Agilent 8900 トリプル四重極 ICP-MS

技術概要

はじめに
四重極 ICP-MS の世界市場をリードするアジレントは、トリプル四重極 ICP-MS (ICP-QQQ)を提供している唯一のサプライヤです。

2012 年に発売された ICP-QQQ は、MS/MS により化学反応をコントロールすることで、リアクションモードで一貫性と信頼性に優れた結果をもたらし、ICP-MS の干渉除去に変革を起こしました。その Agilent 8800 ICP-QQQ の 後継機器となるのが Agilent 8900 ICP-QQQです。Agilent 8900 は、高度な性能を備え、分析困難な成分の超微量測定をさらに正確に行えます。また、使いやすい生産性向上ツールを組み合わせて使用することで、より幅広いアプリケーションの分析に活用できます。

四重極 ICP-MS と ICP-QQQ の干渉抑制

硫黄などの元素の微量測定、高純度材料や半導体プロセス薬品

Agilent 7800 および 7900 四重極 ICP-MS 機器は、市場最高レベ
ルの性能を誇るコリジョンリアクションセル (CRC) を備え、ヘリ
ウム (He) コリジョンモードにより多原子干渉を抑制することができます。この性能の優位性が、アジレントが四重極 ICP-MS (ICPQMS) の 世界市場リーダーとしての 地位を確立している大きなや同重体の分離など、成分、サンプルの種類、および干渉物質の超微量分析、分析対象物にオーバーラップする二価干渉物質
によっては、コリジョンモードで十分に対処できないこともあります。このような場合、反応性 の高いセルガスが干渉物質の分離に大きく役立つこともありますが、従来の四重極 ICP-MS のリ
アクションモードは、信頼性 の 高 いソリューションとは言えませ理由です。

ん。これは、CRC の前にマスフィルタがないためです。すなわち、サンプルの組成によってセルに進入するイオンが異なり、セル内

アジレントの He モードでは、マトリックス由来の一般的な多原子で起きる化学反応が変化するため、結果的に一貫したイオン/プ

イオンが抑制されるため、通常のサンプルに含まれる一般的なロダクトイオンスペクトルが得られません。

ケイ素、
リン、
成分をより正確に分析することができます。ただし、マスシフトリアクションモードを用いた Se 分析 : 従来の ICP-QMS と ICP-QQQ の比較

Ar40Ar+, 160Gd++, 160Dy++

40

リアクションガス (O2)
Ar40Ar+,
Gd++,
160
Dy++
80
Se+
96 +
Zr ,
96
Mo+,
96
Ru+
Q1 なし -

40

160

Se160+
Zr+, 96Mo+, 96Ru+

80
96

Se+

80

Se160+

80

四重極 (m/z 96) – m/z 96 のすべてのイオンが通過すべてのイオンがセルに進入

図 1A: 従来の ICP-QMS の場合 : Se は、セル内で O2 リアクションガスとの反応により、m/z 80 の干渉イオン (Ar2+、Gd++、および Dy++) と異なる質量数の 80Se16O+ に変換され、m/z 96 として測定されます。しかし、Zr、Mo、Ru など m/z 96 とオーバーラップする元素が存在すると、m/z 96 の信号が SeO+ 以外にも増えてしまいます。

Ar40Ar+, 160Gd++, 160Dy++

40

リアクションガス (O2)
Ar40Ar+,
Gd++,
160
Dy++
80
Se+
96 +
Zr ,
96
Mo+,
96
Ru+

40

160

Se160+

80

Se+

80

Se160+

80

Zr , Mo , Ru
Q1 (m/z 80) – m/z 80 以外の
96

+ 96

+ 96

+

Q2 (m/z 96) – m/z 96 以外のすべてのイオンを除去

すべてのイオンを除去

図 1B: ICP-QQQ の場合 : Q1 により、m/z 80 のイオンのみがセルに進み、その他すべてのイオンは排除されます。80Se+ は、セル内で O2 リアクションガスとの反応により 80Se16O+ に変換されます。Q2 において、SeO+ が m/z 96 として測定されます。Zr、Mo、Ru は Q1 を通過しないのでセルに入りません。

