JP2002181789A - Detector for chemical substance - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、化学物質検出装
置に係り、特に、特定の化学物質を高精度に検出するこ
とができる化学物質検出装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical substance detecting device, and more particularly to a chemical substance detecting device capable of detecting a specific chemical substance with high accuracy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】クロロベンゼン類、ダイオキシン類のよ
うな微量で有害な化学物質が、燃焼炉、金属精錬炉から
排出される排ガス中に含まれて排出されている。このよ
うな、微量有害物質の検出および濃度測定を的確に行う
ことが、特に強く求められている。2. Description of the Related Art Trace amounts of harmful chemical substances such as chlorobenzenes and dioxins are contained in exhaust gas discharged from combustion furnaces and metal refining furnaces and are discharged. There is a particularly strong demand for accurate detection and concentration measurement of such trace harmful substances.
【０００３】上述のような化学物質の検出、濃度測定の
ための装置として、ガスクロマトグラフ法、質量分析法
のような慣用技術によるものが知られており、そのう
ち、質量分析法は、ガスクロマトグラフ法に比べて、そ
の計測時間が短い点で優れている。[0003] As a device for detecting and measuring the concentration of a chemical substance as described above, devices using conventional techniques such as gas chromatography and mass spectrometry are known. Of these, mass spectrometry is based on gas chromatography. It is superior in that the measurement time is short as compared with.
【０００４】質量分析法は、ＲＦ放電（高周波放電）に
よるプラズマ、電子銃による電子ビームなどを用いてサ
ンプルガスをイオン化し、そのイオンを一瞬に加速して
質量分離を行い、その質量数に対応する飛行時間を計測
することにより、その物質を同定する方法である。[0004] In the mass spectrometry, a sample gas is ionized using plasma by RF discharge (high frequency discharge), an electron beam from an electron gun, etc., and the ions are instantaneously accelerated to perform mass separation and correspond to the mass number. This is a method of identifying the substance by measuring the time of flight.
【０００５】上述のような飛行時間型質量分析法は、サ
ンプルガスをイオン化するプロセスで、検出対象物質以
外の物質がイオン化したり、検出対象物質、検出対象で
ない物質の質量がより小さい分子、原子に分解され、分
解されて生成するフラグメントが複雑になって、特定物
質の同定が困難であり、その計測感度の低下を招いてい
る。The time-of-flight mass spectrometry described above is a process of ionizing a sample gas. In the process of ionizing a sample gas, a substance other than a substance to be detected is ionized, and a substance or an atom having a smaller mass of the substance to be detected or a substance not to be detected is smaller. The fragments generated by the decomposition are complicated, and it is difficult to identify a specific substance, resulting in a decrease in the measurement sensitivity.
【０００６】このため、サンプルガス中の計測対象物質
以外の物質のイオン化を防止する技術が開発されてい
る。また、計測対象物質の光吸収波長に合わせたレーザ
光を照射し、その物質を選択的に多光子イオン化する共
鳴多光子イオン化法が知られている。For this reason, techniques for preventing ionization of substances other than the substance to be measured in the sample gas have been developed. Also known is a resonance multiphoton ionization method in which a laser beam is radiated in accordance with the light absorption wavelength of a substance to be measured, and the substance is selectively multiphoton ionized.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、計測感度を高
めることができる共鳴多光子イオン化法は、クロロベン
ゼン類、ダイオキシン類のうちで、ジクロロベンゼン、
トリクロロベンゼンのような塩素が多く含まれる物質ほ
ど、イオン化の効率が低下し、その計測感度が低下する
ので、イオン化効率の低下を補うために、超短パルスレ
ーザが必要になる。このため、従来装置では、上述のよ
うな特定物質の計測のために、高価な装置となってしま
う。However, the resonance multiphoton ionization method capable of increasing the measurement sensitivity is based on dichlorobenzene, chlorobenzene or dioxin.
A substance containing a larger amount of chlorine, such as trichlorobenzene, has a lower ionization efficiency and lower measurement sensitivity. Therefore, an ultrashort pulse laser is required to compensate for the lower ionization efficiency. For this reason, the conventional apparatus is an expensive apparatus for measuring the specific substance as described above.
【０００８】そこで、この出願人は、特定物質のイオン
化効率を高め、光子エネルギーより高いイオン化エネル
ギーを持つ他物質のイオン化の阻止、及び特定物質のフ
ラグメント生成を抑制することで計測感度を向上するこ
とと、装置の低コスト化、簡素化を図れる化学物質検出
装置（特願２０００−１７８９８５号）を先に出願し
た。Therefore, the applicant of the present invention has improved the ionization efficiency of a specific substance, prevented the ionization of another substance having an ionization energy higher than the photon energy, and improved the measurement sensitivity by suppressing the generation of fragments of the specific substance. And a chemical substance detection device (Japanese Patent Application No. 2000-178985) capable of reducing the cost and simplifying the device.
