JPH0770301B2 - Mass spectrometer - Google Patents
Mass spectrometerInfo
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- JPH0770301B2 JPH0770301B2 JP60134170A JP13417085A JPH0770301B2 JP H0770301 B2 JPH0770301 B2 JP H0770301B2 JP 60134170 A JP60134170 A JP 60134170A JP 13417085 A JP13417085 A JP 13417085A JP H0770301 B2 JPH0770301 B2 JP H0770301B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、質量分析計、特に高圧状態でイオン−分子反
応により生成したクラスターイオンを解裂させる機構を
有する質量分析計の改良に関するものである。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly to an improvement of a mass spectrometer having a mechanism for cleaving cluster ions generated by an ion-molecule reaction at high pressure. .
ガス中の微量不純物の分析手段として、数Torrから1気
圧の圧力下で効率よく試料をイオン化し、試料をイオン
の形で細孔から質量分析計内に導入して分析する手段が
発展し実用化されている(参照アナリテイカル・ケミス
トリイ(Analytical Chemistry),vol.45,No.6,May 197
3,p.936−943;アナリイテイカル・ケミストリイ(Analy
tical Chemistry),vol.45,No.6,May 1974,p.706−711
(特開昭51−7991号公報)。この方法は1気圧下でのコ
ロナ放電またはNiβ線照射による一次イオン化とそれに
引き続いておこるイオン−分子反応による二次イオン化
の二段階でイオンを生成するために、従来の電子衝撃イ
オン化法に比べて3〜6桁の高感度性を有し、また、試
料分子の分解なども少く、単純で解釈しやすいスペクト
ルが得られる。As a means for analyzing trace impurities in gas, a means for efficiently ionizing a sample under a pressure of several Torr to 1 atm and introducing the sample in the form of ions from the pores into the mass spectrometer for analysis has been developed and put into practical use. (Reference Analytical Chemistry, vol.45, No.6, May 197)
3, p.936-943; Analytical Chemistry (Analy
tical Chemistry), vol.45, No.6, May 1974, p.706-711.
(JP-A-51-7991). Compared with the conventional electron impact ionization method, this method produces ions in two steps: primary ionization by corona discharge at 1 atm or Niβ irradiation and subsequent secondary ionization by ion-molecule reaction. It has a high sensitivity of 3 to 6 digits, less decomposition of sample molecules, and a simple and easy-to-interpret spectrum can be obtained.
第1図は、イオン化手段としてコロナ放電針状電極を備
えた大気圧イオン化質量分析計でイオン化部1、中間圧
力部2、質量分析部3からなり夫夫再孔4,5で接続され
ている。FIG. 1 shows an atmospheric pressure ionization mass spectrometer equipped with a corona discharge needle electrode as an ionization means, which is composed of an ionization section 1, an intermediate pressure section 2 and a mass analysis section 3 and is connected by a pair of reholes 4 and 5. .
同図においてイオン化部1でコロナ放電用針状電極6に
より1次イオン化し、引き続きイオン−分子反応により
二次イオン化がなされ、生成した被測定分子のイオンは
細孔4を通して中間圧力部2の通過する。この中間圧力
部2は1次排気7によつて約1Torrに保たれている。In the figure, in the ionization section 1, primary ionization is performed by the corona discharge needle electrode 6 and secondary ionization is subsequently performed by the ion-molecule reaction, and the generated ions of the molecule to be measured pass through the pores 4 to the intermediate pressure section 2. To do. The intermediate pressure section 2 is maintained at about 1 Torr by the primary exhaust 7.
次いで第2の細孔5を通つて二次排気8された質量分析
部3に入り質量分析計によつて質量が分析された後、検
出器9で検出された。なお、中間圧力部2には、イオン
を第2の細孔5上に集束させるように、求心状の電場を
与えるイオン収束用電極10が設けられている。また質量
分析部3の前段にはキヤリブレーシヨン用のイオン化手
段11で同図においては電子衝撃イオン源である。Then, after passing through the second pores 5 and entering the secondary-exhausted mass spectrometer 8, the mass was analyzed by the mass spectrometer and then detected by the detector 9. The intermediate pressure section 2 is provided with an ion focusing electrode 10 which gives a centripetal electric field so as to focus the ions on the second pores 5. Further, an ionizing means 11 for calibration is provided before the mass spectrometric section 3 and is an electron impact ion source in the figure.