2

初期のトリプル四重極 ICP-MS

このような Agilent 8800 独自の分析性能により、ICP-QQQ は急速

2012 年に、アジレントは世界初のトリプル四重極 ICP-MS である
Agilent 8800 ICP-QQQ を発売しました。この画期的な機器により、
ICP-MS の分析性能が高まり、対応可能なサンプルが大幅に広がりました。タンデム質量分析計 (MS/MS) が搭載された ICP-QQQ
は、2 つの四重極マスフィルタ (Q1 および Q2) と、その間に位置するオクタポールリアクションシステム (ORS) CRC で構成されてのルーチンアプリケーションで広く利用されています [1、2、3]。

に導入が進み、いまやハイテク業界、研究ラボ、さまざまな分野

第 2 世代の ICP-QQQ
アジレントの 第 2 世代 のトリプル 四重極 ICP-MS である Agilent

8900 は、先行機器からさらに性能および生産性が向上しています。より優れたマトリックス耐性 (溶解固形分最大 25 %) と感度、S および Si に対する低バックグラウンド、セルガスの柔軟な選択います。

ICP-QQQ は、確立されているアプリケーションに対して従来の四重極 ICP-MS を 凌ぐ性能 を 発揮します。また、CRC の 前に四重極 (Q1) が追加搭載されたことで、リアクションモードにおける干といった特長を備えています。また、単一ナノ粒子の分析に適した高速時間分析 (TRA) 機能と最大 11 桁のダイナミックレンジを備えた新たな検出器を搭載しています。

渉抑制が格段に向上しています。この 追加 のマスフィルタによAgilent 8900 ICP-QQQ には、高性能メインフレームからなる標準

り MS/MS 動作が実現されます。この動作モードでは、Q1 および仕様、アドバンス仕様、半導体仕様があり、研究からルーチンア

Q2 がどちらもユニットマスフィルタとして機能し、Q1 でターゲッ

プリケーションまで幅広いニーズに応えることができます。

ト以外 の 質量数が排除されるため、セルに進入するイオンがサ
ンプルマトリックスの組成に左右されません。すなわち、イオン•

分子の化学反応をあらかじめ予測でき、セル内で一貫した反応

Agilent 8900 標準仕様 - 四重極 ICP-MS より優れた分析性能を備え、食品、環境、ナノ粒子の特性解析、地質および臨が起きるため、確実に正確な結果が得られます。また、反応性の床研究ラボにおける一般的なアプリケーションに適してい

高いセルガスを必要とする分析困難なアプリケーションでも、低ます。

い検出下限 (DL) を達成できます。図 1A および図 1B に、セレンの分析例を用いて ICP-QMS と ICP-QQQ の基本的な機能の違いを

•

示します。

ICP-QQQ では、化学反応 の 選択性により、独自の 卓越した分析性能が実現されます。例えば、リアクションガスにより、204Hg と204
Pb のように質量数 は 等しいが 元素自体 が 異 なる、直接 オー

Agilent 8900 #100 アドバンス仕様 - 材料分析、ライフサイエ
ンス、Si および S の微量分析、および研究に適しています。
この機器は、標準仕様より高感度でセル性能が高く、Si お
よび S に対する低バックグラウンド、より広いダイナミックレ
ンジといった特長を備えています。

バーラップする同重体を分離できます。通常、直接オーバーラッ•

プする同重体の分離には、数十万もの質量分解能 (M/∆M) が必

Agilent 8900 #200 半導体仕様 - 不活性なサンプル導入、Pt
インタフェースコーン、最高感度、最低の DL、およびクール要です。高分解能の ICP-MS でも最大分解能はせいぜい 10,000

プラズマ機能を備え、高純度の半導体薬品の分析においてであり、必要とされる分解能に遠くおよびません。

最高レベルの性能を発揮します。

MS/MS モードは、QQQ 構成 の 優 れたピーク分離にも貢献します。ピーク分離能を表す指標として、強 いピークが隣接する質

量数のピークにおよぼす影響を示すアバンダンス感度 (AS) が用いられます。一般的な四重極 ICP-MS の AS 仕様は 10-7 です。これに対し、2 つの四重極を持つ ICP-QQQ の AS は Q1 AS x Q2 ASの積となり、理論的な AS は機器全体で 10-14 に達します。この

