(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正化学イオン化用イオン源及び負化学イオン化用イオン源のいずれをも内部に配設可能なイオン化室を備える質量分析計において、
a)前記イオン化室の外部から内部へ試料を導入するための流路であって、前記イオン化室内において第一分岐路及び第二分岐路に分岐しており、このうち第一分岐路は前記イオン化室内に配設されたイオン源のガス導入口に接続される、という構成を有する試料導入路と、
b)前記イオン化室の外部から内部へ反応ガスを導入するための反応ガス導入路と、
c)前記反応ガス導入路の前記イオン化室の内部に配された端部と前記試料導入路の第二分岐路とを接続する第一流路、及び、前記第二分岐路の先端を開放した状態で前記反応ガス導入路の前記イオン化室内に配された端部と該イオン化室内に配設されたイオン源のガス導入口とを接続する第二流路の、いずれか一方の流路を選択して形成可能な反応ガス流路形成手段と、
を備えることを特徴とする質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は質量分析計に関し、特に、化学イオン化（Chemical Ionization）法によりガス状試料をイオン化することのできるイオン化部を備える質量分析計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学イオン化質量分析法の原理はおよそ次のようなものである。まず、反応ガス（メタン、イソブタン、アンモニア等）をイオン化室に導入し、その気圧が１Ｔｏｒｒ程度となるようにした状態で、反応ガスを電子衝撃等によりイオン化する。こうして生成されたイオン（反応イオン）は、同じくイオン化室に導入された試料分子とイオン−分子反応を起こし、その結果、新たなイオン（［Ｍ＋Ｈ］+等）が生成される。このイオンを質量分析部に送り、質量スペクトルを調べることにより、試料分子の同定を行なう。
【０００３】
一般に化学イオン化というと、上記のような工程で正イオンを生成する方法を指すことが多いが、これとは別に、負イオンを生成する方法もある。そこで、本明細書では、正イオンが生成される化学イオン化を正化学イオン化（Positive Chemical Ionization、ＰＣＩ）と、また負イオンが生成されるような化学イオン化を負化学イオン化（Negative Chemical Ionization、ＮＣＩ）と、それぞれ呼ぶことにする。また、正化学イオン化を利用した質量分析をＰＣＩ分析と呼び、負化学イオン化を利用した質量分析をＮＣＩ分析と呼ぶことにする。
【０００４】
図３は従来より知られている質量分析計のイオン化部を示す概略構成図である。このイオン化部において、イオン化室４２は内部に空間を有する容器状部材で、その一側面に扉又は蓋（図示せず）を有している。図３は、この扉又は蓋を開いて内部が見えるようにした様子を描いたものであり、上記扉又は蓋を閉じると、イオン化室４２は気密に密閉される。また、イオン化室４２には図示せぬ真空ポンプが接続されており、上記のようにイオン化室４２を密閉した状態で前記真空ポンプを起動することにより、イオン化室４２内の空気を除去することができる。
【０００５】
イオン化室４２内にはガス導入口４４ａを備えるイオン源４４が配設されており、前記ガス導入口４４ａは、フレキシブル管４６を介して、イオン化室４２に備えられた混合ガス導入管４８に接続されている。混合ガス導入管４８は、イオン化室４２の壁を貫通して外部へ出ており、その先端には、２つの接続口を有する接続部４９が設けられている。この接続部４９の１つの接続口は試料供給管５０を介して試料供給源５２に接続されている一方、他の接続口は反応ガス供給管５４を介して反応ガス供給源５６に接続されている。試料供給管５０の途上には流路抵抗５８及び流量調節弁５９が配設されており、反応ガス供給管５４の途上には流路抵抗６０が配設されている。
【０００６】
イオン化方式が異なると、イオン化のための適正な環境条件（温度、圧力等）が異なる。このため、ＰＣＩ用イオン源、ＮＣＩ用イオン源といったように、イオン化方式に応じたイオン源がそれぞれ用意されており、使用者は分析に応じて適当なイオン源を選択し、イオン化室４２内にこれを配設する。
【０００７】
上記のような構成を有するイオン化部を備える質量分析計の調整方法について考える。まず、実施しようとする分析がＰＣＩ分析である場合は、ＰＣＩ用イオン源をイオン化室４２内に配設した上で、試料供給管５０を標準試料の封入された試料供給源５２に接続する。そして、標準試料ガスと反応ガスをイオン源４４内に導入し、イオン−分子反応によりイオンを生起させて、質量分析を行なう。一方、実施しようとする分析がＰＣＩ分析である場合は、ＰＣＩ用イオン源をイオン化室４２内に配設した上で、上記と同じようにする。
