JP2005251546A - Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample - Google Patents

Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample Download PDF

Info

Publication number
JP2005251546A
JP2005251546A JP2004059999A JP2004059999A JP2005251546A JP 2005251546 A JP2005251546 A JP 2005251546A JP 2004059999 A JP2004059999 A JP 2004059999A JP 2004059999 A JP2004059999 A JP 2004059999A JP 2005251546 A JP2005251546 A JP 2005251546A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cone
orifice
interface
skimmer
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004059999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Yono
浩一 要野
Naoki Sugiyama
尚樹 杉山
Toshiya Kamimoto
俊哉 神元
Kyoko Yamamoto
京子 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adeka Corp
Yokogawa Analytical Systems Inc
Original Assignee
Yokogawa Analytical Systems Inc
Asahi Denka Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Analytical Systems Inc, Asahi Denka Kogyo KK filed Critical Yokogawa Analytical Systems Inc
Priority to JP2004059999A priority Critical patent/JP2005251546A/en
Publication of JP2005251546A publication Critical patent/JP2005251546A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interface for an inductively coupled plasma mass spectrometer capable of performing stable measurement longer than conventional especially for a sample including a matrix of a high fusing point. <P>SOLUTION: This interface has a sampling cone 201 and a skimmer cone 202. A cone rotary shaft X of the sampling cone 201 and a cone rotary shaft Y of the skimmer cone 202 are arranged to be mutually shifted so that the deposit of the high-melting point matrix can be deposited on a position shifted from an orifice 206 on the skimmer cone 202. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イオン源としての誘導結合プラズマと質量分析計を結合させてなる、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ‐ＭＳ）に関し、特にプラズマ生成部と質量分析計との間のインターフェースの改良に関する。   The present invention relates to an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) in which an inductively coupled plasma serving as an ion source and a mass spectrometer are combined, and more particularly to an improvement in an interface between a plasma generator and a mass spectrometer. .

ＩＣＰ‐ＭＳは、無機元素、特に金属を分析するために、半導体産業、環境産業その他の多くの分野で広く利用されている。ＩＣＰ‐ＭＳは、周期律表中の元素の殆どについて同時に多元素分析を行うことを可能にするほか、簡単に質量スペクトルが得られ、優れた感度を示し、１兆分の１（ｐｐｔ）のレベルで元素濃度を定量することができるといった利点を有する。   ICP-MS is widely used in semiconductor industry, environmental industry and many other fields for analyzing inorganic elements, especially metals. ICP-MS makes it possible to perform multi-element analysis for most of the elements in the periodic table at the same time, easily obtain mass spectra, show excellent sensitivity, and have a trillionth (ppt) There is an advantage that the element concentration can be quantified by level.

ＩＣＰ‐ＭＳは、イオン化源としてアルゴンの誘導結合プラズマを使用し、プラズマ中で加熱されて形成されたサンプル（試料）のイオンを分離、測定するために質量分析計を用いる。特許文献１に典型的に示されているように、通常、サンプルは溶液の形態に調製され、この溶液のエーロゾルを発生するネブライザに注入される。エーロゾルはＩＣＰに送り込まれ、そこで脱溶媒され、原子化され、イオン化される。その結果得られたサンプルのイオンは、大気圧のプラズマから、差動排気されたインターフェースを介して真空チャンバ内に位置する質量分析計に移送される。サンプルのイオンは、サンプリングコーン及びスキマーコーンとして知られるインターフェース中の２つの円錐形部材のオリフィスを通過し、イオンレンズ系を介して四重極質量分析計に集束される。この分析計は、質量／電荷比に基づいてサンプルのイオンを分離し、その後電子増倍管検出システムにより測定を行う。このようにして、サンプル中の元素濃度を測定することができる。   ICP-MS uses an inductively coupled plasma of argon as an ionization source, and uses a mass spectrometer to separate and measure ions of a sample formed by heating in the plasma. As typically shown in U.S. Patent No. 6,057,073, a sample is usually prepared in the form of a solution and injected into a nebulizer that generates an aerosol of this solution. The aerosol is fed into the ICP where it is desolvated, atomized and ionized. The resulting sample ions are transferred from the atmospheric pressure plasma through a differentially evacuated interface to a mass spectrometer located in the vacuum chamber. Sample ions pass through two conical member orifices in an interface known as a sampling cone and a skimmer cone, and are focused to a quadrupole mass spectrometer via an ion lens system. This analyzer separates the ions of the sample based on the mass / charge ratio and then makes measurements with an electron multiplier detection system. In this way, the element concentration in the sample can be measured.

特許文献１に示されているような従来のインターフェースでは、イオンの効率的な取り込みのため、プラズマ生成部からサンプリングコーン、スキマーコーンにかけてのイオンビームの経路は一直線に、特にスキマーコーン後段のイオンレンズ系の光軸と同軸となるように構成されている。プラズマは励起温度で６０００から７０００Ｋ、電子温度で８０００から９０００Ｋにも達するため、通常のサンプルであればほぼ１００％イオン化し、この直線経路を介して質量分析計へと導かれる。   In the conventional interface as disclosed in Patent Document 1, the ion beam path from the plasma generation unit to the sampling cone and the skimmer cone is in a straight line, particularly the ion lens at the latter stage of the skimmer cone, in order to efficiently capture ions. It is configured to be coaxial with the optical axis of the system. Since the plasma reaches an excitation temperature of 6000 to 7000 K and an electron temperature of 8000 to 9000 K, if it is a normal sample, it is almost 100% ionized and guided to the mass spectrometer through this linear path.

