JPS5812983B2 - sekisouchi - Google Patents

sekisouchi

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JPS5812983B2
JPS5812983B2 JP49111428A JP11142874A JPS5812983B2 JP S5812983 B2 JPS5812983 B2 JP S5812983B2 JP 49111428 A JP49111428 A JP 49111428A JP 11142874 A JP11142874 A JP 11142874A JP S5812983 B2 JPS5812983 B2 JP S5812983B2
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JP
Japan
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ion
mass spectrometer
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molecule reaction
ions
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神原秀記
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は質量分析装置に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a mass spectrometer.

大気圧中(数Torr〜数気圧の圧力でもよい)に含ま
れる極微量(ppm−ppbのオーダー)の不純物を分
析する方法の1つとして大気圧中でコロナ放電あるいは
ラジオアイソトープなどを用いて気体をイオン化し、こ
の圧力下で効率よくイオン分子反応を行ないイオン化ポ
テンシャルの低い有機物等の分子を選択的にイオン化し
て質量分析装置で分析を行なう方法が用いられている。
One of the methods for analyzing extremely small amounts (ppm-ppb order) of impurities contained in atmospheric pressure (a pressure of several Torr to several atmospheres) is to analyze a gas using corona discharge or radioisotope at atmospheric pressure. A method is used in which molecules such as organic substances with low ionization potential are selectively ionized and analyzed using a mass spectrometer by ionizing them and efficiently performing ion-molecule reactions under this pressure.

以後説明の簡略化のために1気圧のチツソガス中に含ま
れる不純物の分析を例に説明を行なう。
Hereinafter, for the purpose of simplifying the explanation, analysis of impurities contained in Tituso gas at 1 atm will be explained as an example.

分析装置は第1図に示すごとくイオン化室2、イオン分
子反応部3および質量分析6,7からなる。
The analyzer consists of an ionization chamber 2, an ion-molecule reaction section 3, and mass spectrometers 6 and 7, as shown in FIG.

微量不純物を含むチツソガスは試料導入口1よりイオン
化室に入る。
The titanium gas containing trace impurities enters the ionization chamber through the sample introduction port 1.

イオン化室2内で針電極5によるコロナ放電あるいはラ
ジオアイソトープによってイオン化されたチッソイオン
はチッソ中に数ppm含まれる水とイオン分子反応をお
こしてH20+イオンを生成する。
Nisso ions ionized in the ionization chamber 2 by corona discharge or radioisotope by the needle electrode 5 cause an ionic molecular reaction with water contained in the nitrogen at several ppm to generate H20+ ions.

このH20+はさらに微量に含まれるイオン化ポテンシ
ャルの低い有機物等にH+を与えてイオン化する。
This H20+ further gives H+ to organic substances with low ionization potential contained in trace amounts and ionizes them.

このようにして生成したイオンはピンホール4から差動
排気によって質量分析部6,7内に導入されて分離分析
される。
The ions thus generated are introduced into the mass spectrometers 6 and 7 through the pinhole 4 by differential pumping and are separated and analyzed.

この方法によればチツソガス中に含まれるI)I)bオ
ーダーの有機物でも容易に検出できる特徴を持っている
This method has the characteristic that even I)I)b order organic substances contained in Chituso gas can be easily detected.

従来の装置では1気圧中で十分イオン分子反応を行なっ
た後に10μmφていどのピンボールから直後に1 0
−’Torrの分析計内にイオンを引き込んだり、一度
1 0−3〜1 0−’ Torrに減圧してから10
−5〜1 0−6Torrイオン分析計内にイオンを引
き入れる方法を用いていた。
In the conventional device, after sufficient ion-molecule reaction is carried out in 1 atm, 10 μm diameter is immediately released from any pinball.
-'Torr analyzer, or once the pressure is reduced to 10-3 to 10-' Torr, then 10
A method was used in which ions were drawn into the -5 to 10-6 Torr ion analyzer.