試料の導入は窒素,空気,酸素,アルゴン、あるいはヘ
リウムなど種々のガスを用いることができるが、窒素ガ
スが最も広く用いられている。そこで、窒素ガスをキヤ
リヤーとして用いた場合について、以下詳述する。Various gases such as nitrogen, air, oxygen, argon, or helium can be used for introducing the sample, but nitrogen gas is most widely used. Therefore, the case where nitrogen gas is used as a carrier will be described in detail below.
試料は、大気圧のイオン化部1でコロナ放電用張状電極
6によつて一次イオンが生成される。一次イオンは大多
数の成分である窒素のイオン化により生じたN+あるいは
N2 +である。これらは直ちに窒素と反応してN4 +およびN3
+を与える。In the sample, primary ions are generated by the corona discharge tension electrode 6 in the ionization section 1 at atmospheric pressure. The primary ions are N + generated by ionization of nitrogen, which is the majority component, or
N 2 + . They react immediately with nitrogen to N 4 + and N 3
Give + .
これらの反応で示されるように窒素中の微量の不純物と
して存在する酸素や水などはN4 +から直接イオン化され
る。イオン化ポテンシヤルが低い分子やプロトンアフア
ニティの大きな分子(M)から水クラスターイオンH
+(H2O)n-1H+・Mが生成される。生成されたMを含む
イオンやH+(H2O)nは安定で窒素と衝突しても変化し
ない。このようにしてMH+や(H2O)n-1H+・Mのような
イオンが衝突を重ねるごとに増幅し、試料分子の選択的
なイオン化が行なわれる多種類のクラスターイオンが生
成される。このように大気圧で生成したクラスターは第
1の細孔4を通して中間圧力部(約1Torr)2に導入さ
れる。中間圧力部2の両端の細孔4,5にかけられた電圧
(以後ドリフト電圧と呼ぶ)をかけると電場が生成さ
れ、クラスターは電界方向にドリフトを始める。この電
場によりイオンを効率よく1点に収束させることができ
イオンの電界濃縮が行なわれるが、同時にイオンの内部
エネルギーを励起させる。すなわち、クラスターはドリ
フト電場で加速され、運動エネルギーを持つてキヤリア
ガスである中性分子と衝突する。この時クラスターの運
動エネルギーの一部がクラスターの振動、回転などの内
部エネルギーに、また一部は中性分子に与えられる。こ
のような内部自由度の励起は衝突するごとに行なわれ
る。衝突回数が十分あるとやがてクラスターの結合の弱
いところから解離する。イオンの運動エネルギーはドリ
フト電圧を変化させることにより制御できるので、ドリ
フト電圧を増加させることにより順次弱いクラスター結
合から解離を始める。 As shown in these reactions, oxygen and water, which exist as trace impurities in nitrogen, are directly ionized from N 4 + . From molecules with low ionization potential and large molecules of proton affinity (M) to water cluster ions H
+ (H 2 O) n-1 H + · M is generated. The generated M-containing ions and H + (H 2 O) n are stable and do not change even when they collide with nitrogen. In this way, ions such as MH + and (H 2 O) n-1 H + · M are amplified with each collision, and many kinds of cluster ions are generated, which selectively ionize sample molecules. It The clusters thus generated at atmospheric pressure are introduced into the intermediate pressure portion (about 1 Torr) 2 through the first pores 4. When a voltage (hereinafter referred to as a drift voltage) applied to the pores 4 and 5 at both ends of the intermediate pressure portion 2 is applied, an electric field is generated, and the cluster starts drifting in the electric field direction. By this electric field, the ions can be efficiently converged to one point, and the electric field concentration of the ions is performed, but at the same time, the internal energy of the ions is excited. That is, the clusters are accelerated by the drift electric field and have kinetic energy and collide with neutral molecules that are the carrier gas. At this time, a part of the kinetic energy of the cluster is given to the internal energy such as vibration and rotation of the cluster, and a part is given to the neutral molecule. Excitation of such internal degrees of freedom is performed at each collision. If the number of collisions is sufficient, the clusters will eventually be dissociated from weak bond sites. Since the kinetic energy of ions can be controlled by changing the drift voltage, increasing the drift voltage causes dissociation to start sequentially from weak cluster bonds.