特許文献２には、サンプリングコーン及びスキマーコーンを通過したサンプルを、レジューサと呼ばれる部材上に超音速で導いて衝撃波を発生させる技術が開示されている。この技術は空間電荷効果を減少させてマトリックス効果を均一化し、質量バイアスを改善するためのものであり、レジューサはオリフィスを介して衝撃波中のガスをイオンレンズ系へと導く。このオリフィスはサンプリングコーンオリフィス、あるいはスキマーコーンオリフィスよりも径の小さいオリフィスを有するのが好ましいとされ、プラズマからの汚染物質によって閉塞し易いため、特許文献２ではレジューサのオリフィスをずらすか、スキマーに代えて遮蔽部材を用いてレジューサのオリフィスをサンプリングコーンのオリフィスから遮断することを開示している。
特開２０００−６７８０４号公報 特表平１１−５００５６６号公報 Patent Document 2 discloses a technique for generating a shock wave by guiding a sample that has passed through a sampling cone and a skimmer cone onto a member called a reducer at supersonic speed. This technique is to reduce the space charge effect, make the matrix effect uniform, and improve the mass bias, and the reducer guides the gas in the shock wave to the ion lens system through the orifice. The orifice is preferably a sampling cone orifice or an orifice having a diameter smaller than that of the skimmer cone orifice, and is easily clogged with contaminants from the plasma. And using a shielding member to block the reducer orifice from the sampling cone orifice.
JP 2000-67804 A Japanese National Patent Publication No. 11-500566

特許文献１を例とする従来のＩＣＰ−ＭＳのインターフェースにおいては、サンプルの性質や濃度によって、比較的短時間で析出物がスキマーコーン上にオリフィスを塞ぐように付着し、それによって被分析物の測定感度が大幅に低下するといった問題がある。   In the conventional ICP-MS interface as exemplified in Patent Document 1, the deposit adheres to the skimmer cone so as to block the orifice in a relatively short time depending on the nature and concentration of the sample, thereby There is a problem that the measurement sensitivity is greatly reduced.

例えば半導体産業などにおいては、ハフニウムやタンタルといった高融点金属中の不純物を測定する必要性が生じている。通常の場合、これらの高融点金属もプラズマ中では原子化され、イオン化されると考えられるが、高融点金属がマトリックスを構成する場合には、プラズマ中で十分にガス化されないままサンプリングコーンを通過し、ほとんど拡散せずにスキマーコーンのオリフィスに達するため、針状の析出物がスキマーコーン上にオリフィスを塞ぐように付着する。   For example, in the semiconductor industry and the like, there is a need to measure impurities in refractory metals such as hafnium and tantalum. Normally, these refractory metals are also atomized and ionized in the plasma, but when the refractory metals form a matrix, they pass through the sampling cone without being sufficiently gasified in the plasma. However, since it reaches the orifice of the skimmer cone with little diffusion, acicular deposits adhere to the skimmer cone so as to block the orifice.

特許文献２では、サンプリングコーン、スキマーコーン（または遮蔽部材）、レジューサの３つの部材を使用し、前述のようにレジューサのオリフィスをずらすか、スキマーに代えて遮蔽部材を用いてレジューサのオリフィスをサンプリングコーンのオリフィスから遮蔽することによりレジューサのオリフィスの閉塞を防ぐ。しかしながらこの構造をとる場合、遮蔽物によってプラズマからの汚染物質だけでなく被分析物のイオンもレジューサのオリフィスへ到達しにくくなることが考えられ、通常のインターフェースと比べて測定感度が大幅に低下する可能性が高い。   In Patent Document 2, three members of a sampling cone, a skimmer cone (or a shielding member), and a reducer are used. As described above, the orifice of the reducer is shifted, or the reducer's orifice is sampled by using a shielding member instead of the skimmer. Shielding the reducer orifice by shielding from the cone orifice prevents it. However, when this structure is used, it is considered that not only contaminants from the plasma but also ions of the analyte are difficult to reach the orifice of the reducer due to the shield, and the measurement sensitivity is greatly reduced compared to a normal interface. Probability is high.

本発明の課題は、特に高融点のマトリックスを含むサンプルに対して、その析出物が針状に堆積する性質を利用し、装置の感度を極力損なわず、かつオリフィスの閉塞の問題に対処できるようインターフェースを改良することによって、長時間にわたり安定した測定を実現することである。   An object of the present invention is to take advantage of the property that the precipitate accumulates in a needle shape, particularly for a sample containing a high melting point matrix, so that the sensitivity of the apparatus is not impaired as much as possible and the problem of orifice clogging can be dealt with. It is to realize stable measurement over a long time by improving the interface.

本発明は、プラズマを発生するための手段と、イオン化のためにサンプルをプラズマ中に導入するための手段と、イオン化されたサンプルの質量分析を行うための手段とを含む誘導結合プラズマ質量分析装置に用いられ、高融点のマトリックスを含みプラズマで加熱されたサンプルを、サンプル中の不純物を測定するために質量分析手段に導く、誘導結合プラズマ質量分析装置のインターフェースに関する。このインターフェースは、イオン化されたサンプルを順次通過させるサンプリングコーン及びスキマーコーンを有する。質量分析を行うための手段は、従来と同様にイオンレンズ系及びその後段の四重極質量分析計を含む。   The present invention relates to an inductively coupled plasma mass spectrometer comprising means for generating a plasma, means for introducing a sample into the plasma for ionization, and means for performing mass analysis of the ionized sample. And relates to an interface of an inductively coupled plasma mass spectrometer that directs a plasma heated sample containing a high melting point matrix to mass spectrometry means for measuring impurities in the sample. The interface has a sampling cone and a skimmer cone that sequentially pass the ionized sample. The means for performing mass spectrometry includes an ion lens system and a quadrupole mass spectrometer at the subsequent stage, as in the prior art.

