JPH08505258A - プラズマ源質量分析計における干渉の低減 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマ質量分析計による標本（１）の元素組成を決定する方法および装置は、不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマ中に前記標本（１）を導入してその中に存在する元素から原子イオンを生成することと、前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマー・インターフェイス（１５−２１）から真空チャンバ（２３）に通すことと、前記インターフェイスが、所定質量対電荷比の原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空チャンバ（２３）に進入するよう前記原子イオンが前記チャンバに進入する電気ポテンシャルを決定する電極手段（１９，３９）から成ることと、前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有する少なくとも前記所定質量対電荷比の分子イオンが透過するのを防止するため前記チャンバに入る前記イオンをエネルギろ過（４０）することと、前記エネルギ・フィルタを通過した前記イオンを質量ろ過（２２）して前記所定質量対電荷比を有する前記イオンを検出することと、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】 プラズマ源質量分析計における干渉の低減 この発明は、マス・スペクトロメータ、即ち質量分析計に関し、誘導結合プラズ マ（ＩＣＰ）源又はマイクロ波プラズマ（ＭＩＰ）源などのプラズマ・イオン源 を利用する質量スペクトロメータに特に有益である。この装置は、典型的に四極 質量フィルタを使用するが、磁気セクタ質量フィルタも使用される。本発明は、 両方のタイプに適用可能である。 ＩＣＰおよびＭＩＰ質量スペクトロメータは、低背景雑音および高感度を特徴 としており、質量範囲中のトリリオン当りパーツの検出に限度がある。しかし、 この装置において、ある質量（厳密には質量対電荷比）での検出リミットの制限 要因は、モニターする質量での不要な背景信号の存在である。このようなスペク トル干渉（一般に同重体干渉(isobaric interferences)と呼ばれる）は、ほぼ同 質量の２つ又はそれ以上の同位元素、例えばArO⁺、Ar₂ ⁺または酸化物イオンなど の荷電分子スピーシーズ又は単荷電イオンと同じ質量対電荷比で現れる二重荷電 スピーシーズによるものとされている。 ＩＣＰ質量分析学における研究者たちは、これらの干渉分子スピーシーズの形 成メカニズムの達成に、その形成を減らそうとして、相当の努力を傾けてきた。 例えば、 Vanhaecke、Vandecastee1e他は、Mikrochim．Acta．1992第１０８巻第４１頁〜 第５１頁において、各種の装置パラメータ（レンズ電圧、噴霧器およびトーチ流 量など）の効果について調査したが、同重体干渉がどのように形成されるのかに ついて結論を得ることができなかった。同じような研究結果がWang、Shenおよび Sheppard他（J.Anal．Atomic Spectrom．1990第５巻第４４５頁〜４４９頁）に よって報告されている。RowanおよびHouk（Appld．Spectosc．1989 第４３（６ ）巻第９７６頁〜）は、２つの直列の四極質量分析器から成る装置の使用を教示 している。この装置において、第１の四極は、質量分析器としてではなく、少な くともイオンが入る領域において圧力が恣意的に極めて高く維持される“ＲＦ（ ラジオ周波数）専用”四極として使用される。第１の四極に進入する分子イオン はＲＦフィールドに閉じ込められてその中のガス分子と衝突し、散乱によってな くなる。しかし、より小さい衝突断面を有する原子イオンは、少ない衝突を経て 質量アナライザに送られる。この装置は分子イオン干渉をある程度減らすことが 分った。 異なる種類のイオンがプラズマ中に生成されるプロセスを更に理解するため、 何人かの研究者は、質量分析器に進入するイオンのエネルギ分布を測定しようと 試みた。PeterおよびHoffer（Ｊ．Vac．Sci．Technol．