【０００９】先願の化学物質検出装置は、サンプルガス
を真空紫外光によりイオン化するイオン化手段と、前記
真空紫外光によりイオン化されたイオンのうち、特定質
量のイオンを蓄積するイオントラップと、前記イオント
ラップ中に蓄積された前記イオンを加速させ、その加速
されたイオンの飛行時間に基づいて前記サンプルガス中
の前記特定質量の化学物質を同定する飛行時間型質量分
析手段と、を備える。[0009] The chemical substance detection device of the prior application comprises an ionization means for ionizing a sample gas with vacuum ultraviolet light, an ion trap for accumulating ions of a specific mass among the ions ionized by the vacuum ultraviolet light, Time-of-flight mass spectrometry means for accelerating the ions accumulated in the trap and identifying the chemical substance of the specific mass in the sample gas based on the time of flight of the accelerated ions.
【００１０】この発明は、先願の化学物質検出装置の改
良にかかり、特定の化学物質を高精度に検出することが
できる化学物質検出装置を提供することを目的としてい
る。An object of the present invention is to improve a chemical substance detecting apparatus of the prior application and to provide a chemical substance detecting apparatus capable of detecting a specific chemical substance with high accuracy.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、以下の構成を特徴とする。すなわ
ち、飛行時間型質量分析手段は、イオン化手段と連通す
る第１空間とイオン検出器を含む第２空間とに仕切ると
共に、イオンが通過する孔が設けられた仕切り壁と、そ
の第２空間内の圧力を第１空間内の圧力よりも低くする
差動排気手段と、を有する。In order to achieve the above object, the present invention is characterized by the following constitution. That is, the time-of-flight mass spectrometry means partitions into a first space communicating with the ionization means and a second space including the ion detector, and a partition wall provided with a hole through which ions pass, and a second space in the second space. And a differential exhaust means for lowering the pressure of the first space than the pressure in the first space.
【００１２】この結果、この発明は、第２空間内の圧力
を第１空間内の圧力よりも低くすることにより、第２空
間内におけるイオン検出器のノイズを低減することがで
きる。このために、飛行時間型質量分析手段の計測感度
が向上され、その分、特定の化学物質を高精度に検出す
ることができる。As a result, the present invention can reduce the noise of the ion detector in the second space by making the pressure in the second space lower than the pressure in the first space. For this reason, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる化学物質
検出装置の実施の形態の１例を添付図面を参照して説明
する。なお、この実施の形態によりこの化学物質検出装
置が限定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a chemical substance detecting apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that this embodiment does not limit the chemical substance detection device.
【００１４】（実施の形態の構成の説明）図１におい
て、１はサンプルガスを真空紫外光によりイオン化する
イオン化手段である。このイオン化手段１は、主に、イ
オン化室２と、サンプルガス導入管３と、イオン加速電
極４と、真空紫外光発生手段としてのランプ５とから構
成されている。前記イオン化室２中には、サンプルガス
（図示せず）が前記サンプルガス導入管３を介して導入
されている。また、前記イオン加速電極４は、後記イオ
ントラップ９と後記飛行時間型質量分析手段１９との間
に配置されている。(Description of the Configuration of the Embodiment) In FIG. 1, reference numeral 1 denotes ionization means for ionizing a sample gas by vacuum ultraviolet light. The ionization means 1 mainly includes an ionization chamber 2, a sample gas introduction tube 3, an ion acceleration electrode 4, and a lamp 5 as a vacuum ultraviolet light generation means. A sample gas (not shown) is introduced into the ionization chamber 2 through the sample gas introduction pipe 3. The ion accelerating electrode 4 is disposed between an ion trap 9 described later and a time-of-flight mass spectrometer 19 described later.
【００１５】前記ランプ５は、供給されたランプガス６
（たとえば、Ｈ2 ／Ｈｅなど）をμ波で放電させて、Ｈ
2 の固有の発光線エネルギー１０．２ｅＶを持つ真空紫
外光７を発生させるものである。このランプ５は、放電
するランプガス６の種類を変えることにより、発生する
真空紫外光７の持つ光子エネルギー量を変化させて、イ
オン化する物質を選定することができる。また、このラ
ンプ５中は、たとえば、約１０Ｔｏｒｒ以下に減圧され
ている。The lamp 5 is provided with a supplied lamp gas 6.
