JPH10142155A - Ｉｃｐ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度の元素分析を行えるＩＣＰ質量分析装
置を提供する。 【解決手段】 プラズマイオン導入部３からイオン検出
部５までのイオン通路のいずれかの部分にレーザ光源１
６によりレーザ光Ｌを照射し、レーザ光Ｌの照射により
励起された妨害分子イオンから放射される蛍光を蛍光検
出部２０により検出し、その検出値を、イオン検出部５
で検出した検出すべき元素の検出値から差し引くこと
で、検出すべき元素の検出精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、試料をＩＣＰによ
りイオン化して質量分析を行うＩＣＰ質量分析装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣＰ質量分析装置では、次の
ようにして質量分析を行っている。すなわち、まず、プ
ラズマトーチの誘導コイルに高周波電流を流して発生す
る高周波誘導電磁界により試料をプラズマ化し、これに
より生成されたプラズマイオンをプラズマイオン導入部
に導入する。プラズマイオン導入部を通過したイオンは
イオン収束部に導かれ、イオン収束部では、イオンレン
ズ等により、後方のイオン検出部に向けてイオンを収束
し、イオン検出部では、質量分離器によりイオンの質量
分離を行ったのち、特定のイオンをエレクトロンマルチ
プライヤのようなイオン検出器で検出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成されたＩＣＰ質量分析装置で元素分析を行う場合、
検出すべき元素によっては、検出イオンと質量の近い分
子イオンが発生して検出イオン中に混在してしまうこと
がある。このような妨害分子イオンは主に次のようにし
て発生する。すなわち、試料プラズマをプラズマイオン
導入部を介して導入する際に、プラズマイオン導入部の
イオン導入孔（サンプリングコーンの開口が相当する）
の縁部に接触した試料プラズマがこの縁部によって冷却
され、様々な再結合反応が促進されて、妨害分子イオン
量が増大する。

【０００４】妨害分子イオンとしては、例えば、アルゴ
ンプラズマを使用する場合には、検出すべき元素である
³⁹Ｋに対して³⁸ＡｒＨがあり、⁴⁴Ｃａに対しては¹²Ｃ¹⁶
Ｏ¹⁶Ｏが、また⁵⁶Ｆｅに対しては⁴⁰Ａｒ¹⁶Ｏがある。こ
のような妨害分子イオンが混在していると、妨害分子イ
オンにより特定の元素のイオンの検出が妨害されること
になり、元素の検出感度が低下する。そのため、元素分
析に当たっては、検出すべき元素のイオンと質量の近い
分子イオンの発生を防止する必要がある。

【０００５】これに対して、ＩＣＰ質量分析装置におい
ては、プラズマイオン導入部を差動排気室を有する構造
にすることで、妨害分子イオンの発生を抑えることが図
られている。すなわち、プラズマイオン導入部に、段階
的に真空度の異なる複数の差動排気室を配置すること
で、イオン導入孔を有する排気室（プラズマ導入端に位
置している）の真空度を低くする。そして、これよって
イオン導入孔の口径を大きくして、導入される試料イオ
ンの大部分がイオン導入孔の縁部に接触しにくくし、試
料プラズマの冷却を抑えて、妨害分子イオンの発生を抑
制している。

【０００６】しかしながら、プラズマイオン導入部を差
動排気室構造にすることにより、妨害分子イオンの発生
をある程度まで防止することができるものの、微量元素
の分析に必要なレベルまで分析精度を上げるまでには至
っておらず、妨害分子イオンの影響をさらに抑制するこ
とが望まれていた。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、妨害分子イオンの影響を軽減して、
分析の精度を高めることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決するために、ＩＣＰで発生するプラズマイオンを
プラズマイオン導入部から導入して、イオン検出部で検
出するＩＣＰ質量分析装置において、プラズマイオン導
入部からイオン検出部までのイオン通路のいずれかの部
分に光ビームを照射する照射手段と、前記光ビームの照
射により励起されたプラズマイオンから放射される蛍光
を検出する蛍光検出手段とを備えたことに特徴を有して
いる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
の形態に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の
形態に係るＩＣＰ質量分析装置の概略構成図である。

【００１０】同図において、符号１はプラズマトーチ、
２はその誘導コイルであり、３は、プラズマトーチ１か
らのイオンをサンプリングして導入するプラズマイオン
導入部であり、４は、プラズマイオン導入部３を通過し
たイオンを収束するイオン収束部であり、５は、イオン
収束部４で収束されたイオンを質量分離して検出するイ
オン検出部である。