キヤリヤーガスが窒素、酸素、アルゴン等の場合、生成
されたクラスターイオンの多くはその解離するドリフト
電圧がキヤリヤーガスの種類には依存しない。また中間
圧力部2(衝突室)の圧力Pと電界強度Eの比(E/P)
でドリフト電圧を規格化すると、解離する電圧は衝突室
の長さにもあまり依存しない。このことはクラスターイ
オンの解離エネルギーDの規格化された電界強度(E/
P)の間に強い相関があることを示している。When the carrier gas is nitrogen, oxygen, argon, etc., most of the generated cluster ions have a drift voltage for dissociation that does not depend on the type of carrier gas. Also, the ratio of the pressure P in the intermediate pressure part 2 (collision chamber) to the electric field strength E (E / P)
When the drift voltage is standardized by, the dissociating voltage does not depend much on the length of the collision chamber. This means that the standardized electric field strength (E /
It shows that there is a strong correlation between P).
以上説明したごとく、本従来例ではキヤリヤーガスCと
微量の試料Xの供給量が変動するとイオン化部1での圧
力変動を起し一次イオン化および引き続きイオン−分子
反応による二次イオン化が一定とならずさらに中間圧力
部2の圧力変動を生じ中間圧力部2(衝突室)の圧力P
と電界強度Eの比(E/P)でドリフト電圧を規格化でき
なくなり、クラスターイオンの衝突解離が一定とならな
い。したがつて得られるスペクトル強度に変動を生じ、
安定した同じスペクトルを得ることができない欠点があ
った。As described above, in the conventional example, when the supply amount of the carrier gas C and the trace amount of the sample X fluctuates, the pressure in the ionization section 1 fluctuates, and the primary ionization and the secondary ionization due to the subsequent ion-molecule reaction are not constant. Pressure fluctuation of the intermediate pressure part 2 occurs, and pressure P of the intermediate pressure part 2 (collision chamber)
And the electric field strength E ratio (E / P) makes it impossible to standardize the drift voltage, and the collision dissociation of cluster ions is not constant. Therefore, there is a fluctuation in the spectrum intensity obtained,
However, there is a drawback in that the same stable spectrum cannot be obtained.
したがつて、本発明の目的は上述したような従来の大気
圧質量分析計の難点を解消し、安定して同じスペクトル
やスペクトル強度が得られ、分析性能を向上した大気圧
質量分析計することにある。Therefore, the object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional atmospheric pressure mass spectrometer as described above, to obtain the same spectrum and spectrum intensity stably, and to provide an atmospheric pressure mass spectrometer with improved analytical performance. It is in.
上記目的を達成するために、本発明においては、キヤリ
ヤーガス中に含まれた試料をイオン化部に導入する管路
にガス流量制御装置を設け、イオン化部でのクラスター
イオンの生成と、中間圧力部でのクラスターイオンの衝
突解離が安定に行なわれるように中間圧力部に圧力検出
器を設け、中間圧力部のガス圧力を検出して、中間圧力
部の圧力が一定となるようにイオン化部への試料ガス供
給流量を制御するように構成したことを特徴としてい
る。In order to achieve the above object, in the present invention, a gas flow rate control device is provided in a conduit for introducing the sample contained in the carrier gas into the ionization section, and the generation of cluster ions in the ionization section and the intermediate pressure section are performed. A pressure detector is installed in the intermediate pressure section to ensure stable collisional dissociation of the cluster ions, and the gas pressure in the intermediate pressure section is detected, so that the pressure in the intermediate pressure section becomes constant. It is characterized in that the gas supply flow rate is controlled.
以下、本発明を一実施例を用いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment.
第2図は本発明による試料ガス制御装置とガス圧力検出
装置とを備えた大気圧イオン化室量分析計である。以
下、第2図において第1次と同じ参照番号を有するもの
は同じものを表わしているためここではそれらの説明を
省略する。FIG. 2 is an atmospheric pressure ionization chamber volume analyzer equipped with a sample gas control device and a gas pressure detection device according to the present invention. Hereinafter, in FIG. 2, those having the same reference numerals as those in the first order represent the same things, and therefore their explanations are omitted here.
