JPH0668842A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン源を分析管に対して簡単に着脱するこ
とのできる質量分析装置を提供する。 【構成】 ガス導入管１１をイオン源２とは別個に分析
管１に取り付ける。さらに、イオン源２を分析管１に対
して着脱することによりイオン化室５のガス導入口１０
とガス導入管１１の先端との接続、分離も同時に達成す
る手段として、ガス導入管１１の先端に、球形の管状継
ぎ手２８を滑動可能に取り付けるとともに、その管状継
ぎ手２８をイオン化室５のガス導入口１０の縁に圧接さ
せるコイルバネ２９を取り付ける。この構成によれば、
ガス導入管１１を試料ガス導入システムのガス管１４に
対して連結、切離しすることなく、簡単にイオン源２を
分析管１に対して着脱することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分析管に着脱可能に取
り付けたイオン源のイオン化室に試料ガスを導入してイ
オン化し、そのイオンを質量に応じて分離することによ
り試料ガスの成分分析を行う気体試料分析用の質量分析
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の質量分析装置の従来例
を示す概略構成図で、イオン源の部分のみ断面図で示し
たものである。

【０００３】図のようにこの質量分析装置は、金属製の
分析管１の一端にイオン源２、中間部にイオン分離部
３、他端にイオン検出部４を設けて構成されている。

【０００４】上記イオン源２は、イオン化室５を備え、
そのイオン化室５内で試料ガスをイオン化するもので、
この従来例の場合には、金属を用いて直方体状に形成さ
れるとともに、最も一般的な電子衝撃法によってイオン
化するように構成されている。そしてこのイオン源２
は、分析管１内に気密封じフランジによって着脱可能に
取り付けられている。即ち、分析管１の開口端にイオン
源フランジ６が、ピン７で位置決めされた状態で着脱可
能に取り付けられ、そのイオン源フランジ６の内面に、
上記イオン源２が、絶縁碍子８を介して支持棒９により
支持されている。

【０００５】上記イオン源２のイオン化室５には、上記
イオン源フランジ６に向いて開口したガス導入口１０が
設けられ、そのガス導入口１０に金属製のガス導入管１
１が、絶縁管１２を介して接続されている。このガス導
入管１１は、上記イオン源フランジ６を貫通した状態で
設けられており、その末端に形成されたガス導入フラン
ジ１３に、分析管１の外部に設けられた試料ガス導入シ
ステムのガス管１４が連結されている。

【０００６】また、上記イオン源２には、図６に示した
図５のＡ−Ａ線矢視図のように、電子を放出する熱フィ
ラメント１５と、その放出された電子を受ける電子トラ
ップ１６とが、イオン化室５に設けられた一対の電子通
過孔１７を介して、分析管１の太さ方向に対向した状態
で設けられるとともに、上記イオン化室５には、上記イ
オン分離部３に向いて、電子の飛翔方向に長く開口した
イオン放出スリット１８が形成されている。さらに上記
イオン源２の上記イオン分離部３側には、イオンを加速
するレンズ電極１９とアース電極２０とが互いに平行に
連設され、それらの電極１９，２０には、上記イオン化
室５のイオン放出スリット１８に対応してイオン通過ス
リット２１，２２が形成されている。

【０００７】その他、上記イオン源フランジ６には、上
記熱フィラメント１５やレンズ電極１９と、外部の電源
とを継ぐ複数のリード電極２３（一本のみ図示）が、絶
縁部材２４を介して貫通した状態で設けられている。ま
た上記ガス導入フランジ１３の開口部には、必要に応じ
て、試料ガスの導入量を制御するガスリーク２５が取り
付けられる。