数値は検出器のダイナミックレンジを超えているため実験で検証することはできませんが、ICP-QQQ では、有機溶媒中のホウ素の微量分析、鉄および全血中のマンガンの超微量分析、U-236
や I-129 などの 放射性同位体 の 微量分析 など、幅広 いアプリ
ケーションできわめて優 れたピーク分離能を発揮することが実証されています。

3

2 つの引き出しレンズと軸ずらし型
オメガレンズにより、質量範囲に渡ってイオンを収束

Q1: 高周波双曲型四重極マスフィルタにより、セルに進むことのできるイオンを選別

Q2: 高周波双曲型四重極により、検出器に進むことのできるイオンを選別
最大 11 桁のダイナミック
レンジを備えたエレクトロンマルチ
プライア検出器

超高マトリックス
導入技術

4 つのセルガスラインを備えた第 4 世代の

低流量のサンプル導入
システム

コリジョンリアクション
セル (ORS4)

ペルチェ冷却
スプレーチャンバ

効率的なツインターボ
真空システム

高速の周波数
マッチング型 27 MHｚ
RF ジェネレータ

堅牢性に優れた
高温プラズマイオン源

高透過率、高マトリックス
耐性のインタフェース

図 2 Agilent 8900 ICP-QQQ の主なハードウェアコンポーネントの概略図•

技術の進歩が多様なアプリケーションの分析性能を向上

素および硫黄のバックグラウンドを最小限に抑える材料で作

Agilent 8900 ICP-QQQ は 8800 モデルの後継機器であり、さらにられた新たなアルゴンガスフローシステムが採用されてい優れた分析性能を備え、より幅広いアプリケーションに対応できます。これにより、これまで ICP-MS では微量濃度の測定がます。

困難だったこれらの元素について 50 ppt の検出下限が実現されます。

Agilent 8900 では、数百におよぶ 8800 ユーザーの経験を踏まえ、新たなアプリケーション要件を考慮して、より幅広いアプリケー•

新しいインタフェース真空ステージにより、イオン透過率が向上し、Agilent 8800 の最大 2 倍の感度が実現されます。

ションでより優 れた性能を実現する新たなハードウェアとソフト
ウェアが採用されています。

•

Agilent 8900 のアドバンス仕様および半導体仕様では、ケイ•

新しい第 4 世代の 4 チャネル ORS4 コリジョンリアクションセ
ルにより、利用できるリアクションガスの幅が広がり、より柔

Agilent 8900 の標準仕様およびアドバンス仕様には、超高マトリックス導入 (UHMI) 機能が搭載されています。UHMI は、
アジレント独自のエアロゾル希釈技術により、最大 25 % の溶解固形分 (TDS) に対応できるマトリックス耐性を実現しま

軟に分析を実行できるようになります。Agilent 8900 のアドバ
ンス仕様および半導体仕様の ORS4 には、軸方向の加速機能が備わっています。これにより、移動速度の遅いプロダク
トイオンの軸方向のエネルギーが高まり、高次プロダクトイ

す。これは、市場最高レベルの堅牢性を誇るアジレントの四オンの生成が抑制されるため、さらに感度が高まります。

重極 ICP-MS システムに匹敵します。

4•Agilent 8900 ICP-QQQ の性能特性

新しい 高ゲインの 軸上エレクトロンマルチプライア検出器
では、
最小ドウェルタイム 0.1 ms での高速 TRA 採取がサポー

高感度トされるため、単一 ナノ粒子の特性解析 (spICP-MS) が可能

感度と S/N 比は、ICP-MS の 性能を表 す基本的 なパラメータでです。Agilent 8900 のアドバンス仕様および半導体仕様の検す。Agilent 8900 ICP-QQQ には、Agilent 7900 四重極 ICP-MS によ

