、まずバッキングライン用開閉弁７２を一旦閉じ、イ
ンターフェース用開閉弁５４を開いて、インターフェー
スチャンバ２０の圧力が十分に下がったら、ゲート弁３
４を開き、イオンレンズチャンバ２０のゲート弁３４よ
り下流側及びアナライザチャンバ４０内にガスを導入
し、第１のターボポンプ６０のバッキングライン圧力が
インターフェース圧力とほぼ同じになったところで、イ
ンターフェース用開閉弁５４を開き、測定ができる状態
とする。なお、ゲート弁でなく、他にゲート弁３４より
下流の真空チャンバにガス導入用の開閉弁を設けて、こ
れを開閉しても良い。

【００２０】測定終了後のプラズマ消火時は、まず、ゲ
ート弁３４を閉じ、次にインターフェース用開閉弁５４
を閉じてから、プラズマを消火する。

【００２１】従来は、インターフェース排気用とターボ
ポンプのバッキングライン排気用に、２台のロータリポ
ンプが必要であったのが、本実施形態によれば、インタ
ーフェースチャンバ２０とターボポンプ６０、６２のバ
ッキングラインを１台のロータリポンプ５０で排気する
ことができ、しかも、ターボポンプ６０に急激な負荷は
与えずにすむので、ターボポンプ６０の寿命が短くなる
ことはない。又、バッキングラインの急激な圧力上昇に
よる、ターボポンプ６０、６２からイオンレンズチャン
バ３０やアナライザチャンバ４０へのオイル上がりも防
ぐことができる。

【００２２】なお、本実施形態においては、ターボポン
プ６２のバッキングライン（配管６５）をターボポンプ
６０に接続していたが、ターボポンプ６０のバッキング
ライン（配管７０）に直接接続しても良い。又、イオン
レンズチャンバ３０に接続しても良い。

【００２３】次に、ターボポンプも共用化した、本発明
の第２実施形態を詳細に説明する。

【００２４】本実施形態は、前記第１実施形態と同様の
ロータリポンプ共用型誘導結合プラズマ質量分析装置に
おいて、図２に示す如く、アナライザチャンバ４０を排
気するための第２のターボポンプとして、中間ポート付
ターボポンプ８０を用い、該ターボポンプ８０の中間ポ
ート８２を、配管８４でイオンレンズチャンバ３０のゲ
ート弁３４より下流側に接続することによって、共通の
ターボポンプ８０で、アナライザチャンバ４０とイオン
レンズチャンバ３０が共に排気できるようにしたもので
ある。

【００２５】前記中間ポート付ターボポンプ８０として
は、例えば図３に示すような構成の市販品（例えばバリ
アン社製Ｔurbo−Ｖ２５０ＳＦ）を用いることができ
る。図において、８６はバッキングポート、８８はベン
トポートである。

【００２６】本実施形態においては、ロータリポンプだ
けでなく、ターボポンプも共通化することができ、コス
トを大幅に削減できる。なお、インターフェースチャン
バ排気用のロータリポンプ５０とは別に、ターボポンプ
８０のバッキングライン排気用のロータリポンプを設け
ることもできる。

【００２７】前記実施形態においては、いずれも、イン
ターフェース用開閉５４として、単純な開閉弁が用いら
れていたが、このインターフェース用開閉弁５４自体
を、圧力調節可能な可変弁（例えばニードル弁）とした
り、又は、開閉弁５４と直列に別体の可変弁を挿入し
て、インターフェースチャンバ２０の圧力調節を可能と
することもできる。

【００２８】即ち、ホットプラズマで検出限界を良くす
るためには、前記インターフェースチャンバ２０の圧力
を低くする必要があり、一方、シールドトーチを使った
クールプラズマで分子イオンのバックグラウンドを下げ
るためには、前記インターフェースチャンバ２０の圧力
を高くする必要があるが、可変弁を用いた場合には、イ
ンターフェースチャンバの圧力が調節可能となり、ホッ
トプラズマ、クールプラズマの両者に容易に対応可能と
なる。

【００２９】なお、前記実施形態においては、いずれ
も、マスフィルタとしてＱポールが用いられ、検出器と
して２次電子増倍管を用いた場合を例示していたが、マ
スフィルタや検出器の種類等は、これに限定されない。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、ロータリポンプやター
ボポンプを共通化して、誘導結合プラズマ質量分析装置
のコストのかなりの割合を占める、これらのポンプのコ
ストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図

【図２】同じく第２実施形態の構成を示す断面図

【図３】第２実施形態で用いられている中間ポート付タ
ーボポンプの構成を示す正面図

【図４】従来例の構成を示す断面図

【符号の説明】

１０…誘導結合プラズマ質量分析装置 ２０…インターフェースチャンバ ３０…イオンレンズチャンバ ３４…ゲート弁 ４０…アナライザチャンバ ５０…ロータリポンプ（ＲＰ） ５２、６５、７０、８４…配管 ５４…インターフェース用開閉弁 ６０、６２…ターボポンプ（ＴＭＰ） ７２…バッキングライン用開閉弁 ８０…中間ポート付ターボポンプ ８２…中間ポート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インターフェースチャンバを排気するロー
   タリポンプと、少なくともアナライザチャンバを排気す
   るターボポンプを備えた誘導結合プラズマ質量分析装置
   において、 前記ターボポンプのバッキングポートを前記ロータリポ
   ンプに接続するバッキングライン用配管と、 該配管を開閉するためのバッキングライン用開閉弁とを
   備え、 プラズマ点火時は、インターフェースチャンバの圧力が
   十分に下がるまで、前記バッキングライン用開閉弁を一
   時的に閉じることにより、共通のロータリポンプで、イ
   ンターフェースチャンバとターボポンプのバッキングラ
   インが、共に排気可能とされていることを特徴とするポ
   ンプ共用型誘導結合プラズマ質量分析装置。
2. 【請求項２】インターフェースチャンバを排気するロー
   タリポンプと、アナライザチャンバを排気するターボポ
   ンプを備えた誘導結合プラズマ質量分析装置において、 前記ターボポンプに中間ポートが備えられ、 該中間ポートを、前記アナライザチャンバにより上流側
   のイオンレンズチャンバに接続することによって、共通
   のターボポンプで、アナライザチャンバとイオンレンズ
   チャンバが、共に排気可能とされていることを特徴とす
   るポンプ共用型誘導結合プラズマ質量分析装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記ロータリポンプと
   インターフェースチャンバを接続する配管にインターフ
   ェース用開閉弁が備えられると共に、イオンレンズチャ
   ンバにゲート弁が備えられ、 非使用時は、前記インターフェース用開閉弁及びゲート
   弁を閉じて、前記バッキングライン用開閉弁のみ開き、
   ブラズマ点火時は、まず前記バッキングライン用開閉弁
   を一旦閉じて、前記インターフェース用開閉弁を開き、
   インターフェースチャンバの圧力が十分に下がったら、
   前記ゲート弁を開いてその下流にガスを導入し、前記バ
   ッキングラインの圧力がインターフェースチャンバの圧
   力とほぼ同じになったら、前記バッキングライン用開閉
   弁を開いて測定を可能とし、プラズマ消火時は、まず前
   記ゲート弁を閉じ、次にインターフェース用開閉弁を閉
   じてから、プラズマを消火するようにされていることを
   特徴とするポンプ共用型誘導結合プラズマ質量分析装
   置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記インターフェース
   用開閉弁が、圧力調節も可能な可変弁とされ、前記イン
   ターフェースチャンバの圧力調節が可能とされているこ
   とを特徴とするポンプ共用型誘導結合プラズマ質量分析
   装置。