(57)【要約】【課題】イオン電極の交換を不要とし、ＣＩ法とＥＩ法の両者の特質を利用した試料分析装置を提供する。【解決手段】試料分析装置１０は、試料ガス１１が導入される試料ガスチャンバ１２と、該試料ガスチャンバ１２内に設けられ、熱電子１３を発生する熱電子発生部１４と、前記発生した熱電子１３と試料ガス１１とから生成された熱電子による試料イオン化物を分析する分析部１５とを具備する電子衝撃イオン化装置１６と、前記試料ガスチャンバ１２内に試薬ガス２１を導入する試薬ガス導入部２２と、前記試料ガスチャンバ１２内にレーザ光Ｌを導入し、前記導入された試薬ガス２１をイオン化して試薬ガスイオン化物２３を生成するレーザ部２４と、前記試薬ガスイオン化物２３と前記導入された試料ガス１１とから生成された試料イオン化物２５を分析する分析部１５とを具備する化学イオン化装置２６とを具備してなる。【選択図】        図１
2005243573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、
該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する熱電子発生部と、
前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、
前記試料ガスチャンバ内に試薬ガスを導入する試薬ガス導入部と、
前記試料ガスチャンバ内にレーザ光を導入し、前記導入された試薬ガスをイオン化して試薬ガスイオン化物を生成するレーザ部と、
前記試薬ガスイオン化物と前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを
有することを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、
該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する熱電子発生部と、
前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、
前記試料ガス中に試薬ガスが同伴されてなり、前記試料ガスチャンバ内にレーザ光を導入し、前記導入された試薬ガスをイオン化して試薬ガスイオン化物を生成するレーザ部と、
前記試薬ガスイオン化物と前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを
有することを特徴とする試料分析装置。
【請求項３】
試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、
該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する熱電子発生部と、
前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、
前記試料ガスチャンバと連通して併設してなり、試薬ガスを導入する試薬ガス導入部を有する試薬ガスチャンバと、
前記試薬ガスチャンバ内にレーザ光を導入し、前記導入された試薬ガスをイオン化して試薬ガスイオン化物を生成するレーザ部と、
前記試薬ガスイオン化物を試料ガスチャンバへ送り込み、前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを
有することを特徴とする試料分析装置。
【請求項４】
試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、
該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する第１の熱電子発生部と、
前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、
前記試料ガスチャンバと連通して併設してなり、試薬ガスを導入する試薬ガス導入部を有する試薬ガスチャンバと、
前記試薬ガスチャンバ内に設けられ、前記試薬ガスをイオン化させて試薬ガスイオン化物を生成する熱電子を発生する第２の熱電子発生部と、
前記試薬ガスイオン化物を試料ガスチャンバへ送り込み、前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを
有することを特徴とする試料分析装置。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記試薬ガスチャンバ内に、試薬ガスイオン化物をトラップするトラップ部を有することを特徴とする試料分析装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記試薬ガス又は試料ガスの導入部がパルスバルブであ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、微量成分を分析する試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析法は、その化学種選択性及び計測感度の高さから、有機化合物の微量濃度計測法として適用されている。この質量分析法は、イオン化法によってそのスペクトルに特徴を有し、例えば電子衝撃イオン化（ＥＩ）法では、フラグメントが主に発生する分析法である。一方、化学イオン化（ＣＩ）法は親イオンが主に発生する分析法となる。
近年、これら二つの手法を利用した分析装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０７０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にも開示するように、従来のＣＩ法とＥＩ法では、イオン電極の交換が必要であり、操作が煩雑となる、という問題がある。
【０００５】
また、特許文献１の提案においても、ＣＩ法とＥＩ法とを切替える必要があり、同時分析を達成することはができない、という問題がある。
【０００６】
よって、イオン電極の交換を不要とし、ＣＩ法とＥＩ法の両者の特質を利用した分析手法の確立が切望されている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、イオン電極の交換を不要とし、ＣＩ法とＥＩ法の両者の特質を利用した試料分析装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する熱電子発生部と、前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、前記試料ガスチャンバ内に試薬ガスを導入する試薬ガス導入部と、前記試料ガスチャンバ内にレーザ光を導入し、前記導入された試薬ガスをイオン化して試薬ガスイオン化物を生成するレーザ部と、前記試薬ガスイオン化物と前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを有することを特徴とする試料分析装置にある。
【０００９】
第２の発明は、試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する熱電子発生部と、前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、前記試料ガス中に試薬ガスが同伴されてなり、前記試料ガスチャンバ内にレーザ光を導入し、前記導入された試薬ガスをイオン化して試薬ガスイオン化物を生成するレーザ部と、前記試薬ガスイオン化物と前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを有することを特徴とする試料分析装置にある。
【００１０】
第３の発明は、試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する熱電子発生部と、前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、前記試料ガスチャンバと連通して併設してなり、試薬ガスを導入する試薬ガス導入部を有する試薬ガスチャンバと、前記試薬ガスチャンバ内にレーザ光を導入し、前記導入された試薬ガスをイオン化して試薬ガスイオン化物を生成するレーザ部と、前記試薬ガスイオン化物を試料ガスチャンバへ送り込み、前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを有することを特徴とする試料分析装置にある。
【００１１】
第４の発明は、試料ガスが導入される試料ガスチャンバと、該試料ガスチャンバ内に設けられ、熱電子を発生する第１の熱電子発生部と、前記発生した熱電子と試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する電子衝撃イオン化装置と、前記試料ガスチャンバと連通して併設してなり、試薬ガスを導入する試薬ガス導入部を有する試薬ガスチャンバと、前記試薬ガスチャンバ内に設けられ、前記試薬ガスをイオン化させて試薬ガスイオン化物を生成する熱電子を発生する第２の熱電子発生部と、前記試薬ガスイオン化物を試料ガスチャンバへ送り込み、前記導入された試料ガスとから生成された試料イオン化物を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを有することを特徴とする試料分析装置にある。
【００１２】
第５の発明は、第３又は４の発明において、前記試薬ガスチャンバ内に、試薬ガスイオン化物をトラップするトラップ部を有することを特徴とする試料分析装置にある。