本発明によれば、サンプリングコーンとスキマーコーンは、高融点マトリックスの析出物をスキマーコーン上でオリフィスからオフセットした位置に堆積可能とする位置関係で配置されてなる。即ちプラズマ中で原子化され、イオン化されてサンプリングコーンを通過したサンプルは、サンプリングコーンのオリフィスから半径方向にオフセットした（ずれた）位置でスキマーコーンのオリフィスに導入される。この場合、ガス化された被分析物は広がりをもつためにオフセットされたオリフィスからスキマーコーンを通過するが、十分にガス化されない高融点マトリックスはサンプリングコーンの円錐回転軸に沿って直進し、析出物がスキマーコーン上のオリフィスからオフセットした位置に堆積される。ここで高融点元素とは一般に、融点が高くプラズマ中でも容易にガス化しない元素を指し、ハフニウムやタンタルの他、ジルコニウム、タングステンなどが挙げられる。   According to the present invention, the sampling cone and the skimmer cone are arranged in such a positional relationship that deposits of the high melting point matrix can be deposited on the skimmer cone at a position offset from the orifice. That is, the sample atomized in the plasma, ionized, and passed through the sampling cone is introduced into the skimmer cone orifice at a position that is radially offset from the sampling cone orifice. In this case, the gasified analyte passes through the skimmer cone from the offset orifice due to its spread, but the high melting point matrix that is not fully gasified travels straight along the cone rotation axis of the sampling cone and precipitates. Objects are deposited at a location offset from the orifice on the skimmer cone. Here, the high melting point element generally means an element having a high melting point and not easily gasified even in plasma, and examples thereof include zirconium and tungsten in addition to hafnium and tantalum.

このように本発明は、サンプリングコーンとスキマーコーンが、高融点マトリックスの析出物をスキマーコーン上でオリフィスからオフセットした位置に堆積可能とする位置関係で配置されてなることを特徴としている。また、サンプリングコーンとスキマーコーンの間に別のオリフィスや遮蔽部材といった遮蔽物が存在しないため、被分析物のイオンは遮蔽物がある場合と比較して効率よくスキマーコーンのオリフィスへ導入される。オフセット量がある一定範囲内であれば、測定感度が大幅に低下することはない。しかしながらオフセットさせすぎると測定感度が低下するため、オフセット量は高融点マトリックスの析出物によってスキマーコーンのオリフィスが妨害されない最小限度とするのが好ましい。本発明の好ましい態様では、通常、サンプリングコーンのオリフィスの直径が０．７から１．５ｍｍでスキマーコーンのオリフィスの直径が０．３から０．５ｍｍといった場合に、サンプリングコーンのオリフィスの中心とスキマーコーンのオリフィスの中心は、相互に０．３から４ｍｍの範囲内で調節可能にオフセットされる。より好ましくはこの範囲は０．５から３ｍｍの間にある。   As described above, the present invention is characterized in that the sampling cone and the skimmer cone are arranged in a positional relationship in which deposits of the high melting point matrix can be deposited on the skimmer cone at a position offset from the orifice. Further, since there is no shielding object such as another orifice or shielding member between the sampling cone and the skimmer cone, ions of the analyte are efficiently introduced into the orifice of the skimmer cone as compared with the case where there is a shielding object. If the offset amount is within a certain range, the measurement sensitivity will not be significantly reduced. However, if the offset is too much, the measurement sensitivity is lowered. Therefore, it is preferable to minimize the offset amount so that the precipitate of the high melting point matrix does not disturb the orifice of the skimmer cone. In a preferred embodiment of the invention, the center of the sampling cone orifice and the skimmer are typically used when the sampling cone orifice diameter is 0.7 to 1.5 mm and the skimmer cone orifice diameter is 0.3 to 0.5 mm. The centers of the cone orifices are adjustably offset from each other within a range of 0.3 to 4 mm. More preferably this range is between 0.5 and 3 mm.

高融点マトリックスの析出物をスキマーコーン上のオリフィスからオフセットした位置に堆積可能とするために、サンプリングコーンとスキマーコーンは何れを半径方向に調節可能としても構わないが、一例としては、サンプリングコーンのオリフィスの中心はイオンレンズ系の光軸と一致され、スキマーコーンのオリフィスの中心はこの光軸に対して半径方向にオフセットされる。あるいは逆に、スキマーコーンのオリフィスの中心をイオンレンズ系の光軸と一致させ、サンプリングコーンのオリフィスの中心を光軸に対して半径方向にオフセットしてもよい。さらには、スキマーコーンの円錐回転軸をイオンレンズ系の光軸と一致させ、サンプリングコーンの円錐回転軸を傾けて光軸と交差させてもよい。   Either the sampling cone or the skimmer cone can be adjusted radially in order to deposit the high melting point matrix deposit at a position offset from the orifice on the skimmer cone. The center of the orifice coincides with the optical axis of the ion lens system, and the center of the orifice of the skimmer cone is radially offset with respect to this optical axis. Or conversely, the center of the orifice of the skimmer cone may coincide with the optical axis of the ion lens system, and the center of the orifice of the sampling cone may be offset in the radial direction with respect to the optical axis. Furthermore, the cone rotation axis of the skimmer cone may coincide with the optical axis of the ion lens system, and the cone rotation axis of the sampling cone may be inclined to intersect the optical axis.

本発明によれば、従来、サンプルの性質や濃度によってはスキマーコーンのオリフィスに詰まりを生じていたような用途、例えば高融点のマトリックスを含むサンプル中の不純物を測定するような場合に、感度の急激な低下を防いで長時間にわたり安定した測定を行うことが可能になる。オリフィスからオフセットした位置でスキマーコーン上に堆積された析出物は、測定終了後に洗浄されうる。   According to the present invention, the sensitivity can be improved in applications where the orifice of the skimmer cone has been clogged depending on the nature and concentration of the sample, such as when measuring impurities in a sample containing a high melting point matrix. It is possible to perform a stable measurement over a long period of time by preventing a rapid drop. Deposits deposited on the skimmer cone at a position offset from the orifice can be cleaned after the measurement is completed.