(E.g., H 2 / He, etc.) were discharged at μ-wave, H
It generates vacuum ultraviolet light 7 having two specific emission line energies of 10.2 eV. In the lamp 5, a substance to be ionized can be selected by changing the amount of photon energy of the generated vacuum ultraviolet light 7 by changing the type of the lamp gas 6 to be discharged. The pressure in the lamp 5 is reduced to, for example, about 10 Torr or less.
【００１６】前記ランプ５は、ＭｇＦ2 窓８を介して前
記イオン化室２に配置されている。前記真空紫外光７
は、前記ＭｇＦ2 窓８を経て前記イオン化室２中に照射
される。前記ＭｇＦ2 窓８は、真空紫外光７の透過性が
良い。The lamp 5 is disposed in the ionization chamber 2 through a MgF 2 window 8. The vacuum ultraviolet light 7
Is irradiated into the ionization chamber 2 through the MgF 2 window 8. The MgF 2 window 8 has good transmittance of the vacuum ultraviolet light 7.
【００１７】図１において、９は前記真空紫外光７によ
りイオン化されたイオンのうち、特定質量のイオンを蓄
積するイオントラップである。このイオントラップ９
は、前記イオン化室２中に配置されている。また、この
イオントラップ９は、図２に示すように、２個のエンド
キャップ電極１０、１１と、１個のリング電極１２とか
ら構成されている。In FIG. 1, reference numeral 9 denotes an ion trap for accumulating ions of a specific mass among the ions ionized by the vacuum ultraviolet light 7. This ion trap 9
Is disposed in the ionization chamber 2. The ion trap 9 is composed of two end cap electrodes 10 and 11 and one ring electrode 12, as shown in FIG.
【００１８】前記エンドキャップ電極１０、１１および
前記リング電極１２は、その内面が凸曲面をなす。前記
リング電極１２のほぼ中央には、前記真空紫外光７が照
射されるための小さな孔、すなわち照射孔１３が設けら
れている。また、前記２個のエンドキャップ電極の一方
１１のほぼ中央には、蓄積されたイオンを外に引き出す
ための小さな孔、すなわち引き出し孔１４が設けられて
いる。The inner surfaces of the end cap electrodes 10 and 11 and the ring electrode 12 have a convex curved surface. At the substantially center of the ring electrode 12, a small hole for irradiating the vacuum ultraviolet light 7, that is, an irradiation hole 13 is provided. In addition, a small hole for extracting the stored ions to the outside, that is, a drawing hole 14 is provided at substantially the center of one of the two end cap electrodes 11.
【００１９】前記照射孔１３と、前記引き出し孔１４と
は、ほぼ直交する方向にそれぞれ設けられている。すな
わち、前記イオントラップ９とイオン加速電極４との間
のイオン加速域に真空紫外光７が照射されない位置に、
前記ランプ５が配置されることとなる。また、前記真空
紫外光７の照射方向と後記イオン１８の加速方向とが合
致しない方向に、前記ランプ５が配置されることとな
る。The irradiation hole 13 and the lead-out hole 14 are provided in directions substantially orthogonal to each other. That is, at a position where the vacuum ultraviolet light 7 is not irradiated to the ion acceleration region between the ion trap 9 and the ion acceleration electrode 4,
The lamp 5 is arranged. Further, the lamp 5 is arranged in a direction in which the irradiation direction of the vacuum ultraviolet light 7 does not coincide with the acceleration direction of the ions 18 described later.
【００２０】前記エンドキャップ電極１０、１１の端部
とリング電極１２の端部との間には、絶縁物１５（たと
えば、セラミック製の絶縁物）が固定されている。そし
て、これらエンドキャップ電極１０、１１およびリング
電極１２および絶縁物１５は、ホルダ１６により、保持
されている。An insulator 15 (for example, a ceramic insulator) is fixed between the ends of the end cap electrodes 10 and 11 and the end of the ring electrode 12. The end cap electrodes 10 and 11, the ring electrode 12, and the insulator 15 are held by a holder 16.
【００２１】前記イオントラップ９中、すなわち、前記
エンドキャップ電極１０、１１および前記リング電極１
２で形成される空間２４中には、イオン化室２中のサン
プルガス（図示せず）が前記照射孔１３および引き出し
孔１４を介して充満している。前記空間２４中に充満し
ているサンプルガスは、前記真空紫外光７によりイオン
化される。In the ion trap 9, that is, the end cap electrodes 10, 11 and the ring electrode 1
2 is filled with a sample gas (not shown) in the ionization chamber 2 through the irradiation hole 13 and the extraction hole 14. The sample gas filling the space 24 is ionized by the vacuum ultraviolet light 7.
