(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスを電子線で衝撃することによりイオン化するイオン源から、生成したイオンを磁場、又は電場に導き、質量数によって分離し、その質量スペクトルから試料を推定する質量分析装置において、大気雰囲気中で２００℃から７００℃の範囲でベーキングされたステンレス製の電極を有する前記イオン源を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
試料ガスを電子線で衝撃することによりイオン化し、一時的に保持するトラップから、そのイオンを磁場、又は電場に導き、質量数によって分離し、その質量スペクトルから試料を推定する質量分析装置において、大気雰囲気中で２００℃から７００℃の範囲でベーキングされたステンレス製の電極を有する前記トラップを備えることを特徴とする質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料ガスを電子線で衝撃することによりイオン化し、生成したイオンを磁場、又は電場に導き、質量数によって分離し、そのイオン量を測定する質量分析装置に係わり、特に、試料ガスがイオン源及びトラップにおいて分解し電極などに吸着堆積するのを防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析装置（ＭＳ）は、試料分子を数十ｅＶの電子線で衝撃することにより、イオン化し、生成したイオンを磁場、または電場に導き、質量数によって分離し、質量数を横軸にとり、そのイオン量を縦軸に表した質量スペクトルから試料分子を推定する分析装置である。
ＭＳは質量分離の方法により、磁場型と電場型に分類される。図３（ａ）に磁場型を、（ｂ）に電場型のＭＳの原理を示す。
（ａ）磁場型の場合、分析系内は１０−６〜１０−８Ｔｏｒｒの高真空に保たれており、試料ガスは一定流量でイオン源１０に導入され、イオン源１０に入った試料ガスは、一般に５０〜１００ｅＶ程度のエネルギーを持った電子線の衝撃を受けてイオン化される。生成イオンはイオン源１０から加速電極２で加速され、磁場３に向かって出射される。磁場３内ではフレミングの左手の法則に従って軌道が曲げられる。そして、コレクタスリット４を介して、検知器５で検出される。その軌道半径は質量数によって異なるので、質量スペクトルが得られる。
（ｂ）電場型の場合、イオン源１０で試料ガスがイオン化され、加速電極２ａで加速され、四重極電極３ａの電場に導かれる。互いに平行に置かれた４本の棒状電極に、高周波電圧に直流電圧を加え合わせたもの±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）が印加される。この電場にイオンを入射させると、ある周波数条件の時、特定の質量数のイオンのみがｘ、ｙ軸で限定された振幅を持って通過するが、その他のものは、振幅が指数関数的に時間と共に増大し、電極に衝突してしまう。従って、電場条件に合った質量数のイオンだけが通過し、二次電子増倍管５ａに到達し検知される。そして、電場を帰引し、通過質量条件を順次変化させることにより質量スペクトルが得られる。
【０００３】
ＭＳのイオン源１０における試料のイオン化方法は、電子による電子衝撃イオン化法（ＥＩ法）と、反応ガスイオンによる化学イオン化法（ＣＩ法）などがある。最も一般的な方法として、電子衝撃法が用いられる。分子の最外殻軌道から電子を１個引き離して試料をイオン化する以上のエネルギーを、電子線衝撃で与えると、分子から電子１個を失った分子イオン（親イオン）のほかに、分子内結合が切れたいろいろなイオン（フラグメントイオン）が生成する。ＥＩ法はフラグメンテーション（イオンの解裂）によって生成したフラグメントイオンからなるマススペクトルを使って定性を行うことができる。また、ＣＩ法は、ＥＩ法に比べてソフトなイオン化法であるため、フラグメンテーションが起こりにくく、分子量についての情報を得ることができる。
【０００４】
図４に、従来の電子衝撃イオン化法によるイオン源１０の概略構成図を示す。真空雰囲気中に配設されるイオン化室２０には、試料導入管１９が接続されており、ここからイオン化室２０内へ気体試料分子が導入される。イオン化室２０の壁面に開口した熱電子照射孔１１ａの外側には熱電子発生用のフィラメント１１が配置されており、加熱電流源１１ｂからフィラメント１１に加熱電流が供給されるとフィラメント１１の温度が上昇して熱電子が放出される。
