(57)【要約】【課題】特定の質量数のみの被検出ガスに対して、その成分及びそれらの成分比を測定できるようにする。  【解決手段】正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成させる付着イオン生成部１１と、付着イオンの質量分析を行う質量分析部と、を備え、質量分析部は、付着イオンのうち、特定の質量数の付着イオンを選択させる質量分離室１３ａと、特定の質量数の付着イオンを解離させるためのイオン化室１３ｂと、解離させたイオンを分析する質量分析室１４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成させる付着イオン生成部と、前記付着イオンの質量分析を行う質量分析部と、を備えたイオン付着質量分析装置において、
前記質量分析部は、前記付着イオンのうち、特定の質量数の付着イオンを選択させる質量分離手段と、該特定の質量数の付着イオンを解離させるためのイオン化手段と、解離させたイオンを分析する質量分析手段とを備えていることを特徴とするイオン付着質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン付着質量分析装置において、前記質量分離手段は第一の多重極型ポール、前記イオン化手段は第二の多重極型ポール、前記質量分析手段は第三の多重極型ポールをそれぞれ備えていることを特徴とするイオン付着質量分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン付着質量分析装置において、前記質量分離手段は第一のTOF、前記イオン化手段は多重極ポール、前記質量分析手段は第二のTOFをそれぞれ備えていることを特徴とするイオン付着質量分析装置。
【請求項４】
正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成させる付着イオン生成部と、前記付着イオンの質量分析を行う質量分析部と、を備えたイオン付着質量分析装置のイオン付着質量分析方法において、
前記付着イオン生成部で、前記正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成し、
前記質量分析部で、前記付着イオンのうち、特定の質量数の付着イオンを分離し、分離した該特定の質量数の付着イオンを解離させ、解離させたイオンを分析することを特徴とするイオン付着質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン付着質量分析装置及びそのイオン付着質量分析方法に関し、特に、特定の質量数を有するガスの定性、及び、その定量を行うイオン付着質量分析装置及びそのイオン付着質量分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン付着質量分析装置（Ion Attachment Mass Spectrometer）は、解離を発生させずに被検出ガスを質量分析することができるという特性を有する。イオン付着質量分析装置は、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４により報告がなされている。
【０００３】
図３はイオン付着質量分析装置の代表的な構成を示す構成図である。
【０００４】
イオン付着質量分析装置は、エミッタ１１１と、反応領域１１２と、質量分析器１１３と、質量分析制御部（電源を含む）１１４と、データ処理装置１１５と、被検出ガスボンベ１１６とを備えている。エミッタ１１１と、反応領域１１２と、質量分析器１１３とは容器１１０内に設けられている。エミッタ１１１は、反応領域１１２内の中央に配置されている。反応領域１１２は容器１１０の図中左半部に設けられ、質量分析器１１３は容器１１０の右半部に設けられている。容器１１０の左側が上流側となっている。
【０００５】
エミッタ１１１はアルカリ金属の酸化物を含む材料、例えばＬｉ酸化物とＳｉ酸化物とＡｌ酸化物の混合物から構成されている。エミッタ１１１が加熱されると、Ｌｉ+などの正電荷の金属イオンが空間に放出され、反応領域１１２に存在している被検出ガスに付着して金属イオンの付着したガスが生成される。この時に、金属イオンの付着したガスを原子レベルで冷却して安定化させるために、被検出ガスとは別にＮ2など不活性なガスを冷却用ガスとして冷却用ガスボンベ（不図示）から反応領域１１２に導入する。
【０００６】
金属イオンの付着したガスは、全体として正の電荷を持ったイオンとなり、その質量は被検出ガスと金属イオンの各質量が加算された値となる。
【０００７】
例えば、アセトンであれば、CH3COCH3Ｌｉ+となり、アセトンの58Da（ダルトン）にＬｉの７Daが加えられた65Daとなる。このようにして全体として正の電荷を持つイオンとなった被検出ガスは、質量分析器１１３により質量数毎に分別されて検出され、その信号強度が質量分析制御部１１４内の計測器により計測される。
