JPH0412448A - 高周波誘導結合プラズマ質量分析計 - 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、高周波誘導結合プラズマ質量分析計に関し、
更に詳しくは、イオンレンズ系に改良を施した高周波誘
導結合プラズマ質量分析計に関する。

〈従来の技術〉 高周波誘導結合プラズマ質量分析計は、高周波誘導結合
プラズマを用いて試ｔ１を励起させ、生じたイオンをノ
ズルとスキマーからなるインターフェイスを介して質１
分析計に導いて電気的に検出し該イオン量を精密に１り
定することにより、試料中の被測定元素を高精度に分析
するように構成されている。第３図は、このような高周
波誘導結合プラズマ質量分析計の従来例構成説明図であ
る。

この図において、マツチングボックス１−内に設けられ
たプラズマトーチ１の外側管１ｂと最外側管１ｃにはガ
ス調節器２を介してアルゴンカス供給源３からアルゴン
ガスが供給され、内側管１ａには試料槽４内の試料がネ
プライザ５で霧化されてのちアルゴンガスによって搬入
されるようになっている。また、プラズマトーチ１に巻
回された高周波誘導コイル６には高周波電源１０によっ
て高周波電流が流され、該コイル６の周囲に高周波磁界
（図示せず）が形成されている。一方、ノズル８とスキ
マー９に挟まれたフォアチャンバー１１内は、真空ポン
プ１２によって例えばＩＴｏｒｒ、に減圧されている。

また、センターチャンバ１３内にはイオンレンズ系１４
が設けられると共に、該センターチャンバー１３の内部
は第１油拡散ポンプ１５によって例えば１０−’Ｔｏｒ
ｒ。

に減圧され、マスフィルタ（例えば四重極マスフィルタ
）１６を収容しているリアチャンバー１７内は第２油拡
散ポンプ１８によって例えば１〇−’Ｔｏｒｒ、に減圧
されている。この状態で上記高周波磁界の近傍でアルゴ
ンガス中に電子かイオンが植え付けられると、該高周波
磁界の作用によって瞬時に高周波誘導結合プラズマ７が
生ずる。

該グラズマ７内のイオンは、ノズル８やスキマー９を紅
白してのちイオンレンズ系１４を通って収束される。こ
こで、イオンレンズ系１４は、高周波誘導結合プラズマ
からの光を遮断しイオンだけを通過させる例えはタプル
四極子レンズが用いられており、該イオンレンズ系を通
過したイオンは、マスフィルタ１６を通り二次電子増倍
管１９に導かれて検出され、該検出信号が信号処理部２
０に送出されて演算・処理されることによって前記試料
中の被測定元素分析値が求められるようになっている。

また、第４図は従来の高周波誘導結合プラズマ質量分析
計の要部を示した従来例要部構成説明図であり、図中、
２１は内径５ｍｍ程度の開口部２１゛を有する入口側ア
パーチャープレート、２２は内径５ｍｍ程度の開口部２
２−を有する出口側アパーチャープレート、２３ａ〜２
３ｈは２段に設けられている４［７子レンズの電極（電
［２３ｄ。

２３ｈはそれぞれ電Ｉ＃１２３ｂ、２３ｆと重なって見
えるため図示せず）である。このような要部構成からな
る従来の高周波誘導結合プラズマ質量分析計の要部にお
いて、高周波誘導プラズマ（即ち、第３図の高周波誘導
結合プラズマ８）からの光は第４図の破線矢印で示すよ
うに入口側アパーチャプレート２１の開口部２１−から
入射して出口側アパーチャープレート２２の内壁面に当
るようになっている。また、第３図の高周波誘導結合プ
ラズマ７からノズル８やスキマー９などを介して導かれ
たイオンは、第４図の実線矢印で示すように入口側アパ
ーチャープレート２１の開口部２１から入射し４椿子レ
ンズ２３ａ〜２３ｈの電場によって曲げられ、イオンビ
ームの中心が高周波誘導結合プラズマからの中心軸（高
周波誘導結合プラズマの中心とも一致する）からずれる
ようになる、このため、高周波誘導結合プラズマからの
直進光は遮られ、高周波誘導プラズマからのイオンだけ
が、出口側アパーチャープレート２２の開口部から出て
行き、第３図の二次電子増倍管１９で検出されるように
なっている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 然しながら、上記従来例においては、４１！子レンズ２
３ａ　〜２３ｄと４極子レンズ２３　ｅ　〜２３ｈは、
第４図の紙面において上下方向をＸ軸、垂直方向をｙ軸
、光軸方向を２軸とすると、Ｚ軸を中心に９０°回転さ
せられると共に２軸方向に２つ重ねられてダブレット四
重極レンズとして機能するようになっている。即ち、１
段目四重極レンズ２３ａ〜２３ｄのｙ−ｚ面でイオンを
発散させ２段目四重極レンズ２３ｅ〜２３ｈのｙ−ｚ面
でイオンを収束させると共に、１段目四重極レンズ２３
ａ〜２３ｄのｘ−ｚ面でイオンを収束させ２段目四重極
レンズ２３ｅ〜２３ｈのｘ−ｚ面でイオンを発散させる
ようになっている。このなめ、ｙ−ｚ面、ｘ−ｚ面共平
均的にイオンを収束させるようになっており、次のよう
な欠点があった。