【００１１】プラズマイオン導入部３は、イオン通過軸
Ｏの方向に沿って前後に配置されたサンプリングコーン
６とスキマコーン７とを備えたもので、両コーン６，７
の間には第１差動排気室８が形成されている。そして、
サンプリングコーン６とスキマコーン７には、それぞれ
開口６ａ，７ａがイオン通過軸Ｏと同軸に形成されてい
る。また、これら両コーン６，７の間の第１差動排気室
８には、排気管９を通じて図示しない真空ポンプが接続
されている。

【００１２】イオン収束部４は、拡散ポンプのような排
気手段で真空排気される第２差動排気室１０を備え、こ
の第２差動排気室１０には、プラズマイオン導入部３を
通過したイオンを引き出すイオン引出電極１１と、この
イオン引出電極１１で引き出されたイオン軌道Ｋをイオ
ン検出部５に向けて収束させる偏光イオンレンズ系１２
が設けられている。なお、偏光イオンレンズ系１２は、
プラズマトーチ１で発生した光がノイズとなってイオン
検出部１５に直接入光しないように、プラズマイオン導
入部３でのイオン通過軸Ｏに対して、イオン収束部４で
のイオン通過軸Ｏが若干ずれるように、イオン軌道Ｋを
導いている。

【００１３】イオン検出部５は、拡散ポンプ等で真空排
気される真空室１３を備え、この真空室１３内には、イ
オン収束部４からのイオンを質量分離する四重極型の質
量分離器１４と、この質量分離器１４で質量分離された
特定のイオンを検出するエレクトロンマルチプライヤの
ようなイオン検出器１５とが配置されている。

【００１４】さらに、このＩＣＰ質量分析装置では、第
２差動排気室１０内のイオン軌道Ｋに対して光ビームを
照射する照射手段としてのレーザ光源１６と、レーザ光
源１６から照射されたレーザ光Ｌをイオン通過軸Ｏに沿
って導く反射鏡１７Ａと、イオン通過軸Ｏに沿って導光
されたレーザ光Ｌをイオン通過軸Ｏから離反する向きに
再度反射させる反射鏡１７Ｂと、レーザ光Ｌにより励起
されたイオンから生じる蛍光を集光する集光レンズ１８
と、集光レンズ１８で集光された蛍光を装置外部に導出
する光ファイバ１９と、光ファイバ１９で導出された蛍
光を検出する蛍光検出部２０と、イオン検出器１５で検
出したイオン質量検出値と、蛍光検出部２０で検出した
蛍光量（イオン質量検出値）とから最終的な質量検出値
を算出する質量算出部２１とを備えている。なお、符号
２２，２３は、レーザ光源１６から照射されたレーザ光
Ｌを第２差動排気室１０内外に透過させる透過窓であ
る。

【００１５】レーザ光源１６のレーザ光Ｌは、特定の妨
害分子イオンを励起しうる波長に設定されている。ここ
で、特定の妨害分子イオンとは、プラズマイオン導入部
３から導入されるイオン流に含まれる可能性のある分子
イオンであって、検出すべき元素に対して質量の近いも
のをいい、高感度の元素分析の阻害要因となるものであ
る。このような特性の妨害分子イオンは検出すべき元素
や、その他の分析条件から予め推測しうるものである。
また、特定の妨害分子イオンを励起しうるレーザ光の波
長とは、その分子の分子構造に依存するもので、実験や
計算により求められる。

【００１６】次に、上記の構成を備えたＩＣＰ質量分析
装置の主要動作について説明する。プラズマトーチ１の
誘導コイル２に高周波電流を流すことで、試料がプラズ
マ化され、これにより発生したプラズマイオンは、プラ
ズマイオン導入部３を構成するサンプリングコーン６の
開口６ａを通過して第１差動排気室８に導入され、さら
に、スキマコーン７の開口７ａを通過し、イオン引出電
極１１によってイオン検出部５の側に引き出される。そ
して、イオンは、偏光イオンレンズ系１２によって後方
のイオン検出部５に向けて収束された後、イオン検出部
５内の質量分離器１４で質量分離され、質量分離された
特定のイオンがイオン検出器１５で検出される。

【００１７】このように分析されたイオンには、検出す
べき元素のイオンのほか、この元素と質量的にほとんど
差がなく、この元素の高感度の検出を阻害する分子イオ
ンが含まれている可能性がある。このような妨害分子が
含まれていると、イオン検出器１５において、検出すべ
き元素イオンと、妨害分子イオンとを分離して検出する
ことが困難になる。

