JPH0388251A - 極微量元素質量分析装置 - Google Patents
極微量元素質量分析装置Info
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- JPH0388251A JPH0388251A JP1221431A JP22143189A JPH0388251A JP H0388251 A JPH0388251 A JP H0388251A JP 1221431 A JP1221431 A JP 1221431A JP 22143189 A JP22143189 A JP 22143189A JP H0388251 A JPH0388251 A JP H0388251A
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- Japan
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- ion
- energy
- mass
- analysis
- mass spectrometer
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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。
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〕
本発明は大気圧プラズマを用いた極微量元素・分析装置
に係り、特に定量性を向上させた質量分析装置に関する
。
に係り、特に定量性を向上させた質量分析装置に関する
。
従来の代表的な大気圧プラズマを用い極微量元素質量分
析装置が、アナリスト、vo l、108NQ1290
(1983年)第1033頁から第1050頁(The
Analyst、 vol、108. Nc1290
(1983)pp、 1033−1050)において論
じられている。
析装置が、アナリスト、vo l、108NQ1290
(1983年)第1033頁から第1050頁(The
Analyst、 vol、108. Nc1290
(1983)pp、 1033−1050)において論
じられている。
第2図は上記従来例の装置の概略図である。図において
1はプラズマトーチ、2はサンプリングコーン、3はス
キーマ、4はイオン加速電極、5はレンズ電極、6は四
重極質量分析器、7はイオン偏向電極、8はイオン検出
器である。
1はプラズマトーチ、2はサンプリングコーン、3はス
キーマ、4はイオン加速電極、5はレンズ電極、6は四
重極質量分析器、7はイオン偏向電極、8はイオン検出
器である。
この装置は、前記プラズマトーチ1で大気圧プラズマを
発生すると共に分析すべき試料をイオン化し、そこから
サンプリングコーン2、スキーマ3、およびイオン加速
電極4を用いてイオンを取り出しくイオン引出し電圧V
E)、レンズ電極5を用いて前記イオンを効率よく集束
させ、四重極質量分析器6に導入してイオンの質量を分
離し、前記イオン検出器(チャンネロトロンなど)8で
電気信号として検出することを基本としている。
発生すると共に分析すべき試料をイオン化し、そこから
サンプリングコーン2、スキーマ3、およびイオン加速
電極4を用いてイオンを取り出しくイオン引出し電圧V
E)、レンズ電極5を用いて前記イオンを効率よく集束
させ、四重極質量分析器6に導入してイオンの質量を分
離し、前記イオン検出器(チャンネロトロンなど)8で
電気信号として検出することを基本としている。
このとこ、前記イオン化のときに発生した光子や高速度
の中性粒子による検出ノイズを低減するために、前記イ
オン検出器8は中心軸上からずらして設けである。この
ため、前記イオン偏向電極7には正の電圧(偏向電圧V
R)を印加し、中心軸上を進行してきた前記イオンが前
記イオン検出器8に入射するよう偏向させていた。
の中性粒子による検出ノイズを低減するために、前記イ
オン検出器8は中心軸上からずらして設けである。この
ため、前記イオン偏向電極7には正の電圧(偏向電圧V
R)を印加し、中心軸上を進行してきた前記イオンが前
記イオン検出器8に入射するよう偏向させていた。
なお、上記大気圧プラズマとして、高周波プラズマをは
じめとしてマイクロ波プラズマ、グロー放電プラズマ、
コロナ放電プラズマ、レードプラズマなどか用いられて
いる。
じめとしてマイクロ波プラズマ、グロー放電プラズマ、
コロナ放電プラズマ、レードプラズマなどか用いられて
いる。
上記これら従来技術では、前記イオンのもつエネルギー
分布については考慮されておらず、分析の定量性に問題
があった。
分布については考慮されておらず、分析の定量性に問題
があった。
本発明の目的は、上記問題点を解決することにある。さ