図１には、本発明を適用可能な誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ‐ＭＳ）１００が概略的に図示されている。背景技術の項で説明したように、ＩＣＰ‐ＭＳは、誘導結合プラズマイオン源（ＩＣＰ）と、サンプルのイオンを質量に関して分離するための質量分析計（ＭＳ）とを有し、サンプルのイオンはインターフェースを介してＩＣＰ部からＭＳ部へ移送される。   FIG. 1 schematically shows an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) 100 to which the present invention is applicable. As described in the Background section, ICP-MS has an inductively coupled plasma ion source (ICP) and a mass spectrometer (MS) for separating sample ions with respect to mass, It is transferred from the ICP part to the MS part via the interface.

サンプルはサンプル採取系１１０によって試料噴霧部１２０に導かれる。すなわち液体サンプル１１２は蠕動ポンプ１１１によつて、温度制御されたスプレーチャンバ１２２の端部から中に突き出たネブライザ１２１へと送られる。ネブライザ１２１は、高圧のアルゴン（Ａｒ）ガスを用いて液体サンプルのエーロゾルを形成し、このエーロゾルはスプレーチャンバ１２２を通過することによって大きい液滴を取り去られてから、ＩＣＰ部１３０中に吹き込まれる。ＩＣＰ部１３０はＩＣＰトーチ１３１を具備し、このトーチ１３１は一連の同心状の石英管で構成されてある。これらの石英管は、高周波（ＲＦ）コイル１３２内部に配置され、このコイル１３２によって作り出される高周波磁界がトーチを通過するアルゴン原子を励起させ、高エネルギーのプラズマを形成し、維持することを可能とする。サンプルのエーロゾルはプラズマ中に吹き込まれ、そこで脱溶媒化され、原子化され、イオン化される。   The sample is guided to the sample spraying unit 120 by the sample collection system 110. That is, the liquid sample 112 is sent by the peristaltic pump 111 to the nebulizer 121 protruding inward from the end of the temperature-controlled spray chamber 122. The nebulizer 121 uses a high pressure argon (Ar) gas to form an aerosol of a liquid sample that passes through the spray chamber 122 to remove large droplets before being blown into the ICP section 130. . The ICP unit 130 includes an ICP torch 131, and the torch 131 is composed of a series of concentric quartz tubes. These quartz tubes are placed inside a radio frequency (RF) coil 132 and the high frequency magnetic field created by this coil 132 can excite the argon atoms passing through the torch to form and maintain a high energy plasma. To do. The sample aerosol is blown into the plasma where it is desolvated, atomized and ionized.

インターフェース部１５０は、大気圧にあるプラズマを質量分析計を含む高真空アナライザから分離しつつ、サンプルのイオンを移送する。インタフェース部を通常２００から３００Ｐａの圧力に保つために、通常のロータリー真空ポンプ（ＲＰ）が備えられる。サンプルのイオンは、サンプリングオリフィス１５２を備えたサンプリングコーン１５１によって、プラズマからインタフェース部１５０に引き出される。次にイオンは、スキマーオリフィス１５６を有するスキマーコーン１５５によって、アナライザへと移送される。なおインターフェース部１５０の圧力は、真空計１５８により測定できる。   The interface unit 150 transfers ions of the sample while separating plasma at atmospheric pressure from a high vacuum analyzer including a mass spectrometer. A normal rotary vacuum pump (RP) is provided to keep the interface section at a pressure of typically 200 to 300 Pa. Sample ions are extracted from the plasma to the interface unit 150 by a sampling cone 151 having a sampling orifice 152. The ions are then transferred to the analyzer by a skimmer cone 155 having a skimmer orifice 156. Note that the pressure of the interface unit 150 can be measured by a vacuum gauge 158.

アナライザ即ち質量分析計は、イオンレンズ系１６０、質量フィルタ領域１７０及び検出器領域１８０より構成される。イオンレンズ系１６０は、スキマーコーン１５５の後側に取り付けられた一連の静電イオンレンズを内蔵した真空チャンバよりなり、スキマーオリフィス１５６を介してチャンバに入って来るイオンビームを質量フィルタに集束させる。イオンレンズ系１６０は、引出し電極１６１、一連の集束レンズ１６２、及びスキマーオリフィス１５６と軸をずらして取り付けられたステアリングレンズ（Ω形偏光レンズ）１６３を具備していてもよい。イオンレンズ系１６０の真空チャンバは、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）及びロータリーポンプによって、通常は１０-2Ｐａ程度の圧力に排気される。質量フィルタ領域１７０及び検出器領域１８０はどちらも、差動開口１７２によって分離された別の真空チャンバ内に設けられている。このチャンバは第２のターボ分子ポンプによって、通常は１０-4Ｐａ程度の圧力に排気される。質量フィルタ領域１７０は、４本の平行ロッドで構成される四重極質量フィルタ１７１を有し、これらのロッドには高周波及び直流電圧が印加される。印加される高周波電圧と直流電圧の任意の組み合わせに対して、質量フィルタ１７１は特定の質量／電荷比のイオンだけを検出器へと通過させる。これによって、検出器により異なる元素のイオンを分離し、測定することが可能になる。検出器領域１８０は、質量フィルタ１７１の直ぐ後に配置される電子増倍管型検出器１８１を含む。各質量のイオン信号は増幅された後、多チャンネル計数装置を用いて測定される。所与の質量（したがって元素）の信号強度は、サンプル溶液中のその元素の濃度に正比例する。 The analyzer or mass spectrometer is composed of an ion lens system 160, a mass filter region 170 and a detector region 180. The ion lens system 160 includes a vacuum chamber containing a series of electrostatic ion lenses attached to the rear side of the skimmer cone 155, and focuses the ion beam entering the chamber through the skimmer orifice 156 onto the mass filter. The ion lens system 160 may include an extraction electrode 161, a series of converging lenses 162, and a steering lens (Ω-type polarization lens) 163 attached to the skimmer orifice 156 while being off-axis. The vacuum chamber of the ion lens system 160 is usually evacuated to a pressure of about 10 −2 Pa by a turbo molecular pump (TMP) and a rotary pump. Both the mass filter region 170 and the detector region 180 are provided in a separate vacuum chamber separated by a differential aperture 172. This chamber is evacuated to a pressure of about 10 −4 Pa by a second turbo molecular pump. The mass filter region 170 has a quadrupole mass filter 171 composed of four parallel rods, and high frequency and DC voltage are applied to these rods. For any combination of applied high frequency voltage and DC voltage, the mass filter 171 passes only ions of a specific mass / charge ratio to the detector. As a result, ions of different elements can be separated and measured by the detector. The detector region 180 includes an electron multiplier detector 181 disposed immediately after the mass filter 171. The ion signal for each mass is amplified and then measured using a multichannel counter. The signal intensity of a given mass (and therefore element) is directly proportional to the concentration of that element in the sample solution.