【００１３】
第６の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記試薬ガス又は試料ガスの導入部がパルスバルブであることを特徴とする試料分析装置にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、化学イオン化（ＣＩ）法と電子衝撃イオン化（ＥＩ）法とを同時に行うことができ、効率的な同時分析が可能となる。
また、試薬ガスを試料ガス中に混入させておくことにより、試薬ガスを別途導入することがなくなり、試料ガスチャンバ内の真空度の低下を防止することができ、分析精度の向上を図ることができる。
さらに、試料ガスチャンバと併設する試薬ガスチャンバを別途設けることにより、試薬ガスによる試料ガスチャンバ内の真空度の低下を防止することができ、分析精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１６】
本発明による実施例１に係る試料分析装置について、図面を参照して説明する。
図１及び２は、実施例１に係る試料分析装置を示す概念図である。
図１及び２に示すように、本実施例に係る試料分析装置１０は、試料ガス１１が導入される試料ガスチャンバ１２と、該試料ガスチャンバ１２内に設けられ、熱電子１３を発生する熱電子発生部１４と、前記発生した熱電子１３と試料ガス１１とから生成された熱電子による試料イオン化物２０を分析する分析部１５とを具備する電子衝撃イオン化装置と、前記試料ガスチャンバ１２内に試薬ガス２１を導入する試薬ガス導入部２２と、前記試料ガスチャンバ１２内にレーザ光Ｌを導入し、前記導入された試薬ガス２１をイオン化して試薬ガスイオン化物２３を生成するレーザ部２４と、前記試薬ガスイオン化物２３と前記導入された試料ガス１１とから生成された試料イオン化物２５を分析する分析部１５とを具備する化学イオン化装置２６とを具備してなるものである。
図１中、符号１７は電子を捕捉する電子トラップ、１８ａ〜１８ｃは電極、１９ａ〜１９ｃはイオンを収束するレンズ、２７ａ、２７ｂはレーザ光Ｌを透過させる窓を図示する。
【００１７】
図１では、電子衝撃イオン化分析法（以下「ＥＩ法」という）を行っている状態を示している。
先ず、試料導入管１２ａから試料ガス１１を導入している。そして、例えばタングステン等のフィラメントの熱電子発生部１４からの熱電子１３により試料ガス中の試料をイオン化させ、熱電子による試料イオン化物２０を生成する。その後、電極１８ａ〜１８ｃにより加速され、収束レンズ１９ａ〜１９ｃで収束して分析部１５で分析される。
【００１８】
ここで、前記分析部１５は質量分析装置であり、四重極型質量分析装置、扇形磁場型質量分析装置、飛行時間型質量分析装置、イオントラップ型質量分析装置、ＦＴ−ＩＣＲ型
質量分析装置を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、レーザ装置を用いてイオン化させている点で、イオントラップ型と飛行時間型とを併用した質量分析装置を適用するのが好ましい。
【００１９】
前記試料チャンバ１２内の圧力は、図示しない真空ポンプを用いてＥＩ法に適した１０-2〜１０-4Ｔｏｒｒ程度の真空度としている。
【００２０】
このＥＩ法の適用により、例えばＰＣＢ等の環境汚染物を感度良く分析することができる。
【００２１】
図２では、化学イオン化分析法（以下「ＣＩ法」という）を行っている状態を示している。
先ず、試料導入管１２ａから試料ガス１１を導入する。また、試薬ガス導入部２２から試薬ガス２１を試料ガスチャンバ１２内に導入する。そして、レーザ部２４からレーザ光Ｌを照射し、試薬ガス２１をイオン化して試薬ガスイオン化物２３を生成する。この得られた試薬ガスイオン化物２３と試料ガス１１との間でイオン分子反応が生じ、試料イオン化物２５を生成する。その後、電極１８ａ〜１８ｃにより加速され、収束レンズ１９ａ〜１９ｃで収束して分析部１５で分析される。なお、図中符号２７ａ、２７ｂはレーザ光Ｌが透過する透過窓を図示する。
【００２２】
このＣＩ法は、ＥＩ法のように直接イオン化させるものではないので、異なったスペクトルを得ることができる。これは、ＥＩ法と較べて、ＣＩ法では生成する分子量関連イオンの内部エネルギーが小さくなるので、フラグメンテーションは起こりにくい。いわゆるソフトなイオン化法である。よって、親イオンが主として発生するため、質量数特定が可能となる。
【００２３】
本発明では、このＣＩイオン化法において、イオン化源としてイオン化効率の高いレーザ光Ｌを利用するので、熱電子によるイオン化のイオン化効率が１００倍となるので、この結果、少量の試料ガスの導入で分析が可能となり、チャンバ内の真空度を悪化させることがない。