この方法ではイオン分子反応がおこる領域の圧力が高い
(1気圧)ためにイオン分子反応の最終生成物であるイ
オン化ポテンシャルの低い有機物に起因するイオンは安
定に生成するが、イオン化ポテンシャルの比較的高い有
機物に起因するイオンを検出しにくい難点があった。
In this method, the pressure in the region where the ion-molecule reaction occurs is high (1 atm), so ions originating from organic substances with a low ionization potential, which are the final products of the ion-molecule reaction, are stably generated, but the ionization potential is relatively high. The problem was that it was difficult to detect ions caused by organic matter.

ここで得られる質量スペクトルは有機物の質量をMとす
ると(M+1)およびMの質量をもったイオンとその物
質の分解生成物のイオンから成る。
The mass spectrum obtained here consists of ions having a mass of (M+1) and M, where the mass of the organic substance is M, and ions of decomposition products of the substance.

大気中とかチツソガス中に含まれる微量不純物が何であ
るか分析する時にそれが一種類であれば分析は容易であ
るが多種類の場合には得られたイオンが親イオンである
のか、分解生成物なのか区別がつけにくくスペクトルの
帰属の決定が難しいことが多かった。
When analyzing trace impurities contained in the atmosphere or Tituso gas, if there is only one type of impurity, it is easy to analyze, but if there are many types, it is difficult to determine whether the obtained ion is the parent ion or whether it is a decomposition product. In many cases, it was difficult to distinguish between the two, and it was difficult to determine the spectral attribution.

本発明の目的はこの難点を解消し、イオン化ポテンシャ
ルの高い物でも観測でき、スペクトルの帰属の決定がし
やすいようにイオン分子反応の反応時間を種々変化させ
たスペクトルが観測できる質量分析装置を提供するもの
である。
The purpose of the present invention is to overcome this difficulty and provide a mass spectrometer that can observe even objects with a high ionization potential and that can observe spectra with various reaction times of ion-molecule reactions to facilitate determination of spectrum attribution. It is something to do.

上記の目的を達成するために本発明では、イオン化室と
質量分析部との間に、その長さ、又はそこに加える電場
の強さを変化させることによりイオン分子反応率が十分
に変化できる圧力のイオン分子反応領域を設けている。
In order to achieve the above object, the present invention creates a pressure between the ionization chamber and the mass spectrometer that can sufficiently change the ion-molecule reaction rate by changing the length or the strength of the electric field applied there. The ion and molecule reaction area is provided.

この領域を通過する時イオンはイオン分子反応をおこし
てイオン分子反応領域に入っていくが、この領域に印加
する電場を変化させるか、又はその長さを変化させるこ
とによりイオン分子反応の反応時間を制御できるように
なっている。
When passing through this region, ions cause an ion-molecule reaction and enter the ion-molecule reaction region, but by changing the electric field applied to this region or changing its length, the reaction time of the ion-molecule reaction can be changed. can be controlled.

更に、電場の強さを変化させて反応時間を制御するとき
には、この領域にかける電圧を階段状に変化させ、それ
ぞれの反応時間に反応したイオンをサンプリングして多
ペンレコーダーで同時に記録することができるようにし
ている。
Furthermore, when controlling the reaction time by changing the strength of the electric field, it is possible to change the voltage applied to this region stepwise, sample the ions that reacted at each reaction time, and record them simultaneously with a multi-pen recorder. I'm trying to make it possible.

以下本発明を実施例により説明する。The present invention will be explained below with reference to Examples.

簡単のために窒素中の不純物の分析を例に説明する。For simplicity, analysis of impurities in nitrogen will be explained as an example.

第2図は本発明によるイオン化質量分析装置を示す。FIG. 2 shows an ionization mass spectrometer according to the invention.

図において、2は例えば大気圧下のイオン化部で主とし
てN2+ イオンとN+イオンが生成する。
In the figure, 2 is an ionization section under atmospheric pressure, for example, where N2+ ions and N+ ions are mainly generated.