図２から図４は、本発明によるインタフェースの好適な実施例を示している。これらの図において、同じ構成部分には同じ参照符号を付している。２０１はサンプリングコーン、２０２はスキマーコーン、２０３はスキマーコーン２０２を装着するスキマーベース、２０４はイオンレンズを示している。まず図２においては、スキマーコーン２０２の円錐回転軸Ｙはイオンレンズ２０４の光軸と一致して配置され、従って光軸はスキマーコーン２０２のオリフィス２０６の中心を通過する。しかしサンプリングコーン２０１は半径方向に位置調節可能に構成され、円錐回転軸Ｘはイオンレンズ２０４の光軸から半径方向にオフセットして配置されており、プラズマから引き出されるイオンビームは円錐回転軸Ｘが中心を通るサンプリングコーン２０１のオリフィス２０５を通過した後、スキマーコーン２０２上のオリフィス２０６から半径方向にオフセット、即ち半径方向にずれた位置に差し向けられる。これにより、プラズマによって十分にガス化されないままサンプリングコーン２０１を通過したマトリックス、例えばハフニウムなどの高融点マトリックスの析出物はスキマーコーン２０２上でオリフィス２０６からオフセットした位置に堆積可能となる。一方、通常はよりガス化しやすい被分析物は十分にイオン化され、大気圧のプラズマからサンプリングコーン２０１内部の真空中に引き込まれて膨張するため、スキマーコーン２０２のオリフィス２０６を通過してイオンレンズ２０４の光軸に沿って質量分析計へと導かれる。   2 to 4 show a preferred embodiment of the interface according to the invention. In these drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. Reference numeral 201 denotes a sampling cone, 202 denotes a skimmer cone, 203 denotes a skimmer base on which the skimmer cone 202 is mounted, and 204 denotes an ion lens. First, in FIG. 2, the cone rotation axis Y of the skimmer cone 202 is arranged to coincide with the optical axis of the ion lens 204, so that the optical axis passes through the center of the orifice 206 of the skimmer cone 202. However, the sampling cone 201 is configured such that its position can be adjusted in the radial direction, the cone rotation axis X is arranged to be offset in the radial direction from the optical axis of the ion lens 204, and the ion beam extracted from the plasma has a cone rotation axis X. After passing through the orifice 205 of the sampling cone 201 through the center, it is directed to a position that is radially offset from the orifice 206 on the skimmer cone 202, ie, radially displaced. As a result, the deposit of the matrix having passed through the sampling cone 201 without being sufficiently gasified by the plasma, for example, a high melting point matrix such as hafnium, can be deposited on the skimmer cone 202 at a position offset from the orifice 206. On the other hand, the analyte that is usually more easily gasified is sufficiently ionized and drawn from the atmospheric pressure plasma into the vacuum inside the sampling cone 201 and expands, so that it passes through the orifice 206 of the skimmer cone 202 and the ion lens 204. To the mass spectrometer along the optical axis.

前述のように、オフセットが大きすぎると測定感度が低下するため、オフセット量は高融点マトリックスの析出物がスキマーコーン２０２のオリフィス２０６に堆積しない最小限度とするのが好ましい。一例を挙げれば、サンプリングコーン２０１のオリフィス２０５の直径が１ｍｍでスキマーコーン２０２のオリフィス２０６の直径が０．４ｍｍの場合、サンプリングコーン２０１のオリフィス２０５の中心とスキマーコーン２０２のオリフィス２０６の中心の間の半径方向距離、つまり円錐回転軸Ｘと円錐回転軸Ｙの半径方向間隔は、０．３から４ｍｍ、より好ましくは０．５から３ｍｍの範囲内で調節される。具体的な値をどのようにするかは、高融点マトリックスの種類や濃度などによって異なってくる。   As described above, since the measurement sensitivity decreases when the offset is too large, the offset amount is preferably set to a minimum at which the precipitate of the high melting point matrix does not deposit on the orifice 206 of the skimmer cone 202. For example, when the diameter of the orifice 205 of the sampling cone 201 is 1 mm and the diameter of the orifice 206 of the skimmer cone 202 is 0.4 mm, the interval between the center of the orifice 205 of the sampling cone 201 and the center of the orifice 206 of the skimmer cone 202 is given. , That is, the radial distance between the conical rotation axis X and the conical rotation axis Y is adjusted within the range of 0.3 to 4 mm, more preferably 0.5 to 3 mm. The specific value depends on the type and concentration of the high melting point matrix.

