JPS61269844A - 質量分析によつて低濃度の有機物質を分析的に決定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物質を高圧の貯蔵容器から低圧の質量分析装置
へ移送して、質量分析によって低濃度の有機物質を分析
的に決定するための方法に関するものである。

〔従莱の技術〕

気相での有機化合物の分析的決定には種々の問題点があ
り、これら問題点は測定される化学品の濃度範囲に直接
影響するということは一般によく知られている。そのた
め、通常の大部分の方法では高濃度化の段階をとってい
る。サンプリングと圧縮の複雑な手順を標準化すること
が不可能であるため、かなりの変動と誤差が生じる。ガ
ス注射器やその他のガスサンプリング具を用いることに
よってもかなりの資料のロスが生じる。さらに、移送中
でも気相反応が連続して起こっているため、最終分析に
悪影響を与える。検出および決定法をサンプリングマニ
ホールドと詰合わせることもまれにはあるが、特殊な分
光法を用いなければならない、しかし今日まで、予備作
業（濃縮）をせずに気相の化学品をＩ）ｐｂ濃度で直接
決定するための分析装置は知られていない。

通常の質量分析装置では化学品をｌ１ｐｂ濃度で直接決
定することはできない、すなわち通常の圧力（１０−’
〜１０１トル）では信号対ノイズ比（ＳＮ比）が低いた
め化学品をｌ１ｌ）ｂ濃度で決定することはできない。

真空を直線的に増加させていくと検出限界以下に化学品
の濃度が低下してしまう。

〔発明の目的と用途〕 本発明の装置くチャネルトロン電子倍率器、質量補正レ
ンズ、イオンポンプ）に改良することによって、質量分
析装置の感度はイオンの検出および決定が１０−ｇトル
の圧力でも可能な程度に向上し、従って、予備濃縮手続
を行わずに気相でｌ１ｌｌｂおよび高ｐｐｔ濃度で直接
質量分光分析を行うことができる方法および装置を提供
するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は高圧の貯蔵容器から低圧の質量分析装置へ物質
を移送させて、質量分析によって低濃度の有機物質を分
析的に決定する方法において、ａ）計量器（１８〜２０
）を介して貯蔵容器（４）を質量分析器（１３）に直接
結合し、 ｂ）通常の操作条件以下の圧力まで質量分析器（１３）
を排気し、且つそれによって上記物質の濃度を低下させ
、 Ｃ）増加°した感度で上記物質を検出することからなる
方法に関する。

さらに、本発明はニードル弁システム（１８〜２０）と
、質量分析器（１３）中に通常の操作圧力］ を発生させるための真空ポンプ（１７〉と、より低い圧
力範囲の圧力を発生させるイオンポンプ（１６）と、検
出限界を増加させるための二次電子倍率器（１４）とを
用いたことを特徴とする質量分析によって低濃度の有機
物を分析的に決定するための装置にも関する。

〔作用〕

本発明は製造プラントでの化学品（例えば、ベンゼン、
１．２−）ランスジクロロエチレン、検出限界：１００
〜５００　ｐｐｔ）の濃度の現場での決定、家庭、事務
所等の化学品（例えば、ペンタクロロフェノール、検出
限界＝４０〜５５μｇ／ｍ”）の屋内濃度の決定、水お
よび土壌サンプル（水からのベンゼン、検出限界＋１０
ｐｐｂ、土がらのＣＯ２、検出限界：１００ｐｐｔ）の
分析、有機化合物の光安定度の決定、吸入チャンバー中
の有毒化合物（アセチルアセトン、ベンゼン、テトラク
″ロロメタン、フレオン１１および１２、ベンズアルデ
ヒド、クロロベンゼン、１．２−　トランスジクロロエ
チレン、検出限界：１００〜５ｏｏｐρｔ）の決定に用
いられる。

さらに、本発明は血液アルコール、尿中の揮発性化合物
、油脂組織中の塩素化炭化水素、汚水スラッジや廃棄物
燃却スラグや焼却灰中の揮発物の決定、化学品の大気濃
度のモニタリング（ＮＯｘ、Ｓ　Ｏ２等の大気汚染物お
よび有機環境汚染化学品）、内燃機関の排ガスのモニタ
リング、工業的気相反応（例えばＮＨ，合成）や半導体
工業で用いられる原材料の熱劣化度の同定および定量、
水素、チッ素、ヘリウム、その他工業ガスの決定、並び
に燃焼および熱分解中の化学品の熱分解のモニタリング
用にも用いることができる。

第１．２図に示すように、本発明装置は３つの部分、す
なわち、真空制御式サンプリングマニホールド１と、特
殊分離装置３を含む最適質量分析装置２と、制御および
データーシステムによって構成されている。以下これら
について説明する。

上記サンプリングマニホールド１は容積が１〜４００１
に変えられる球形反応器４と、個々の目的用の追加装置
（例えば照射用ランプ５）とで構成される０反応器４に
は温度を２００’Ｃ（４００下）まで上昇できる加熱マ
ントル６が備えられている。