【００２２】前記エンドキャップ電極１０、１１および
前記リング電極１２には、図１に示すように、高周波電
圧を印加するための高周波電源１７が接続されている。
この高周波電源１７から印加される高周波電圧の周波数
と電圧とを調整することにより、特定の質量のイオン１
８を前記空間２４中において選別蓄積することができ
る。すなわち、周波数と電圧とが調整された高周波電界
により、特定の質量のイオン１８がそのイオン軌道上を
対流して保持蓄積されるものである。その他のイオン
は、電極１０、１１、１２に当って消失する。As shown in FIG. 1, a high frequency power supply 17 for applying a high frequency voltage is connected to the end cap electrodes 10 and 11 and the ring electrode 12.
By adjusting the frequency and voltage of the high-frequency voltage applied from the high-frequency power supply 17, ions 1 having a specific mass can be adjusted.
8 can be sorted and stored in the space 24. That is, the ions 18 having a specific mass are held and accumulated by convection on the ion orbit by the high-frequency electric field whose frequency and voltage are adjusted. Other ions disappear on the electrodes 10, 11 and 12.
【００２３】前記イオントラップ９中のイオンの蓄積時
間は、蓄積する化学物質により変わるが、約１〜２秒間
である。その蓄積時間が終了した時点で、イオン加速電
極４に電圧を印加して電界を加える。すると、イオント
ラップ９中に蓄積されたイオン１８が引き出し孔１４か
ら外に引き出されて加速されることとなる。The time for accumulating ions in the ion trap 9 varies depending on the chemical substance to be accumulated, but is about 1 to 2 seconds. At the end of the accumulation time, a voltage is applied to the ion acceleration electrode 4 to apply an electric field. Then, the ions 18 accumulated in the ion trap 9 are drawn out of the extraction hole 14 and accelerated.
【００２４】図１において、１９は前記加速されたイオ
ン１８の飛行時間に基づいてサンプルガス中の特定質量
の化学物質を同定する飛行時間型質量分析手段（いわゆ
る、ＴＯＦＭＳ）である。この飛行時間型質量分析手段
１９の飛行室２０が前記イオン化室２と連通して配置さ
れている。In FIG. 1, reference numeral 19 denotes time-of-flight mass spectrometry means (so-called TOFMS) for identifying a chemical substance having a specific mass in a sample gas based on the time of flight of the accelerated ions 18. A flight room 20 of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is arranged in communication with the ionization room 2.
【００２５】前記飛行室２０のうち、前記イオン化室２
と反対側であって、前記イオン１８が到達する箇所に
は、イオン検出器２２が設置されている。このイオン検
出器２２は、たとえば、マイクロチャンネルプレート
（いわゆる、ＭＣＰ）や電子増倍管などから構成されて
いるものである。このイオン検出器２２は、イオン１８
を検出する雰囲気の圧力が低ければ低いほど、ノイズが
低下する傾向にある装置である。Of the flight compartment 20, the ionization compartment 2
An ion detector 22 is installed on the opposite side to the location where the ions 18 reach. The ion detector 22 includes, for example, a microchannel plate (so-called MCP), an electron multiplier, and the like. The ion detector 22 detects the ions 18
This is a device in which the lower the pressure of the atmosphere in which the is detected, the lower the noise tends to be.
【００２６】前記イオン検出器２２は、図３に示すよう
に、前記イオン１８を検出した時点で信号を出力するも
のである。なお、前記イオン検出器２２の信号出力のレ
ベルは、前記イオン１８の量によって変わる。As shown in FIG. 3, the ion detector 22 outputs a signal when the ions 18 are detected. The level of the signal output of the ion detector 22 changes depending on the amount of the ions 18.
【００２７】前記イオン検出器２２には、オシロスコー
プ２３が接続されている。このオシロスコープ２３は、
図３に示すように、前記イオン検出器２２でイオン１８
を検出した時点で出力する信号の時間波形を表示するも
のである。An oscilloscope 23 is connected to the ion detector 22. This oscilloscope 23
As shown in FIG. 3, the ions 18 are detected by the ion detector 22.
Is to display the time waveform of the signal to be output at the time when is detected.
【００２８】前記飛行室２０内には、仕切り壁２５が配
置されている。これにより、前記飛行室２０内は、前記
イオン化室２と連通する第１空間２６と、前記イオン検
出器２２を含む第２空間２７とに仕切られる。前記仕切
り壁２５には、イオン１８が通過する孔２９が設けられ
ている。A partition wall 25 is disposed in the flight compartment 20. Thereby, the inside of the flight compartment 20 is partitioned into a first space 26 communicating with the ionization chamber 2 and a second space 27 including the ion detector 22. The partition wall 25 is provided with a hole 29 through which the ions 18 pass.