図３の例では、サンプリングコーン２０１の円錐回転軸Ｘはイオンレンズ２０４の光軸と一致して配置されているが、スキマーコーン２０２の円錐回転軸Ｙは光軸から半径方向にオフセットされている。このオフセットは、例えばスキマーコーン２０２を設けているスキマーベース２０３の取り付け位置を半径方向にずらすことによって達成できる。この場合にも、プラズマから引き出されるイオンビームは円錐回転軸Ｘに沿ってサンプリングコーン２０１のオリフィス２０５を通過した後、スキマーコーン２０２上のオリフィス２０６から半径方向にオフセットした位置に差し向けられ、高融点マトリックスの析出物はその位置に堆積可能となる。しかしながら被分析物は十分にイオン化され、大気圧のプラズマからサンプリングコーン２０１内部の真空中に引き込まれて膨張するため、スキマーコーン２０２のオリフィス２０６からイオンレンズ２０４を通り、質量分析計へと導かれる。   In the example of FIG. 3, the cone rotation axis X of the sampling cone 201 is arranged to coincide with the optical axis of the ion lens 204, but the cone rotation axis Y of the skimmer cone 202 is offset in the radial direction from the optical axis. . This offset can be achieved, for example, by shifting the mounting position of the skimmer base 203 provided with the skimmer cone 202 in the radial direction. In this case as well, the ion beam extracted from the plasma passes through the orifice 205 of the sampling cone 201 along the cone rotation axis X, and is then directed to a position offset in the radial direction from the orifice 206 on the skimmer cone 202. The precipitate of the melting point matrix can be deposited at that position. However, since the analyte is sufficiently ionized and drawn from the atmospheric pressure plasma into the vacuum inside the sampling cone 201 and expands, it is guided from the orifice 206 of the skimmer cone 202 through the ion lens 204 to the mass spectrometer. .

図４の実施例では、図２の実施例と同様に、スキマーコーン２０２の円錐回転軸Ｙはイオンレンズ２０４の光軸と一致して配置されている。イオンレンズ２０４の光軸はまたサンプリングコーン２０１のオリフィス２０５をも通過しているが、サンプリングコーン２０１自体はその円錐回転軸Ｘがイオンレンズ２０４の光軸及びスキマーコーン２０２の円錐回転軸Ｙに対して傾けられて交差する構成となっている。この場合にも、プラズマからのイオンビームはサンプリングコーン２０１の円錐回転軸Ｘに沿ってオリフィス２０５から引き込まれるが、円錐回転軸Ｘはオリフィス２０６からオフセットした位置でスキマーコーン２０２を通過しているため、高融点マトリックスの析出物はその位置で堆積可能である。しかしながら図２及び図３の実施例の場合と同様に、イオン化されサンプリングコーン２０１内部で膨張したサンプルは、イオンレンズ２０４の光軸に沿って後段の質量分析計へと導かれる。   In the embodiment of FIG. 4, the conical rotation axis Y of the skimmer cone 202 is arranged to coincide with the optical axis of the ion lens 204 as in the embodiment of FIG. 2. Although the optical axis of the ion lens 204 also passes through the orifice 205 of the sampling cone 201, the sampling cone 201 itself has a cone rotation axis X with respect to the optical axis of the ion lens 204 and the cone rotation axis Y of the skimmer cone 202. It is structured to be tilted and intersect. Also in this case, the ion beam from the plasma is drawn from the orifice 205 along the cone rotation axis X of the sampling cone 201, but the cone rotation axis X passes through the skimmer cone 202 at a position offset from the orifice 206. The precipitates of the high melting point matrix can be deposited at that location. However, as in the embodiment of FIGS. 2 and 3, the sample that has been ionized and expanded within the sampling cone 201 is guided along the optical axis of the ion lens 204 to the subsequent mass spectrometer.

サンプリングコーンの円錐回転軸とスキマーコーンの円錐回転軸がイオンレンズの光軸と一致し、オリフィスの位置にずれのないインターフェースを用い、図１に示したような構成の誘導結合プラズマ質量分析装置を用いてハフニウム中のリチウム、カリウム、鉄、バリウムなどの不純物元素の測定を行った。溶液のハフニウム濃度は２０００ｐｐｍであった。しかしながら約１０分程度サンプルを導入した時点で信号強度が１桁以上低下し、検量線を作成することができなかった。測定終了後、スキマーコーンのオリフィス先端には、針状の析出物がオリフィスを塞ぐようにして付着していた。   An inductively coupled plasma mass spectrometer configured as shown in FIG. 1 using an interface in which the cone rotation axis of the sampling cone and the cone rotation axis of the skimmer cone coincide with the optical axis of the ion lens and the position of the orifice is not displaced. The impurity elements such as lithium, potassium, iron, and barium in hafnium were measured. The hafnium concentration of the solution was 2000 ppm. However, when the sample was introduced for about 10 minutes, the signal intensity decreased by one digit or more, and a calibration curve could not be created. After the measurement was completed, a needle-like precipitate adhered to the tip of the orifice of the skimmer cone so as to block the orifice.

図２の実施例に従ってスキマーベースの取り付け位置を半径方向に０．７５ｍｍオフセットさせ、同様の測定を行った。測定に際して感度に急激な変化は見られず、検量線も良好な直線性を示した。連続して１００分のサンプル導入を行い、検量線を繰り返して３回作成したが、いずれにおいても良好な結果が得られた。測定終了後、スキマーコーン上にはやはり針状の析出物が付着していたが、付着位置はオリフィスから０．７５ｍｍ程度ずれたところにあった。   According to the example of FIG. 2, the skimmer base mounting position was offset by 0.75 mm in the radial direction, and the same measurement was performed. There was no sudden change in sensitivity during the measurement, and the calibration curve also showed good linearity. Samples were continuously introduced for 100 minutes, and the calibration curve was repeated three times, and good results were obtained in all cases. After the measurement, needle-like precipitates were still attached on the skimmer cone, but the attachment position was at a position shifted by about 0.75 mm from the orifice.

