イオン源およびそれを用いた質量分析計
【課題】 試料を高効率かつ長時間安定にイオン化するコロナ放電を用いたイオ
ン源を提供する。
【解決手段】 高電圧を印加することにより針電極先端に生成するコロナ放電に
おいて、該コロナ放電の領域から試料ガス中の中性分子が移動する方向と、放電
により生じたイオンの引き出し方向が異なる構成とすることにより、イオン生成
効率を向上させると共に安定な放電を長時間持続させる。
ン源を提供する。
【解決手段】 高電圧を印加することにより針電極先端に生成するコロナ放電に
おいて、該コロナ放電の領域から試料ガス中の中性分子が移動する方向と、放電
により生じたイオンの引き出し方向が異なる構成とすることにより、イオン生成
効率を向上させると共に安定な放電を長時間持続させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源、及びこれを用いた質量分析計，分析方法及びこれを用い
た計測システム、あるいはイオン源を用いたモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体や液体中などの微量成分を高感度に検出する方法として、大気圧下で測定
対象の試料をコロナ放電を用いてイオン化して（大気圧化学イオン化法）、生成
したイオンを質量分析計により高感度に検出する方法がある。
【０００３】
この方法は、特開昭51−8996号に記載のように、高電圧を印加することにより
針電極先端に生成したコロナ放電領域に、試料を導入しイオン化する方法である
。このとき、試料はコロナ放電により直接イオン化される反応（一次イオン化）
に加えて、イオン分子反応でイオン化される反応（二次イオン化）があるため、
結果的に試料分子が選択的に高効率にイオン化されることになる。
【０００４】
一方、特開平6−310091号に記載のように、試料ガスを直接コロナ放電領域に
導入せずにイオン化する方法が提案されている。すなわち、別に設けたコロナ放
電領域で生成した一次イオンを用いて、イオン分子反応によりコロナ放電領域を
通過しない試料分子を効率的に二次イオン化するという方法である。これにより
、シランガスのようにコロナ放電を用いて直接イオン化すると、放電生成物によ
りイオン源が極度に汚染されイオン化できなくなるような場合に非常に有効とな
る。
【０００５】
さらに、米国特許4023398号に記載の方法がある。この例では、試料を搬送す
るためのキャリアガスが真空下の質量分析部に導入されるのを防止するため、コ
ロナ放電領域とイオンを真空中に取込むための細孔間にカーテンガスを流す方法
が開示されている。この工夫により、クライオポンプのような真空排気系を用い
た場合に排気効率を向上させることができる。
【０００６】
さらに、特開平3-179252号に、ガスの流れる方向について記載がある。この方法
では、液体試料が中空針電極内を流れ、針先端でイオン化された微小液滴が対向
して流れる乾燥ガスにより、効率よく気化され、またイオン化された試料の拡散
が抑制され、補修効率を向上させることが開示されている。しかし本願の特徴の
一つである放電の安定性については課題並び課題を解決する手段については何ら
示されていない。
【０００７】
試料ガス中の微量成分を分析する具体的な適用例として、特開平11-304760号
及び特開平11-304761号に負のコロナ放電を用いて、ガス中のダイオキシン類を
測定する方法が、特開平12-28579号に、ガス中のニトロ化合物などの危険物を探
知する方法が、それぞれ記載されている。
【特許文献１】特開昭51−8996号
【特許文献２】特開平6−310091号
【特許文献３】米国特許4023398号
【特許文献４】特開平3-179252号
【特許文献５】特開平11-304760号
【特許文献６】特開平11-304761号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１．感度について
特開昭51−8996号、特開昭51−8996号、及び特開平3-179252号に記載されてい
る従来例では、測定試料濃度が低い場合（例えば、空気中の微量成分を測定する
場合や、液体中の微量成分を測定する場合等）、測定試料のイオンに比較して多
量に存在する成分のイオンあるいは多量に存在する成分由来のイオン（例えば、