【０００８】
質量分析制御部１１４内の計測器からは、質量数と質量数に対応する信号強度のデータがデータ処理装置１１５に送られる。
【０００９】
データ処理装置１１５では、信号強度のデータに対して各種の処理が行われる。最も基本的な処理は、マススペクトルを表示するため、横軸に質量数を、縦軸にその質量数に応じた信号強度をとってグラフ化する処理である。このとき、信号強度を規格化し、あるいは特定質量数のみを表示するなどの処理も必要に応じて行われる。
【特許文献１】特開平６−１１４８５号公報
【非特許文献１】Hodge（Analytical Chemistry vol.48 No.6  P825 (1976)）
【非特許文献２】Bombick（Analytical Chemistry vol.56 No.3  P396 (1984)）
【非特許文献３】藤井（Analytical Chemistry vol.61 No.9  P1026 (1989)
【非特許文献４】Chemical Physics Letters vol.191 No.1.2  P162 (1992)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のイオン付着質量分析装置では、特定の質量数を有する被検出ガスを分別することはできても、その被検出ガスがどのような成分から構成され、その成分がどのような比率で成り立っているのか、さらにどの程度の量があるのかは測定することができなかった。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、特定の質量数のみの被検出ガスに対して、その成分及びそれらの成分比を測定できるイオン付着質量分析装置及びイオン付着質量分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るイオン付着質量分析装置およびイオン付着質量分析方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１３】
本発明のイオン付着質量分析装置は、正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成させる付着イオン生成部と、前記付着イオンの質量分析を行う質量分析部と、を備えたイオン付着質量分析装置において、
前記質量分析部は、前記付着イオンのうち、特定の質量数の付着イオンを選択させる質量分離手段と、該特定の質量数の付着イオンを解離させるためのイオン化手段と、解離させたイオンを分析する質量分析手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のイオン付着質量分析方法は、正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成させる付着イオン生成部と、前記付着イオンの質量分析を行う質量分析部と、を備えたイオン付着質量分析装置のイオン付着質量分析方法において、
前記付着イオン生成部で、前記正電荷の金属イオンを被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成し、
前記質量分析部で、前記付着イオンのうち、特定の質量数の付着イオンを分離し、分離した該特定の質量数の付着イオンを解離させ、解離させたイオンを分析することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、特定の質量数の付着イオンを解離させ、解離させたイオンを分析することで、特定の質量数を有する被検出ガスの定性及び定量を高い精度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
以下に説明する各実施形態で説明される構成、形状、大きさ、組成（材質）および配置関係については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値及び各構成要素の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るイオン付着質量分析装置の構成図である。
【００１９】
図１において、１１は金属イオンを発生させ、被測定物質の分子に付着させて付着イオンを生成させる付着イオン生成室（付着イオン生成部となる）である。付着イオン生成室１１は金属イオンを発生させ、放出する金属イオン放出体（エミッタ）１７、金属イオンが被測定物質の分子に付着する付着領域１２を備えている。１３ａは質量分離手段を構成する第一のＱポール７１ａが配置される質量分離室、１３ｂはイオン化手段を構成する第二のＱポール７１ｂとHeガスなどのガスライン１５が配置されるイオン化室、１４は第三のQポールを含む質量分析計２５が設置される質量分析室である。質量分離室１３ａ、イオン化室１３ｂ、質量分析室１４は質量分析部を構成する。質量分析計２５は質量分析手段を構成する。
