(57)【要約】【課題】  試料室等の内壁への微粒子の付着を防止することができるレーザアブレーション装置及び試料分析装置を提供する。【解決手段】  レーザアブレーション装置２は、試料室５を備え、この試料室５内に配置された試料４にレーザ光を照射して、試料４の一部を微粒子化させる。試料室５には、微粒子化された試料４を移送するためのキャリアガスを導入させるガス導入部５ａが設けられている。また、レーザアブレーション装置２は、試料室５内に静電気除去用のイオンを生じさせるイオン発生器３７を備えている。イオン発生器３７は、プラスイオン用プローブ３９と、マイナスイオン用プローブ４０と、各プローブ３９，４０に電力を供給する電源４３とを有している。プローブ３９，４０から静電気除去用のイオンが試料室５内に放出されると、帯電した試料４とイオンとが電気的に中和される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料室内に配置される試料にレーザ光を照射して、前記試料の一部を微粒子化させるレーザアブレーション装置であって、
前記試料室内に静電気除去用のイオンを生じさせるイオン発生部を備えることを特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項２】
前記微粒子化された試料を移送するためのキャリアガスを、前記試料室内に導入させるガス導入部を更に備え、
前記イオン発生部は、前記試料室内における前記ガス導入部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザアブレーション装置。
【請求項３】
前記試料室内に、酸素及び水蒸気の少なくとも一方を導入させる手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザアブレーション装置。
【請求項４】
試料室内に配置される試料にレーザ光を照射して、前記試料の一部を微粒子化させるレーザアブレーションユニットと、前記試料室と接続部を介して接続され、前記微粒子化された試料を分析する分析ユニットとを備えた試料分析装置であって、
前記試料室内及び前記接続部内の少なくとも一方に静電気除去用のイオンを生じさせるイオン発生部を備えることを特徴とする試料分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体試料の元素分析などに使用されるレーザアブレーション装置及び試料分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の試料分析装置として、例えば、試料室内に配置された固体試料の表面にレーザ光を照射し固体試料の一部を気化・微粒子化させるレーザアブレーション装置と、試料室にチューブを介して接続され、微粒子化された固体試料をイオン化して質量分析を行うＩＣＰ−ＭＳ装置（高周波誘導結合プラズマ質量分析装置）とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４７９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載のレーザアブレーション装置では、微粒子化された試料（以下、微粒子という）が試料室及びチューブの内壁に付着し、その後微粒子が徐々に剥離するという、所謂メモリ効果が発生し、その結果として分析精度の低下を引き起こすといった問題があった。このような不具合を解決するためには、微粒子の剥離が完全に安定化するまで待つか、分析毎に装置系内を洗浄して微粒子を除去する必要があった。しかし、試料室等の内壁に微粒子が付着すると、装置系内のバックグランド強度が増大するため、微粒子の剥離が安定化するには長時間を要する。また、装置系内の洗浄のために装置を停止するには手間と時間がかかるばかりでなく、洗浄作業を行うと連続分析ができず、分析精度の再現性にも影響を与えてしまう。
【０００４】
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、試料室等の内壁への微粒子の付着を防止することができるレーザアブレーション装置及び試料分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、試料にレーザ光を照射した時に発生した微粒子同士が互いに衝突したり、微粒子が試料室等の内壁と衝突したりすることで摩擦が生じ、この摩擦によって微粒子が帯電する結果、試料室等の内壁に微粒子が静電的に付着することを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
本発明によるレーザアブレーション装置は、試料室内に配置される試料にレーザ光を照射して、試料の一部を微粒子化させるレーザアブレーション装置であって、試料室内に静電気除去用のイオンを生じさせるイオン発生部を備えることを特徴としている。
【０００７】
