JPH11213941A - 質量分析システム - Google Patents

質量分析システム

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JPH11213941A
JPH11213941A JP10010974A JP1097498A JPH11213941A JP H11213941 A JPH11213941 A JP H11213941A JP 10010974 A JP10010974 A JP 10010974A JP 1097498 A JP1097498 A JP 1097498A JP H11213941 A JPH11213941 A JP H11213941A
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JP
Japan
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mass
electron multiplier
voltage
measured
secondary electron
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JP10010974A
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English (en)
Inventor
Mitsuyasu Iwanaga
光恭 岩永
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】SIM法により多元素分析を行う場合に、検出
感度を広範囲に渡って良好に設定でき、再測定を不要と
する。 【解決手段】制御装置6には印加電圧設定テーブルが登
録されている。印加電圧設定テーブルは、SIM法によ
る測定の対象となっている質量数に対応する最適な二次
電子増倍管2に対する印加電圧が書き込まれたテーブル
である。そして、制御装置6は、測定対象の質量数を切
り換える度毎に、印加電圧テーブルを参照して、二次電
子増倍管2の最適電圧を求め、電源3に対して当該電圧
の発生を指示する。このように、二次電子増倍管2の印
加電圧を測定対象質量数に対応させて制御することによ
って検出感度を制御するので、検出感度を広範囲に渡っ
て良好に設定でき、再測定は不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンの検出器とし
て、二次電子増倍管、光電子増倍管、チャンネルトロン
等の電荷を増倍する手段(以下、本明細書中ではこれら
を総称して増倍手段と称する)を用いる質量分析システ
ムであって、SIM(Selected Ion Monitoring )法に
より質量分析を行う質量分析システムに関する。
【0002】
【従来の技術】質量分析システムにおいてはイオンを検
出するために、通常は増倍手段が用いられている。その
構成例を図5に示す。図5は増倍手段として二次電子増
倍管を用いた場合の例であり、図中、1は質量分析部、
2は二次電子増倍管、3は電源、4は増幅器、5はAD
変換器(以下、ADCと称す)、6は制御装置、7はキ
ーボードやマウス等からなる入力装置、8はカラーCR
T等からなる表示装置を示す。なお、制御装置6、入力
装置7及び表示装置8はパーソナルコンピュータ等で構
成することができる。
【0003】測定の対象となる質量数は入力装置7によ
って設定される。測定対象質量数が設定されると、制御
装置6は当該質量数のイオンを選択するための電場及び
/または磁場の強度を決定し、その電場及び/または磁
場の強度を質量分析部1に質量数制御信号によって通知
する。これによって、質量分析部1においては電場及び
/または磁場の強度は通知された値に設定される。
【0004】電源3の出力電圧、即ち二次電子増倍管2
の印加電圧についても同様であり、入力装置7によって
任意に設定可能となされている。入力装置7によって二
次電子増倍管2の印加電圧が設定されると、制御装置6
はその設定された電圧の発生を電源3に指示する。これ
によって電源3から当該電圧が発生され、二次電子増倍
管2に印加されることになる。
【0005】さて、質量分析部1には図示しないイオン
化装置によって生成されたイオンが導入され、質量分析
部1の電場及び/または磁場の強度に対応した質量数を
有するイオンのみが選択的に二次電子増倍管2に導入さ
れ、検出されることになる。
【0006】二次電子増倍管2からの出力信号は増幅器