【００２９】前記第１空間２６には、ポンプ２１が接続
されている。このポンプ２１の作動により、相互に連通
する前記第１空間２６および前記イオン化室２中の圧力
が高真空、たとえば、約１０-5Ｔｏｒｒ以下に保持され
ている。この高真空は、前記イオン化室２および前記飛
行室２０中を飛行するイオン１８が他の分子と衝突して
消失しない程度のものである。A pump 21 is connected to the first space 26. By the operation of the pump 21, the pressure in the first space 26 and the ionization chamber 2 communicating with each other is maintained at a high vacuum, for example, about 10 -5 Torr or less. This high vacuum is such that the ions 18 flying in the ionization chamber 2 and the flight chamber 20 do not collide with other molecules and disappear.
【００３０】前記第２空間２７には、差動排気用ポンプ
２８が接続されている。この差動排気用ポンプ２８は、
前記第２空間２７内の圧力を前記第１空間２６内の圧力
よりも低くするものである。A differential pump 28 is connected to the second space 27. This differential pump 28 is
The pressure in the second space 27 is made lower than the pressure in the first space 26.
【００３１】（実施の形態の作用の説明）この実施の形
態における化学物質検出装置は、以上の如き構成からな
り、以下、その作用について説明する。なお、この例に
おける検出対象の化学物質は、たとえば、ダイオキシン
類やその前駆体である。(Explanation of the operation of the embodiment) The chemical substance detecting device in this embodiment has the above-mentioned configuration, and the operation will be described below. The chemical substance to be detected in this example is, for example, dioxins and their precursors.
【００３２】まず、サンプルガスをサンプルガス導入管
３を介してイオン化室２中に導入する。すると、サンプ
ルガスは、照射孔１３および引き出し孔１４を介してイ
オントラップ９の空間２４中に充満する。First, a sample gas is introduced into the ionization chamber 2 through the sample gas introduction pipe 3. Then, the sample gas fills the space 24 of the ion trap 9 via the irradiation hole 13 and the extraction hole 14.
【００３３】一方、ランプ５を作動させて真空紫外光７
を、ＭｇＦ2 窓８と、イオン化室２中のイオントラップ
９の照射孔１３を経て、イオントラップ９中に照射させ
る。すると、サンプルガスは、真空紫外光７により、イ
オン化される。このとき、前記真空紫外光７の前記イオ
ントラップ９中への照射体積は、前記照射孔１３の開口
の大きさに伴なって増大する。また、前記真空紫外光７
は、イオントラップ９とイオン加速電極４との間のイオ
ン加速域には照射されない。On the other hand, the lamp 5 is operated and the vacuum ultraviolet light 7
Is irradiated into the ion trap 9 through the MgF 2 window 8 and the irradiation hole 13 of the ion trap 9 in the ionization chamber 2. Then, the sample gas is ionized by the vacuum ultraviolet light 7. At this time, the irradiation volume of the vacuum ultraviolet light 7 into the ion trap 9 increases with the size of the irradiation hole 13. The vacuum ultraviolet light 7
Is not irradiated to the ion acceleration region between the ion trap 9 and the ion acceleration electrode 4.
【００３４】前記真空紫外光７の照射において、サンプ
ルガス中の検出対象の化学物質のイオン化エネルギーに
対して、それよりも高い光子エネルギーを持つ真空紫外
光７を照射する。この結果、検出対象の化学物質は、１
光子エネルギーにより、イオン化されるので、イオン化
効率が良い。In the irradiation of the vacuum ultraviolet light 7, the vacuum ultraviolet light 7 having a higher photon energy than the ionization energy of the chemical substance to be detected in the sample gas is irradiated. As a result, the chemical substance to be detected is 1
Since ionization is performed by photon energy, ionization efficiency is high.
【００３５】イオン化されたイオンのうち、特定質量の
イオン１８は、イオントラップ９中の空間２４において
１〜２秒間蓄積される。これにより、イオン１８の密度
が高くなる。Among the ionized ions, ions 18 having a specific mass are accumulated in the space 24 in the ion trap 9 for 1 to 2 seconds. Thereby, the density of the ions 18 increases.
【００３６】イオン１８がイオントラップ９において蓄
積された後、イオン加速電極４に電圧を印加する。する
と、イオントラップ９中のイオン１８パケット（集団）
が引き出し孔１４から引き出されて加速される。このと
き、前記イオン１８パケットの引き出し加速方向と、前
記真空紫外光７の照射方向とは、ほぼ直交する。After the ions 18 are accumulated in the ion trap 9, a voltage is applied to the ion acceleration electrode 4. Then, 18 packets (group) of ions in the ion trap 9
Is extracted from the extraction hole 14 and accelerated. At this time, the direction of accelerating the extraction of the ions 18 packets and the direction of irradiation of the vacuum ultraviolet light 7 are substantially orthogonal.