【０００８】上記構成のイオン源２において、分析管１
内を低圧にした状態で、ガス管１４とガス導入管１１と
を通してイオン化室５に試料ガスを導入し、そのイオン
化室５内の試料ガスに、熱フィラメント１５から電子ト
ラップ１６へ向けて放出させた電子を衝突させて衝撃を
与えることにより、その試料ガスをイオン化する。そし
て、イオン化室５とアース電極２０との間に加速電圧を
印加することにより、イオン化室５内のイオンをイオン
放出スリット１８からイオンビームとして導き出すとと
もに、電極１９，２０のイオン通過スリット２１，２２
を通過させ、イオン分離部３へ向けて射出する。その
際、レンズ電極１９が、イオンビームを集束し、またそ
の方向を調節する。こうして、イオン化室５で生じたイ
オンは、帯状のイオンビームとなってイオン分離部３へ
送られる。

【０００９】上記イオン分離部３は、上記イオン源２か
らのイオンを質量に応じて分離するもので、磁場型方
式、あるいは四重極型方式のものがある。そして磁場型
方式のものでは、上記イオン源２からのイオンを、磁界
中での軌道の違いを利用して、質量に応じた分離を行
う。また四重極型方式のものでは、上記イオン源２から
のイオンを、四重極で形成した高周波電場によるふるい
分けによって、質量に応じた分離を行う。このイオン分
離部３で分離されたイオンは、イオン検出部４へ送られ
る。

【００１０】上記イオン検出部４は、図示せぬ二次電子
増倍管や直流増幅器等を備え、上記イオン分離部３で分
離されたイオンを検出する。そしてこのイオン検出部４
の検出結果から、イオンの質量／電荷の数値に対する相
対強度、いわゆる質量スペクトルを測定し、その質量ス
ペクトルに基づいて、試料ガスの成分を分析することが
できる。

【００１１】ところで、上記イオン源２のイオン化室５
の内部は、試料ガスによってどうしても汚染される。イ
オン化室５が汚染されたまま次の試料ガスの分析を行う
と、試料ガスが汚染物質と反応して正確な分析結果が得
られなくなるため、イオン源２を分析管１から取り外し
てイオン化室５内を洗浄する必要がある。また場合によ
っては、試料ガスの種類に応じてイオン源２を交換する
こともある。さらに上記イオン源２のように、熱フィラ
メント１５を備えたものでは、その熱フィラメント１５
が切れた場合にもイオン源２を分析管１から取り外して
交換する必要がある。これらのことから、イオン源２
は、上述のように分析管１に着脱可能に取り付けられて
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の質量
分析装置では、イオン源２とガス導入管１１とが、イオ
ン源フランジ６を用いて分析管１に一体的に取り付けら
れているため、イオン源２を分析管１から取り外す際に
は、ガス導入管１１を試料ガス導入システムから切り離
さなければならず、また取り外したイオン源２を分析管
１に再び装着する際には、ガス導入管１１を試料ガス導
入システムに連結し直さなければならない。即ち、イオ
ン源２の分析管１に対する着脱に、非常に手間と時間が
かかるという問題があった。

【００１３】本発明は、この問題を解決するためになさ
れたもので、簡単にイオン源を分析管に対して着脱する
ことのできる質量分析装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る質量分析装置では、ガス導入管を、そ
の先端を分析管内に突出させた状態でイオン源とは別個
に分析管に取り付け、かつ、イオン源を分析管に対して
着脱することにより、そのイオン源のイオン化室のガス
導入口とガス導入管の先端との接続、分離も同時に達成
させる手段を設けた。

【００１５】

【作用】上記構成によれば、イオン源を分析管に装着す
ると、そのイオン源のイオン化室のガス導入口に、イオ
ン源とは別個に分析管に取り付けられたガス導入管の先
端が同時に接続される。また、イオン源を分析管から取
り外すと、ガス導入管の先端が、イオン化室のガス導入
口から同時に分離される。従って、イオン源を分析管に
対して着脱する際に、ガス導入管と試料ガス導入システ
ムとの連結、切離しを行う必要がない。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１７】なお、実施例における構成要素のうち、図
５および図６に示した従来例における構成要素と同様の
ものについては、同一の符号を付して説明を省略する。