【０００８】
なお、化学イオン化質量分析のために質量分析計を調整する際には、その分析がＰＣＩ分析であるか、ＮＣＩ分析であるかに関わらず、フッ素系の標準試料であるＰＦＴＢＡ(PerFluoro-Tri-ButylAmine)を用いるのが一般的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＣＩ分析は、特にハロゲン化合物やニトロ化合物の検出を高感度で行なうのに適した分析法として知られている。つまり、同一量のハロゲン化合物やニトロ化合物を試料として用いた場合、負化学イオン化では、正化学イオン化に比べて、はるかに多量のイオンが生成される。ところで、先に言及した標準試料ＰＦＴＢＡはフッ素系化合物、すなわちハロゲン化合物の一種である。従って、上記のように質量分析計の調整を行なう場合、ＮＣＩ分析のための調整では、微小量の標準試料を用いるだけで調整のために十分な感度、すなわち、質量スペクトル上で目的のピークが明瞭に識別できるような感度で、標準試料のイオンを検出することができる。一方、正化学イオン化では、負化学イオン化に比べて、より多くの標準試料が必要であるだけでなく、イオン化室圧力をより高くすることによりイオン化効率を高めることが望ましい。これらの事情を考慮すると、標準試料のガスをイオン化室へ供給する流量は、ＰＣＩ分析のための調整時にはこれを適宜大きくし、ＮＣＩ分析のための調整時にはこれを適宜小さくすることにより、いずれの場合でも適正な感度で標準試料のイオンが検出されるようにすることが必要となる。このため従来より、図３に示したように、試料導入路の途上には流量調節弁を配設し、その開度を適宜調節することにより、標準試料ガスの供給流量を適宜調節できるようにしていた。ところで、標準試料ガスの供給流量は通常、０．０１〜０．１ミリリットル／分といった極めて小さな値であるから、それに応じた精度の高い流量調節が可能な流量調節弁を用いる必要があり、これが製造コストを高める一因となっていた。
【００１０】
また、ＮＣＩ分析のための調整に関しては、次のような問題もあった。標準試料を用いた調整作業が終了したら、イオン源内に残留した試料やイオン等を外部へ排出し、未知試料の分析を開始できる状態にする必要がある。ところで、化学イオン化に用いられるイオン源は、効率的なイオン化のため高い気密性を有するように構成されており、その壁面には、電子流を入射させるための微小孔や、内部で生成されたイオンを質量分析部へ導入するための微小孔等、最低限必要とされる微小孔が設けられているのみであり、このような微小孔を通じて、イオン源内の残留イオン等が外部へ排出される。ＰＣＩ分析のための調整においては、先に述べたように、標準試料から生成されるイオンの数はそれほど多くないため、調整の終了後に標準試料の供給を停止すれば、比較的短い時間で、イオン源や流路内に残留した試料やイオン等の大部分が外部に排出される。一方、ＮＣＩ分析のための調整においては、たとえ標準試料ガスの流量を上記のように小さくしても、ＰＣＩ分析のための調整においてよりも多くのイオンが生成されるため、残留した試料やイオン等の排出にもそれだけ時間がかかる。これが、ＮＣＩ分析の効率化を妨げる一因となっていたのである。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ＮＣＩ分析のための調整においては適度に小さな流量で標準試料をイオン化室に供給することができ、しかも、調整終了後にはイオン源内の残留イオン等を従来よりも短時間で排出できるような構造を有するイオン化部を備える質量分析計を、安価に提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析計は、正化学イオン化用イオン源及び負化学イオン化用イオン源のいずれをも内部に配設可能なイオン化室を備える質量分析計において、
d)前記イオン化室の外部から内部へ試料を導入するための流路であって、前記イオン化室内において第一分岐路及び第二分岐路に分岐しており、このうち第一分岐路は前記イオン化室内に配設されたイオン源のガス導入口に接続される、という構成を有する試料導入路と、
e)前記イオン化室の外部から内部へ反応ガスを導入するための反応ガス導入路と、