らに、より質量分析の分解能を向上させることにある。
らに、より質量分析の分解能を向上させることにある。
上記目的を達成するために、本発明は、質量分析ととも
に、各質量(イオン)のエネルギー分布が求められるよ
うに、エネルギー分析器を質量分析器の前に設ける構成
としたものである。
に、各質量(イオン)のエネルギー分布が求められるよ
うに、エネルギー分析器を質量分析器の前に設ける構成
としたものである。
前記エネルギー分析器においては全入射イオンのエネル
ギー分布f (E)が、前記エネルギー分析器に印加す
る電圧V、の関数f(V、)として求められる(f (
E) =f (V、) )。そして、■。
ギー分布f (E)が、前記エネルギー分析器に印加す
る電圧V、の関数f(V、)として求められる(f (
E) =f (V、) )。そして、■。
を設定するとE、のエネルギーを持ったイオンだけが前
記質量分析器に入射され、この時の質量分析f (M)
20が求められる。一方、前記質量分析器の質量数M
を設定して前記エルギ分析器の電圧V、を掃引すると、
Mの質量を持つイオンのエネルギー分布f(E)Mが求
められる。
記質量分析器に入射され、この時の質量分析f (M)
20が求められる。一方、前記質量分析器の質量数M
を設定して前記エルギ分析器の電圧V、を掃引すると、
Mの質量を持つイオンのエネルギー分布f(E)Mが求
められる。
したがって、個々のイオンが各々異なったエネルギーを
持っていても、前記f(M)Eから各イオンの割合を正
確に得ることができ、より正確な極微量元素の定量分析
ができることになる。
持っていても、前記f(M)Eから各イオンの割合を正
確に得ることができ、より正確な極微量元素の定量分析
ができることになる。
以下1本発明の一実施例を第1図、第3図および第4図
により説明する。
により説明する。
第1図は本発明の基本構成を、第3図は本発明の構成に
より得た(A)全体のエネルギー分布f(E)と(B)
任意のエネルギー(1)、(2)、(3)における質量
分布f(Mb:、、2.を、第4図はM=14.28.
40における各エネルギー分布f (E ’)M−t*
、 28.4゜を示す。
より得た(A)全体のエネルギー分布f(E)と(B)
任意のエネルギー(1)、(2)、(3)における質量
分布f(Mb:、、2.を、第4図はM=14.28.
40における各エネルギー分布f (E ’)M−t*
、 28.4゜を示す。
第1図において、10はプラズマトーチである。
プラズマの発生方式は、マイクロ波、高周波、グロー、
コロナ、レーザ放電などが用いられ、特定の方式に限定
させない、20はプラズマサンプリングコーン、30は
イオン引出し系(方式は限定しない)、40はイオンレ
ンズ系、50および51はスリットS1およびS2.6
0は静電エネルギー分析器(90° 127.17°
パラポリツク型など)、70は前記倍電エネルギー分析
器60に設けた光子や高速中性粒子などを直進させるた
めのスリット又は穴(メツシュ付がよい)、80はイオ
ン集束電極S3.90および91は接地電位のスリット
S4およびS8.100は質量分析器(四重横型など)
、110はイオン検出器(チャンネルトロンまたは二次
電子増倍管など)、120は電流計または電圧計である
。は電流計または電圧計である。
コロナ、レーザ放電などが用いられ、特定の方式に限定
させない、20はプラズマサンプリングコーン、30は
イオン引出し系(方式は限定しない)、40はイオンレ
ンズ系、50および51はスリットS1およびS2.6
0は静電エネルギー分析器(90° 127.17°
パラポリツク型など)、70は前記倍電エネルギー分析
器60に設けた光子や高速中性粒子などを直進させるた
めのスリット又は穴(メツシュ付がよい)、80はイオ
ン集束電極S3.90および91は接地電位のスリット
S4およびS8.100は質量分析器(四重横型など)
、110はイオン検出器(チャンネルトロンまたは二次
電子増倍管など)、120は電流計または電圧計である
。は電流計または電圧計である。
この装置の動作は次のとおりである。前記プラズマトー
チ10で分析すべき試料をイオン化し、そこから前記プ
ラズマサンプリングコーン20およびイオン引出し系3
0で分析すべきイオンを引出す。ここで、前記イオン引
出し系30の一方の電極32には負極性のイオン引出し
電圧VEを印加する。前記引出されたイオンはイオンレ
ンズ系40を形成する一方の電極42に負極性のイオン
集束電圧VF、を印加し、後方に設けたスリットSユ5
0を通じて前記静電エネルギー分析器60に効率よく輸
送される。
チ10で分析すべき試料をイオン化し、そこから前記プ
ラズマサンプリングコーン20およびイオン引出し系3
0で分析すべきイオンを引出す。ここで、前記イオン引