なお、レーザ光の波長範囲は５０〜４００ｎｍとし、レーザ光出力は０．０１ＧＷ／ｃｍ2以上とすればよい。
【００２４】
前記試料チャンバ１２内の圧力は、図示しない真空ポンプを用いてＣＩ法に適した１０-2〜１０-4Ｔｏｒｒ程度の真空度としている。なお、分析部は１０-4Ｔｏｒｒ程度の真空度としている。
【００２５】
また、試薬ガス２１としては、特に限定されるものではないが、例えばメタン、エタン、イソブタン、メタノール、アセトニトリル等を挙げることができる。
【００２６】
また、試料導入部１２ａの前流側にガスクロマトグラフ又は液体クロマトグラフを設け、高い選択性を有する分析を行うようにしてもよい。
特に液体クロマトグラフはそのキャリア液にメタノール、アセトニトリル等を用いるので、別途試薬ガスを導入する必要がなく、ＣＩイオン化部において、良好な計測が可能となる。なお、液体クロマトグラフにより分離された液体試料は試料チャンバ１２内では気化されて試薬ガス２１となる。
【００２７】
このように、同一の試料チャンバ１２内において、ＥＩ法とＣＩ法が可能となり、分析の同時性を確保することができ、分析精度の向上を図ることができる。すなわち、同一試料によりほぼ同時にＣＩ法とＥＩ法の分析情報を得ることができるので、分析精度向上に寄与することとなる。
【実施例２】
【００２８】
本発明による実施例２に係る試料分析装置について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例２に係る試料分析装置を示す概念図である。
図３に示すように、本実施例に係る試料分析装置１０は、試料ガス１１が導入される試料ガスチャンバ１２と、該試料ガスチャンバ１２内に設けられ、熱電子１３を発生する熱電子発生部１４と、前記発生した熱電子１３と試料ガス１１とから生成された熱電子による試料イオン化物２０を分析する分析部１５とを具備する電子衝撃イオン化装置と、前記試料ガス１１中に試薬ガス２１が同伴されてなり、前記試料ガスチャンバ１２内に試薬ガス２１を導入する試薬ガス導入部２２と、前記試料ガスチャンバ１２内にレーザ光Ｌを導入し、前記導入された試薬ガス２１をイオン化して試薬ガスイオン化物２３を生成するレーザ部２４と、前記試薬ガスイオン化物２３と前記導入された試料ガス１１とから生成された試料イオン化物２５を分析する分析部１５とを具備する化学イオン化装置とを具備してなるものである。
【００２９】
事前に試料ガス１１中に試薬ガス２１を混入させておくことにより、別途試料ガスチャンバ１２内に試薬ガス２１を導入することが不要となる。よって、別途の試薬ガスを導入することがないので、試料ガスチャンバ１２内の真空度の悪化が抑制される。
【００３０】
また、図４に示すように、試料ガス導入部１２ａにガス分析装置３１を設け、試料ガス１１中の試薬ガス成分の量を予め測定し、不足の場合には、試薬ガス供給部３２から試料ガス１１中に試薬ガス２１を導入して適切なＣＩ法を行うことができるようにしている。
【００３１】
また、図５に示すように、試薬ガス２１を導入する導入部をパルスバルブ３５とし、パルスジェットとして試薬ガス２１を試料ガスチャンバ１２内に供給するようにしてもよい。これにより、少量の試薬ガス２１の導入で効率的なＣＩ法を行うことができる。
この結果、レーザ光Ｌを照射するレーザ部２４とのタイミングを合わせて効率的に試薬ガスイオン化物２３の生成が可能となる。レーザ部２４のパルス時間幅を１００μｓｅｃ以下とし、パルスバルブ繰り返し周波数を１０〜１００Ｈｚとして効率的な試薬ガスの導入を行うことができる。
【００３２】
また、図６に示すように、試料ガス１１を導入する導入部をパルスバルブ３６とし、パルスジェットとして試料ガス１１を試料ガスチャンバ１２内に供給するようにしてもよい。これにより、少量の試料ガス２１量の導入で効率的なＣＩ法を行うことができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明による実施例２に係る試料分析装置について、図面を参照して説明する。
図７−１、図７−２は、実施例３に係る試料分析装置を示す概念図であり、図７−１はその側面図、図７−２はその平面図である。
これらの図面に示すように、本実施例に係る試料分析装置は、試料ガス１１が導入される試料ガスチャンバ１２と、該試料ガスチャンバ１２内に設けられ、熱電子１３を発生する熱電子発生部１４と、前記発生した熱電子１３と試料ガス１１とから生成された熱電子による試料イオン化物２０を分析する分析部１５とを具備する電子衝撃イオン化装置１６と、前記試料ガスチャンバ１２と連通して併設してなり、試薬ガス２１を導入する試薬ガス導入部２２を有する試薬ガスチャンバ４１と、前記試薬ガスチャンバ１２内にレーザ光Ｌを導入し、前記導入された試薬ガス２１をイオン化して試薬ガスイオン化物２３を生成するレーザ部２４と、前記試薬ガスイオン化物２３を試料ガスチャンバ１２へ送り込み、前記導入された試料ガス１１とから生成された試料イオン化物２５を分析する分析部とを具備する化学イオン化装置とを具備してなるものである。