【００１８】このＩＣＰ質量分析装置では、このような
妨害分子イオンの影響を、レーザ誘起蛍光分析系を用い
て次のようにして排除している。すなわち、第２差動排
気室１０に導入したイオン流に対してレーザ光源１６か
らレーザ光Ｌを照射している。レーザ光源１６から出射
されたレーザ光Ｌは、反射鏡１７Ａによってイオン通過
軸Ｏに沿って導かれ、ここで、イオン軌道Ｋ内のイオン
流に照射される。このレーザ光Ｌの波長は、イオン流に
含まれる可能性のある妨害分子イオンを選択的に共鳴励
起する波長に予め設定されており、このようなレーザ光
Ｌの照射を受けて妨害分子イオンは選択的に励起して蛍
光を発する。この蛍光は集光レンズ１８によって集光さ
れたのち、光ファイバ１９を介して蛍光検出部２０に入
力され、ここで、蛍光強度、すなわち、特定の妨害分子
のイオン量が選択的に検出される。なお、イオン流に照
射されたレーザ光Ｌは、反射鏡１７Ｂによってイオン通
過軸Ｏとは離反する向きに反射されて装置外部に引き出
されるため、イオン検出器１５にノイズとして入光され
ることはない。

【００１９】蛍光検出器２０では、測定系がイオン検出
器１５と異なるために、照射するレーザ光Ｌの波長を選
択することにより特定の妨害分子イオンが個別に検出さ
れる。そこで、イオン質量算出部２１において、イオン
検出器１５で検出された検出すべき元素イオンの質量分
析値から、蛍光検出部２０によって検出された特定の妨
害分子のイオン量を差し引くことで、検出すべき元素イ
オンの質量数を精度よく検出する。

【００２０】また、このＩＣＰ質量分析装置では、イオ
ン検出器１５と、蛍光検出部２０という二つの測定系を
備えているので、一回の測定操作（プラズマトーチ１か
らプラズマイオンの導入する操作）により、２種類の分
析を同時に行うことが可能となる。そのため、このＩＣ
Ｐ質量分析装置をこのように使用することで、分析時間
の短縮を図ることができる。

【００２１】さらには、蛍光検出部２０で検出した蛍光
量の変動を測定し、この蛍光量の変動からイオン検出器
１５で得られる質量分析値に対して内標準補正を行うこ
とで、イオン検出器１５の検出精度を高めることもでき
る。

【００２２】次に、変形例を図２を参照して説明する。

【００２３】このＩＣＰ質量分析装置は、プラズマトー
チ３０からのイオンをサンプリングして導入するサンプ
リンクコーン３１と、サンプリンクコーン３１から導入
されたイオンを収束するイオン収束部３２と、イオン収
束部３２で収束されたイオンを質量分離して検出するイ
オン検出部３３とを備えている。

【００２４】このＩＣＰ質量分析装置は、イオン通過軸
Ｏの方向に沿ってサンプリングコーン３１のみを備えた
もので、スキマーコーンを備えておらず、したがって、
前述した実施の形態における第１差動排気室は存在しな
い。

【００２５】イオン収束部３２は、拡散ポンプのような
排気手段で真空排気される差動排気室３４を備え、この
差動排気室３４には、サンプリンクコーン３１を通過し
たイオンを引き出すイオン引出電極３５と、このイオン
引出電極３５で引き出されたイオン軌道Ｋをイオン検出
部３３に向けて収束させるイオンレンズ系３６とが設け
られている。

【００２６】イオン検出部３３は、拡散ポンプ等で真空
排気される真空室３７を備え、この真空室３７内には、
イオン収束部３２からのイオンを質量分離する四重極型
の質量分離器３８と、この質量分離器３８で質量分離さ
れた特定のイオンを検出するエレクトロンマルチプライ
ヤのようなイオン検出器３９とが配置されている。

【００２７】さらに、このＩＣＰ質量分析装置では、差
動排気室３４内のイオン軌道Ｋに対して、プラズマトー
チ３０の後方からサンプリングコーン３１の開口３１ａ
（イオン導入孔）を通じてイオン通過軸Ｏに沿って光ビ
ームを照射する照射手段としてのレーザ光源４０と、レ
ーザ光源４０から照射されたレーザ光Ｌをイオン通過軸
Ｏから離反する向きに反射させてイオン検出器３９への
入射を阻止する反射鏡４１とを備えている。なお、符号
４２は、レーザ光源４０から照射されたレーザ光Ｌを差
動排気室３４の外部に透過させる透過窓である。