ここでも若干のイオン分子反応がおこる。Some ionic-molecule reactions also occur here.

細孔4を通過したイオンは例えば数Torrの圧力のイ
オン分子反応領域に入る。
Ions that have passed through the pores 4 enter an ion-molecule reaction region at a pressure of, for example, several Torr.

イオン分子反応領域3の長さは、必要に応じ、例えば領
域可変用ベロー21等を用いて変化できる。
The length of the ion molecule reaction region 3 can be changed as necessary using, for example, a bellows 21 for varying the region.

電極9と8の間には適当な電位勾配を与えて、イオンを
電極8の方向ヘドリフトさせる。
A suitable potential gradient is applied between electrodes 9 and 8 to cause ions to drift toward electrode 8.

ドリフト時間はイオン分子反応領域の電場強度あるいは
領域の長さに応じて変化する。
The drift time changes depending on the electric field strength or the length of the ion-molecule reaction region.

イオン分子反応領域3の長さを変化させる場合は、領域
可変ベロー21等によって、試料ガス導入口1、コロナ
放電用針電極5、細孔付電極9が一体となって移動する
When changing the length of the ion molecule reaction region 3, the sample gas inlet 1, the corona discharge needle electrode 5, and the porous electrode 9 are moved together by the variable region bellows 21 and the like.

ドリフト時間が短いとN2+4オンが観測されるが、ド
リフト時間を長くしてイオン分子反応をさせると、N2
ガスに含まれるイオン化ポテンシャルの低い不純物(0
、,CO2,NO、および有機物等)がイオン化されて
観測されてくる。
If the drift time is short, N2+4 on is observed, but if the drift time is increased to cause an ion-molecule reaction, N2+4 is observed.
Impurities with low ionization potential (0
, , CO2, NO, and organic substances) are ionized and observed.

いくつかの不純物が共存している場合にはドリフト時間
により質量スペクトルが変化する。
When some impurities coexist, the mass spectrum changes depending on the drift time.

ドリフト時間が短いときは、イオン化ポテンシャルの比
較的高い物質や分解生成物のイオンが観測される。
When the drift time is short, ions of substances with relatively high ionization potential and decomposition products are observed.

ドリフト時間を長くして、イオン分子反応を進ませると
、これらのイオンは減少してイオン化ポテンシャルの低
いイオンや、クラスクーイオンが主になってくる。
When the drift time is increased to advance the ion-molecule reaction, these ions decrease and ions with low ionization potential and Clask ions become predominant.

このようにイオン分子反応のいろいろな段階を調べるこ
とによって、チツソガス中に含まれる不純物について多
くの情報を得ることができる。
By investigating the various stages of ion-molecule reactions in this way, we can obtain a great deal of information about the impurities contained in Tituso gas.

なお、イオン分子反応領域の圧力としては、特にo.i
〜数+Torrが好適である。
Note that the pressure in the ion-molecule reaction region is particularly limited to o. i
˜number+Torr is preferable.

反応時間の異なるイオンスペクトルを測定するには、イ
オン分子反応領域の長さを変化させたり、印加する電位
勾配を変化させて測定する必要があるが、測定の対象と
なるガス中の不純物濃度が時間的に変化するような系で
は、反応時間の異なるイオンスペクトルを測定しても、
比較することがあまり意味を持たなくなってしまう。
To measure ion spectra with different reaction times, it is necessary to change the length of the ion molecule reaction region or change the applied potential gradient. In systems that change over time, even if ion spectra with different reaction times are measured,
Comparisons become meaningless.

このような場合にはイオン分子反応の種々な段階のスペ
クトルを同時に記録して比較することができれば非常に
都合が良い。
In such cases, it would be very convenient if spectra at various stages of ion-molecule reactions could be simultaneously recorded and compared.

この目的には電位勾配を変化させる方式が有効である。For this purpose, a method of changing the potential gradient is effective.

第3図はこれらのことを可能にするためになされた実施
例である。
FIG. 3 shows an embodiment made to make these things possible.