【００３７】加速されたイオン１８パケットは、イオン
化室２および飛行室２０の第１空間２６、仕切り壁２５
のイオン通過孔２９、第２空間２７中を飛行してイオン
検出器２２に到達する。そのイオン１８パケットの飛行
時間に基づいてサンプルガス中の特定質量の化学物質が
同定される。The accelerated ion 18 packet is supplied to the ionization room 2 and the first space 26 of the flight room 20, the partition wall 25.
Fly through the ion passage hole 29 and the second space 27 to reach the ion detector 22. A specific mass of chemical substance in the sample gas is identified based on the flight time of the 18 packets of the ions.
【００３８】たとえば、図３に示すように、飛行時間
（μｓ）がＴ１の場合、質量Ｍ１（たとえば、１１２）
の化学物質Ｘ１（たとえば、モノクロロベンゼン）が同
定される。また、飛行時間（μｓ）がＴ２の場合、質量
Ｍ２（たとえば、１４６）の化学物質Ｘ２（たとえば、
ジクロロベンゼン）が同定される。ここで、図３におい
て、時間０は、イオン加速電極４に電圧を印加した時点
をいう。For example, as shown in FIG. 3, when the flight time (μs) is T1, the mass M1 (eg, 112)
Of the chemical substance X1 (for example, monochlorobenzene) are identified. When the flight time (μs) is T2, the chemical substance X2 (for example, 146) of mass M2 (for example, 146)
Dichlorobenzene) is identified. Here, in FIG. 3, time 0 refers to a point in time when a voltage is applied to the ion acceleration electrode 4.
【００３９】しかも、図３に示すように、イオン検出器
２２からの信号出力のレベルから検出対象の化学物質の
濃度が判明する。たとえば、濃度特性から、基準の信号
出力レベル（図３中の最小の三角形のレベル）の濃度を
１ｐｐｍとする。この場合において、飛行時間Ｔ１にお
ける信号出力レベルＳ１が基準の信号出力レベルの２倍
となっているので、質量Ｍ１の化学物質Ｘ１の濃度は、
２ｐｐｍとなる。また、飛行時間Ｔ２における信号出力
レベルＳ２が基準の信号出力レベルの３倍となっている
ので、質量Ｍ２の化学物質Ｘ２の濃度は、３ｐｐｍとな
る。Further, as shown in FIG. 3, the concentration of the chemical substance to be detected can be determined from the level of the signal output from the ion detector 22. For example, based on the density characteristics, the density of the reference signal output level (the minimum triangular level in FIG. 3) is 1 ppm. In this case, since the signal output level S1 at the flight time T1 is twice the reference signal output level, the concentration of the chemical substance X1 in the mass M1 is:
It becomes 2 ppm. Further, since the signal output level S2 at the flight time T2 is three times the reference signal output level, the concentration of the chemical substance X2 of the mass M2 is 3 ppm.
【００４０】（実施の形態の効果の説明）このように、
この実施の形態における化学物質検出装置は、飛行時間
型質量分析手段１９の飛行室２０内において、差動排気
用ポンプ２８の差動排気により、第２空間２７内の圧力
を第１空間２６内の圧力よりも低くすることができる。(Explanation of Effects of Embodiment) As described above,
In the chemical substance detection device according to this embodiment, the pressure in the second space 27 is increased in the first space 26 by the differential evacuation of the differential evacuation pump 28 in the flight room 20 of the time-of-flight mass spectrometer 19. Lower than the pressure.
【００４１】この結果、第２空間２７内におけるイオン
検出器２２のノイズを低減することができる。このため
に、飛行時間型質量分析手段１９の計測感度が向上さ
れ、その分、特定の化学物質を高精度に検出することが
できる。As a result, noise of the ion detector 22 in the second space 27 can be reduced. For this reason, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【００４２】特に、この実施の形態においては、サンプ
ルガスは、真空紫外光７の１光子エネルギーにより、イ
オン化されるので、イオン化効率が良い。In particular, in this embodiment, the sample gas is ionized by one-photon energy of the vacuum ultraviolet light 7, so that the ionization efficiency is high.