出器は、最大 11 桁のダイナミックレンジを備えています (標り現場で実証済 みの 高感度真空インタフェース (最初 の 真空ス

準仕様は 10 桁)。

••テージ) が搭載されています。引き出しレンズシステムも、新たハイスループットのルーチンアプリケーションでは、Agilent

な真空インタフェースでのイオン透過率を最大化するよう最適

8900 ICP-QQQ にオプションの ISIS 3 インテグレートサンプル

化されているため、Agilent 8900 ICP-QQQ のアドバンス仕様 およ

導入システムアクセサリを装着することにより、生産性を高び半導体仕様では、それに相当する 8800 モデルの 2 倍の感度めることができます。

が実現されます。

アジレントの ICP-MS MassHunter 4.3 ソフトウェアは、現在提Agilent 8900 の半導体仕様には、多様な業界のアプリケーション
要件を踏まえ、高感度と低 DL が求められる半導体業界に適した
特殊な設計の引き出しレンズが採用されています。この 「s-レン

供されているすべての 四重極 ICP-MS および ICP-QQQ シス
テムで使用できます。このソフトウェアに搭載されている高度なメソッドウィザードにより、メソッドの設定をすばやく簡ズ」により、標準的なホットプラズマ条件下で、標準仕様および単に行えます。豊富なプリセットメソッドとメソッド固有 のレ

アドバンス仕様に使用される「x-レンズ」よりも高い感度が実現

ポートテンプレートも 利用 できます。ICP-MS MassHunter のされ、信頼性の高いクールプラズマ性能もサポートされます。x-

オプションのインテリジェントシーケンス QA/QC ソフトウェア

レンズは、高マトリックスサンプル (通常は CeO+/Ce+ ≤ 1 %) の測モジュールでは、四重極 ICP-MS に加えて ICP-QQQ もサポー

定に用 いられる堅牢なホットプラズマ条件下で良好な感度を必トされています。

要とする一般的なアプリケーションに適しています。

Agilent 8900 ICP-QQQ 機器の主な機能を図 2 に示します。

図 3 232Th (左) および 238U (右) の検量線。DL は、キャリブレーションブランクを 10 回繰り返し分析し、3 秒の積分時間で求めた標準偏差の 3 倍として計算されています。

5

図 4 左 : H2 セルガスを用いて MS/MS オンマスモードで測定したケイ素の検量線。15 ppt の DL が得られています。
右 : O2 セルガスを用いて MS/MS マスシフトモードで測定した硫黄の検量線。5 ppt の DL が得られています。

Agilent 8900 のアドバンス仕様 および半導体仕様におけるイットが低減され、S、Si、および P について 50 ppt 未満の DL 仕様が実リウムの感度仕様は、それぞれ 700 Mcps/ppm と 1.2 Gcps/ppm で現されます。すべてのアドバンス仕様および半導体仕様機器は、す。図 3 は、10、20、および 50 ppt の標準溶液を用いて Agilent

DL が工場試験の一環として確認されています。この DL は、これ8900 のアドバンス仕様で測定した Th および U の検量線です。この検量線から、高感度と超低バックグラウンドノイズ (仕様では <0.2 cps) の組み合わせにより、Agilent 8900 ICP-QQQ で 1 〜 2 ppqの DL を実現できることがわかります。

までの ICP-MS では達成し得なかった性能であり、Si や S の微量分析を必要とするライフサイエンス、医薬品/生物製剤、石油化
学 などのアプリケーションにとって大きな 前進となります。図 4
は、超純水 (UPW) 中の Si および S の検量線です。Si については

15 ppt、S については 5 ppt の DL が得られています [4]。

硫黄およびケイ素の微量分析機能
四重極 ICP-MS では、一般的に測定される多くの 元素について

軸方向の加速機能を備えた ORS4 CRC

アジレントが現在提供しているすべての ICP-MS および ICP-QQQ

ppt 以下の DL が得られます。ところが、特定の特殊な元素の微量分析については、ICP-QQQ が発売されるまで容易ではありませんでした。Si や S などの元素は、それぞれ CO+ および N2+、O2+ のスペクトル干渉を受けます。このようなスペクトル干渉は、ICPQQQ で MS/MS メソッドを使用することにより効率的に解決できますが、達成可能な DL は、バックグラウンドコンタミネーション

機器には、オクタポールリアクションシステム (ORS) と呼ばれる
オクタポールベースの CRC が搭載されています。最新の Agilent

7800 および 7900 四重極 ICP-MS と Agilent 8900 ICP-QQQ に搭載されている第 4 世代の ORS4 は、卓越したセルモード性能を実現します。