■４椿子レンズ２３ａ〜２３ｈの素子数が８ケもあって
各電極電圧か相互に複雑な関係を有するため、計重［ｉ
電圧の調整作業（チューニング）が困雑な作業となる。

■イオンの収束が不完全でマスフィルターに達するイオ
ンビーム強度が低下しやすく究極的に感度低下をきたし
ている。

本発明は、かかる従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、イオンレンズのチュニングが容易な
うえイオンビームの透過率が大きいイオンレンズ系を備
えた高周波誘導結合ブラズマ質量分析計を提供すること
にある。

く問題点を解決するための手段〉 上述のような問題点を解決する本発明の特徴は、高周波
誘導結合プラズマを用いて試料を励起させ生じたイオン
をノズルとスキマーからなるインタフェイスを介して質
１分析計検出器に導いて検出することにより前記試料中
の被測定元素を分析する分析計において、互いに中心が
すれた開口部を有する一対のアパーチャープレートで２
組の平行凹型レンズを挟み、１組目の平行凹型レンズ側
の光軸と２組目の平行凹型レンズ側の光軸をすらすと共
に、前記−絹目の平行凹型レンズと２組目の平行凹型レ
ンズに平均電位を中心にして対称的に電圧が印加される
ようにしたイオン光学系を設けたことにある。

く作用〉 本発明は次のように作用する。即ち、 入口側アパーチャープレート、出口側アパーチャープレ
ート、及びダブル平行凹型レンズに対し、一定の電圧が
印加されると、入口側の一対の平行凹型レンズの作用で
水平イオンビームが下向きに曲げられた後、この下向き
のイオンビームか出［Ｊ側の一対の平行凹型レンズの作
用で水平に曲げられる。このため、高周波誘導結合プラ
ズマからノズルやスキマーなどを介し入口側アパーチャ
ープレートの開口部から導かれたイオンビームは述中で
高周波誘導結合プラズマの中心軸からずれるようになる
。これに対し、高周波誘導結合プラズマからの光は入口
側アパーチャープレー１〜の開口部から入射すると直進
して出口側アバーチャ−プレトの内壁面に当る。このた
め、高周波誘導結合プラズマから導入され入口側アパー
チャープレトの開口部から入射する光が遮断されイオン
ビムだけが出口側アパーチャープレートの開口部から出
て行くようになる。また、偏向レンズ系全体を負電位に
おくことでイオンビームによる発散ロスを小さくでき、
イオンの透過効率を上げることができ、その結果、質量
分析計の検出感度が向上する。

〈実施例〉 以下、本発明について図を用いて詳細に説明する。第１
図は本発明実施例の要部を示す要部説明図であり、図中
、第４図と同一記号は同一意味をもたせて使用しここで
の重複説明は省略する。また、２４ａ、２４ｂは互いに
向かい合うように配置されて１組目の平行凹型レンズを
形成している第１及び第２の平行凹型レンズ、２４ｃ、
２４ｄは互いに向かい合うように配置されて２組目の平
行凹型レンズを形成している第３及び第４の平行凹型レ
ンズ、２５ａ〜２５ｃは可変電圧電源である。また、第
２図はアパーチャープレート２１゜２２と平行凹型レン
ズ２４ａ〜２４ｄの位置関係を説明するための図であり
、図中、（イ）は出口アパーチャープレート２２の縦断
面から第３図のマスフィルタ１７方向を見た図、（ロ）
は第１平行凹型レンズ２４ａ、２４ｂの縦断面から出口
アパーチャープレート２２方向を見た図、（ハ）は入口
アパーチャープレート２１の１ｄ断面から出口アパーチ
ャープレート２２方向を見た図を示している。尚、第２
図において、２６は第１平行凹型レンズ２４ａ、２４ｂ
間に形成されている空間部である。また、第１図と同一
記号は同一意味を持たせて使用しここでの重複説明は省
略する。