1987，第Ａ５（４）巻第 ２２８５頁）は、エネルギ・フィルタと四極質量分析器の組合せを使ってＩＣＰ に形成された各 種イオンのエネルギを決定する実験について報告している。しかし、この著者は プラズマ中に生成された分子イオンのエネルギ分布を測定しておらず、得られた 結果を単にレポートするだけで、その情報を如何に有効利用できるかについてコ メントしていない。 エネルギ分布のより詳しい研究がChambersおよびHieftje(Spectrochim． Acta 1991第４６Ｂ（6/7）巻第７６１〜７８４頁）によって報告されている。この著 者は、四極質量アナライザを３グリッド遅延ポテンシャル・エネルギ・フィルタ と組合せて使用して、ＩＣＰ内に生成された色々のイオンのエネルギ分布を報告 している。イオン転送理論は提案しているが、分子イオンの測定については何も 記載しておらず、ＩＣＰＭＳ装置内の干渉イオンスピーシーズの識別に関する結 論は示されていない。 本発明は、分子および多重電荷イオンからの同重体干渉が減少する、ＩＣＰ又 はＭＩＰ質量分析計による標本の元素分析方法を提供することを目的とする。 本発明のもう１つの目的は、前記方法を実施するための装置を提供することで ある。 これらの目的達成のため、本発明は、プラズマ質量分析計により標本の元素組 成を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマ中に前記 標本を導入してその中に存在する元素から原子イオンを生成するステップと、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキ マー・インターフェイスから真空チャンバに通すステップであって、前記インタ ーフェイスは、所定質量対電荷比の原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空 チャンバに進入するよう前記原子イオンが前記チャンバに進入する電位を決定す る手段から成るステップと、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有する少なくとも前記所 定質量対電荷比の分子イオンがステップｄ）に進むのを防止するため前記チャン バに入る前記イオンをエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過して前記所定質量対電荷比 を有する前記イオンを検出するステップと、 から成ることを特徴とする元素組成決定方法を提供した。 便利なことに、ステップｄ）は、四極質量アナライザを用いて実施でき、磁気 セクタ分析器を用いることもできる。エネルギろ過ステップｃ）は、不要イオン から必要イオンを分けるのに十分な解像度を有するエネルギフィルタで実施すれ ばよい。条件を以下に更に示す。遅延グリッド若しくはプレート分析器、平行プ レート又は静電円筒若しくは球形分析器又は円筒形ミラー分析器の全部を使用し てもよい。好ましくは、真空チャンバへの原子イオンの進入点とステップｄ）で 用いる質量アナライザとの間に視線路がないのがよい。 本発明は、別の概念により、標本の元素分析のためのプラズマ質量分析計であ って、 ａ）不活性ガス中に誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマを生成する手段と、 ｂ）前記プラズマ中に存在する元素から原子イオンを生成するため前記プラズ マに前記標本を誘導する手段と、 ｃ）前記プラズマに近接配置されて前記原子イオンの少なくとも一部を真空チ ャンバに通すノズル−スキマー・インターフェイス手段であって、前記原子イオ ンが前記チャンバに進入するときのポテンシャルを決定する電極手段から成るノ ズル−スキマー・インターフェイス手段と、 ｄ）前記真空チャンバに進入するイオンを受取り、特定のものより小さい運動 エネルギを有するイオンが下記ｅ）のイオン質量ろ過手段に到達するのを防止す るよう配設されたエネルギろ過手段と、 ｅ）前記標本の元素組成を決定するため前記ｄ）を通過した前記イオンを検出 するためのイオン質量ろ過・検出手段と、 ｆ）選択された質量対電荷比が連続的に検出されるように前記イオン質量ろ過 ・検出手段を制御する手段と、 ｇ）低い運動エネルギを有する同じ質量対電荷比の分子イオンの透過を防止す るため、除去されたエネルギをいかなる場合にも前記選択された質量対電荷比の 原子イオンのエネルギに設定すべく前記エネルギろ過手段を制御する手段と、 から成ることを特徴とするプラズマ質量分析計を提供 した。 