【００２８】レーザ光源４０から照射されるレーザ光Ｌ
の波長は、検出すべき元素と質量的に近似する特定の妨
害分子イオンを分解しうる値に設定されている。ここ
で、特定の妨害分子イオンとは、プラズマトーチ３０か
らのイオン流に含まれる可能性のある分子イオンであっ
て、検出すべき元素と質量の近いものをいい、高感度の
元素分析の阻害要因となるものであって、検出すべき元
素や、その他の分析条件から予め推測しうるものであ
る。また、特定の妨害分子イオンを分解しうる波長と
は、その分子の分子構造に依存するもので、実験や計算
により求められる。

【００２９】なお、レーザ光Ｌの波長は特定せず、サン
プリングコーン３１の開口（イオン導入孔）を高温に保
ち、全体的に妨害分子の発生を抑制するように、高出力
のレーザ光線を用いる構成としてもよい。

【００３０】上記の構成において、プラズマトーチ３０
で発生したイオンは、サンプリングコーン３１の開口３
１ａを通過して差動排気室３４に導入され、イオン引出
電極３５によってイオン検出部３３側に引き出される。

【００３１】このように引き出されたイオンには、検出
すべき元素の原子イオンのほか、その原子イオンと質量
的に差がなく、該元素の高感度の検出を阻害する分子イ
オンが含まれている可能性がある。

【００３２】この分子イオンは、差動排気室３４の間で
イオン流にレーザ光Ｌが照射されることにより、レーザ
光Ｌのエネルギーを吸収して、より質量の少ない分子イ
オン、もしくは原子イオンに分解する。

【００３３】そして、イオンは、イオンレンズ系３６に
より、後方のイオン検出部３３に向けて収束された後、
イオン検出部３３内の質量分離器３８で質量分離され、
質量分離された特定のイオンがイオン検出器３９で検出
される。

【００３４】このＩＣＰ質量分析装置では、イオン流に
含まれる特定の妨害分子イオンの多くはレーザ光Ｌの照
射により分解して減少しているから、検出すべき元素の
原子イオンとともに質量分離、検出される分子イオンは
少なく、高感度で元素の検出が行われる。

【００３５】さらには、妨害分子イオンをレーザ光Ｌの
照射により分解してそのの影響を排除しているので、構
成上、次のような特徴がある。すなわち、従来、妨害分
子イオンの発生を抑えるために、サンプリンクコーン３
１の開口３１ａの口径を大きくせざるを得ず、それに伴
って、差動排気室を第１、第２といったように複数設け
たうえで、これら差動排気室の間にスキマーコーンを設
けることで高真空の維持を図っていた。

【００３６】しかしながら、レーザ光Ｌの照射により妨
害分子イオンを分解させることが可能となったこのＩＣ
Ｐ質量分析装置では、サンプリンクコーン３１の開口３
１ａの口径を大きくして、妨害分子の発生を抑制する必
要がなくなった。そのため、開口３１ａの口径を小さく
して高真空を維持することが可能となり、それに伴っ
て、複数の差動排気室および、複数の差動排気室の間に
設けるスキマーコーンを設ける必要がなくなり、その
分、ＩＣＰ質量分析装置の構成が簡単になっている。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。

【００３８】検出すべき元素のイオンと質量的に近似す
る防止分子イオンの分析値を、蛍光検出手段により検出
して、イオン検出部で検出した検出すべき元素の分析値
から差し引くことで、防止分子イオンの影響を排除する
ことができ、その分、高精度の元素分析が行える。

【００３９】また、イオン検出部と、蛍光検出手段とい
う二つの測定系を備えているので、一回の測定操作によ
り、２種類の分析を同時に行うことが可能となり、その
分、分析時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＩＣＰ質量分析装置
の概略構成図である。

【図２】変形例に係るＩＣＰ質量分析装置の概略構成図
である。

【符号の説明】

１ プラズマトーチ ３ プラズマイオ
ン導入部 ４ イオン収束部 ５ イオン検出部 １６ レーザ光源（照射手段） ２０ 蛍光検出部 ２１ 質量算出部 Ｌ レーザ光
（光ビーム）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＣＰで発生するプラズマイオンをプラ
   ズマイオン導入部から導入して、イオン検出部で検出す
   るＩＣＰ質量分析装置であって、 プラズマイオン導入部からイオン検出部までのイオン通
   路のいずれかの部分に光ビームを照射する照射手段と、 前記光ビームの照射により励起されたプラズマイオンか
   ら放射される蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えたこ
   とを特徴とするＩＣＰ質量分析装置。