f)前記反応ガス導入路の前記イオン化室の内部に配された端部と前記試料導入路の第二分岐路とを接続する第一流路、及び、前記第二分岐路の先端を開放した状態で前記反応ガス導入路の前記イオン化室内に配された端部と該イオン化室内に配設されたイオン源のガス導入口とを接続する第二流路の、いずれか一方の流路を選択して形成可能な反応ガス流路形成手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る質量分析計においては、イオン化室の内部へ試料を導入するための試料導入路と、イオン化室の内部へ反応ガスを導入するための反応ガス導入路が、別個に設けられている。試料導入路のイオン化室内に配された端部は第一分岐路と第二分岐路に分かれており、このうち第一分岐路は、イオン化室内に配設されたイオン源のガス導入口に着脱可能に構成されている。例えば、イオン源のガス導入口の形状が管状であれば、第一分岐路の先端部をフレキシブル管（例えばテフロン管）を用いて構成することにより、該先端部を前記管状のガス導入口に着脱可能とすることができる。反応ガス流路形成手段の一例としては、例えば、十分な長さを有するフレキシブル管の一端をイオン化室内で反応ガス導入路の一端に接続して成るものが挙げられる。この場合、前記フレキシブル管の反応ガス導入路に接続されていない一端を、試料導入路の第二分岐路の先端に接続すれば、反応ガス導入路からイオン化室内部へ流入するガスを第二分岐路へ導くための流路（第一流路）が形成される。一方、前記フレキシブル管の一端を、イオン化室内に配設されたイオン源のガス導入口に接続すれば、反応ガス導入路からイオン化室内部へ流入するガスをイオン源へ導くための流路（第二流路）が形成される。
【００１４】
上記のような構成を有する質量分析計を用いてＮＣＩ分析のための調整作業を行なう場合、まず、試料導入路には標準試料供給源を、また反応ガス導入路には反応ガス供給源を、それぞれ接続する。イオン化室内には負化学イオン化用イオン源を配設し、第一分岐路の先端部を前記イオン源のガス導入口に接続する。また、反応ガス流路形成手段により、反応ガス導入路とイオン源のガス導入口とを接続する流路（第二流路）を形成する。なお、第二分岐路の先端部には何も接続せず、その先端がイオン化室内に開放された状態にしておく。
【００１５】
上記のようにイオン化室内の流路を構成すると、標準試料供給源から流出する標準試料ガスは、試料導入路を通じてイオン化室内部へ導入され、その一部は第一分岐路を通じてイオン源内へ流入する。一方、標準試料ガスの残りの分はスプリットされ、第二分岐路を通じてイオン化室内に放出される。こうして放出された標準試料ガスは、最終的には真空ポンプ等によりイオン化室の外部へ排出される。このように、上記のような流路構成によれば、標準試料の一部のみがイオン源内へ導入されるようになるのであり、更に、第一分岐路と第二分岐路の流路抵抗比が所望の値となるように予め各分岐路の構成（形状、長さ、内径等）を適宜決定しておけば、適切な流量で標準試料ガスがイオン源内へ供給されるようになるのである。また、調整作業が終了した後、標準試料供給源からの試料の供給を止めると、イオン源内に残留するイオン等が第一分岐路を逆流し、更に、第二分岐路を通じてイオン化室内に速やかに放出される。従って、調整作業の終了後は、従来よりもはるかに短時間で次の分析作業へ移行することができるのである。
【００１６】
なお、ＰＣＩ分析のための調整作業を行なう場合は次のようにする。まず、試料導入路には標準試料供給源を、また反応ガス導入路には反応ガス供給源を、それぞれ接続する。イオン化室内には正化学イオン化用イオン源を配設し、第一分岐路の先端部を前記イオン源のガス導入口に接続する。また、反応ガス流路形成手段により、反応ガス導入路のイオン化室内に配された端部と前記第二分岐路とを接続する流路（第一流路）を形成する。このように流路を構成すれば、全ての標準試料及び反応ガスがイオン源に導入されるため、イオン化室内の圧力も十分に高くなり、従来と同様にＰＣＩ分析のための調整を行なうことができる。
【００１７】
なお、以上の説明では、標準試料が、ＰＣＩ分析によるよりも、ＮＣＩ分析による方がより高感度に検出されるような物質であることを前提としたのであるが、仮に、ＰＣＩ分析による方がより高感度に検出されるような標準試料を用いるとすれば、イオン化方式と流路の対応を逆にする、すなわち、ＮＣＩ分析のための調整時には第一流路を用い、ＰＣＩ分析のための調整時には第二流路を用いることにより、適切に調整を行なうことができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る質量分析計は、フレキシブル管等を利用した簡単な構成の流路を採用することにより、標準試料が、化学イオン化の種類に応じた適正な流量でイオン源に供給されるようにしたものであり、流量調節弁のような高価な部品を用いた従来の質量分析計よりも低コストでこれを製造することができる。更に、本発明に係る質量分析計では、ＮＣＩ分析のための調整作業の終了後、イオン源内の残留イオン等を速やかに排出することができるため、分析の効率化にも寄与するものである。