【００１８】実施例１ 図１は、本発明の実施例１における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【００１９】図のようにこの質量分析装置では、電子衝
撃法によって試料ガスをイオン化するイオン源２は、気
密封じのイオン源フランジ６に絶縁碍子８を介して支持
棒９で支持されることにより、分析管１の開口端の内側
に着脱可能に取り付けられ、そのイオン源２のイオン化
室５に設けられるガス導入口１０は、イオン放出スリッ
ト１８の長さ方向とは垂直な方向に、分析管１の管壁に
向いて開口している。しかもそのイオン源２のガス導入
口１０の縁は、後述する球形の管状継ぎ手が嵌合するよ
うに凹状に形成されている。

【００２０】また、イオン源２のイオン化室５に試料ガ
スを導入するガス導入管１１は、イオン源２とは別個に
分析管１の管壁に、その先端が上記イオン化室５のガス
導入口１０へ向いて分析管１内に突出した状態で取り付
けられている。つまり、分析管１の管壁に、外側に突出
した導入管取付開口部２６が形成され、その取付開口部
２６の先端にガス導入管１１の末端のガス導入フランジ
１３が、ピン２７で位置決めされた状態で取り付けられ
ている。そしてそのガス導入フランジ１３に、分析管１
の外部に設けられた試料ガス導入システムのガス管１４
が連結されている。

【００２１】さらに、上記分析管１内に突出したガス導
入管１１の先端には、そのガス導入管１１の先端と上記
イオン化室５のガス導入口１０とを接続する。貫通孔２
８ａを有する管状継ぎ手２８が、その貫通孔２８ａにガ
ス導入管１１の先端を挿入した形で滑動可能に取り付け
られるとともに、上記管状継ぎ手２８をガス導入口１０
に圧接させる弾性部材であるコイルバネ２９が巻着され
ている。このコイルバネ２９の一端はガス導入管１１
に、他端は管状継ぎ手２８にそれぞれ係着されている。

【００２２】上記管状継ぎ手２８の形状については、後
述のごとく着脱されるイオン源２に当接して進退し得る
ように先端を丸めた形状、例えば球形とされる。またこ
の管状継ぎ手２８の材料としては、金属製のイオン源２
とガス導入管１１とを電気的に絶縁し、しかも電子を放
出する熱フィラメント（図６参照）によって高温となる
イオン源２に接触しても変形しないように、石英ガラス
等の耐熱性の絶縁材料が用いられる。

【００２３】上記構成の質量分析装置において、イオン
源２を分析管１内に、その分析管１の中心軸方向に沿っ
て挿入すると、ガス導入管１１の先端の球形の管状継ぎ
手２８は、イオン源２の下端の縁に当接して後退する。
そしてイオン源２を分析管１の定位置に取り付けた際に
は、管状継ぎ手２８は、コイルバネ２９の弾性力によ
り、イオン化室５のガス導入口１０の凹状の縁に嵌合す
るようにして圧接する。これにより、イオン化室５のガ
ス導入口１０とガス導入管１１の先端とが確実に接続さ
れる。また、イオン源２を、取付時と逆に分析管１から
引き抜くようにして取り外すと、ガス導入管１１の先端
の管状継ぎ手２８は、一旦後退してイオン化室５のガス
導入口１０の凹状の縁から外れ、これによりイオン化室
５のガス導入口１０とガス導入管１１の先端とが分離す
る。

【００２４】即ち、この質量分析装置では、イオン源２
を分析管１に対して着脱することにより、そのイオン源
２のイオン化室５のガス導入口１０と、ガス導入管１１
の先端との接続、分離も同時に達成させることができ
る。そしてそれにより、ガス導入管１１の試料ガス導入
システムに対する連結、切離しを行うことなく、簡単に
イオン源２を分析管１に対して着脱することが可能とな
る。