があるため比較的高いままになります。

オクタポールイオンガイドは、He モードに最適なイオンガイドでSi および S は、ラボの消耗品から機器コンポーネントで使用されす。オクタポールの 内径は非常に小さく、また広 い 安定領域をている多くの材料まであらゆる場所に存在し、これが高いバック持つため、オクタポール内でイオンビームが十分に収束し、イオグラウンドにつながります。ICP-MS ハードウェアによる影響を最ン透過率が高まります。これにより、セル容量を小さくし、運動小限に抑えるために、Agilent 8900 のアドバンス仕様および半導エネルギー弁別によって低いセルガス圧で効果的に干渉を除去

体仕様 の 主なコンポーネントは、より不活性な材料に置き換えできるため、拡散による信号損失を最小限に抑えることができまられています。これにより、S および Si のバックグラウンド信号

す。高 い 透過率と衝突率によりもたらされる利点は、反応性 の6高いセルガスを使用するメソッドでも同様に得られます。これは、Agilent 8900 ICP-QQQ で卓越した DL 性能が実現される理由 の 1
つです。

Agilent 8900 のアドバンス仕様および半導体仕様の ORS4 には、新しい 軸方向 の 加速機能が搭載されています。この 機能でオクタポールの長さ方向に沿って電圧勾配を印加し、イオンガイドの軸方向にイオンを加速させることにより、分析において次の 2 つの利点がもたらされます。

•

リアクションセルモードの感度の向上

反応によって生成されるプロダクトイオンは、比較的サイズが大きいため速度が遅くなります。低速 のイオンでは、衝突拡散または空間電荷の反発が生じ、これがイオン透過率の低下につながります。軸方向の加速により、より大きなエ
ネルギーをプロダクトイオンに与え、これらの効果を抑えて
イオンガイドの軸方向に移動させることにより、感度を高めることができます。図 5 は、O2 セルガスを用いて MS/MS マ
スシフトモードで硫黄を SO+ プロダクトイオンとして測定した結果です。スペクトルの重ね表示から、軸方向の加速により後方拡散 の 効果が低減して SO+ プロダクトイオンの 透過率が向上し、結果的に SO+ の信号強度が高まり、硫黄分析の DL が改善されているのがわかります。

•

図 5 軸方向の加速機能を使用した場合と使用しない場合の 10 ppb 硫黄のスペクトル。軸方向の加速電圧を印加することで、信号強度が大幅に高まって

高次プロダクトイオンの形成の抑制

いるのがわかります。

加速エネルギーを高めると、高次クラスタイオンの 形成を抑制し、低次プロダクトイオンの感度を高めることもできます。これは、コリジョンエネルギーが、高次クラスタイオン

単一ナノ粒子の分析機能の形成につながる弱い結合エネルギーを上回るためです。

多くの業界および多様なサンプルにおいて、ナノ粒子 (NP) の特性解析への関心が急速に高まっています。新たな NP 分析アプリ
ケーションは、毒性学の研究、エコシステムの循環の研究、工業用ナノ粒子の特性解析など多岐に渡り、これらのアプリケーショ
ンではすでに ICP-MS が利用されています。

NP の 特性解析に用 いられている方法 の 1 つが、個々の NP が
ICP を通過し、原子化およびイオン化するときの信号を測定するものです。この手法は単一粒子 ICP-MS (spICP-MS) と呼ばれます。
通常、単一 NP により生成された信号が持続するのは数ミリ秒以下であるため、正確な分析を行うためには、その信号を捕捉し、各 NP の信号が次の粒子の信号とオーバーラップしないよう測定することのできる非常に高速な検出器が必要です。

7

図 6 左 : 高速 TRA モードでのブランクおよび SiO2 NP 標準物質の単一粒子分析。右 : TRA データをもとに SiO2 NP について計算した粒子サイズ分布プロット。