発明者が観察したところでは、ＩＣＰ質量分析計において、ＩＣＰに生成され た一定のスピーシーズ（種）は、他のものとは際立って異なるイオン・エネルギ を示した。特に、Ｂｅ、ＩｎおよびＵなどの単荷電（即ち、原子）“アナライト （analyte）”スピーシーズが、質量とともに着実に（実験条件により、例えば 約８ｅＶ〜１２ｅＶに）増大するイオン・エネルギ分布を特徴としているのに対 し、Ａｒ₂ およびＡｒ０、その他の酸化イオンなどの分子スピーシーズは、実質 的に異なるイオン・エネルギを示し、ほとんどの場合、類似の質量対電荷比の原 子イオンのものより低かった。 また、多荷電スピーシーズは、典型的原子イオンと異なるイオン・エネルギ特 性を示した。実験の結果、ノズル−スキマー・インターフェイスと従来型ＩＣＰ 質量分析計の質量アナライザとの間にエネルギ・フィルタを配置することにより 、原子イオンの運動エネルギより小さい運動エネルギを有するイオンが（いかな る特定の質量対電荷比でも）質量アナライザに進入するのを防止でき、もって特 に分子イオンによる干渉が実質的に減らせることが分った。 質量対電荷比によるイオン・エネルギの変化および類似質量対電荷比の分子お よび原子スピーシーズのイオン・エネルギの差の理由は分っていない。しかし、 前者の効果は、インターフェイス中を移動するイオンがインタ ーフェイス内のガス運動の効果によってほぼ同じ速度を獲得するという理論と符 合する一方、後者の効果は、分子イオンがプラズマの低温部分或はプラズマの電 気ポテンシャルが原子イオンより低い部分で形成されることを示唆する。 本発明との使用に適するエネルギ・フィルタは、原子イオンのエネルギと不要 な分子エネルギとを区別するのに十分な解像度を有するものでなければならず、 これは典型的に１ｅＶ又はそれ以下である。多くの適当な型式のフィルタが知ら れており、四極および磁気セクタ分析器との関連で説明した。発明者が行った実 験では、遅延グリッド分析器が使用された。細かな金属メッシュが四極質量アナ ライザの入口孔に近いイオン・ビームのラインに配置された。可変電圧がこのメ ッシュに印加され、エネルギ量によってイオンがメッシュを選択的に通過した。 かくして、メッシュのポテンシャルをこれらのスピーシーズのイオン・エネルギ より幾分高く設定することにより、分子イオンなどの（同じ質量対電荷比の原子 イオンに比べて）低いエネルギのイオンが四極質量フィルタを通過するのを防止 することが可能となった。 この構成において、典型的に高エネルギのアナライト（analyte） イオンは、 メッシュを通過して質量アナライザに進入できた。かくして、アナライトイオン の質量での分子スピーシーズによる同重体干渉は実質的に減少した。しかし、も っと多くの電極を含む遅延グリッド・ フィルタは、より厳密な除去を行い、分離を更に向上させる。 真直な“平行プレート”エネルギ・フィルタは、両者間を通るイオンの軌跡を イオン・エネルギに応じた範囲で偏向するものであるが、これを用いてもよい。 しかし、好ましくは、一部球形又は一部円筒形のアナライザ或は円筒形ミラー分 析器などのフォーカス特性を備えるエネルギ・フィルタを使用する。このような アナライザ或は分析器は、一般に、フォーカス作用の結果として高いエネルギ解 像度を有する。フォーカス分析器を使用した場合、原子イオンをインテーフェイ スから質量アナライザに効率的に送るべく均一のフォーカス作用を提供するため 、従来型ＭＩＰ又はＩＣＰスペクトロメータに設けられたイオン・レンズの一部 又は全部の代りになる。 上段で、必要原子イオンのエネルギが質量とともに次第に増加することを発明 者が発見したと説明した。従って、質量分析計が単一又は小範囲の質量対電荷比 を有するイオンだけを検出するように動作した場合、（フィルタがイオンを透過 しなくなるような低い）運動エネルギは、その質量対電荷比での原子イオンは透 過されるが低エネルギのイオンは拒絶されるよう特定の選択エネルギに設定され る。しかし、スペクトロメータがより広い範囲の質量対電荷比を走査するよう設 定された場合、運動エネルギは、好ましくは、質量アナライザの走査と同期して 変化する。