【００２５】なお、ある程度の量の試料ガスが分析管１
内に漏れても問題はないため、上記管状継ぎ手２８を用
いたガス導入管１１とガス導入口１０との接続構造を、
完全な気密構造とする必要はない。また上記質量分析装
置のその他の構成、および質量分析動作については、従
来例と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【００２６】実施例２ 上記実施例１のように、イオン源２を分析管１に対し、
その分析管１の中心軸方向に着脱する場合には、図２の
要部断面図に示すごとく、イオン化室５のガス導入口１
０とガス導入管１１の先端とを、分析管１の中心軸方向
に対向させた構造としてもよい。

【００２７】即ち、この実施例２における質量分析装置
では、イオン化室５のガス導入口１０は、イオン源２の
分析管１内への挿入方向に向いて開口するとともに、分
析管１内に突出したガス導入管１１の先端は、上記ガス
導入口１０に向けて直角に曲げられている。そしてガス
導入管１１の先端には、上記実施例１と同じように管状
継ぎ手２８とコイルバネ２９とが取り付けられている。
ただしこの実施例２の場合には、管状継ぎ手２８の形状
は球形である必要はなく、先端にテーパを付けて凸状に
した円筒形でもよい。またガス導入口１０の縁は、その
円筒形の管状継ぎ手２８の先端が嵌合するように凹状に
形成されている。

【００２８】上記構成において、イオン源２を分析管１
に挿入するようにして装着すると、管状継ぎ手２８がコ
イルバネ２９の弾性力によってイオン化室５のガス導入
口１０の縁に圧接し、それによりイオン化室５のガス導
入口１０とガス導入管１１の先端とが確実に接続され
る。また、イオン源２を分析管１から引き抜くようにし
て取り外すと、管状継ぎ手２８がイオン化室５のガス導
入口１０から離れて、ガス導入口１０とガス導入管１１
の先端とが分離する。

【００２９】従ってこの実施例２の場合にも、イオン源
２を分析管１に対して着脱することにより、そのイオン
源２のイオン化室５のガス導入口１０と、ガス導入管１
１の先端との接続、分離も同時に達成させることがで
き、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

【００３０】実施例３ 図３は、本発明の実施例３における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【００３１】図に示すごとく、この質量分析装置の上記
実施例１との相違は、イオン源２を、ガス導入管１１の
方向に着脱するように分析管１に取り付けた点にある。
つまりこの質量分析装置では、分析管１の管壁の、上記
導入管取付開口部２６の反対側にイオン源取付開口部３
０が形成され、そのイオン源取付開口部３０の先端にイ
オン源フランジ６が、上記ガス導入フランジ１３と対向
し、ピン７で位置決めされた状態で着脱可能に取り付け
られている。そしてそのイオン源フランジ６の内面に、
イオン源２が、絶縁碍子８を介して支持棒９で支持され
ている。

【００３２】この質量分析装置におけるイオン源２とガ
ス導入管１１との接続構造については、上記各実施例
１，２と同様であり、イオン源２を分析管１に装着する
と、ガス導入管１１の先端に滑動可能に取り付けられた
管状継ぎ手２８がコイルバネ２９の弾性力によって、イ
オン源２のイオン化室５のガス導入口１０に圧接し、そ
れによりイオン化室５のガス導入口１０とガス導入管１
１の先端とが確実に接続される。また、イオン源２を分
析管１から取り外すと、管状継ぎ手２８がイオン化室５
のガス導入口１０から離れて、ガス導入口１０とガス導
入管１１の先端とが分離する。

【００３３】従ってこの実施例３の場合にも、イオン源
２を分析管１に対して着脱することにより、そのイオン
源２のイオン化室５のガス導入口１０と、ガス導入管１
１の先端との接続、分離も同時に達成させることがで
き、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

【００３４】なお、この実施例３の場合には、イオン源
２をガス導入管１１の方向に着脱する構造であるため、
管状継ぎ手２８の形状は球形である必要はなく、上記実
施例２のように円筒形でもよい。