電極9に加える電圧を階段的に変化させて、いろいろな
イオン分子反応段階のイオンが順番に質量分析部内に入
るようにしている。
The voltage applied to the electrode 9 is changed stepwise so that ions at various ion-molecule reaction stages enter the mass spectrometer in sequence.

検出部には複数個のサンプリングゲート11を設けて、
各反応段階に応じてイオン信号を選別してサンプリング
して多ペンレコーダ13を記録している。
A plurality of sampling gates 11 are provided in the detection section,
Ion signals are selected and sampled according to each reaction stage and recorded on a multi-pen recorder 13.

サンプリングゲート11には、基準くりかえしパルス発
生器15の出力が入力され、サンプリングパルスを発生
するサンプリングパルス回路14の出力が入力される。
The output of the reference repetition pulse generator 15 is inputted to the sampling gate 11, and the output of the sampling pulse circuit 14 which generates sampling pulses is inputted to the sampling gate 11.

又、細孔付電極9には、基準くりかえしパルス発生器1
5の出力が入力され、階段状パルスを発生する階段状パ
ルス発生器16の出力が印加される。
Further, the reference repetitive pulse generator 1 is installed on the electrode 9 with pores.
5 is input, and the output of a stepped pulse generator 16 that generates stepped pulses is applied.

第4図は細孔付電極9にかけるパルスとサンプリングゲ
ート11にかけるパルスとを示したものである。
FIG. 4 shows the pulses applied to the porous electrode 9 and the pulses applied to the sampling gate 11.

サンプリングパルスのくりかえし周期(T)は2 (1
−1 0 0msecである。
The repetition period (T) of the sampling pulse is 2 (1
-100 msec.

測定する反応段階を3つにするときにはサンプリングパ
ルス巾は( T/ 3−1 ) msecにした。
When measuring three reaction stages, the sampling pulse width was set to (T/3-1) msec.

電極9にかけるパルスlmsec遅らせてサンプリング
パルスを発生させて増幅器の応答の遅れによるイオン信
号測定の誤差を小さくしている。
A sampling pulse is generated by delaying the pulse applied to the electrode 9 by 1 msec to reduce errors in ion signal measurement due to delay in response of the amplifier.

(イオンの検出をパルス計測などにより行なう時は遅ら
せる必要はない。
(When detecting ions by pulse measurement, etc., there is no need to delay.

)第5図(才イオン化ラジオアイントソープ20を用い
た例である。
) FIG. 5 (This is an example using the ionizing radio intosoap 20.)

本実施例は従来の化学イオン化にも応用でき、種々の反
応段階のイオンを測定できる。
This embodiment can also be applied to conventional chemical ionization, and ions at various reaction stages can be measured.

以上説明したように本発明によれば、イオン分子反応の
いろいろな段階のスペクトルを測定できるのでこれまで
の装置に比べると情報量が非常に多くなった。
As explained above, according to the present invention, spectra at various stages of ion-molecule reactions can be measured, resulting in a much larger amount of information compared to conventional devices.