Agilent 8900 ICP-QQQ には、高速 TRA 機能を備えた新たな検出器が搭載されており、ドウェルタイム 0.1 ms での測定が可能です。
この高速検出器と NP 解析用のソフトウェアを組み合わせて使用効果に急速に注目が集まっています。ところが、ICP-MS を用いた低濃度の Si の検出では、N2+ および CO+ によるスペクトル干渉が妨げとなります。また、TiO2 NP についても、Ti のすることで、信号を解析し、粒子サイズとサイズ分布を明らかに

主同位体 (m/z 48) のスペクトルに 48Ca がオーバーラップするすることができます。Agilent 8900 ICP-QQQ が NP の研究に最適なため、四重極 ICP-MS による微小サイズでの 測定は困難で

ICP-MS である理由は 2 つあります。
•

す。Agilent 8900 ICP-QQQ の MS/MS モードを用いれば、これらのスペクトル干渉を除去し、低濃度で存在する Si およびきわめて高い感度と超低バックグラウンド

Ti を正確に測定できます。また、微小粒子 (50 nm 以下) の信号をバックグラウンド信号と区別できるため、SiO2 およびTiO2 NP をきわめて高い精度で分析することが可能です。

実世界のサンプルに含まれる NP を特性解析するためには、
微小粒子 の 信号とバックグラウンド信号を区別 する能力が不可欠です。Agilent 8900 ICP-QQQ は、どの四重極ベースのICP-MS よりも高い S/N 比と、超低バックグラウンドおよび高図 6 に、SiO2 NP 分析における Agilent 8900 ICP-QQQ の優れた性能を示します [6]。この図には、ブランク脱イオン水と、参照粒子サいイオン透過率を実現します。そのため、容易に測定可能

イズが 50 nm、60 nm、および 100 nm の SiO2 NP 標準物質についな Ag や Au などの元素をベースとする NP を 10 nm 以下の•

非常に小さい粒子径で測定できます [5]。

て、高速 TRA (ドウェルタイム 100 µs) により収集した測定信号が元素バックグラウンドおよびスペクトル干渉の効率的な除去

安定したベースライン信号と明確に区別できることがわかりま

示されています。粒子サイズ 50 nm の標準物質の信号を、低い

Agilent 8900 ICP-QQQ では、Si および S バックグラウンドの抑制と、MS/MS モードにおける卓越した干渉抑制により、Fe、S、Ti、Si など分析困難な元素をベースとする NP の特性解析も可能です。SiO2 NP は、工業製品、食品、および一般消費財

す。図 6 には、ICP-MS MassHunter の単一ナノ粒子アプリケーショ
ンモジュールを使用して、測定信号を校正 および変換した粒子
サイズ分布プロットも示されています。測定データをもとに計算したバックグラウンド相当粒子径 (BED) は 25 nm 未満です。

で広く使用されており、その環境への影響や潜在的な毒性

8

結論
世界初の市販 ICP-QQQ である Agilent 8800 は、きわめてパワフル
で柔軟性の高い ICP-MS として、ハイテク業界や研究機関から分

析サービスプロバイダまで、幅広いユーザーへの導入が急速に進みました。
その 後継機器 である Agilent 8900 では、ICP-QQQ の 機能 がさらに進化し、より優れた分析性能と生産性が実現されます。また、

ICP-QQQ の 可能性が広がり、より幅広 いサンプルやアプリケー
ションに活用することができます。

参考文献
1.

Agilent 8800 ICP-QQQ Application Handbook, Agilent publication,
2015, 5991-2802EN

2.

L. Balcaen, E. Bolea-Fernandez, M. Resano and F. Vanhaecke, Anal
Chim Acta, 2015, 894, 7-19

3.

B. P. Jackson, A. Liba and J. Nelson, J Anal At Spectrom, 2015, 30,
1179-1183

4.

K. Nakano, Agilent publication, 2016, 5991-6852EN

5.

S Nunez, H Goenaga Infante, M Yamanaka and T Itagaki, Agilent
publication , 2016, 5991-6944EN

6.

M. Yamanaka, T. Itagaki and S. Wilbur, Agilent publication, 2016,
5991-6596EN

9

ホームページ

www.agilent.com/chem/jp
カストマコンタクトセンタ

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アジレント・テクノロジー株式会社© Agilent Technologies, Inc. 2016
Printed in Japan, June 1, 2016
5991-6942JAJP