このような構成からなる本発明の実施例において、第１
図に示すようにアパーチャープレー１・２１．２２とダ
ブル平行凹型レンズ２４ａ〜２４ｄの電極に対し可変電
圧電源２４ａ〜２４ｄから下式■〜■か成立するような
電圧が印加される。

ＶａＰＩ””ＶａＰ２・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・■ｖＥＩ＝ｖＥ
ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・■ＶＥ２　”ＶＥ　３
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・■ｖＥＩ＞ＶＥ２・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■ａＶ （ＶＥ　＋　＋ＶＥ　２　＋ＶＥ　３　＋ＶＥ　ａ　）
　／４−・・・・・（５）ここで、ＶａＰＩは入口側ア
パーチャープレト２１に印加される例えば−４０Ｖの負
電圧、Ｖａｐ２は出口ｆｌＦ１アパーチャープレート２
２に印加される例えば−４０Ｖの負電圧、ＶＥ＋は凹型
レンズ２４ａの電極に印加される例えば−３０Ｖの電圧
、ＶＥ２は凹型レンズ２４ｂの電極に印加される例えば
−５０Ｖの電圧、ＶＥ３は凹型レンズ２４ｃのｔ％に印
加される例えば−５０Ｖの電圧、ＶＥａは凹型レンズ２
４ｄの＠極に印加される例えば−３０Ｖの電圧、ＶａＶ
はダブル平行凹型レンズ２４ａ〜２４ｄの平均電圧であ
る。但し、上記０式は入射するイオンのエネルギーによ
り多少この関係からずれることがある。

このように入口側アパーチャープレート２１゜出口側ア
パーチャーグレート２２．及び平行凹型レンズ２４ａ〜
２４ｄに対し、上述のような電圧が印加されると、平行
凹型レンズ２４ａ、２４ｂの作用で水平イオンビームが
下向きに曲げられると共に、平行凹型レンズ２４ｃ、２
４ｄの作用で下向きのイオンビームが水平に曲げられる
。このため、第３図の高周波誘導結合プラズマ７からノ
ズル８やスキマー９などを介して導入されてのち入口側
アパーチャープレート２１の開口部２１から導かれたイ
オンビームは、第４図を用いて詳述した前記従来例の場
合と同様に、途中で高周波誘導結合プラズマ７の軸（以
下、「第１光軸」という）から偏向される。この偏向さ
れたイオンは平行凹凸レンズ２４ｃ、２４ｄで再び偏向
され、第１光軸とは若干ずれた光軸上に象を結ぶ、この
象を結ぶ光軸を、マスフィルタ１６の中心軸（以下、「
第２光軸」という）が一致するようにル平行凹型レンズ
２４ａ〜２４ｄを経由して第３図におけるマスフィルタ
１６の中心軸上にイオンの象を結ぶようになる。

これに対し、第３図の高周波誘導結合プラズマ７からの
光は、第１図の入口側アパーチャープレート２１の開口
部２１−から入射、すると直進して出口側アパーチャー
プレート２２の内壁面に当って光路が遮断されるように
なっている。従って、高周波誘導結合プラズマから導入
され入口側アパーチャープレート２１の開口部２１°か
ら入射する光が遮断されイオンビームだけが出口側アパ
チャープレート２２の開口部２２゛から出て行くように
なる。このため、光によるバックグランド信号が低下し
究極的に高周波誘導結合プラズマ質量分析計としての検
出限界が向上するようになる。

また、イオンレンズ系全体の平均電位ＶａＶ’を負電位
におくことでイオンビームによる発散ロスを小さくでき
、イオンの透過効率を上げることができ、その結果、質
量分析計の検出感度が上昇する。

尚、上述の実施例は正電荷のイオンの測定の場合である
が、特別な測定法として、負イオンの測定を行う場合が
あり、このときレンズの構成は本実施例と同じとし引加
電圧の極性を負から正に入れ代えれば良い、この場合、
上記０式は次の■式のようになり、イオンレンズ系全体
の平均電位■ａｖは正電位とする。