出し系30の一方の電極32には負極性のイオン引出し
電圧VEを印加する。前記引出されたイオンはイオンレ
ンズ系40を形成する一方の電極42に負極性のイオン
集束電圧VF、を印加し、後方に設けたスリットSユ5
0を通じて前記静電エネルギー分析器60に効率よく輸
送される。
前記静電エネルギー分析器60は同心状の内型−Eと前
記印加電圧V0との間にはE = a V、の関係があ
る。ここで、aは定数で前記内外電極の外2 外電極の外径r□と内径r2の比Qn−に依存する。ま
た、パラポリツク型の時には1人出口間の距離と電極間
隙の比に比例する。
記印加電圧V0との間にはE = a V、の関係があ
る。ここで、aは定数で前記内外電極の外2 外電極の外径r□と内径r2の比Qn−に依存する。ま
た、パラポリツク型の時には1人出口間の距離と電極間
隙の比に比例する。
第3図(A)は、■。を掃引して求めた。前記静電エネ
ルギー分析器60を通過してきたイオンの数(信号強度
)IEのエネルギーE依存性、すなわちエネルギー分布
f(E)を示す、前記静電エネルギー分析器60を通過
したイオンは(イオンのエネルギーE0)、スリットS
、51でコリメートされるとともに、スリットS、(イ
オン集束電極)80に印加した負の電圧vF、で前記ス
リットS2とS、およびS、でイオン集束レンズ系を形
成し、効率よく質量分析器100に輸送される。
ルギー分析器60を通過してきたイオンの数(信号強度
)IEのエネルギーE依存性、すなわちエネルギー分布
f(E)を示す、前記静電エネルギー分析器60を通過
したイオンは(イオンのエネルギーE0)、スリットS
、51でコリメートされるとともに、スリットS、(イ
オン集束電極)80に印加した負の電圧vF、で前記ス
リットS2とS、およびS、でイオン集束レンズ系を形
成し、効率よく質量分析器100に輸送される。
前記質量分析器100で質量分析されたイオンは、スリ
ットS、91でコリメートされた後、イオン検出器11
0で電気信号に変換され、イオンのエネルギーE0での
質量分布f(M)paが求められる。
ットS、91でコリメートされた後、イオン検出器11
0で電気信号に変換され、イオンのエネルギーE0での
質量分布f(M)paが求められる。
第3図(B)は第3図(A)のE=(1)、(2)。
(3)における各質量分布(M)Ei、 f (M)E
、。
、。
f (M )E3を示す。この図から、イオンのエネル
ギーによって、そのときの質量分布は大きく異なること
が分かる。とくに、エネルギーの増加とともに質量数の
小さなイオンの信号強度は大きくなり、一方質量数の大
きなイオンの強度は小さくなることが分かる。この理由
は、前記イオン化時に発生したプラズマポテンシャルv
p(第3図(A)の平均エネルギーE、に対応する)が Vp o: flnM ・・・・・・ (a) で与えられ、さらに、イオン電流密度JがJ cc
M” Vp”−(n =1/2〜3/2)(b) なる関係にあたるためである1式(a)と(b)から、 J (X: M” nMll (c) となり、イオンの信号強度はMの増加とともに大きく減
少することになる。
ギーによって、そのときの質量分布は大きく異なること
が分かる。とくに、エネルギーの増加とともに質量数の
小さなイオンの信号強度は大きくなり、一方質量数の大
きなイオンの強度は小さくなることが分かる。この理由
は、前記イオン化時に発生したプラズマポテンシャルv
p(第3図(A)の平均エネルギーE、に対応する)が Vp o: flnM ・・・・・・ (a) で与えられ、さらに、イオン電流密度JがJ cc
M” Vp”−(n =1/2〜3/2)(b) なる関係にあたるためである1式(a)と(b)から、 J (X: M” nMll (c) となり、イオンの信号強度はMの増加とともに大きく減
少することになる。
すなわち、前記イオン引出し電圧VBが一定でも、前記
イオン化により発生したイオンはエネルギー幅−ΔEを
有し、これらの大きさはイオンの質量数Mに大きく依存
することになる。
イオン化により発生したイオンはエネルギー幅−ΔEを
有し、これらの大きさはイオンの質量数Mに大きく依存
することになる。
第4図は上記関係を示す実験結果である。すなわち、前
記質量分質器100の質量数Mを、例えばM=14.2
8.40に設定し、各々でのエネルギー分布f(E)M
を求めたものが第4図の(イ)、(ロ)、(ハ)である
、この図から、各イオンの平均エネルギ、E□。E、、
、E4゜はMの増加とともに小さくなる(E工、との差
を各々E14−E2.とE□。
記質量分質器100の質量数Mを、例えばM=14.2
8.40に設定し、各々でのエネルギー分布f(E)M
を求めたものが第4図の(イ)、(ロ)、(ハ)である