このようなレーザアブレーション装置によれば、イオン発生部によって静電気除去用のイオンが試料室内に放出される。このため、試料にレーザ光を照射することで試料から生じた微粒子が帯電しても、その微粒子は静電気除去用のイオンと電気的に中和されることになる。具体的には、イオン発生部によって生じたマイナスイオンとプラスに帯電した微粒子とが互いに引き寄せ合って中和され、イオン発生部によって生じたプラスイオンとマイナスに帯電した微粒子とが互いに引き寄せ合って中和される。これにより、試料室の内壁への微粒子の静電的な付着を抑えることができる。
【０００８】
好ましくは、微粒子化された試料を移送するためのキャリアガスを、試料室内に導入させるガス導入部を更に備え、イオン発生部は、試料室内におけるガス導入部の近傍に配置されている。これにより、イオン発生部で生じた静電気除去用のイオンは、キャリアガスの流れにのった状態で試料室内を流通するようになる。従って、静電気除去用のイオンと微粒子との電気的中和が効率良く行われる。
【０００９】
また、好ましくは、試料室内に、酸素及び水蒸気の少なくとも一方を導入させる手段を更に備える。例えば、キャリアガスとしてはアルゴンガスが一般的であるが、アルゴンガスはプラスイオンとなりやすく、マイナスイオンを効率的に発生させるためには、酸素や水蒸気を流すのが有効とされている。そこで、酸素及び水蒸気の少なくとも一方を試料室内に導入させることにより、イオン発生部によって、プラスイオンとマイナスイオンとがバランス良く発生するようになるため、静電気除去用のイオンと微粒子との電気的中和が一層好適に行われる。
【００１０】
また、本発明による試料分析装置は、試料室内に配置される試料にレーザ光を照射して、試料の一部を微粒子化させるレーザアブレーションユニットと、試料室と接続部を介して接続され、微粒子化された試料を分析する分析ユニットとを備えた試料分析装置であって、試料室内及び接続部内の少なくとも一方に静電気除去用のイオンを生じさせるイオン発生部を備えることを特徴としている。
【００１１】
このような試料分析装置によれば、イオン発生部によって静電気除去用のイオンが試料室内及び接続部内に放出される。このため、試料にレーザ光を照射することで試料から生じた微粒子が帯電しても、その微粒子は静電気除去用のイオンと電気的に中和されることになる。具体的には、イオン発生部によって生じたマイナスイオンとプラスに帯電した微粒子とが互いに引き寄せ合って中和され、イオン発生部によって生じたプラスイオンとマイナスに帯電した微粒子とが互いに引き寄せ合って中和される。これにより、試料室の内壁及び接続部の内壁への微粒子の静電的な付着を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレーザアブレーション装置及び試料分析装置によれば、試料室等の内壁への微粒子の付着を防止することができるため、試料の分析精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明に係るレーザアブレーション装置を備えた試料分析装置の一実施形態を示す概略図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の試料分析装置は、レーザアブレーションＩＣＰ質量分析装置（以下、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置という）である。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、分析対象の試料にレーザ光を照射して、試料の一部を蒸発（気化）させて微粒子化させるレーザアブレーションユニット（以下、ＬＡユニットという）２と、このＬＡユニット２において微粒子化された試料をプラズマでイオン化して質量分析を行うＩＣＰ質量分析ユニット（以下、ＩＣＰ−ＭＳユニット）３とを備えている。
【００１５】
ＬＡユニット２は概略、分析対象の試料４が配置される試料室５、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ等のレーザを搭載し所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源６、このレーザ光源６で出射されたレーザ光を試料室５内に導くための光学系７、試料室５内の試料４を観察するためのＣＣＤカメラ８を備えている。
【００１６】
試料室５はプラスチック等から形成された箱形状を成している。試料室５の内部には、試料４を載置する試料台９が設けられている。なお、試料室５の上部には、レーザ光源６からのレーザ光を透過させる窓部が設けられている。
【００１７】
光学系７は、ミラー１０，１１，１４〜１６、レーザ光の波長を半減させる波長変換素子１２，１３、レンズ１７、ビームスプリッタ１８を有している。レーザ光源６から出射されたレーザ光は、ミラー１０，１１で反射された後、波長変換素子１２，１３で波長が１／４とされる。そして、そのレーザ光は、ミラー１４〜１６で反射された後、レンズ１７を通り、更にビームスプリッタ１８で反射され、試料室５内の試料４に照射される。
【００１８】
ＣＣＤカメラ８は、ビームスプリッタ１８を介して試料室５内の試料４を観察できるようになっている。このＣＣＤカメラ８は、試料４表面におけるレーザ光の照射位置を観察する手段として機能する他、試料４までの距離や試料４の形状を測定する手段としても機能する。