つまり、各瞬間においてフィルタの遮断 エネルギは、走査の間のその瞬間に検出中の質量対電荷比のイオンエネルギに関 連付けなければいけない。各質量での特定エネルギは、最初の実験で決定でき、 こうして得られた目盛測定結果は、次いで適当な電子制御手段で使用され、質量 フィルタがある瞬間に検出器に転送するよう設定されている質量に従ってエネル ギ・フィルタの電極に適する電位を提供する。 別の実施例においては、四極アナライザの代わりに磁気セクタを使用してもよ い。国際公開第ＷＯ８９／１２３１３号が、この質量アナライザをどのようにプ ラズマイオン源に設置すればようかを説明している。典型的にノズル−スキマー ・インターフェイスに含まれる電極手段は、高ポテンシャルに維持され、もって イオン運動エネルギは磁気セクタ分析器の必要を満たすべき、四極の場合よりも ずっと大きなものとなる。しかし、本発明の思想は、更なる適用が可能である。 二重フォーカス・セクタ・アナライザがエネルギ・フィルタを含んでおり、この フィルタは、原則として上述の要領で使用されるが、イオン・エネルギが質量に 依存するので、最適動作のため、従来のエネルギ・フィルタと固定型はエネルギ を通し、アナライザの加速ポテンシャルはその依存を考慮に入れたものに代える 必要がある。 例示としての好適実施例および添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。 添付図面において、 図１は、遅延グリッド・エネルギ・フィルタを含むＩＣＰスペクトロメータの 概略図であり、 図２は、円筒形ミラー分析器から成るＩＣＰスペクトロメータの概略図であり 、そして 図３は、図２に示される装置に適する円筒形ミラー分析器の概略図である。 図１を参照するに、標本をＩＣＰに導入する手段は、パイプ３を介してガス供 給ユニット４からアルゴンガス流が供給される、空気ネビュライザ或は噴霧器２ に送り込まれる標本の溶液源１から成る。標本は、アルゴンガスに乗ってパイプ ５を通って従来型ＩＣＰトーチ６に導入される。余剰溶液はドレン７を介してネ ビュライザ２から排出される。ガス供給ユニット４は、パイプ８および９を通る トーチ６への２つの他の制御されたアルゴン流を提供する。 実質的に大気圧で不活性ガス中に誘導結合プラズマを生成する手段は、上述の ＩＣＰトーチ６と、ジェネレータ１０からリード線１２および１３を介して高周 波電気エネルギが供給されるコイル１１とから成る。このように、ＩＣＰはトー チ６の端部に形成されている。 ＩＣＰトーチ６およびガス供給ユニット４、コイル１１、ジェネレータ１０お よび噴霧器２を含むその関連する器具は、従来のものであるので更なる説明は不 要である。図１は標本をプラズマに導入するのに使用する空気 ネビュライザを示しているが、他の方法、例えば電熱蒸発（electrothermal vap orization）若しくはレーザ溶発（laser ablation）の使用も本発明の範囲に含 まれる。 トーチ６の端部に形成されたＩＣＰに近接配置されているのは、冷却フランジ ３３に取付けられたサンプリング部材、即ち標本採取部材１５と、中空先細部材 １９の形態のスキマー（skimmer）とから成るノズル−スキマー界面（インター フェイス）である。サンプリング部材１５は、ポンプ１８を介して大気圧以下（ 典型的に０．０１〜１０トル）に維持される領域１７と連通する第１のオリフィ ス１６を含む。中空先細部材１９は、その最も狭い端部に第２のオリフィスを含 むと共に、領域１７を、拡散ポンプ（図示せず）によって真空にされた別の領域 ２０から分離する。別の拡散ポンプ（図示せず）を作動させて真空にされたチャ ンバ２３は、中空先細部材１９のオリフィスを通ってノズル−スキマー・インタ ーフェイスを離れるイオンが入る別の小さいオリフィスを含む絞り３９によって 領域２０から分離される。（低能力装置においては、領域２０およびその関連ポ ンプ並びに絞り３９は除外され、イオンが中空先細部材１９のオリフィスを通っ て直接真空チャンバ２３に進入する。） この実施例において、ＩＣＰ中に形成された原子イオンが真空チャンバに進入 するときのポテンシャルは、絞り３９（絞り３９が除外された場合は部材１９） に付与される電位によって部分的に決定され、従ってこれらの 部材はインターフェイス内に存在するポテンシャルを検出するための電極手段と して機能する。