【００３５】実施例４ 図４は、本発明の実施例４における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【００３６】図のように、この質量分析装置の上記実施
例１との相違は、イオン源２のイオン化室５に、ガス導
入口１０とは別個にガス排出口３１を設けるとともに、
そのガス排出口３１からイオン化室５内の試料ガスを分
析管１の外部へ排出するガス排出管３２を、その先端を
分析管１内に突出させた状態でイオン源２とは別個に分
析管１に取り付けた点にある。

【００３７】上記イオン化室５のガス排出口３１は、イ
オン化室５を中心としてガス導入口１０と対称的に形成
され、また上記ガス排出管３２は、イオン源２を挟んで
ガス導入管１１と対称的に取り付けられている。

【００３８】つまりこの質量分析装置では、分析管１の
管壁の、上記導入管取付開口部２６の反対側に排出管取
付開口部３３が形成され、その排出管取付開口部３３の
先端に、ガス排出管３２の末端のガス排出フランジ３４
が、ピン３５で位置決めされた状態で着脱可能に取り付
けられている。そしてそのガス排出フランジ３４には、
分析管１の外部に設けられた試料ガス排出システムのガ
ス管３６が連結されている。

【００３９】さらに、上記ガス排出管３２の先端には、
ガス導入管１１と同様に、ガス排出管３２の先端とイオ
ン化室５のガス排出口３１とを接続する、貫通孔３７ａ
を有する球形の管状継ぎ手３７が滑動可能に取り付けら
れるとともに、その管状継ぎ手３７をガス排出口３１に
圧接させる弾性部材であるコイルバネ３８が巻着されて
いる。

【００４０】上記構成の質量分析装置では、ガス排出口
３１およびガス排出管３２を設けたため、活性ガス、あ
るいは吸着性ガスを分析した際に、それらのガスを試料
ガス排出システムによって速やかに排出させて、イオン
化室５内の汚染を防止することができる。しかもそのガ
ス排出管３２を、ガス導入管１１と同じように、イオン
源２とは別個に分析管１に取り付けるとともに、その先
端に管状継ぎ手３７とコイルバネ３８とを取り付けたた
め、イオン源２を分析管１に対し、その分析管１の中心
軸方向に着脱することにより、イオン化室５のガス導入
口１０とガス導入管１１の先端との接続、分離も同時に
分離させるとともに、イオン化室５のガス排出口３１と
ガス排出管３２の先端との接続、分離も同時に達成させ
ることができる。この、ガス導入口１０とガス導入管１
１の先端との間、およびガス排出口３１とガス排出管３
２の先端との間の接続、分離動作については、上記実施
例１におけるガス導入口１０とガス導入管１１の先端と
の接続、分離動作と同様である。

【００４１】従って、ガス導入管１１と試料ガス導入シ
ステムとの連結、切離し、およびガス排出管３２と試料
ガス排出システムとの連結、切離しを行うことなく、簡
単にイオン源２を分析管１に対して着脱することができ
る。

【００４２】なお、上記各実施例１〜４では、ガス導入
管１１あるいはガス排出管３２を、ガス導入フランジ１
３あるいはガス排出フランジ３４を介して分析管１の管
壁に取り付けたが、分析管１の管壁を直接貫通させた状
態で取り付けてもよい。

【００４３】また、上記各実施例１〜４では、管状継ぎ
手２８あるいは３７の先端を凸状に、それらが圧接する
ガス導入口１０あるいはガス排出口３１の縁を凹状に形
成したが、それとは逆に、管状継ぎ手２８あるいは３７
の先端を凹状に、ガス導入口１０あるいはガス排出口３
１の縁を凸状に形成してもよい。