4によって増幅され、更にADC5によってデジタル化
されて制御装置6に転送される。これがマス信号であ
る。そして、このマス信号は制御装置6によって解析さ
れることになる。なお、制御装置6には、マス信号に基
づいて元素分析等の所定の分析を行うプログラムが搭載
されていることは当然である。
【0007】以上は質量分析システムの構成の説明であ
るが、次に測定法について説明する。質量分析システム
を用いて多元素分析を行う場合の測定法は種々知られて
いるが、その一つとしてSIM法が知られている。SI
M法は、予め設定された複数の測定対象質量数を、それ
ぞれ所定時間ずつ測定する手法である。
【0008】図6(a)はその例を示す図であり、
1,m2,m3,m4,m5,m6の6種類の質量数を測定
する場合を示している。質量数m1 はt1〜t2の時間内
に測定され、質量数m2 はt2〜t3の時間内に測定さ
れ、質量数m3 はt3〜t4の時間内に測定され、質量数
4 はt4〜t5の時間内に測定され、質量数m5 はt5
〜t6の時間内に測定され、質量数m6 はt6〜t7の時
間内に測定される。そして、質量数m6 の測定が終了す
ると、再び質量数m1 からの測定が繰り返される。
【0009】なお、SIM法による測定が行われている
間は、二次電子増倍管2には、図6(b)に示すように
一定の電圧V0 が印加されている。この電圧V0 は、オ
ペレータが入力装置7により設定した値であることは当
然である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、測定対象と
なる試料中の元素毎の含有濃度は一般的に異なるため、
検出器である二次電子増倍管2においては、イオン信号
の微弱なものから強大なものまで広い範囲で検出できる
ことが要求されることは当然である。しかし、従来SI
M法によって測定する場合には、上述したように、電源
3から二次電子増倍管2に印加される電圧は測定中に渡
って一定電圧に保持されており、従って二次電子増倍管
2の感度あるいはゲインは一定となされているので、次
のような種々の問題があった。
【0011】即ち、図5に示す質量分析システムにおい
てSIM法により多元素分析を行う場合、二次電子増倍
管2の感度あるいはゲインは測定中に渡って一定となさ
れるため、検出感度を制御するために、図5に示すよう
に、増幅器4のゲインを制御装置6からのゲイン制御信
号によって制御可能とし、測定する質量数毎に増幅器4
のゲインを制御することが広く行われている。なお、増
幅器4のゲインは入力装置7で任意に設定可能となされ
ていることは当然であり、制御装置6は入力装置7で設
定されたゲインをゲイン制御信号により増幅器4に指示
し、その結果増幅器4のゲインは入力装置7で設定され
た値となるものである。
【0012】しかし、増幅器4のゲインを大きくする
と、二次電子増倍管2に多量のイオンが入射した場合に
は、二次電子増倍管2からの出力信号は増幅器4に対し
て過大入力となり、飽和してしまって正しいマス信号が
得られなくなる場合がある。また、増幅器4のゲインを
大きくすると、電気的なノイズも増えるため、二次電子
増倍管2に入射するイオンが微量の場合にはマス信号は
S/Nの悪いものとなってしまう。
【0013】これに対して、増幅器4のゲインを小さく
した場合には、二次電子増倍管2に多量のイオンが入射
した場合には、良好なマス信号が得られるが、二次電子
増倍管2に入射するイオンが微量の場合にはマス信号は
非常にS/Nの悪いものとなってしまう。
【0014】このような問題は、増幅器4の有効設定ゲ
イン範囲が通常 1〜1000倍程度であることに起因してい
る。実際、有効設定ゲイン範囲が 1〜1000倍程度の増幅
器のゲインの制御だけでは広範囲に渡って良好なマス信
号を得るための検出感度を設定することは殆ど不可能で
ある。
【0015】そこで、従来においては、二次電子増倍管
2に印加する電圧を変更することによって、二次電子増
倍管2の感度あるいはゲインを変更して、再測定を行っ
ているのが現状である。この再測定中は二次電子増倍管
2に印加される電圧は所定の値に一定に保持されてい
る。つまり、図6(b)に示す印加電圧V0 を変更して
再測定するのである。
【0016】しかし、このように再測定を行うのでは測
定時間が長くなるばかりでなく、試料の量もその分だけ
多く必要とするので、試料が微量の場合には再測定を行
うことは難しくなるものである。
【0017】以上のように、従来の質量分析システムに