第2図に示すように、キヤリヤーガスに含まれる試料12
をイオン化部に供給する導入管路13にガス流量制御装置
14を設け、イオン化部1と細孔4で接続された中間圧力
部2にガス圧力検出器15が設けられてる。中間圧力部2
は大気圧イオン化質量分析計ではクラスターイオンの衝
突励起解離を行う領域となつているため、中間圧力部2
の圧力が一定に保たれない場合はクラスターイオンの解
離の状態に変化が生じ、得られるスペクトルに変動を与
える。従つて、大気圧イオン化質量分析計では中間圧力
部2の圧力を一定に保つことが重要である。中間圧力部
2のの圧力変動を与える一つの要因として、イオン化部
の1の内圧変動がある。イオン化部の内圧力変動は、温
度一定の場合は試料ガス流量に依存する。従つて、この
試料ガス流量を制御し、中間圧力部2の圧力を一定にす
る必要がある。As shown in FIG. 2, sample 12 contained in carrier gas
Gas flow rate control device in the introduction line 13 for supplying the gas to the ionization section
14 is provided, and a gas pressure detector 15 is provided in the intermediate pressure section 2 connected to the ionization section 1 by the pores 4. Intermediate pressure part 2
Is an area for collisional excitation and dissociation of cluster ions in the atmospheric pressure ionization mass spectrometer.
If the pressure is not kept constant, the state of dissociation of cluster ions will change and the obtained spectrum will change. Therefore, in the atmospheric pressure ionization mass spectrometer, it is important to keep the pressure of the intermediate pressure section 2 constant. One factor that causes the pressure fluctuation in the intermediate pressure section 2 is the internal pressure fluctuation in the ionization section 1. The internal pressure fluctuation of the ionization part depends on the sample gas flow rate when the temperature is constant. Therefore, it is necessary to control the flow rate of the sample gas and make the pressure of the intermediate pressure section 2 constant.
本実施例では、中間圧力部2の圧力が一定となるよう
に、中間圧力部2の圧力を検出し、ガス圧力検出制御回
路16の出力電圧を比較制御回路18で比較し、その差が零
となるように制御弁19を制御し、試料ガス流量を制御す
ることができる。In this embodiment, the pressure of the intermediate pressure section 2 is detected so that the pressure of the intermediate pressure section 2 is constant, the output voltage of the gas pressure detection control circuit 16 is compared by the comparison control circuit 18, and the difference is zero. The control valve 19 can be controlled so as to control the sample gas flow rate.
以上のように、本手法では中間圧力部2の圧力が一定に
保たれるので、本実施例では安定したスベクトルを得る
ことができ、測定精度向上を図ることができる。イオン
化部1に設けられたストツプ弁20は、特殊ガスや微量ガ
ス分析を行う場合に用いる弁である。As described above, in this method, the pressure of the intermediate pressure portion 2 is kept constant, so that in this embodiment, a stable vector can be obtained and the measurement accuracy can be improved. The stop valve 20 provided in the ionization section 1 is a valve used when special gas or trace gas analysis is performed.
このように、上記実施例によればイオン化部1でのイオ
ン化、イオン−分子反応と中間圧力部2でのクラスタ−
イオンの衝突解離が安定に行われる。従つて得られるス
ペクトル強度に変動がなく、再現性の良い安定したスペ
クトルを得ることができる。As described above, according to the above embodiment, the ionization in the ionization section 1, the ion-molecule reaction and the cluster in the intermediate pressure section 2
Collision and dissociation of ions are performed stably. Consequently, the spectrum intensity obtained does not change, and a stable spectrum with good reproducibility can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば測定条件の設定が
簡便となり、試料ガス流量変動によるスペクトル強度の
変動がなくなり、さらに同一試料計測時再現性の良い安
定したスペクトルを得ることができる。このように質量
分析精度の向上が図れるばかりか、質量分析の簡易化が
図れる自動化への進展が可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to easily set measurement conditions, eliminate fluctuations in spectrum intensity due to fluctuations in sample gas flow rate, and obtain stable spectra with good reproducibility when measuring the same sample. As described above, not only the accuracy of mass spectrometry can be improved, but also automation which can simplify mass spectrometry can be achieved.