この系１全体はターボモレキュラーポンプ７〔例えばガ
リレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）　Ｐ　Ｔ　−６０）によって
１０−”）ルの圧力まで排気できる。反応系４とポンプ
系はビトンシールを備えた摺動弁によって分離すること
ができる〔前部ポンプ９、例えば、ニドワード（Ｅｄｗ
ａｒｃｌｓ）Ｅ　２　Ｍ　８　）　、入口系１０中の圧
力が所望圧力に達した後、サンプルまたはその一部は入
口系１０からガス相へ移送できる。濃度は圧力を測定す
ることによって決定できる。入口系１０は４つの真空密
封可能な開口を有するステンレス鋼のケースで構成され
る。バネ負荷された金属ロッド１１は標準化されたガラ
ス毛細管中に収容された揮発性サンプルを機械的に解放
する役目をする。固体サンプルの導入用には磁器が利用
できる。入口系１０の次に配置された商業的に入手可能
な可変ガス弁１２〔例えば、シージ−テーバキュラム−
テクニック（ＣＪＴ−Ｖａｃｕｕｍ　Ｔｅｅｈｎｉｋ）
、ラメルスパッハ（Ｒａｍｅｌｓｂａｃｈ）　）は反応
器４への材料の流れを制御する。上記のサンプリングマ
ニホールド１は１〜１０−”）ルの圧力で使用でき且つ
各種圧力で種々の容積のガス混合物で使用できる。

最適質量分析装置２は４極（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）質
量分光器１３で構成され、この質量分光器にはチャネル
トロン電子倍率器（マルチプレクサ−）１４と、質量補
正レンズ１５と、イオンポンプ１６〔例えば、バリアン
バシオン（Ｖａｒｉａｎ　Ｖａｃｉｏｎ８　１　／　Ｓ
　）を取付けて改変しである。このイオンポンプ１６は
質量分析装置−ターボ分子ポンプ１７に直角に取付けら
れている。

この系の最適機能は以下の基準に従って評価された： ａ）圧力の経時増加によって最大漏れ速度が１×１０−
’）ル１／秒（ｓ）となるような系全体の気密度、ｂ）
ベンゼン、アセチルアセトンおよびクロロホルムを用Ｃ
することによって少なくとも検出限界が１００　ｐｐｂ
となるような４極質量分光器１３による測定感度。

これらの改良により、質量分析の操作圧力は１０１トル
まで下げられるため、もはやバックグラウンドノイズは
測定されない、しかし感度が大巾に向上しているため、
化学品のＩ）ｐｂおよびｐｐｔ濃度の検出および決定が
可能である。バ・ンクグラウンドが測定されないため、
純粋サンプルからのスペクトルを得ることができる。

マニホールド１と質量分析装置２との間に配置される分
離装置３は直列または並列に組合わされた３つのニード
ルバルブ１８〜２０（第２図）で構成される。一般に弁
１８は閉じられている。すなわち、マニホールド中の圧
力が１０−’）ルより高く且つ被検査化学品の濃度が高
い場合には閉じられている。弁１つ、２０は質量分析装
置中の被分析物質の圧力と濃度の両方が必要なレベルに
到達するように質量分析装置２への流れを制御する。

これらの操作パラメータがマニホールド１中で既にわか
っている場合にはマニホールド１と質量分析装置２とを
弁１８を介して直接結合することができる。前記の制御
およびデーターシステムは全ての情報をコンピュータで
解析し且つ記憶する。

以下のリストの構成を用いた； マイクロプロセッサ−ボード−７ＭＳ９９９５（８ビツ
トデーターバスを備えた１６ビツトマイクロプロセツサ
ー）、７３コマンド、３０ＭＨｚシステム周波数、フロ
ッピーディスク制御Ｒ３２３２Ｃ１６３にバイト記憶容
量、ダブルユーロボードフォーマット、 Ｒ３２３２人力ボードーシングルユーロボードフォーマ
ット。