【００１９】
【実施例】
本発明に係る質量分析計の一実施例を図１及び図２を参照しながら説明する。まず、図１は、ＮＣＩ分析のための調整を行なう場合における本実施例のイオン化部の様子を示す概略構成図である。イオン化室１２の内部には、２本のガス導入口１３ａ及び１３ｂを有する負化学イオン化用のイオン源１３が配設されている。また、イオン化室１２の壁には、互いに独立した試料導入管１４及び反応ガス導入管１６が、イオン化室１２の壁を外部から内部へ貫通する状態で、備えられている。試料導入管１４のイオン化室１２内にある先端には分岐部１４ａが設けられており、ここから先は管が第一分岐管１４ｂ及び第二分岐管１４ｃの２方に分岐している。このうち、第一分岐管１４ｂは、フレキシブル管１８を介して、イオン源１３の一方のガス導入口１３ａと接続されているが、第二分岐管１４ｃには管等は接続されていない。一方、反応ガス導入管１６は、別のフレキシブル管２０を介して、イオン源１３の別のガス導入口１３ｂと接続されている。
【００２０】
試料導入管１４の、イオン化室１２の外に出た一端は、試料供給管５０を介して、標準試料が封入された試料供給源５２と接続されている。同様に、反応ガス導入管１６の、イオン化室１２の外に出た一端は、反応ガス供給管５４を介して、反応ガス供給源５６と接続されている。試料供給管５０の途上には流路抵抗５８及び開閉弁２２が配設されており、反応ガス供給管５４の途上には流路抵抗６０が配設されている。
【００２１】
上記のような流路構成では、試料供給源５２から試料供給管５０を経て試料導入管１４に供給される標準試料ガスは、試料導入管１４の先端部でスプリットされて、一部が第一分岐管１４ｂ及びフレキシブル管１８を経て、ガス導入口１３ａからイオン源１３の内部へ流入する。一方、残りの標準試料ガスは、第二分岐管１４ｃからイオン化室１２内に放出される。試料導入管１４の先端部で標準試料ガスがスプリットされる比率は、第二分岐管１４ｃの流路抵抗と、第一分岐管１４ｂ、フレキシブル管１８及びガス導入口１３ａから成る流路の流路抵抗の間の比により決定される。従って、予め第一分岐管１４ｂ、第二分岐管１４ｃ、ガス導入口１３ａといった流路の各構成要素の長さ、形状、内径等を適当に定めておけば、所望のスプリット比で標準試料ガスをスプリットし、イオン源１３に適正な流量で標準試料ガスを供給することができるようになる。
【００２２】
調整作業が終了したら、試料供給管５０上に配設された開閉弁２２を閉じる。すると、イオン化室１２内は図示せぬ真空ポンプにより空気が除去されてイオン源１３の内部よりも低圧となっているため、イオン源１３、フレキシブル管１８、第一分岐管１４ｂ等の内部に残留する試料やイオン等が逆流し、第二分岐管１４ｃを通じてイオン化室１２内に速やかに放出される。
【００２３】
図２は、ＰＣＩ分析のための調整を行なう場合における本発明のイオン化部の様子を示す概略構成図である。ＰＣＩ分析のための調整時には、単一のガス導入口２４ａを有する正化学イオン化用のイオン源２４をイオン化室１２内に配設する。そして、反応ガス導入管１６に接続されたフレキシブル管２０の先端は第二分岐管１４ｃに接続される。このようにすると、試料導入管１４から導入される標準試料ガスと、反応ガス導入管１６から導入される反応ガスが、分岐部１４ａにて混合されて、その混合ガスが、第一分岐管１４ｂ、フレキシブル管１８及びガス導入口２４ａを通って、イオン源２４の内部へ流入するようになる。このように、ＰＣＩ分析のための調整時には、標準試料ガスをスプリットすることなく全てイオン源２４に導入するため、イオン源２４の内部の圧力を、正化学イオン化を効率よく行なえる程度に十分高くすることができる。
【００２４】
なお、本発明に係る質量分析計の実施例は上記に限られることはなく、本発明の精神及び範囲内で様々に変形可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＮＣＩ分析のための調整を行なう場合におけるイオン化部の様子を示す概略構成図。
【図２】  ＰＣＩ分析のための調整を行なう場合におけるイオン化部の様子を示す概略構成図。
【図３】  従来より知られている質量分析計のイオン化部を示す概略構成図。
【符号の説明】
１２…イオン化室
１３…イオン源
１３ａ、１３ｂ…ガス導入口
１４…試料導入管
１４ｂ…第一分岐管
１４ｃ…第二分岐管
１６…反応ガス導入管
１８、２０…フレキシブル管
２２…開閉弁
５２…試料供給源
５６…反応ガス供給源
【図１】
0003718971.tif 000002
【図２】
0003718971.tif 000003
【図３】
0003718971.tif 000004