本発明を適用可能な誘導結合プラズマ質量分析装置の概略図である。It is the schematic of the inductively coupled plasma mass spectrometer which can apply this invention. 本発明のインターフェースの一実施例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Example of the interface of this invention. 本発明のインターフェースの別の実施例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another Example of the interface of this invention. 本発明のインターフェースのさらに別の実施例を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the interface of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

２０１ サンプリングコーン
２０２ スキマーコーン
２０３ スキマーベース
２０４ イオンレンズ
２０５ サンプリングコーンのオリフィス
２０６ スキマーコーンのオリフィス DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 Sampling cone 202 Skimmer cone 203 Skimmer base 204 Ion lens 205 Sampling cone orifice 206 Skimmer cone orifice

Claims (8)

プラズマを発生するための手段と、イオン化のためにサンプルをプラズマ中に導入するための手段と、イオン化されたサンプルの質量分析を行うための手段とを含む誘導結合プラズマ質量分析装置に用いられ、前記イオン化されたサンプルを前記プラズマを発生するための手段から前記質量分析を行うための手段へ移送するためのインターフェースであって、前記サンプルが高融点のマトリックスを含み、前記質量分析を行うための手段が前記サンプル中の不純物を測定するものにおいて、
前記イオン化されたサンプルを順次通過させるサンプリングコーン及びスキマーコーンを有し、前記サンプリングコーンと前記スキマーコーンが、前記高融点マトリックスの析出物を前記スキマーコーン上でオリフィスからオフセットした位置に堆積可能とする位置関係で配置されてなることを特徴とする、誘導結合プラズマ質量分析装置用インターフェース。 Used in an inductively coupled plasma mass spectrometer comprising means for generating a plasma, means for introducing a sample into the plasma for ionization, and means for performing mass analysis of the ionized sample; An interface for transporting the ionized sample from the means for generating the plasma to the means for performing mass spectrometry, wherein the sample comprises a high melting point matrix for performing the mass spectrometry In which the means measures impurities in the sample,
A sampling cone and a skimmer cone for sequentially passing the ionized sample, wherein the sampling cone and the skimmer cone allow deposits of the high melting point matrix to be deposited on the skimmer cone at a position offset from the orifice; An interface for an inductively coupled plasma mass spectrometer characterized by being arranged in a positional relationship. 前記質量分析を行うための手段がイオンレンズ系を含み、前記サンプリングコーンのオリフィスの中心が前記イオンレンズ系の光軸と一致し、前記スキマーコーンのオリフィスの中心が前記光軸に対して半径方向にオフセットされている、請求項１のインターフェース。 The means for performing mass analysis includes an ion lens system, the center of the orifice of the sampling cone coincides with the optical axis of the ion lens system, and the center of the orifice of the skimmer cone is in a radial direction with respect to the optical axis The interface of claim 1, wherein the interface is offset. 前記質量分析を行うための手段がイオンレンズ系を含み、前記スキマーコーンのオリフィスの中心が前記イオンレンズ系の光軸と一致し、前記サンプリングコーンのオリフィスの中心が前記光軸に対して半径方向にオフセットされている、請求項１のインターフェース。 The means for performing mass analysis includes an ion lens system, the center of the orifice of the skimmer cone coincides with the optical axis of the ion lens system, and the center of the orifice of the sampling cone is radial with respect to the optical axis The interface of claim 1, wherein the interface is offset. 前記質量分析を行うための手段がイオンレンズ系を含み、前記スキマーコーンの円錐回転軸が前記イオンレンズ系の光軸と一致し、前記サンプリングコーンの円錐回転軸が前記光軸と交差している、請求項１のインターフェース。 The means for performing mass analysis includes an ion lens system, the cone rotation axis of the skimmer cone coincides with the optical axis of the ion lens system, and the cone rotation axis of the sampling cone intersects the optical axis. The interface of claim 1. 前記スキマーコーンが半径方向に位置調節可能である、請求項２のインターフェース。 The interface of claim 2, wherein the skimmer cone is radially adjustable. 前記サンプリングコーンが半径方向に位置調節可能である、請求項３又は４のインターフェース。 The interface of claim 3 or 4, wherein the sampling cone is radially adjustable. 前記サンプリングコーンのオリフィスの中心と前記スキマーコーンのオリフィスの中心が、相互に０．３から４ｍｍの範囲内で調節可能にオフセットされている、請求項１から６の何れか１のインターフェース。 7. An interface according to any one of the preceding claims, wherein the center of the sampling cone orifice and the center of the skimmer cone orifice are adjustably offset from each other within a range of 0.3 to 4 mm. 高融点のマトリックスを含みプラズマで加熱されたサンプルを、サンプリングコーン及びスキマーコーンを通過させ、前記サンプル中の不純物を測定するために質量分析手段に導く、誘導結合プラズマ質量分析装置のインターフェース方法において、
前記サンプリングコーンを通過した前記サンプルを、前記サンプリングコーンのオリフィスから半径方向にオフセットした位置で前記スキマーコーンのオリフィスに導入することにより、前記高融点マトリックスの析出物を前記スキマーコーン上の前記オリフィスからオフセットした位置に堆積可能としたことを特徴とする、誘導結合プラズマ質量分析装置のインターフェース方法。 In an inductively coupled plasma mass spectrometer interface method, wherein a sample containing a high melting point matrix and heated by a plasma is passed through a sampling cone and a skimmer cone and directed to a mass spectrometry means for measuring impurities in the sample.
The sample that has passed through the sampling cone is introduced into the orifice of the skimmer cone at a position that is radially offset from the orifice of the sampling cone so that the precipitate of the high melting point matrix is removed from the orifice on the skimmer cone. A method for interfacing an inductively coupled plasma mass spectrometer, characterized in that deposition is possible at an offset position.
JP2004059999A 2004-03-04 2004-03-04 Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample Pending JP2005251546A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004059999A JP2005251546A (en) 2004-03-04 2004-03-04 Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004059999A JP2005251546A (en) 2004-03-04 2004-03-04 Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005251546A true JP2005251546A (en) 2005-09-15