、この図から、各イオンの平均エネルギ、E□。E、、
、E4゜はMの増加とともに小さくなる(E工、との差
を各々E14−E2.とE□。
−EoとするとExt Ezs<Et4E40)−さ
らに、各イオンのエネルギー@(半値+11)ΔE11
、ΔEoもΔE 4− <ΔEte<ΔE0となること
が分かる。
らに、各イオンのエネルギー@(半値+11)ΔE11
、ΔEoもΔE 4− <ΔEte<ΔE0となること
が分かる。
したがって、従来技術のイオン引出し電圧VEと偏向電
圧VRを固定して求めた質量分布から得た質量分析結果
は、第3図(B)でE−Vy+で求めた質量分布とは近
似的に等価となるが、イオンのもつエネルギーが不明な
ために、VRの設定値によって第3図(B)のように、
種々の分布になり定量化が困難で、真の分析を行うこと
ができないより正確な定量分析を行うためには、まず、
第3図(A)の全体のエネルギー分布を求め、次に平均
エネルギー分布を求め、次に、平均エネルギーE、で(
B)に示すような質量分布f(Mb:、を求める。さら
に、f(M)E、で検出されたMについて、第4図に示
すように、各Mについてのエネルギー分布f(Eb:を
求める。そして、各Mについての平均エネルギーEMで
の信号強度IBM(最大値に対応)または各エネルギー
分布曲線で囲まれた面積SNを用いて定量化を行う。こ
こで、上記■εHやSsの算定は、前記イオン検出器1
10からの電気信号を計算機で自動処理して行う。
圧VRを固定して求めた質量分布から得た質量分析結果
は、第3図(B)でE−Vy+で求めた質量分布とは近
似的に等価となるが、イオンのもつエネルギーが不明な
ために、VRの設定値によって第3図(B)のように、
種々の分布になり定量化が困難で、真の分析を行うこと
ができないより正確な定量分析を行うためには、まず、
第3図(A)の全体のエネルギー分布を求め、次に平均
エネルギー分布を求め、次に、平均エネルギーE、で(
B)に示すような質量分布f(Mb:、を求める。さら
に、f(M)E、で検出されたMについて、第4図に示
すように、各Mについてのエネルギー分布f(Eb:を
求める。そして、各Mについての平均エネルギーEMで
の信号強度IBM(最大値に対応)または各エネルギー
分布曲線で囲まれた面積SNを用いて定量化を行う。こ
こで、上記■εHやSsの算定は、前記イオン検出器1
10からの電気信号を計算機で自動処理して行う。
なお、各動作を最適化するために、少なくとも前記イオ
ンレンズ系の電極42またはスリットS、SOとイオン
集束電極8380またはスリットS、51に電子的な電
流計か電圧計を直列に接続して電流や電圧をモニタする
とよい。
ンレンズ系の電極42またはスリットS、SOとイオン
集束電極8380またはスリットS、51に電子的な電
流計か電圧計を直列に接続して電流や電圧をモニタする
とよい。
また、前記静電エネルギー分析器60の内面は二次電子
放電係数の小さな材料で黒色化したり、前記穴またはス
リット70の表面に金属メツシュを設けると信号/軸長
比や分解能をより向上させることができる。
放電係数の小さな材料で黒色化したり、前記穴またはス
リット70の表面に金属メツシュを設けると信号/軸長
比や分解能をより向上させることができる。
さらに、前記イオンエネルギー分析系と前記質量分析系
を入換えても原理的には同じになる(但し、前記質量分
析系の分解能は低下する)。
を入換えても原理的には同じになる(但し、前記質量分
析系の分解能は低下する)。
本発明によれば、前記エネルギー分析系(静電エネルギ
ー分析器60など)と前記質量分析系(質量分析器10
0など)を直列に設けることにより、任意のイオンエネ
ルギーでの質量分布と任意の質量のエネルギー分布が得
られるので、分析すべき元素の定量化がより正確にでき
る効果がある。
ー分析器60など)と前記質量分析系(質量分析器10
0など)を直列に設けることにより、任意のイオンエネ
ルギーでの質量分布と任意の質量のエネルギー分布が得
られるので、分析すべき元素の定量化がより正確にでき
る効果がある。
第1図は本発明の一実施例の分析装置の基本構成を示す
縦断面図、第2図は従来技術の分析装置の基本構成を示
す縦断面図、第3図は本発明の一実施例による(A)は
全質量エネルギー分布を示す図、(B)は特定のイオン
エネルギーにおけるイオン質量分布を示す図、第4図は
本発明の一実施例による特定の質量のイオンのエネルギ
ー分布図である。 符号の説明 10・・・プラズマトーチ、20・・・プラズマサンプ
リングコーン、30・・・イオン引出し系、40・・・
イオンレンズ系、50,51,90,91・・・スリッ
ト、60・・・静電エネルギー分析器、70・・スリッ
ト又は穴、80・・・イオン集束電極、100・・・質
量分析、110・・・イオン検出器、120・・・電流