なお、図７−２中、符号１８ｄ、１８ｅは電極、１９ｄ、１９ｅは収束レンズを各々示す。
【００３４】
本実施例では、図示しない真空ポンプで内部を真空にした試薬ガスチャンバ４１を試料ガスチャンバ１２に併設してなるので、試薬ガス２１を個別にイオン化させることができ、試薬ガス２１成分が試料ガスチャンバ１２内に流れ込むことを抑制している。この結果、試料ガスチャンバ１２内の真空度の悪化を抑制することができ、高感度なＣＩ法が可能となる。
【００３５】
なお、試薬ガスチャンバ４１内の圧力は、図示しない真空ポンプを用いてＣＩイオン化に適した１０-2〜１０-4Ｔｏｒｒ程度の真空度としている。前記真空ポンプとしては、例えばターボポンプ、ドライスクロールポンプ、スクロールポンプ、ダイヤフラムポンプ、メカニカルブースタポンプ、油拡散ポンプ、油回転ポンプ等を用いることができる。
【００３６】
また、図８に示すように、試薬ガスチャンバ４１内にイオンとラップ４２を配設し、生成した試薬ガスイオン化物２３を一次トラップし、濃縮イオンを試料ガスチャンバ１２内に放出するようにしてもよい。
この結果、濃縮した多量のイオンをＣＩイオン化させることができ、試薬ガス２１の導入量を更に低減することもできる。
例えばパルスバルブ繰り返し周波数を１０Ｈｚとして効率的な試薬ガスを５秒導入すると、５０ショット分濃縮することができ、試薬ガスイオン化物２３の濃縮がなされ、試料ガスチャンバ１２内での試料ガス１１の試料成分との衝突回数が向上し、ＣＩ法のイオン化効率が向上する。
【００３７】
また、図９に示すように、試料ガスチャンバ１２に併設する試薬ガスチャンバ４１内に熱電子発生部１４と電子トラップ１７とを配設し、導入する試薬ガス２１を熱電子１３によりイオン化させるようにしてもよい。この結果、レーザ部を設けることが不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる試料分析装置は、化学イオン化（ＣＩ）法と電子衝撃イオン化（ＥＩ）法とを同時に行うことができ、効率的な同時分析が可能となり、例えばＰＣＢ等の有害物質の同時分析に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１にかかる試料分析装置（ＥＩ法）の概略図である。
【図２】実施例１にかかる試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【図３】実施例２にかかる試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【図４】実施例２にかかる他の試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【図５】実施例２にかかる他の試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【図６】実施例２にかかる他の試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【図７−１】実施例３にかかる試料分析装置（ＣＩ法）の概略側面図である。
【図７−２】実施例３にかかる試料分析装置（ＣＩ法）の概略平面図である。
【図８】実施例３にかかる他の試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【図９】実施例３にかかる他の試料分析装置（ＣＩ法）の概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  試料分析装置
１１  試料ガス
１２  試料ガスチャンバ
１３  熱電子
１４  熱電子発生部
１５  分析部
２０  熱電子による試料イオン化物
２１  試薬ガス
２２  試薬ガス導入部
Ｌ  レーザ光
２３  試薬ガスイオン化物
２４  レーザ部
２５  試料イオン化物
【図１】
2005243573.tif 000003
【図２】
2005243573.tif 000004
【図３】
2005243573.tif 000005
【図４】
2005243573.tif 000006
【図５】
2005243573.tif 000007
【図６】
2005243573.tif 000008
【図７−１】
2005243573.tif 000009
【図７−２】
2005243573.tif 000010
【図８】
2005243573.tif 000011
【図９】
2005243573.tif 000012