【００４４】さらに、上記各実施例１〜４では、電子衝
撃法によって試料ガスをイオン化する型のイオン源２を
例として説明したが、本発明に係る構造は、イオン化室
５のガス導入口１０あるいはガス排出口３１にガス導入
管１１あるいはガス排出管３２を接続したイオン源２で
あれば、化学イオン化法や電界イオン化法によって試料
ガスをイオン化する型のイオン源にも適用し得るもので
ある。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る質量
分析装置によれば、ガス導入管と試料ガス導入システム
との連結、切離しを行うことなく、簡単にイオン源を分
析管に対して着脱することができる。

【００４６】また、イオン源のイオン化室にガス導入管
と共にガス排出管を接続した本発明に係る質量分析装置
では、ガス導入管と試料ガス導入システムとの連結、切
離し、およびガス排出管と試料ガス排出システムとの連
結、切離しを行うことなく、簡単にイオン源を分析管に
対して着脱することができる。

【００４７】従って、イオン化室内の洗浄やイオン源の
交換、あるいは熱フィラメントの交換といった作業を、
簡単に素早く行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【図２】本発明の実施例２における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【図３】本発明の実施例３における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【図４】本発明の実施例４における質量分析装置のイオ
ン源を示す要部断面図である。

【図５】従来例を示す概略構成図で、イオン源の部分の
み断面図で示したものである。

【図６】図５のＡ−Ａ線矢視図である。

【符号の説明】

１ 分析管 ２ イオン源 ３ イオン分離部 ４ イオン検出部 ５ イオン化室 １０ ガス導入口 １１ ガス導入管 １４ ガス管（試料ガス導入システム） ２８ 管状継ぎ手 ２９ コイルバネ ３６ ガス管（試料ガス排出システム） ３７ 管状継ぎ手 ３８ コイルバネ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分析管の一端に、試料ガスをイオン化室
   内でイオン化するイオン源を、分析管内に気密封じフラ
   ンジによって着脱可能に取り付けるとともに、そのイオ
   ン源のイオン化室に設けたガス導入口に、分析管の外部
   の試料ガス導入システムに連結されたガス導入管を接続
   し、 上記分析管の中間部には、上記イオン源からのイオンを
   質量に応じて分離するイオン分離部を設け、 上記分析管の他端には、上記イオン分離部で分離された
   イオンを検出するイオン検出部を設けて成る気体試料分
   析用の質量分析装置において、 上記ガス導入管を、その先端を上記分析管内に突出させ
   た状態で上記イオン源とは別個に分析管に取り付け、 かつ、上記イオン源を分析管に対して着脱することによ
   り、そのイオン源のイオン化室のガス導入口と上記ガス
   導入管の先端との接続、分離も同時に達成させる手段を
   設けたことを特徴とする質量分析装置。
2. 【請求項２】 上記イオン源のイオン化室のガス導入口
   とガス導入管の先端との接続、分離手段として、上記ガ
   ス導入管の先端に、管状継ぎ手を滑動可能に取り付ける
   とともに、その管状継ぎ手を上記ガス導入口の縁に圧接
   させる弾性部材を取り付けたことを特徴とする請求項１
   記載の質量分析装置。
3. 【請求項３】 上記イオン源のイオン化室に、上記ガス
   導入口とは別個に、試料ガスを排出するガス排出口を設
   けるとともに、 上記分析管の外部の試料ガス排出システムに連結された
   ガス排出管を、その先端を分析管内に突出させた状態で
   上記イオン源とは別個に分析管に取り付け、 かつ、上記イオン源を分析管に対して着脱することによ
   り、そのイオン源のイオン化室のガス排出口と上記ガス
   排出管の先端との接続、分離も同時に達成させる手段を
   設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   質量分析装置。
4. 【請求項４】 上記イオン源のイオン化室のガス排出口
   とガス排出管の先端との接続、分離手段として、上記ガ
   ス排出管の先端に、管状継ぎ手を滑動可能に取り付ける
   とともに、その管状継ぎ手を上記ガス排出口の縁に圧接
   させる弾性部材を取り付けたことを特徴とする請求項３
   記載の質量分析装置。