イオン分子反応により生成したイオン等）の強度が極端に強くなる。特に、多量
に存在する成分に相当する分子あるいは多量に存在する成分由来のイオンに相当
する分子が、目的とする試料の分子よりイオンになりやすい、あるいは同じ程度
にイオンになる場合、目的とする試料のイオンの生成効率が悪化し、結果的に感
度が低下するという問題があった。
【０００９】
また、米国特許4023398号で記載されている方法では、カーテンガスを用いる
ことによりキャリアガスが真空中に導入されないようにする工夫はされているが
、得られる質量スペクトルは上記の従来例のものと本質的に変わらず、上記の従
来例と同様の問題を含んでいた。
【００１０】
また、特開平3-179252号では、液体試料を分析するためのイオン源に関するも
ので、ガスの分析については何ら記載が無い。
【００１１】
２．長時間の連続測定について
上記の従来例では、測定するガス中の成分が針先に堆積し、コロナ放電が不安
定になり、長時間連続して測定できなくなるという問題があった。特開平6−310
091号に記載の方法では、１ヶ月程度の長期間に渡る連続運転について触れられ
ていない。放電が不安定になった後、再び測定を行うには針先の堆積物を取り除
いたり、針を交換したりといったメンテナンスが必要になり、この間は測定でき
ないことに加えて、人手・手間がかかるという問題がある。
【００１２】
従って、本発明は目的とする試料のイオンを効率的に生成するためのコロナ放
電を用いたイオン源およびこれを用いた装置を提供すること、および長時間安定
な放電を持続するイオン源およびこれを用いた装置を提供することを目的とする
。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１．感度について
まず、イオンの生成効率を上げる手段であるが、高電圧を印加することにより
針電極先端に生成するコロナ放電において、針電極と、生成したイオンを質量分
析部に取り込むための開口部を有する隔壁と、を結ぶ方向、つまりイオンが放電
領域から引き出される方向と、試料ガスが流れる方向が異なる構成にすることに
よって、目的とする試料のイオンの生成効率を大幅に向上させる。
【００１４】
このような構成にすることにより、次のような効果が生じる。例えば、乾燥空
気中のクロロフェノール類（ＣＰ）を、負のコロナ放電を用いて観測する場合の
主なイオン分子反応は以下のようになる。
【００１５】
Ｏ2＋ｅ- → Ｏ2-
（負のコロナ放電）
Ｏ2＋Ｎ2 → ２ＮＯ
（負のコロナ放電）
Ｏ2-＋ＮＯ→ＮＯ3-
Ｏ2-＋ＣＰ→(ＣＰ−Ｈ)-＋ＨＯ2
ここで、（ＣＰ−Ｈ)-はＣＰからプロトンの抜けた負イオンを表す。上式から
わかるように、基本的に、負のコロナ放電で生成したＯ2-が介在した反応となる
。Ｎ2はＯ2との負のコロナ放電下での反応により中間体ＮＯを経てＮＯ3-に容易
に変化し、強度の強いイオンとなって観測される。ＮＯ3-は酸性度が高いので、
ＣＰとは反応しない。従って、ＣＰに比較してＮ2の濃度が非常に高い場合、観
測されるのはＮＯ3-がほとんどで、（ＣＰ−Ｈ)-はわずかにしか観測されない。
【００１６】
このような反応過程の中で、Ｏ2-＋ＮＯ→ＮＯ3-の反応を抑制できれば、Ｏ2-
の減少を抑えることができる。これにより、Ｏ2-＋ＣＰ→（ＣＰ−Ｈ)-＋ＨＯ2
の反応が進行する。大量に生成するＮＯ3-は大幅に低減でき、従って、目的とす
る（ＣＰ−Ｈ)-の生成量を増加することができる。ＮＯ3-の生成反応を抑制する
には、Ｏ2-とＮＯとの存在領域が重複しないことが重要となる。そのひとつの方
法は、電界によりイオンの進行する方向と流れにより中間体の進行する方向とが
異なる構成とし、コロナ放電領域における中間体の存在時間を極力短くすれば良
い。特に、前記の２方向がほぼ対向する場合には大きな効果を発揮することにな
る。このとき、前記の反応過程は、ＮＯの中間体の存在を無視できることになる
。従って、上記の反応は実質的に
Ｏ2＋ｅ- → Ｏ2-
（負のコロナ放電）
Ｏ2-＋ＣＰ→(ＣＰ−Ｈ)-＋ＨＯ2
となる。この反応形態は、（ＣＰ−Ｈ)-を高感度に測定する観点から非常に望ま
しいものとなる。
【００１７】
２．放電を長時間持続するための手段
本発明は、質量分析部と高電圧を印加することにより針電極先端にコロナ放電を
生じさせて試料のイオン化を行うイオン源とを備えたイオン化質量分析計におい