または電圧計。 (A) 〔8〕 茅 図 イオン 11.閂 (4九区) 不q lff1 イオンLネIしで− E(zv)
縦断面図、第2図は従来技術の分析装置の基本構成を示
す縦断面図、第3図は本発明の一実施例による(A)は
全質量エネルギー分布を示す図、(B)は特定のイオン
エネルギーにおけるイオン質量分布を示す図、第4図は
本発明の一実施例による特定の質量のイオンのエネルギ
ー分布図である。 符号の説明 10・・・プラズマトーチ、20・・・プラズマサンプ
リングコーン、30・・・イオン引出し系、40・・・
イオンレンズ系、50,51,90,91・・・スリッ
ト、60・・・静電エネルギー分析器、70・・スリッ
ト又は穴、80・・・イオン集束電極、100・・・質
量分析、110・・・イオン検出器、120・・・電流
または電圧計。 (A) 〔8〕 茅 図 イオン 11.閂 (4九区) 不q lff1 イオンLネIしで− E(zv)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、試料導入、試料イオン化系、イオンサンプリング系
、イオン質量分析系、およびイオン検出系から成り、大
気圧プラズマでイオン化する極微量元素質量分析装置に
おいて、前記イオン質量分析系の前にイオンエネルギー
分析系を設けたことを特徴とする極微量元素質量分析装
置。 2、前記イオンエルギー分析系に90°型静電エネルギ
ー分析器を用いたことを特徴とする請求項1記載の極微
量元素質量分析装置。 3、前記イオンエネルギー分析系でイオンのエネルギー
を選定した後前記イオン質量分析系で質量分析し試料の
定量分析を行うことを特徴とした請求項1もしくは2記
載の極微量元素質量分析装置。 4、前記イオン質量分析系の質量数を設定した後前記イ
オンエネルギー分析系の分析電圧により前記質量数に対
するエネルギー分布を求めて定量分析を行うことを特徴
とした請求図1もしくは2記載の極微量元素質量分析装
置。 5、各質量数に対する前記エネルギー分布曲線で囲まれ
た部分の面積を用いて定量分析を行うことを特徴とした
請求項4記載の極微量元素質量分析装置。 6、前記エネルギー分布の平均エネルギー値でのイオン
信号強度(最大値)を用いて定量分析を行うことを特徴
とした請求項4記載の極微量元素質量分析装置。 7、前記イオン検出系からの信号をコンピュータで自動
処理して分析を行うことを特徴とする請求項1乃至6の
いずれかに記載の極微量元素分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1221431A JPH0388251A (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 極微量元素質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1221431A JPH0388251A (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 極微量元素質量分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0388251A true JPH0388251A (ja) | 1991-04-12 |
Family
ID=16766638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1221431A Pending JPH0388251A (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 極微量元素質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0388251A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210270A (ja) * | 2000-01-25 | 2001-08-03 | Ulvac Japan Ltd | 高周波電力印加電極に入射する高速中性粒子のエネルギーの分析方法及び分析装置 |
-
1989
- 1989-08-30 JP JP1221431A patent/JPH0388251A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210270A (ja) * | 2000-01-25 | 2001-08-03 | Ulvac Japan Ltd | 高周波電力印加電極に入射する高速中性粒子のエネルギーの分析方法及び分析装置 |
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