【００１９】
試料室５には、レーザ光の照射によって微粒子化された試料を移送するためのキャリアガスを含むガスを試料室５内に導入するためのガス導入部５ａと、キャリアガスを含むガスを試料室５外に導出するためのガス導出部５ｂとが設けられている。キャリアガスとしては、アルゴンガスが用いられる。キャリアガスを含むガスは、ガス供給系１９によって試料室５内に供給される。
【００２０】
ガス供給系１９は、ガス導入部５ａに接続されたガス導入チューブ２０と、このガス導入チューブ２０に混合室２１を介してそれぞれ接続されたチューブ２０ａ，２０ｂとを有している。チューブ２０ａには、キャリアガスであるアルゴンガスが充填されたアルゴンガスボンベＢ１が交換可能に接続され、チューブ２０ｂには、キャリアガスに混合される酸素が充填された酸素ボンベＢ２が交換可能に接続されている。そして、アルゴンガスボンベＢ１及び酸素ボンベＢ２から各々供給されたアルゴンガス及び酸素ガスは、混合室２１で混合された状態で、ガス導入チューブ２０を通って試料室５に導入される。
【００２１】
また、ガス導出部５ｂには接続チューブ（接続部）２２が接続されている。なお、接続チューブ２２には、例えば軟質塩化ビニルからなるタイゴンチューブ（登録商標）などが用いられる。試料室５は、その接続チューブ２２を介してＩＣＰ−ＭＳユニット３に接続されている。そして、レーザ光の照射によって微粒子化された試料４は、キャリアガスと一緒に接続チューブ２２を通りＩＣＰ−ＭＳユニット３に導入される。
【００２２】
ＩＣＰ−ＭＳユニット３は、ＬＡユニット２によって微粒子化された試料４をイオン化するイオン化部２３と、このイオン化部２３でイオン化された試料の質量分析を行う質量分析部２４とを備えている。
【００２３】
イオン化部２３は、試料４をイオン化させるためのプラズマＰを形成するプラズマトーチ２５と、このプラズマトーチ２５の外周に巻回された高周波コイル２６とを有している。
【００２４】
プラズマトーチ２５は、上記の接続チューブ２２及び管２７，２８に接続された例えば３重管構造となっている。そして、プラズマトーチ２５には、キャリアガス及び微粒子化された試料４が上記接続チューブ２２を介して導入され、プラズマＰ形成用のプラズマガスが管２７を介して導入され、プラズマトーチ２５の壁面を冷却するためのクーラントガスが管２８を介して導入されるようになっている。なお、プラズマガス及びクーラントガスとしては、例えば、アルゴンガスなどを用いる。
【００２５】
高周波コイル２６は、プラズマトーチの先端側（図示右側）に配置され、図示しない高周波電源に接続されている。この高周波電源によって高周波コイル２６に印加電圧が加えられることにより、プラズマトーチ２５の先端側の内部にプラズマＰが形成される。
【００２６】
質量分析部２４は筐体３１を有し、この筐体３１におけるプラズマトーチ２５の先端に対向する位置には、イオン導入部２９が設けられている。このイオン導入部２９は、プラズマトーチ２５で生成されたプラズマＰからの光やイオンを筐体３１内に導入する。
【００２７】
筐体３１内には、イオン導入部２９側（図示左側）に位置する低真空室３１ａと、その奥（図示右側）に位置する高真空室３１ｂとが設けられている。低真空室３１ａ及び高真空室３１ｂは、それぞれ適宜ポンプ３２，３３によって真空度が異なるように減圧されている。低真空室３１ａには、プラズマＰからの光とイオンとを分離してイオンのみを通過させるイオンレンズ３４が配置されている。高真空室３１ｂには、イオンレンズ３４を通過したイオンのうち特定のイオンのみを取り出す質量多重極部３５と、この質量多重極部３５で取り出されたイオンを検出する検出器３６とを有している。
【００２８】
このようなＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１では、上述したように試料４にレーザ光を照射すると、試料４の一部が気化または微粒子化（微粉化を含む）する。このとき、微粒子化された試料（以下、微粒子という）同士が互いに衝突すると摩擦が生じ、この摩擦によって微粒子が帯電するため、試料室５及び接続チューブ２２の内壁に微粒子が静電的に付着することがある。このように試料室５等の内壁に微粒子が付着・堆積すると、その後微粒子が徐々に剥離する、所謂メモリ効果が引き起こされ、その結果として分析精度の低下につながってしまう。そこで、本実施形態のＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、前述した試料室５内及び接続チューブ２２内に静電気除去用のイオンを生じさせるイオン発生器３７，３８を備えている。
【００２９】
イオン発生器３７，３８は、図１及び図２に示すように、プラスイオンを発生させるプラスイオン用プローブ（イオン発生部）３９と、マイナスイオンを発生させるマイナスイオン用プローブ（イオン発生部）４０と、これらのプローブ３９，４０に電力を供給する電源４３とを備えている。
【００３０】