図１に示されるような四極質量アナライザの場合、これらは典型 的に接地されているが、常にそうではない。説明したように、プラズマ・ポテン シャルおよびガス流量などの他のプラズマ条件と共に、イオンが真空チャンバに 進入するときのポテンシャルは、原子イオンが真空チャンバに進入するときの運 動エネルギを決定する。このエネルギはポテンシャルおよびプラズマ条件から予 測できないが、いかなる質量対電荷比のイオンも実験によって測定でき、プラズ マ条件が変らない限り、実質的に一定である。従って、いかなる質量対電荷比を 有する原子イオンも特定の運動エネルギで真空チャンバ２３に進入し、このエネ ルギは、発明者が観察したところでは、分子イオンがチャンバに入るときのエネ ルギより通常大きい。 リード線４１を介して電源１４に接続されたメッシュ・グリッド電極４０から 成るエネルギ・フィルタ手段は、図１に示されるように、真空チャンバ２３に入 るイオンを受取るように配設されている。中空先細部材１９からエネルギ・フィ ルタ手段へのイオンの効率的な移送は、符号２１で概略的に示される一連の静電 レンズによって確保される。電源１４によってグリッド電極４０に与えられるポ テンシャルは、所定の運動エネルギより低いエネルギを有するイオンがグリッド 電極を通過するのを防止すべく調節される。前述したように、この運動エネル ギは、所定の質量対電荷比を有するイオンに対する特定運動エネルギと等しくな るよう選択されている。 イオン質量フィルタおよび検出手段は、真空チャンバ２３中に設けられた四極 質量フィルタ２２およびコンバータ電極２６と電子増倍管２５とから成るイオン 検出器２４によって提供される。増倍管２５からの信号は、ディスプレイ・ユニ ット２７の増幅器を介して増幅され、ディジタル・コンピュータ２８およびター ミナル２９に更なるデータ処理を行わせる。また、このコンピュータは、四極ア ナライザ２２の機能および電源１４によってメッシュ電極４０に与えられたポテ ンシャルを制御する。 四極アナライザ２２、検知器２４およびアイテム２７、２８、２９から成るデ ータ獲得・制御システムは従来技術によるものである。また、説明したように、 磁気セクタ分析器を四極分析器２２の代りに用いてもよい。ＰＣＴ公開第ＷＯ８ ９／１２３１３号がこの分析器に適するインターフェイス（境面）を記載してい る。 図１に示される装置を本発明に利用する方法について説明してきた。単一の質 量対電荷比の原子イオンをモニターするため、コンピュータ２８を使って、所望 の質量対電荷比のイオンだけを検知器２４に送るように四極アナライザ２２を設 定し、これらのイオンが移送される最も高い値に電極４０のポテンシャルを設定 する。そこで同じ質量対電荷比、典型的に低エネルギ、の分子イオンが質量アナ ライザに進入するのを防止できる。 標本中に存在する原子イオンの質量スペクトルの一部（又は全部）を記録する ため、或は、繰返しシーケンスにおけるいくつかの質量対電荷比を監視するため 、コンピュータ２８は、質量アナライザ２２を所望の走査パターンに設定すると 共に、質量アナライザに設定される変化する質量対電荷比と一致するよう前パラ グラフに従って電極４０のポテンシャルを同時に調整するようなされている。必 要ポテンシャルは、特定の質量対電荷比での目盛測定（calibration）、データ が何も取られない段階の質量対電荷比での外挿法（extrapolation）又は補間法 （interpolation）によって事前に決定すればよい。 しかし、小範囲の質量（例えば特定元素の同位体）だけを走査する場合、電極 ４０のポテンシャルを一定値に維持すれば十分である。 次いで図２を参照するに、本発明による装置の別の好適実施例は、チャンバ２ ０および絞り３９、静電レンズ系２１および電極４０を除いて、図１の実施例と 基本構成を同じくしている（同じ参照符号で識別される）。これらの代りに、円 筒形ミラー分析器（ＣＭＡ）４４（以下で詳細に説明する）から成るエネルギ・ フィルタ手段が設けられている。ＣＭＡ４４は、中空先細部材１９のオリフィス を通過するイオンを、これのイオンが特定の運動エネルギを有するとき、質量ア ナライザ２２の入口孔に誘導するようになっている。