【００２０】
付着イオン生成室１１内の、金属イオン放出体（エミッタ）１７と付着領域１２は、同じ真空環境にある。付着イオン生成室１１、質量分離室１３ａ、イオン化室１３ｂ、及び質量分析室１４は、それぞれ専用の真空排気ポンプ１６a, １６b, １６cおよび２６を用いて真空状態にされる。
【００２１】
この実施形態で、金属イオン放出体１７は、例えば正電荷のリチウムイオン（Ｌｉ+）を放出する。付着イオン生成室１１内の付着領域１２に対しては、外部に配置された試料ガス供給器１８から被測定物質である被検出ガスが導入される。放出された金属イオンと、導入された被検出ガスの分子とで付着イオンが生成される。
【００２２】
図１中において、矢印１９，２０は金属イオンと付着イオンの移動の軌跡を示している。なお、被検出ガスの導入位置は付着イオン生成室１１内の同じ真空環境下であればよく、図１に示す位置に限定されない。
【００２３】
図１に示した実施形態では、質量分離室１３ａにおいて、付着イオンのうち所定の質量数のイオンを選択させる機構として、第一のＱポール（四重極）７１ａを配置する。さらに、その下流のイオン化室１３ｂにおいて、第二のQポール７１ｂとHeガスなどのガスライン１５を配置する。そして、イオン化室１３ａの下流の質量分析室１４に第三のＱポールを配置する。質量分離室１３ａで分別された同じ質量数の付着イオンをHeガス雰囲気中の第二のQポール７１ｂに輸送することにより付着イオンを解離させて、続いて第三のQポールを含む質量分析計２５によりそのフラグメント（解離したイオン）を計測することができる。
【００２４】
第一のＱポール７１ａ及び第二のＱポール７１ｂは、例えば、４本の円柱に対して高周波電源７２ａ及び７２ｂから高周波電圧を印加させ、質量による軌道安定度の差から質量分離を行い、またはHeガスと衝突させて付着イオンを解離する方式である。
【００２５】
第一のＱポール７１ａにおいては、隣接する円柱に高周波電圧（Ｖ電圧）と直流電圧（Ｕ電圧）の両方を印加し、この比率を特定な値とすることによって、これらの電圧に対応する特定の質量数を有するイオンのみを通過させることができる。
【００２６】
第二のＱポール７１ｂにおいては、定性測定のために質量分離室１３ａで選別された所定の質量数の付着イオンをガスライン１５から導入するHeガスと衝突させることにより解離して、そのフラグメントの生成量を最大にする条件として、軸方向（第二のQポール７１ｂの長手方向）の電界強度を3.5〜35Ｖ/ｃｍに選択することができる。
【００２７】
付着イオン生成室１１と質量分離室１３ａとの間には、孔２１ａを有した隔壁２１が設けられている。隔壁２１の孔２１ａを通して金属イオンと付着イオンが移動する。
【００２８】
このとき、障壁２１の孔２１ａの孔径は、0.5〜2ｍｍが好ましい。0.5ｍｍ未満では付着イオンの透過効率が低下し、また、2ｍｍを超えると質量分離室１３ａの圧力が上昇してしまうからである。
【００２９】
このときの質量分離室１３ａの圧力は、１×１０−２（1E-2）Ｐａ以下が好ましい。1E-2Ｐａを超えるとイオンの透過効率が低下するからである。
【００３０】
さらに、質量分離室１３ａとイオン化室１３ｂとの間には孔２２ａを有した隔壁２２が設けられている。隔壁２２の孔２２ａを通して金属イオンと付着イオンが移動する。
【００３１】
このとき、障壁２２の孔２２ａの孔径は、4〜8ｍｍが好ましい。4ｍｍ未満では付着イオンの透過効率が低下し、また、8ｍｍを超えると質量分離室１３ａの圧力が上昇してしまうからである。
【００３２】
イオン化室１３ｂの圧力は、5E-3〜1Ｐａが好ましい。5E-3Pa未満ではガスライン１５から導入するHeガスとの衝突によるイオン化効率が低下し、1Ｐａを超えると質量分離室１３ａおよび質量分析室１４の圧力が上昇するからである。
【００３３】
イオン化室１３ｂと質量分析室１４との間には孔２３ａを有した隔壁２３が設けられている。障壁２３の孔２３ａの孔径は、4〜8  ｍｍが好ましい。4ｍｍ未満ではイオンの透過効率が低下し、また、8ｍｍを超えると質量分析部１４の圧力が上昇してしまうからである。
【００３４】
質量分析室１４の圧力は、1E-2Ｐａ以下が好ましい。1E-2Ｐａを超えると質量分析が充分にできなくなるからである。
【００３５】
質量分析室１４の内部には、例えばＱポール型（四重極型）等の質量分析計２５が設けられ、かつ専用の真空排気ポンプ２６が付設されている。質量分析計２５の図中右側には付着イオンを受ける二次電子増倍管２７が配置されている。
【００３６】
質量分析室１４では、Ｑポール型質量分析計などの電磁気力を利用した質量分析計２５が、特定の質量数を有する付着イオンから解離したフラグメントを質量電荷比ごとに分別して計測される。質量分析計２５は、通常１０-2Ｐａ以下の圧力でしか動作できないので、孔付き隔壁２３によって圧力差を発生させている。
【００３７】