熱電子（図４中のｅ−）は、フィラメント１１とトラップ電極１２との間の電位差によって誘引されてイオン化室２０内に入り、更にトラップ電極１２に向けて加速される。試料分子に熱電子流が衝突すると、試料分子から電子が叩き出されて該分子は正イオンになる。発生したイオンはイオン出口２１からイオン化室２０の外部へ飛び出し、図３に示す加速電極２（または２ａ）によって吸引され加速されて質量分析系に導入される。トラップ電極１２に捕捉される電子数はフィラメント１１から放出された電子数に依存しているから、制御部１１ｃは、トラップ電極１２に到達した熱電子により流れるトラップ電流が所定値になるように加熱電流源１１ｂを制御する。これにより、フィラメント１１での熱電子の発生量がほぼ一定になり、イオン化室２０内で安定したイオン化が達成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の質量分析装置は以上のように構成されているが、試料ガスと接触する分析機器の内表面、特に、電界を形成する電極等を備えたイオン源やイオントラップにおいては、何らかの形態でその表面が試料ガス分子にさらされ、これらの表面に特定の試料ガスが分解、吸着し、試料物質が着床し、イオンなどとの相互作用によって、予測もつかないデータが観測されることがある。例えば、これらの表面において化学反応により触媒反応が起こり、測定結果を歪ませたりする。また、これらの表面は着床する試料分子の堆積を促し温度を上昇させたりする等の問題がある。
触媒作用により表面に試料物質が堆積し測定に悪い影響を及ぼすので、その対策として、イオン源やイオントラップの電極の表面に、クロム又は酸化クロムをコーティングする方法や、有機シラン試薬を化学的に接着させる方法や、不活性溶融シリカを０．０２〜０．１μｍ厚さにコーティングする方法や、アルミナや窒化珪素や選択的半導体材料等及びそれらを交互にコートする方法が提案されている。不活性溶融シリカ、アルミナ、窒化珪素などの表面処理は、不活性な非有機、非金属材を電極にコートし、最低の厚みに形成してピンホールをなくし、絶縁性と電界形成の両面を生かした構造である。しかし、このような表面処理は分析者が簡単に行うことができないので、イオン源やイオントラップのメンテナンスを分析者が実施することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、分析者が容易にイオン源やイオントラップのメンテナンスを行うことができる質量分析装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の質量分析装置は、試料ガスを電子線で衝撃することによりイオン化するイオン源から、生成したイオンを磁場、又は電場に導き、質量数によって分離し、その質量スペクトルから試料を推定する質量分析装置において、大気雰囲気中で２００℃から７００℃の範囲でベーキングされたステンレス製の電極を有する前記イオン源を備えるものである。
【０００８】
また、本発明の質量分析装置は、試料ガスを電子線で衝撃することによりイオン化し、一時的に保持するトラップから、そのイオンを磁場、又は電場に導き、質量数によって分離し、その質量スペクトルから試料を推定する質量分析装置において、大気雰囲気中で２００℃から７００℃の範囲でベーキングされたステンレス製の電極を有する前記トラップを備えるものである。
【０００９】
本発明の質量分析装置は上記のように構成されており、質量分析装置のイオン源またはイオントラップに用いられる電極が、ステンレス製のもので構成され、メンテナンス時にその電極が大気雰囲気中で２００℃から７００℃の範囲でベーキング処理されたものである。このように処理されたステンレス製の電極は、表面に分解した試料分子などを着床して堆積することがなく、イオンなどとの相互作用もなく、安定して分析を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の質量分析装置の一実施例を、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の質量分析装置のイオン源のコンディショニング法のフローチャートを示す図である。
本質量分析装置は、大気雰囲気中で２００℃から７００℃の範囲でベーキングされたステンレス製の電極を有するイオン源又はトラップと、そのイオン源又はトラップのイオンを、図３の右側に示す分析系に吸引し加速する加速電極２（または２ａ）と、加速されたイオンを質量数によって分離する磁場３（または四重極電極３ａ）と、分離されたイオンを検出する検出器（検知器５または二次電子増倍管５ａ）とから構成される。
【００１１】
本質量分析装置は、従来の図３、図４に示す質量分析装置と構造は同じであるが、イオン源１０またはトラップに使われている電極の材料とその処理方法が異なる。
本質量分析装置は、イオン源またはトラップに使われている電極の材料がステンレス製であること、そして、その電極の処理方法が大気雰囲気中で、２００℃から７００℃の範囲でベーキングされたものである。
【００１２】
電極材料は、ステンレス材が用いられる。従来の電極は、ニッケル、モリブデン、純鉄にニッケルメッキしたもの、モネル、オーステナイトステンレス鋼などが用いられていたが、ガスの物理吸着と化学吸着のほかに電気的吸着があり、電離により生じたイオンが、鏡像力、静電分極、永久双極子等により、その表面で堆積物との相互作用により触媒作用が発生し、分子から電子１個を失った分子イオン（親イオン）のほかに、分子内結合が切れたいろいろなイオン（フラグメントイオン）が生成し、余剰エネルギーによってフラグメンテーションが強く起こり、分子の種類によっては、親イオンが測定されないことがある。