ＣＭＡは、更に、そのエネ ルギ透過特性により、低エネルギを有するイオンの 通過を防止する。ＣＭＡは、形成可能エネルギ窓を有し、その窓の巾および絶対 平均位置は質量アナライザの走査と同期できる。 図３は、図２の装置への使用に適するＣＭＡの詳細を示す図である。このＣＭ Ａは、円筒形オンアクシス（on-axis）装置で、その中に直接視線が延びていな い（もってフォトンおよび中性核種（neutral species）の通過が防止される） 。この装置は、内側円筒形固体電極４２および外側円筒形電極４３から成る。こ のＣＭＡの操作法は広く知られており、ここで説明する必要はない。しかし、Ｃ ＭＡと四極アナライザの効率的組合せは簡単なものではない。ＣＭＡがその軸に 対して約４２゜の角度でイオンを受取って集束するのに対し、四極装置はこれに 導入されるイオンが軸と実質的に符合する軌跡を有するからである。図３に示さ れるＣＭＡにおいて、インターフェイスは、内側電極４２の整形端部および湾曲 補助電極４５、４６を介して達成される。このＣＭＡの操作モードおよび四極質 量アナライザとの組合せについてはヨーロッパ特許公報第Ａ−０２２３５２０号 に詳しく記載されている。 しかしながら、静電一部球状又は円筒形アナライザなどの他の種類のエネルギ ・フィルタも本発明に使用でき、こういった組合せが上述の簡単な装置よりも良 い解像度を提供し、この結果、特に低い質量対電荷比での原子および分子イオン の分別が向上する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年９月８日 【補正内容】 本発明は、分子および多重電荷イオンからの同重体干渉が減少する、ＩＣＰ又 はＭＩＰ質量分析計による標本の元素分析方法を提供することを目的とする。 本発明のもう１つの目的は、前記方法を実施するための装置を提供することで ある。 これらの目的達成のため、本発明は、プラズマ質量分析計により標本の元素組 成を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマ中に前記 標本を導入してその中に存在する元素から原子イオンを生成するステップと、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマー・インターフェイス から真空チャンバに通すステップであって、前記インターフェイスは、所定質量 対電荷比の原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空チャンバに進入するよう 前記原子イオンが前記チャンバに進入する電位を決定するための電極手段から成 るステップと、 から成り、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有する少なくとも前記所 定質量対電荷比の分子イオンがステップｄ）に進むのを防止すべく、低遮断エネ ルギを所定の質量対電荷比の前記原子イオンの前記特定運動エネルギに設定する ことにより、分子および多電荷イオンによる同重体干渉を減らすため前記チャン バに入る前記イオンをエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過し て前記所定質量対電荷比を有する前記イオンを検出するステップと、 を更に含むことを特徴とする元素組成決定方法を提供した。 便利なことに、ステップｄ）は、四極質量アナライザを用いて実施でき、磁気 セクタ分析器を用いることもできる。エネルギろ過ステップｃ）は、不要イオン から必要イオンを分けるのに十分な解像度を有するエネルギフィルタで実施すれ ばよい。条件を以下に更に示す。遅延グリッド若しくはプレート分析器、平行プ レート又は静電円筒若しくは球形分析器又は円筒形ミラー分析器の全部を使用し てもよい。好ましくは、真空チャンバへの原子イオンの進入点とステップｄ）で 用いる質量アナライザとの間に視線路がないのがよい。 発明者が観察したところでは、ＩＣＰ質量分析計において、ＩＣＰに生成され た一定のスピーシーズ（種）は、他のものとは際立って異なるイオン・エネルギ を示した。特に、Ｂｅ、ＩｎおよびＵなどの単荷電（即ち、原子）“アナライト （analyte）”スピーシーズが、質量とともに着実に（実験条件により、例えば 約８ｅＶ〜１２ｅＶに）増大するイオン・エネルギ分布を特徴としているのに対 し、Ａｒ₂およびＡｒ０、その他の酸化イオンなどの分子スピーシーズは、実質 的に異なるイオン・エネルギを示し、ほとんどの場合、類似の質量対電荷比の原 子イオンのものより低かった。 