入力ボード−１６ビツトシングルユーロボードフオーマ
ツト。

出力ボード−１６ビツトシングルユーロボードフオーマ
ツト。

カラービデオボード−高解像度５１２Ｘ５１２、シング
ルユーロボードフォーマット。

Ｄ／Ａ変換ボード−１２ビツト解像度、シングルユーロ
ボードフォーマット。

Ｄ／Ａ変換ボード−１６ビツト解像度、シングルユーロ
ボードフォーマット。

Ｅ−バス　パックウオールボード−特注品、電源供給器
−＋５、＋−１５Ｖ、過電圧保護器と電流制限器付き、 高解像度カラーモニター システム　シャーシー特注品 ＶＴ−１００コンパチブルキーボード、デュアルフロッ
ピーディスク−ＤＳＤＤＵＴＩ−１００Ｃ−０２用イン
ターフエースケーブル プロセッサーおよびモニター用ハウジング−特注品 また、我々の作ったソフトウェアは以下の仕様を有して
いる： １、ＵＴＩ−１００Ｃ−０２の遠隔制御出力 ａ）ファンクション切換（マルチプライヤ−、ファラデ
ーカップまたは全体圧力） ｂ）１０″Ｓ〜１０−”アンペアのピコアンメータ範囲 ｃ）１０１〜１０１トルの全体圧力範囲ｄ）電子質量走
査（１６ビツトＤ／Ａ、Ｏ〜１０Ｖ、ダイナミックイン
ピーダンスＩＫＯｈｍ以下、ノイズレベル１ｍＶ、ドリ
フト０．０００５％以下、解像度０．ＯＩＡＭＵ） ｅ）エレクトロンマルチプライヤ−増幅器（１２ビツト
Ｄ／Ａ） ｆ）異常時下でのシステムの自動遮断 出力 １、内部ピコアンメーターからのシリアルマルチブレク
スＢＣＤ／データ（ピーク強度伝送）２、モニター上で
の規格化したラインスペクトルの表示 ３、時間の関数として選択した８つのＡＭＵビークの最
大値の特徴ピーク−モード−モニタリング４、全体圧の
モニター上への連続的表示５、ｍ／ｅ“とその強度の自
動較正 ６、連続的全体圧力のモニタリングに基づく自動的バッ
クグラウンド引き算 ７、二次的近似および適当な較正物質（例えば、フレオ
ン、四塩化炭素、ベンゼン、トルエン）を用いた定量化
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１８、
リスト化あるいは（グラフ化）マトリックス複写として
プリンターへ質量スペクトルの出力９、選択された５つ
のフラグメントイオンを用いた特定標準スペクトルの蓄
積 １０、時間関係で自由に選択可能なピーク強度の連続的
モニタリング。

本発明の質量分析装置の用途分野の例 １）製造プラントに於る有機化学品の現場濃度測定 本発明装置により、向上および製造プラントに於る化学
品の濃度が連続的に測定でき且つ制御できる。分離装置
３を備えた最適分析装置２は常圧下で取り出した空気サ
ンプルを直接測定できる。

分離袋Ｗ３に追加の採集装置２１（第１図）を結合する
ことにより、異なる場所からのサンプルを取ることがで
きる。一つのスペクトルは１０秒間で取れるので、異な
る場所での現場濃度を簡単に測定でき且つモニターでき
る。現場の安全性評価に極めて重要である明敏な最大濃
度を測定することができる。

２）化学品の室内濃度測定 前記の気相質量分析装置の感度はＩ）ｐｂがら高ｐｐｔ
レベルまで達しているので、室内、例えば家庭、事務所
中の汚染物濃度が簡単に測定できる。濃度／時間ダイヤ
グラムを作ることによって実際の室内汚染露出度が評価
できる。

３）水溶液および固体サンプルの分析（水および固体サ
ンプルの分析） 水溶液または固体サンプルを入口系１０に配置した後、
高真空によって揮発性化合物を気相に変え、上記の方法
で分析する。

４）有機化合物の光安定性の決定 被検査材料を適当な担体に配置しく例えば材料を溶かし
て冷却フィンガーに塗布し、溶媒を蒸発させるか、例え
ばプラスチックホイル上に直接材料を載置する）、外部
光源５によって種々の波長の光を照射する。揮発性光生
成物は質量分析装置により決定され、濃度は圧力を測定
して決められる。

５）　吸入実験のモニタリング 本発明分析装置は有毒気体吸入研究のモニタリングに特
によく利用できる。すなわち、動物により排気される物
質と吸引された化学品は任意の所定時間経過後に測定で
きるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概念図。 第２図は本発明による分離装置の図。 （図中符号） １・・・サンプリングマニホールド、２．・・質量分析
装置、３・・・分離装置、１３・・・質量分析器（質量
分光器）、１４・・・チャネルトロン電子倍率器、１５
・・・質量補正レンズ、１６・・・イオンポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高圧の貯蔵容器から低圧の質量分析装置へ物質を移
   送させて、質量分析によって低濃度の有機物質を分析的
   に決定する方法において、 ａ）計量器（１８〜２０）を介して貯蔵容器（４）を質
   量分析器（１３）に直接結合し、 ｂ）通常の操作条件以下の圧力まで質量分析器（１３）
   を排気し、且つそれによって上記物質の濃度を低下させ
   、 ｃ）増加した感度で上記物質を検出することからなる方
   法。 ２）ニードル弁システム（１８〜２０）と、質量分析器
   （１３）中に通常の操作圧力を発生させるための真空ポ
   ンプ（１７）と、より低い圧力範囲の圧力を発生させる
   イオンポンプ（１６）と、検出限界を増加させるための
   二次電子倍率器（１４）とを用いる、質量分析によって
   低濃度の有 機物を分析的に決定するための装置。 ３）二次電子倍率器（１４）がチャネルトロン電子倍率
   器である特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４）チャネルトロン電子倍率器（１４）が質量補正レン
   ズ（１５）と組合わされてなる特許請求の範囲第２項ま
   たは第３項記載の装置。