【００４３】また、この実施の形態においては、真空紫
外光７の発生手段としてランプ５を使用したので、コス
ト上非常に優れている。しかも、ランプ５は、パルスレ
ーザと比較して、光子密度が小さいが、連続発光である
から、光子量はトータル的にほぼ同等となる。その上、
イオントラップ９でイオンを蓄積するので、光子密度の
小ささは、特に問題とはならない。In this embodiment, since the lamp 5 is used as the means for generating the vacuum ultraviolet light 7, the cost is very high. In addition, although the lamp 5 has a lower photon density than the pulse laser, the lamp 5 emits light continuously, so that the total amount of photons is substantially equal. Moreover,
Since ions are accumulated in the ion trap 9, the small photon density does not cause any particular problem.
【００４４】さらに、この実施の形態においては、飛行
時間型質量分析手段１９として、イオン１８が直進する
リニア型方式のものを使用する。このために、イオンが
電極により反射するリフレクトロン型方式の飛行時間型
質量分析手段と比較して、イオンが電極に衝突して消失
する量が少ない。この結果、この実施の形態において
は、イオン検出器２２におけるイオン１８の検出が正確
となる。Further, in this embodiment, as the time-of-flight mass spectrometer 19, a linear type in which the ions 18 travel straight is used. For this reason, compared with the reflectron type time-of-flight mass spectrometer in which the ions are reflected by the electrodes, the amount of the ions colliding with the electrodes and disappearing is small. As a result, in this embodiment, the detection of the ions 18 by the ion detector 22 becomes accurate.
【００４５】さらにまた、この実施の形態における化学
物質検出装置は、イオン１８の引き出し加速方向と真空
紫外光７の照射方向とが直交するものであるから、真空
紫外光７がイオントラップ９とイオン加速電極４との間
のイオン加速域に照射されない。このために、イオン加
速域に存在するサンプルガスが真空紫外光７によりイオ
ン化してノイズとなるのを抑制することができる。その
結果、飛行時間型質量分析手段１９の計測感度が向上さ
れ、その分、特定の化学物質を高精度に検出することが
できる。Further, in the chemical substance detecting device according to the present embodiment, since the direction of accelerating extraction of the ions 18 and the direction of irradiation of the vacuum ultraviolet light 7 are orthogonal to each other, the vacuum ultraviolet light 7 It is not irradiated to the ion acceleration region between the acceleration electrode 4. For this reason, it is possible to suppress the sample gas present in the ion acceleration region from being ionized by the vacuum ultraviolet light 7 and becoming a noise. As a result, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【００４６】なお、この実施の形態においては、検出対
象の化学物質としては、ダイオキシン類やその前駆体で
あるが、この発明は、その他の化学物質の検出にも適用
できる。In this embodiment, the chemical substances to be detected are dioxins and their precursors, but the present invention can be applied to the detection of other chemical substances.
【００４７】また、この実施の形態において、図２中の
二点鎖線にて示すように、サンプルガス導入管３をイオ
ントラップ９に接続して、サンプルガスをイオントラッ
プ９中の空間２４に直接導入するように構成しても良
い。これにより、イオン化域であるイオントラップ９中
のガス圧、すなわち、サンプルガス密度を高めることが
できるので、イオントラップ９中で真空紫外光７により
イオン化されるイオンの生成量が大量となる。また、イ
オン化手段１のイオン化室２および飛行時間型質量分析
手段１９の飛行室２０中のガス圧を所定の圧力（約１０
-5Ｔｏｒｒ）以下に保持することができる。この結果、
さらに、飛行時間型質量分析手段１９の計測感度が向上
され、その分、特定の化学物質を高精度に検出すること
ができる。In this embodiment, as shown by a two-dot chain line in FIG. 2, the sample gas introduction pipe 3 is connected to the ion trap 9 and the sample gas is directly introduced into the space 24 in the ion trap 9. It may be configured to be introduced. Thereby, the gas pressure in the ion trap 9, which is the ionization region, that is, the sample gas density can be increased, so that the amount of ions generated by the vacuum ultraviolet light 7 in the ion trap 9 becomes large. Further, the gas pressure in the ionization chamber 2 of the ionization means 1 and the gas pressure in the flight chamber 20 of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is increased to a predetermined pressure (about 10
−5 Torr) or less. As a result,
Furthermore, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometry means 19 is improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【００４８】さらに、この実施の形態においては、真空
紫外光７の照射方向とイオン１８の引き出し方向とが直
交するものであるが、この発明の化学物質装置において
は、真空紫外光７の照射方向とイオン１８の引き出し方
向とが同一方向であっても良い。Further, in this embodiment, the irradiation direction of the vacuum ultraviolet light 7 and the extraction direction of the ions 18 are orthogonal to each other. However, in the chemical substance device of the present invention, the irradiation direction of the vacuum ultraviolet light 7 is And the direction in which the ions 18 are extracted may be the same direction.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上から明らかなように、この発明にか
かる化学物質検出装置は、差動排気により、イオン検出
器を含む第２空間内の圧力を、イオン化手段と連通する
第１空間の圧力よりも低くするものである。この結果、
第２空間内におけるイオン検出器のノイズを低減するこ
とができる。このために、飛行時間型質量分析手段の計
測感度が向上され、その分、特定の化学物質を高精度に
検出することができる。As is apparent from the above description, in the chemical substance detecting apparatus according to the present invention, the pressure in the second space including the ion detector is changed by the differential evacuation to the pressure in the first space communicating with the ionizing means. Lower than that. As a result,
The noise of the ion detector in the second space can be reduced. For this reason, the measurement sensitivity of the time-of-flight mass spectrometer is improved, and accordingly, a specific chemical substance can be detected with high accuracy.