プローブ３９は、保持部材４１と、この保持部材４１に取り付けられた放電電極４５及び接地電極４９とを有している。プローブ４０は、保持部材４２と、この保持部材４２に取り付けられた放電電極４７及び接地電極５１とを有している。また、放電電極４５は電源４３の正極に接続され、放電電極４７は電源４３の負極に接続され、接地電極４９，５１は接地されている。イオン発生器３７のプラスイオン用プローブ３９及びマイナスイオン用プローブ４０は、図１に示すように、好ましくは試料室５内においてガス導入部５ａの流出口付近にイオンを発生させるようにガス導入部５ａの近傍に配置されている。イオン発生器３８のプラスイオン用プローブ３９及びマイナスイオン用プローブ４０は、例えば、接続チューブ２２の中央部において接続チューブ２２内にイオンを発生させるように配置されている。
【００３１】
このようなイオン発生器３７，３８では、電源４３によってプローブ３９，４０に電力が供給されると、放電電極４５と接地電極４９との間、及び放電電極４７と接地電極５１との間にコロナ放電が生じる。このコロナ放電により、プラスイオン用プローブ３９からプラスイオンが発生し、マイナスイオン用プローブ４０からマイナスイオンが発生する。このとき、試料室５内に導入されるキャリアガスは、マイナスイオンを発生させやすくするための酸素を含んでいるので、プローブ３９，４０によって、プラスイオンとマイナスイオンとがバランス良く発生するようになる。
【００３２】
なお、イオン発生器３７,３８を稼動させてイオンを発生させるタイミングは、レーザ照射中でもよく、レーザ照射の前後でもよい。また、イオン発生器３７，３８の構成は、特に上記のものに限られず、例えば、プラス放電電極、マイナス放電電極及び接地電極が一体となっているプローブを有するものとしてもよい。
【００３３】
以上のように本実施形態のＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１においては、イオン発生器３７，３８を設けたので、試料室５内及び接続チューブ２２内に静電気除去用のイオンが放出されるようになる。このとき、イオン発生器３７のプローブ３９，４０は、試料室５内においてガス導入部５ａの流出口近傍に配置されているので、プローブ３９，４０で生じたイオンは、ガス導入部５ａから試料室５内に導入されるキャリアガスの流れにのった状態で試料室５内を効果的に流通し、更にガス導出部５ｂから接続チューブ２２内に送り込まれる。
【００３４】
このため、試料４にレーザ光を照射することで試料４から生じた微粒子が正負に帯電しても、その帯電した微粒子は静電気除去用のイオンと電気的に中和されることになる。つまり、マイナスイオン用プローブ４０によって生じたマイナスイオンとプラスに帯電した微粒子とが互いに引き寄せ合って中和され、プラスイオン用プローブ３９によって生じたプラスイオンとマイナスに帯電した微粒子とが互いに引き寄せ合って中和される。これにより、試料室５の内壁及び接続チューブ２２の内壁に微粒子が静電的に付着することを防止できる。その結果、上述した微粒子のメモリ効果が十分に低減されるため、試料４の分析精度を向上させることができる。また、装置系内のバックグラウンド強度の増大が抑えられると共に、試料室５内等に堆積した微粒子を除去するための洗浄作業が不要となる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、試料室５及び接続チューブ２２に対して、イオン発生器３７，３８のプラスイオン用プローブ３９及びマイナスイオン用プローブ４０を１個ずつ備える構成としていたが、プローブ３９，４０を各々２組以上設けてもよい。また、上記実施形態では、試料室５内及び接続チューブ２２内に静電気除去用のイオンを生じさせるようにしたが、試料室５内及び接続チューブ２２内の何れか一方のみに静電気除去用のイオンを生じさせてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、キャリアガスとして、アルゴンガスを採用しているが、ヘリウムや窒素等であってもよい。また、キャリアガスに酸素を混合して使用しているが、酸素の代わりに、水蒸気を混合させてもよく、酸素及び水蒸気の双方を混合させてもよい。さらに、酸素等をキャリアガスに混合させることなく、ガス導入部５ａとは異にする部位から酸素等を直接試料室５内に導入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るレーザアブレーション装置を備えた質量分析装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１中のイオン発生器を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置（試料分析装置）、２…レーザアブレーションユニット（レーザアブレーション装置）、３…ＩＣＰ質量分析ユニット（分析ユニット）、４…試料、５…試料室、５ａ…ガス導入部、３９…プラスイオン用プローブ（イオン発生部）、４０…マイナスイオン用プローブ（イオン発生部）、２２…接続チューブ（接続部）。
【図１】
2006153743.tif 000003
【図２】
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