また、多荷電スピーシーズは、典型的原子イオンと異なるイオン・エネルギ特 性を示した。実験の結果、ノズル−スキマー・インターフェイスと従来型ＩＣＰ 質量分析計の質量アナライザとの間にエネルギ・フィルタを配置することにより 、原子イオンの運動エネルギより小さい運動エネルギを有するイオンが（いかな る特定の質量対電荷比でも）質量アナライザに進入するのを防止でき、もって特 に分子イオンによる干渉が実質的に減らせることが分った。 質量対電荷比によるイオン・エネルギの変化および類似質量対電荷比の分子お よび原子スピーシーズのイオン・エネルギの差の理由は分っていない。しかし、 前者の 請求の範囲 １．プラズマ質量分析計により標本の元素組成を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマ中に前記 標本（１）を導入してその中に存在する元素から原子イオンを生成するステップ と、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマー・インターフェイス （１５，１９）から真空チャンバ（２３）に通すステップであって、前記インタ ーフェイスは、所定質量対電荷比の原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空 チャンバ（２３）に進入するよう前記原子イオンが前記チャンバに進入する電位 を決定するための電極手段（４０）から成るステップと、 から成り、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有する少なくとも前記所 定質量対電荷比の分子イオンがステップｄ）に進むのを防止すべく、低遮断エネ ルギを所定の質量対電荷比の前記原子イオンの前記特定運動エネルギに設定する ことにより、分子および多電荷イオンによる同重体干渉を減らすため前記チャン バに入る前記イオンをエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過して前記所定質量対電荷比 を有する前記イオンを検出するステップと、 を更に含むことを特徴とする元素組成決定方法。 ２．前記特定運動エネルギは、前記質量対電荷比によって変化し、ステップｃ） で除去されたエネルギは、所望の前記原子イオンのエネルギに対応するよう変え られることを特徴とする請求項１に記載の元素組成決定方法。 ３．前記質量ろ過ステップｄ）は、前記所定質量対電荷比のイオンの連続検出を 許容するよう配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の元素組成 決定方法。 ４．前記質量ろ過ステップｄ）は、一定範囲の質量対電荷比を有するイオンの連 続検出を許容するよう配設されており、前記エネルギろ過ステップは、前記質量 対電荷比の各々で前記特定エネルギより小さいエネルギを有する各前記質量対電 荷比の分子イオンのステップｄ）への通過を阻止するようなされていることを特 徴とする請求項１又は２に記載の元素組成決定方法。 ５．前記質量ろ過ステップは、四極質量分析器を用いて実施されることを特徴と する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 ６．前記質量ろ過ステップは、磁気セクタ分析器を用い て実施されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の元素組成 決定方法。 ７．前記エネルギろ過ステップは、遅延グリッドを用いて実施されることを特徴 とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 ８．前記エネルギろ過ステップは、円筒形ミラー分析器を用いて実施されること を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 ９．