この結果、ガス中の不純物の分析が非常に容易になった
As a result, analysis of impurities in gas has become much easier.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のイオン化質量分析装置を示す図で、大気
圧から直接1 0−5Torrの圧力部へイオンを入れ
ている。 第2図は本発明による質量分析装置を示す図で、イオン
化部と質量分析部中間に0. I Torr〜数+To
rrの圧力を持ったイオン分子反応領域を持つ。 第3図は本発明のイオン分子反応部にかける電圧を変化
させて種々のイオン分子反応段階のイオンスペクトルを
測定するためのパルス回路と検出回路を示す図、第4図
は電極9にかけるパルスとサンプリングパルスの一例を
示す図である。 第5図はイオン化の方法としてN I6 3のようなラ
ジオアイソトープを用いた実施例図である。 図において、1;試料ガス導入口、2;イオン化部、3
;イオン分子反応部、4;差動排気用細孔、5:コロナ
放電用針電極、6;四重極柱、7;二次電圧増倍管、8
;細孔付電極、9;細孔付電極、10;バツファーアン
プ、11;サンプルアンドホールド回路、12;バツフ
ァーアンプ、13;多ペンレコーダ、14;サンプリン
グパルス回路、15;基準くりかえしパルス発生器、1
6;階段状パルス発生器、17:階段状パルス、18;
サンプリングパルス、19;サンプリング時間、20;
ラジオアイソトープ、21;反応領域変化用ベローズ。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional ionization mass spectrometer, in which ions are introduced directly from atmospheric pressure into a pressure section of 10-5 Torr. FIG. 2 is a diagram showing a mass spectrometer according to the present invention, in which there is a zero point between the ionization section and the mass spectrometry section. I Torr ~ Number + To
It has an ion-molecule reaction region with a pressure of rr. FIG. 3 is a diagram showing a pulse circuit and a detection circuit for measuring ion spectra at various ion-molecule reaction stages by varying the voltage applied to the ion-molecule reaction section of the present invention, and FIG. 4 shows the pulse applied to the electrode 9. FIG. 3 is a diagram showing an example of a sampling pulse. FIG. 5 is an example diagram in which a radioisotope such as N I6 3 is used as the ionization method. In the figure, 1: sample gas inlet, 2: ionization section, 3
; ion molecule reaction section, 4; pore for differential pumping, 5: needle electrode for corona discharge, 6; quadrupole column, 7; secondary voltage multiplier, 8
; Electrode with pores, 9; Electrode with pores, 10; Buffer amplifier, 11; Sample and hold circuit, 12; Buffer amplifier, 13; Multi-pen recorder, 14; Sampling pulse circuit, 15; Reference repeated pulse generation vessel, 1
6; Stepped pulse generator, 17: Stepped pulse, 18;
Sampling pulse, 19; Sampling time, 20;
Radioisotope, 21; bellows for changing reaction area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくともイオン化部と、質量分析部を有する質量
分析装置において、上記イオン化部と上記質量分析部と
の間にイオン分子反応領域を設け、かつ上記イオン分子
反応領域がイオンと分子の反応率を変化できる圧力を有
する質量分析装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の質量分析装置において
、上記イオン分子反応領域の境界が上記イオン化部と上
記質量分析部間に設置された2枚の細孔付電極で構成さ
れ、かつ上記二枚の電極間の電場の強さを変化する手段
を具備する質量分析装置。 3 特許請求の範囲第1項記載の質量分析装置において
、上記イオン分子反応領域の境界が上記イオン化部と上
記質量分析部との間に設置された2枚の細孔付電極で構
成され、かつ上記二枚の電極間の間隔を変化する手段を
有する質量分析装置。 4 特許請求の範囲第2項記載の質量分析装置において
、上記電場の強さを階段状に変化させる手段と、上記質
量分析部の出力である個々の電場の強さに対応したスペ
クトルをサンプリングする手段と、上記サンプリングさ
れた出力を記録する手段とを具備する質量分析装置。
[Scope of Claims] 1. In a mass spectrometer having at least an ionization section and a mass spectrometry section, an ion molecule reaction region is provided between the ionization section and the mass spectrometry section, and the ion molecule reaction region A mass spectrometer with pressure that can change the reaction rate of molecules. 2. The mass spectrometer according to claim 1, wherein the boundary of the ion molecule reaction region is constituted by two electrodes with pores installed between the ionization section and the mass spectrometry section, and A mass spectrometer equipped with means for changing the strength of the electric field between two electrodes. 3. The mass spectrometer according to claim 1, wherein the boundary of the ion-molecule reaction region is constituted by two electrodes with pores installed between the ionization section and the mass spectrometry section, and A mass spectrometer comprising means for changing the distance between the two electrodes. 4. The mass spectrometer according to claim 2, including means for changing the electric field strength stepwise, and sampling a spectrum corresponding to each electric field strength output from the mass spectrometer. and means for recording said sampled output.
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