上記のイオン付着質量分析装置では、付着領域１２の下流に、付着イオンのうち特定の質量数のイオンを選択させる第一のQポール７１ａを設けるようにした。このような機構を設けることで、付着イオン等のうち特定の質量数を有するイオンを分別する。
【００３８】
さらに、第一のQポール７１ａの下流（付着イオンの輸送方向を下流とする。）方向に続けて第二のQポール７１ｂを接続する。かかる構成により、分別された特定質量数のみの付着イオンを第二のQポール７１bに輸送することができる。第二のＱポール７１ｂで、その付着イオンを解離させ、続いて第三のQポールによりそのフラグメントイオンを分析することにより、被検出ガスの成分やそれら成分比を測定することができる。
【００３９】
図２に被検出ガスとしてアセトンを用いた特性図を示す。図２（ａ）は第一及び第二のＱポールでは分別やイオン化を行わない設定にすることにより付着イオン生成室１１からの付着イオンを全て通過させ、質量分析室１４で分析した結果を示している。ここでは、付着イオン生成室１１で被検出ガスとしてのアセトンにＬｉイオンを付着させた付着イオンを生成しているので、Ｌｉ＋とＭＬｉ+（ここでは、CH3COCH3Ｌｉ+）のピークデータが得られる。しかし、このデータだけでは、被検出ガスの質量数は検知できるが、その定性及び定量を行うことができない。そこで、第一及び第二のＱポールの設定を変えて、第一のＱポールで特定の質量数の付着イオンを選択させ、第二のＱポールでその付着イオンを解離する。そして、第三のＱポールを備えた質量分析室１４で解離したイオンを分析する。その結果を図２（ｂ）に示す。その結果、ＣＨ３＋のピークと、Ｍ＋（CH3COCH3＋）のピークと、（Ｍ−ＣＨ３）＋（化合物ＭからＣＨ３が解離したイオン）のピークが検知される。このフラグメントパターンから、被検知ガスは同じ質量数を持つブタンやプロペノールではなくアセトンであることがわかる。図２（ａ）、（ｂ）において、縦軸は検出強度、横軸は質量電荷比、すなわちイオンの質量（m）を電荷数（z）で割った値を示す。
【００４０】
上記実施形態においては、以下のような変更を行うことも可能である。
【００４１】
金属イオンとしてＬｉ+を使用したが、これに限定されず、Ｋ+，Ｎａ+，Ｒｂ+，Ｃｓ+，Ａｌ+，Ｇａ+，Ｉｎ+などに適用できる。また、質量分析計としては多重極型ポールとしてＱポール型質量分析計を使用したが、これに限定されるものではない。例えば、質量分析計として、外部イオン化方式によるイオントラップ型質量分析計、磁場セクタ型質量分析計、ＴＯＦ（飛行時間）型質量分析計、ＩＣＲ（イオンサイクロトロンレゾナンス）型質量分析計も使用することができる。また、質量分離室も上記質量分析計と同様な質量分離手段を設けることができる。さらに、イオン化室の構成もＱポールに限定されるものではない。例えば、ヘキサポールやオクタポールなどの他の多重極型ポールも使用することができる。質量分析計についても同様にヘキサポールやオクタポールなどの他の多重極型ポールも使用することができる。
【００４２】
好適な形態を挙げると、質量分離手段としてTOF、イオン化手段としてＱホール等の多重極ポール、質量分析計としてTOFを用いることができる。
【００４３】
被検出ガスは、最初からガス状のもの以外に、本来は固体・液体であっても何らかの手段でガス状になっていればよい。また本実施形態に係る装置を他の成分分離装置、例えばガスクロマトグラフや液体クロマトグラフに接続して、ガスクロマトグラフ/質量分析装置（ＧＣ/ＭＳ）、液体クロマト/質量分析装置（ＬＣ/ＭＳ）とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明はイオン付着質量分析装置に適用され、このイオン付着質量分析装置をガスクロマトグラフや液体クロマトグラフに接続して、ガスクロマトグラフ/質量分析装置（ＧＣ/ＭＳ）、液体クロマト/質量分析装置（ＬＣ/ＭＳ）とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るイオン付着質量分析装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】被検出ガスとしてアセトンを用いた場合の特性図である。
【図３】イオン付着質量分析装置の代表的な構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  付着イオン生成室
１２  付着領域
１３ａ  質量分離室
１３ｂ  イオン化室
１４  質量分析室
１５  ガスライン
１６ａ  真空排気ポンプ
１６ｂ  真空排気ポンプ
１６ｃ  真空排気ポンプ
１７  金属イオン放出体
１８  試料ガス供給器
２５  質量分析計
２６  真空排気ポンプ
７１ａ  第一のＱポール
７１ｂ  第二のＱポール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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