前記エネルギろ過ステップは、荷電平行プレートを用いて実施されることを 特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プラズマ質量分析計により標本の元素組成を決定する方法であって、 ａ）不活性ガス中に形成された誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマ中に前記 標本を導入してその中に存在する元素から原子イオンを生成するステップと、 ｂ）前記原子イオンの少なくとも一部をノズル−スキマー・インターフェイス から真空チャンバに通すステップであって、前記インターフェイスは、所定質量 対電荷比の原子イオンが特定の運動エネルギで前記真空チャンバに進入するよう 前記原子イオンが前記チャンバに進入する電位を決定する電極手段から成るステ ップと、 ｃ）前記特定運動エネルギより小さい運動エネルギを有する少なくとも前記所 定質量対電荷比の分子イオンがステップｄ）に進むのを防止するため前記チャン バに入る前記イオンをエネルギろ過するステップと、 ｄ）ステップｃ）で通過した前記イオンを質量ろ過して前記所定質量対電荷比 を有する前記イオンを検出するステップと、 から成ることを特徴とする元素組成決定方法。 ２．前記特定運動エネルギは、前記質量対電荷比によって変化し、ステップｃ） で除去されたエネルギは、所望の前記原子イオンのエネルギに対応するよう変え られる ことを特徴とする請求項１に記載の元素組成決定方法。 ３．前記質量ろ過ステップｄ）は、前記所定質量対電荷比のイオンの連続検出を 許容するよう配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の元素組成 決定方法。 ４．前記質量ろ過ステップｄ）は、一定範囲の質量対電荷比を有するイオンの連 続検出を許容するよう配設されており、前記エネルギろ過ステップは、前記質量 対電荷比の各々で前記特定エネルギより小さいエネルギを有する各前記質量対電 荷比の分子イオンのステップｄ）への通過を阻止するようなされていることを特 徴とする請求項１又は２に記載の元素組成決定方法。 ５．前記質量ろ過ステップは、四極質量分析器を用いて実施されることを特徴と する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 ６．前記質量ろ過ステップは、磁気セクタ分析器を用いて実施されることを特徴 とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 ７．前記エネルギろ過ステップは、遅延グリッドを用いて実施されることを特徴 とする請求項１乃至６のいずれ か１項に記載の元素組成決定方法。 ８．前記エネルギろ過ステップは、円筒形ミラー分析器を用いて実施されること を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 ９．前記エネルギろ過ステップは、荷電平行プレートを用いて実施されることを 特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の元素組成決定方法。 １０．標本の元素分析のためのプラズマ質量分析計であって、 ａ）不活性ガス中に誘導結合又はマイクロ波誘導プラズマを生成する手段と、 ｂ）前記プラズマ中に存在する元素から原子イオンを生成するため前記プラズ マに前記標本を誘導する手段と、 ｃ）前記プラズマに近接配置されて前記原子イオンの少なくとも一部を真空チ ャンバに通すノズル−スキマー・インターフェイス手段であって、前記原子イオ ンが前記チャンバに進入するときのポテンシャルを決定する電極手段から成るノ ズル−スキマー・インターフェイス手段と、 ｄ）前記真空チャンバに進入するイオンを受取り、特定のものより小さい運動 エネルギを有するイオンが下記ｅ）のイオン質量ろ過手段に到達するのを防止す るよう 配設されたエネルギろ過手段と、 ｅ）前記標本の元素組成を決定するため前記ｄ）を通過した前記イオンを検出 するためのイオン質量ろ過・検出手段と、 ｆ）選択された質量対電荷比が連続的に検出されるように前記イオン質量ろ過 ・検出手段を制御する手段と、 ｇ）低い運動エネルギを有する同じ質量対電荷比の分子イオンの透過を防止す るため、除去されたエネルギをいかなる場合にも前記選択された質量対電荷比の 原子イオンのエネルギに設定すべく前記エネルギろ過手段を制御する手段と、 から成ることを特徴とするプラズマ質量分析計。