第1図はイオン化手段としてコロナ放電針状電極を備え
た大気圧イオン化質量分析計を示す断面図、第2図は本
発明による試料ガス制御装置とガス圧力検出装置とを備
えた大気圧イオン化質量分析計を示す断面図である。 1……イオン化部、2……中間圧力部(衝突室)、3…
…質量分析部、4,5……細孔、6……コロナ放電用針状
電極、7……1次排気、8……2次排気、9……検出
器、10……イオン収束用電極、12……試料、13……ガス
導入管路、14……ガス流量制御装置、15……ガス圧力検
出器、16……ガス圧力検出器制御回路、17……ガス流量
検出器、18……比例制御回路、19……制御弁、20……ス
トップ弁。FIG. 1 is a sectional view showing an atmospheric pressure ionization mass spectrometer equipped with a corona discharge needle electrode as an ionization means, and FIG. 2 is an atmospheric pressure ionization mass equipped with a sample gas control device and a gas pressure detection device according to the present invention. It is sectional drawing which shows an analyzer. 1 ... Ionization part, 2 ... Intermediate pressure part (collision chamber), 3 ...
... Mass spectroscope, 4,5 ... pores, 6 ... corona discharge needle electrodes, 7 ... primary exhaust, 8 ... secondary exhaust, 9 ... detector, 10 ... ion focusing electrode , 12 …… sample, 13 …… gas introduction line, 14 …… gas flow controller, 15 …… gas pressure detector, 16 …… gas pressure detector control circuit, 17 …… gas flow detector, 18… … Proportional control circuit, 19… Control valve, 20… Stop valve.
フロントページの続き (72)発明者 近藤 弥太郎 東京都青梅市藤橋3丁目3番地の2 日立 東京エレクトロニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−81289(JP,A) 特開 昭49−5090(JP,A) 特開 昭52−27693(JP,A)Front Page Continuation (72) Inventor Yataro Kondo 2-3-3 Fujibashi, Ome City, Tokyo Inside Hitachi Tokyo Electronics Co., Ltd. (56) Reference JP-A-53-81289 (JP, A) JP-A-49-5090 (JP, A) JP-A-52-27693 (JP, A)
Claims (1)
ーイオンの衝突解離手段と、イオン収束手段と、差動排
気が行われる中間圧力部と、イオン分析を行う質量分析
部とを具備し、上記イオン化部と中間圧力部および中間
圧力部と質量分析部とを細孔付スリットで接続した大気
圧イオン化質量分析計において、上記イオン化部試料ガ
ス導入管路にガス流量制御装置を、中間圧力部にガス圧
力検出装置を設け、ガス圧力検出装置の出力に対応し
て、ガス流量制御装置によって試料ガス流量を制御し
て、ガス圧力をほぼ一定に維持することを特徴とする質
量分析計。1. An ionization unit for introducing a sample, a collision ion dissociation unit for cluster ions, an ion focusing unit, an intermediate pressure unit for differential evacuation, and a mass analysis unit for performing ion analysis. In the atmospheric pressure ionization mass spectrometer in which the ionization section and the intermediate pressure section and the intermediate pressure section and the mass analysis section are connected by a slit with a pore, a gas flow rate control device in the ionization section sample gas introduction pipe, an intermediate pressure section A mass spectrometer characterized in that a gas pressure detection device is provided in the gas pressure detection device, and the sample gas flow rate is controlled by a gas flow rate control device in accordance with the output of the gas pressure detection device to maintain the gas pressure substantially constant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60134170A JPH0770301B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60134170A JPH0770301B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Mass spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61292846A JPS61292846A (en) | 1986-12-23 |
| JPH0770301B2 true JPH0770301B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=15122083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60134170A Expired - Fee Related JPH0770301B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Mass spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770301B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0481444U (en) * | 1990-11-28 | 1992-07-15 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5221907B2 (en) * | 1972-04-26 | 1977-06-14 | ||
| JPS6040664B2 (en) * | 1976-12-27 | 1985-09-12 | 株式会社日立製作所 | Ion-molecule reaction mass spectrometer |
-
1985
- 1985-06-21 JP JP60134170A patent/JPH0770301B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61292846A (en) | 1986-12-23 |
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