ＶＥ　Ｈ＜ＶＥ　２・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■また、本発明は上述の実施例
に限定されることなく種々の変形が可能であり、例えば
次の（イ）〜（ホ）のようにしても良いものとする。（
イ）ダブル平行凹型レンズ２４ａ〜２４ｄの前後やアパ
チャーレンズ２１．２２の前後に、イオンを収束させる
レンズを配置したり発散して入射する光の進入を阻止す
るスリットを配置する。（ロ）アパーチャーレンズ２２
をマスフィルタの前に配置されるスリットと兼用する。

（ハ）前記０式を、Ｖａｖ−（ＶＥ　＋　十ＶＥ　２　
＋ＶＥ　３　＋ＶＥ　ａ　＋Ｖａｐ、）１５、若しくは
Ｖａ　ｖ　＝　＜ＶＥ　Ｉ　十ＶＥ２　＋ＶＥ　３　＋
ＶＥ　４　＋Ｖａ　ｐ　２　）　／　５として、ダブル
平行凹型レンズの前又は後のアパーチャーレンズを含め
た５個のレンズの平均電位とする。

（ニ）前記０式を、Ｖａ　ｖ　＝　（ＶＥ　Ｉ　＋ＶＥ
　２　＋ＶＥ：Ｉ　＋ＶＥａ　＋Ｖａｐ＋　＋Ｖａｐ２
）／６として、ダブル平行凹型レンズ前後のアパーチャ
ーレンズを含めた６個のレンズの平均電位とする。

（ホ）前記０〜０式の関係を満たず各レンズの電圧値を
中心に各々を独立に若干プラスマイナスに調整する。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明したような本発明は、高周波誘導結合プ
ラズマを用いて試料を励起させ生じたイオンをノズルと
スキマーからなるインターフェイスを介して質量分析計
検出器に導いて検出することにより前記試料中の被測定
元素を分析する分析計において、互いに中心がずれた開
口部を有する一対のアパーチャープレートで２組の平行
凹型レンズを挟み、１絹目の平行凹型レンズ側の光軸と
２層目の平行凹型レンズ側の光軸をずらすと共に、前記
−絹目の平行凹型レンズと２層目の平行凹型レンズに平
均電位を中心にして対称的に電圧が印加されるイオン光
学系を設けるように構成した。

このため、前記従来例のダブレット四重極レンズの場合
のようなイオンの発散作用がなくイオンレンズ系におけ
るイオンの収束効果が強く、究極的に検出感度を向上で
きる利点がある。更に、イオンレンズ（ダブル平行凹型
レンズ）への電圧印加方法が単純になるため、イオンの
チューニングが容易となり操作性が向上する利点かある
。

従って、本発明によれは、イオンレンズのチュニングが
容易なうえイオンビームの透過率が大で検出感度の高い
高周波誘導結合プラズマ質量分析計が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の要部裁断構成斜視図、第２図は
アパーチャープレートと平行凹型レンズの位置関係を説
明するための図、第３図は高周波誘導結合プラズマ質量
分析計の全体的な構成説明図、第４図は従来例の要部構
成説明図である。 １・・・・・・プラズマトーチ、 ３・・・・・・アルゴンガス供給源、 ７・・・・・・高周波誘導結合プラズマ、８・・・・・
・ノズル、９・・・・・・スキマ１６・・・・・・マス
フィルタ、１つ・・・・・・二次電子増倍管、２０・・
・・・・信号処理部 ２１．２２・・・・・・アパーチャープレート、２３ａ
〜２３ｈ・・・・・・四極子レンズ電極２４ａ〜２４ｄ
・・・・・・ダブル平行凹型レンズ、２５ａ〜２５ｃ・
・・・・・可変電圧電源第１図 第３図 第２図 （イ） １口） （ハ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高周波誘導結合プラズマを用いて試料を励起させ生じ
   たイオンをノズルとスキマーからなるインターフェイス
   を介して質量分析計検出器に導いて検出することにより
   前記試料中の被測定元素を分析する分析計において、互
   いに中心がずれた開口部を有する一対のアパーチャープ
   レートで２組の平行凹型レンズを挟み、１組目の平行凹
   型レンズ側の光軸と２組目の平行凹型レンズ側の光軸を
   ずらすと共に、前記一組目の平行凹型レンズと２組目の
   平行凹型レンズに平均電位を中心にして対称的に電圧が
   印加されるようにしたイオン光学系を備えたことを特徴
   とする高周波誘導結合プラズマ質量分析計。