【００１３】
電極材料にステンレスを用いた理由として、ステンレス鋼の成分は、鉄、ニッケル、クロムなどが主成分であり、そのステンレス鋼に含まれる表面のクロムが、酸素との親和力が強く、大気中で温度を上げることにより表面が酸化し、２酸化クロム、酸化クロムを生成することである。しかし、このため付近の合成成分の変動が起こり多少磁性化することがあり、また、７００℃で軟化するので、温度処理はそれ以下の２００〜７００°でおこなうようにする。
２酸化クロム、酸化クロムは、表面に緻密な不活性な酸化皮膜として、非常に薄く形成されピンホールを少なくして、試料分子のイオン等が表面に付着しにくくなる。
【００１４】
次に、本質量分析装置のイオン源の電極材料を、分析者が容易に処理できる方法を以下に説明する。
イオン源またはトラップの電極処理のコンディショニング法として、図１に示すように、まず、イオン源（またはトラップ、以下イオン源という）を分解する。そして、洗浄が必要な金属部品とそれ以外に分別する。金属部品のみをアルミナ粉末で所定の時間研磨する。そして、金属部品を取出し、アルミナ粉末を吹飛ばして除去する。その後、金属部品を有機溶剤で洗浄する。そして、電気炉で、大気雰囲気中で４００℃１時間（電極形状、厚さなどにより２００〜７００℃の範囲）加熱する。その後、イオン源を組み立てる。このようにしてコンディショニングされたイオン源が再生される。
【００１５】
図２に、イオン源の電極を（ａ）コンディショニングした場合と、（ｂ）コンディショニングしなかった場合のクロマトグラムを示す。横軸は時間、縦軸は分析された強度を示す。（ａ）コンディショニングした場合は、急峻なピーク値を示し、（ｂ）コンディショニングしなかった場合は、滑らかな分離しがたい曲線になる。このように処理を行えば、電極表面でのイオンによる相互作用の触媒作用が無くなり、感度の高い質量分析装置として使用することができる。
【００１６】
次に、図４に示された、電子衝撃イオン化法によるイオン源１０の電極処理のコンディショニングについて具体的に説明する。
まず、イオン源１０を分解し、フィラメント１１及びその集束電極など、試料導入管１９、イオン出口２１の金具、トラップ電極１２、イオン化室２０に分ける。そして、その中で洗浄が必要な金属部品と絶縁物を分別する。フィラメント１１の部分は絶縁物を除いて、電極類を洗浄対象とし、洗浄後新しいフィラメント１１をマウントする。また、試料導入管１９、イオン出口２１の金具、トラップ電極１２、イオン化室２０をアルミナ粉末で研磨する。所定の時間、研磨した後、各部品からアルミナ粉末を除去し、有機溶剤で洗浄する。そして、各金属部品を電気炉で、大気圧、４００℃、１時間加熱する。そして、取出した各部品を組立て、イオン源を元通りに再生する。
【００１７】
上記の実施例では、イオン源について説明したが、イオントラップについても同様に、電極材料にステンレスを用い、その電極処理のコンディショニング法を上記のようにおこなえば、同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の質量分析装置は上記のように構成されており、各種の試料ガスを分析し、長時間にわたって使用していると、装置のイオン源またはイオントラップに用いられている電極表面に、特定の試料が分解し着床堆積するので、分析者は定期的にイオン源またはイオントラップを分解し、ステンレス製の金属部品と絶縁物を分離し、金属部品をアルミナ粉末で研磨し、有機溶剤で洗浄し、４００℃で１時間加熱処理を行い、その後、再組立てして使用する。このような比較的簡単な処理方法で、特定成分の金属部品表面への吸着を防ぐことができ、装置の性能を最大限に発揮させて安定して分析を行うことができ、効果／費用比が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の質量分析装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の質量分析装置のクロマトグラムを示す図である。
【図３】質量分析装置の原理構成を示す図である。
【図４】質量分析装置のイオン源を示す図である。
【符号の説明】
２、２ａ…加速電極
３…磁場
３ａ…四重極電極
４…コレクタスリット
５…検知器
５ａ…二次電子増倍管
１０…イオン源
１１…フィラメント
１１ａ…熱電子照射口
１１ｂ…加熱電流源
１１ｃ…制御部
１２…トラップ電極
１９…試料導入管
２０…イオン化室
２１…イオン出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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