【図１】この発明の化学物質検出装置の実施の形態を示
す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a chemical substance detection device of the present invention.
【図２】同じく、イオントラップを示す縦断面図であ
る。FIG. 2 is a vertical sectional view showing the ion trap.
【図３】同じく、オシロスコープにおいて表示されるイ
オン検出器からの信号出力とイオンの飛行時間とを示し
たグラフである。FIG. 3 is a graph showing a signal output from an ion detector and a flight time of ions displayed on an oscilloscope.
１ イオン化手段 ２ イオン化室 ３ サンプルガス導入管 ４ イオン加速電極 ５ ランプ（真空紫外光発生手段） ６ ランプガス ７ 真空紫外光 ８ ＭｇＦ2 窓 ９ イオントラップ １０、１１ エンドキャップ電極 １２ リング電極 １３ 照射孔 １４ 引き出し孔 １５ 絶縁物 １６ ホルダ １７ 高周波電源 １８ イオン １９ 飛行時間型質量分析手段 ２０ 飛行室 ２１ ポンプ ２２ イオン検出器 ２３ オシロスコープ ２４ 空間 ２５ 仕切り壁 ２６ 第１空間 ２７ 第２空間 ２８ 差動排気用ポンプ ２９ イオン通過孔DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ionization means 2 Ionization chamber 3 Sample gas introduction pipe 4 Ion acceleration electrode 5 Lamp (vacuum ultraviolet light generation means) 6 Lamp gas 7 Vacuum ultraviolet light 8 MgF 2 window 9 Ion trap 10, 11 End cap electrode 12 Ring electrode 13 Irradiation hole Reference Signs List 14 extraction hole 15 insulator 16 holder 17 high-frequency power supply 18 ion 19 time-of-flight mass spectrometry means 20 flight room 21 pump 22 ion detector 23 oscilloscope 24 space 25 partition wall 26 first space 27 second space 28 differential pump 29 Ion passage hole
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴我 薫典 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 栗林 志頭真 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 山下 一朗 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 Ｆターム(参考） 5C038 JJ01 JJ06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kaorunori Tsuruga 1-8-1 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fundamental Technology Research Laboratories (72) Inventor Shima Makoto Kurabayashi, Yokohama-shi 8-1 chome, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Institute (72) Inventor Ichiro Yamashita 1-8-1, Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Yokohama Research Laboratory F-term (reference) 5C038 JJ01 JJ06
Claims (1)
化するイオン化手段と、 前記真空紫外光によりイオン化されたイオンのうち、特
定質量のイオンを蓄積するイオントラップと、 前記イオントラップ中に蓄積された前記イオンを加速さ
せ、その加速されたイオンの飛行時間に基づいて前記サ
ンプルガス中の前記特定質量の化学物質を同定する飛行
時間型質量分析手段と、 を備えた化学物質検出装置において、 前記飛行時間型質量分析手段は、前記イオン化手段と連
通する第１空間とイオン検出器を含む第２空間とに仕切
ると共に、イオンが通過する孔が設けられた仕切り壁
と、前記第２空間内の圧力を前記第１空間内の圧力より
も低くする差動排気手段と、を有する、ことを特徴とす
る化学物質検出装置。1. An ionization means for ionizing a sample gas with vacuum ultraviolet light, an ion trap for accumulating ions of a specific mass among ions ionized by the vacuum ultraviolet light, and the ion trapping means for accumulating ions in the ion trap. A time-of-flight mass spectrometric means for accelerating ions and identifying the specific mass of the chemical substance in the sample gas based on the time of flight of the accelerated ions. The mass spectrometry means partitions a first space communicating with the ionization means and a second space including an ion detector, and a partition wall provided with a hole through which ions pass, and a pressure in the second space. And a differential pumping means for lowering the pressure in the first space.
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|---|---|---|---|---|
| JP2005353428A (en) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Hitachi High-Technologies Corp | Ion trap / time-of-flight mass spectrometer and mass spectrometry method |
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