よりSIM法によって多元素分析を行う場合には、検出
感度の条件設定が非常に難しく、且つ多回数の測定を行
わなければならない等の種々の問題があったのである。
この問題は、特に、測定対象となる試料数や元素数が多
い場合に顕著である。測定対象の試料数や元素数が多く
なると、設定すべき検出感度の範囲は更に広くなり、感
度の条件設定がより難しく、且つ多回数の再測定が必要
となるからである。
【0018】なお、以上の議論は、図5に示すように、
イオンの検出器として二次電子増倍管を用いた場合に限
らず、光電子増倍管やチャンネルトロンを用いた場合に
も同様である。
【0019】そこで、本発明は、検出感度を広範囲に渡
って良好に設定でき、再測定を不要とすることができる
質量分析システムを提供することを目的とするものであ
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の質量分析システムは、イオンの検出器と
して増倍手段を用いた質量分析システムであって、SI
M法により多元素分析を行う場合には、測定対象となっ
ている質量数に応じて増倍手段に印加する電圧を変更す
ることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ実施の形
態について説明する。なお、以下においてはイオンの検
出器として二次電子増倍管を用いた場合について説明す
る。
【0022】図1は本発明に係る質量分析システムの一
実施形態を示す図であり、ハードウェア的には図5に示
す従来のものと同様であるが、次の点で異なっている。
【0023】まず、増幅器4のゲインは固定されてい
る。勿論、図5に示すようにゲインを制御可能としても
よいことは当然であるが、ここではn倍に固定されてい
るものとする。
【0024】また、制御装置6には、図2に示すような
印加電圧設定テーブルが予め登録されている。この印加
電圧設定テーブルは、SIM法による測定の対象となっ
ている質量数に対応する最適な二次電子増倍管2に対す
る印加電圧が書き込まれたテーブルである。図2は測定
対象がm1,m2,m3,m4,m5,m6の6種類の質量数
である場合の印加電圧設定テーブルの例であり、図2に
よれば、質量数m1 を測定する場合には二次電子増倍管
2に印加される最適な電圧はV1 であると定められてい
る。その他についても同様である。
【0025】そして、いま、SIM法により、図4
(a)に示すように、m1,m2,m3,m4,m5,m6
6種類の質量数をこの順序に測定するものとすると、制
御装置6は、まず質量分析部1に対して質量数m1 のイ
オンを選択的に抽出するための電場及び/または磁場強
度を通知し、このことによって質量分析部1の電場及び
/または磁場は当該強度に設定される。また、このとき
制御装置6は、図4(b)に示すように、印加電圧設定
テーブルを参照して当該質量数m1 に対応する印加電圧
1 を求め、電源3に対して当該電圧V1 の発生を指示
する。これによって電源3から電圧V1 が出力され、二
次電子増倍管2に印加されることになる。
【0026】このように、質量数m1 を測定する場合に
は二次電子増倍管2にはV1 の電圧が印加され、イオン
が検出されることになる。そして、二次電子増倍管2の
出力信号は増幅器4によって増幅され、ADC5によっ
てデジタル化されて、制御装置6に取り込まれることに
なる。なお、マス信号の取り込みは、図4のt1〜t2
保持時間の中で、質量分析部1の電場及び/または磁場
の強度、及び二次電子増倍管2に印加される電圧V1
双方共に安定した時点で行われることは当然である。
【0027】質量数m1 のデータの取り込みが終了する
と、制御装置6は、次に質量分析部1に対して質量数m
2 のイオンを選択的に抽出するための電場及び/または
磁場強度を通知すると共に、印加電圧設定テーブルを参
照して当該質量数m2 に対応する印加電圧V2 を求め、
電源3に対して当該電圧V2 の発生を指示する。これに
よって、質量数m2 を測定する場合には二次電子増倍管
2にはV2 の電圧が印加され、イオンが検出されること
になる。以下、同様にして、質量数m6 までの測定が行
われる。
【0028】このように、この質量分析システムでは、
従来増幅器4のゲインを測定対象の質量数に対応して制
御することで検出感度を制御していたのに代えて、二次
電子増倍管2の印加電圧を測定対象質量数に対応させて
制御することによって、検出感度を制御するのである。
【0029】図3のグラフに示すように、二次電子増倍