Family

ID=35031813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004059999A Pending JP2005251546A (en) 2004-03-04 2004-03-04 Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005251546A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009128315A (en) * 2007-11-27 2009-06-11 Nikko Kinzoku Kk Method for analyzing trace precious metal with radio-frequency plasma mass spectrometer
GB2476340A (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Agilent Technologies Inc Ion funnel for mass spectrometry
WO2013076560A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 Dh Technologies Development Pte. Ltd. System and method for applying curtain gas flow in a mass spectrometer
JP2016520797A (en) * 2013-03-13 2016-07-14 ラドム コーポレイションＲａｄｏｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Microwave plasma spectrometer using a dielectric resonator.
US10337998B2 (en) 2017-02-17 2019-07-02 Radom Corporation Plasma generator assembly for mass spectroscopy
WO2022249228A1 (en) * 2021-05-24 2022-12-01 株式会社 イアス Method for preventing cone blockage of inductively coupled plasma mass spectrometer
WO2023101484A1 (en) * 2021-12-02 2023-06-08 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer
WO2023101485A1 (en) * 2021-12-02 2023-06-08 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009128315A (en) * 2007-11-27 2009-06-11 Nikko Kinzoku Kk Method for analyzing trace precious metal with radio-frequency plasma mass spectrometer
DE102010043410B4 (en) * 2009-12-17 2020-09-24 Agilent Technologies Inc. Ion funnel for mass spectrometry
GB2476340A (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Agilent Technologies Inc Ion funnel for mass spectrometry
GB2476340B (en) * 2009-12-17 2016-06-22 Agilent Technologies Inc Ion funnel for mass spectrometry
US8324565B2 (en) 2009-12-17 2012-12-04 Agilent Technologies, Inc. Ion funnel for mass spectrometry
WO2013076560A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 Dh Technologies Development Pte. Ltd. System and method for applying curtain gas flow in a mass spectrometer
JP2016520797A (en) * 2013-03-13 2016-07-14 ラドム コーポレイションＲａｄｏｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Microwave plasma spectrometer using a dielectric resonator.
US10285256B2 (en) 2013-03-13 2019-05-07 Radom Corporation Microwave plasma spectrometer using dielectric resonator
US10863611B2 (en) 2013-03-13 2020-12-08 Radom Corporation Microwave plasma spectrometer using dielectric resonator
US10337998B2 (en) 2017-02-17 2019-07-02 Radom Corporation Plasma generator assembly for mass spectroscopy
US10900907B2 (en) 2017-02-17 2021-01-26 Radom Corporation Portable plasma source for optical spectroscopy
WO2022249228A1 (en) * 2021-05-24 2022-12-01 株式会社 イアス Method for preventing cone blockage of inductively coupled plasma mass spectrometer
WO2023101484A1 (en) * 2021-12-02 2023-06-08 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer
WO2023101485A1 (en) * 2021-12-02 2023-06-08 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer
KR20230083017A (en) * 2021-12-02 2023-06-09 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer
KR20230083018A (en) * 2021-12-02 2023-06-09 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer
KR102614315B1 (en) * 2021-12-02 2023-12-19 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer
KR102665131B1 (en) * 2021-12-02 2024-05-13 영인에이스 주식회사 Mass spectrometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Okamoto Annular-shaped microwave-induced nitrogen plasma at atmospheric pressure for emission spectrometry of solutions
JP2922647B2 (en) Interference reduction in plasma source mass spectrometers
US5663560A (en) Method and apparatus for mass analysis of solution sample
JP4636800B2 (en) Plasma mass spectrometer
US5565679A (en) Method and apparatus for plasma mass analysis with reduced space charge effects
JP7402654B2 (en) Automatic detection of nanoparticles using single particle inductively coupled plasma mass spectrometry (SP-ICP-MS)
JP2008045901A (en) Inductively coupled plasma mass analyzer
US6248998B1 (en) Plasma ion source mass spectrometer
US5477048A (en) Inductively coupled plasma mass spectrometer
US10176976B2 (en) Ion source and method for generating elemental ions from aerosol particles
EP0485412A1 (en) Plasma source mass spectometry
US9165751B1 (en) Sample atomization with reduced clogging for analytical instruments
JP2005251546A (en) Icp-ms plasma interface for high-melting point matrix sample
JP4585069B2 (en) Inductively coupled plasma mass spectrometry apparatus and method
JP2000164169A (en) Mass spectrometer
EP0771019B1 (en) Method and apparatus for mass analysis of solution sample
US8502162B2 (en) Atmospheric pressure ionization apparatus and method
CA2185832A1 (en) Analyzer using plasma and analysis method using plasma, interface used for the same and sample introducing component used for the same
Nobile Jr et al. Modified inductively coupled plasma torch for use with methanol solvents
Kimock et al. Matrix effects on the electronic partitioning of iron atoms desorbed from surfaces by energetic ion bombardment
US20240032181A1 (en) Generating inductively coupled plasma
JP3099859B2 (en) ICP mass spectrometry
JP2003075408A (en) Method and apparatus for analysis of metal element in solid sample
JPH07161335A (en) Plasma ion mass spectrometer
Sanz-Medel et al. A general overview of atomic spectrometric techniques

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061206

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20070306

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20070306

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090616

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091208