管2の印加電圧と信号増幅率との間には、両対数グラフ
上でほぼ直線関係となる感度特性(ゲイン特性)があ
る。なお、図3において、横軸は印加電圧(kV)であ
り、縦軸はゲインである。この質量分析システムにおい
ては、この9桁以上にも渡る広範囲の特性を利用するの
であり、このことによって、検出感度を広範囲に渡って
良好に設定できるのである。そして、このように検出感
度を広範囲に渡って良好に設定できるため、従来必要と
されていた再測定を不要とすることができるのである。
【0030】図2に示すような印加電圧設定テーブル
は、種々の方法で作成することができる。例えば、予め
標準試料を用いた測定によって、種々の質量数に最適な
印加電圧を実験的に求めてもよいし、経験に基づいて種
々の質量数に最適と予測される印加電圧を定めてもよ
い。あるいは、測定対象の質量数に対して、それぞれに
意図的に任意の印加電圧を設定することも可能である。
【0031】また更に、測定対象の試料を用いて、測定
対象の質量数に対応する最適な印加電圧を自動的に求め
て印加電圧設定テーブルを作成することも可能である。
例えば、ある質量数mk に対応する印加電圧を求める場
合には、まず質量分析部1の電場及び/または磁場の強
度を当該質量数mk に対応する強度とした状態で、二次
電子増倍管2に印加する電圧を掃引し、そのときのマス
信号のレベルから最適な印加電圧を求め、その印加電圧
を当該質量数mk に対応させて登録するようにすればよ
い。具体的には、例えば印加電圧を小さい値から掃引す
る場合には、マス信号のレベルが所定のレベルを越えた
時点での印加電圧を最適な印加電圧とすればよい。
【0032】以上はイオンを検出するために二次電子増
倍管を用いた場合について説明したが、光電子増倍管、
あるいはチャンネルトロン等を用いた場合においても同
様である。
【0033】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく
種々の変形が可能である。例えば、m1,m2,m3
4,m5,m6の6種類の質量数をこの順序に測定する
ものとすると、これらの測定対象質量数に対して複数種
類の印加電圧設定テーブルを用意しておき、最初にm1
〜m6 の質量数の測定を行う場合にはあるテーブルを用
い、次にm1 〜m6 の質量数の測定を行う場合には別の
テーブルを用いるというように、測定途中で用いる印加
電圧設定テーブルを変更するようにすることも可能であ
る。
【0034】
【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、増倍手段に印加する電圧を測定対象の質量数
毎に対応付けて制御するので、検出感度を広範囲に渡っ
て良好に設定でき、元素含有濃度が広範囲にある試料測
定時に従来のように検出感度を切り換えて再度同じ試料
の測定をする必要がないので、それに要する時間と試料
量の削減が可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る質量分析システムの一実施形態
を示す図である。
【図2】 印加電圧設定テーブルの例を示す図である。
【図3】 二次電子増倍管の感度特性の例を示すグラフ
である。
【図4】 図1に示す質量分析システムにおいてSIM
法による測定を行う場合の動作を説明するための図であ
る。
【図5】 イオンを検出するために二次電子増倍管を用
いた従来の質量分析システムの構成例を示す図である。
【図6】 従来の質量分析システムにおいてSIM法に
よる測定を行う場合の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
1…質量分析部、2…二次電子増倍管、3…電源、4…
増幅器、5…AD変換器、6…制御装置、7…入力装
置、8…表示装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオンの検出器として増倍手段を用いた
    質量分析システムであって、SIM法により多元素分析
    を行う場合には、測定対象となっている質量数に応じて
    増倍手段に印加する電圧を変更することを特徴とする質
    量分析システム。
JP10010974A 1998-01-23 1998-01-23 質量分析システム Pending JPH11213941A (ja)

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Effective date: 20040107