て、前記イオン源は、針電極と、生成したイオンを質量分析部に取り込むための
開口部とを結ぶ方向、つまりイオンが放電領域から引き出される方向と、試料ガ
スが流れる方向が９０度以上異なるように(別の見方をすると：針電極先端と、
イオンを質量分析部に送り込むための第１の開口部を結ぶ方向とその中心と針電
極先端とを結んだ方向とのなす９０度以下の位置に設けられた試料ガスを供給す
る第２の開口部とで)構成される質量分析計および方法を提供する。
【００１８】
このような構成にすることにより、上に述べたような測定対象の物質のイオン生
成効率の向上に加えて、安定な放電を長時間持続することについても効果がある
。この理由の内の１つは、以下のように考えられる。
【００１９】
以下、負のコロナ放電を例に取って説明する。
【００２０】
放電領域にガスの流れが無い場合に、安定な放電が長時間持続できないのは、針
電極先端にガス中の成分が次第に付着していき、先端曲率半径が大きくなるため
と考えられる。こうなると放電電流値が振れはじめ、イオン化が不安定となり、
質量分析計で測定されるイオン強度も振れてしまう。信頼性の高い分析をするに
は、頻繁に針電極を交換したり、針先を尖らせたりといったメンテンナンスが必
要になる。
【００２１】
負のコロナ放電を用いる場合、負の高電圧が印加された針電極先端から電子が放
出され、ガス中の中性分子と衝突し、イオン化させる。イオン化領域は針電極先
端のごく近傍（１ｍｍ以内）で、そこに生じる負イオンが針電極と対向電極の間
に生じる電界により、対向電極側に移動する。針電極先端曲率半径が大きくなり
、放電電流値が振れる現象は次のように考えられる。
【００２２】
１）針先近傍のイオン化領域に生じる負イオンが、針先先端領域の電界強度を弱
める。
【００２３】
２）電界強度が弱まると、放電電流が低下する。
【００２４】
３）イオン化領域に生じていた負イオンが、電界の力により対向電極側に移動す
る。
【００２５】
４）針先先端領域の電界強度が再び強くなり放電電流が元どおりになる。
【００２６】
１）から４）を繰り返すことにより放電電流が振れることになる。針電極先端
の曲率半径が十分小さい場合は、１）で電界強度が弱まった場合にも放電電流が
低下せずに放電を続けることができるが、針電極先端の曲率半径が大きくなると
、負イオンの空間電荷作用による電界強度の低下が、放電電流を低下させてしま
う結果となる。放電電流の低下を防ぐために電圧を上げた場合には、放電形態が
コロナ放電から火花放電に移行してしまい、不安定な放電形態となるため、分析
には不向きである。
【００２７】
このイオン化領域にガスの流れを生じさせると、空間電荷効果を及ぼす負イオ
ンを拡散させることにより、針先先端領域の電界強度の低下を抑える効果がある
。
【００２８】
従って、針先先端領域にガスの流れを発生させることにより、堆積物により針先
曲率半径がある程度大きくなっても安定な放電を持続することができる。
【００２９】
針の根元側から針先に向かって試料ガスを流すと、針先近傍のイオン化が活発に
行われる領域は、流れが針の陰になって乱れた状態となり、効果的に空間電荷を
拡散することが出来ない。
【００３０】
また、この放電電流値をモニタリングしておき電流値の振幅がある値以上にな
ったら針をメンテナンスするようにアラームを出すようにしておけば、針のメン
テナンス時期を的確に知ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、コロナ放電の領域に対する試料の流れる方向とコロナ放電に
よりイオン引き出す方向が異なるので、コロナ放電領域における中間体の存在時
間を短くすることができるため、目的とする試料のイオンを効率的に生成するこ
とができる。また、本発明によれば目的とする試料のイオンを選択性の高い高感
度測定を行うことができる。さらに、針先先端に付着物が堆積しても、長時間安
定例えば２ヶ月以上は安定に放電を持続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のイオン源をダイオキシンモニタの応用例について説明する。
【００３３】
本発明のイオン源を用いた質量分析装置を焼却炉等に設置し、焼却炉煙道等か
らの排ガス成分を連続してモニタリングすることができる。特に、焼却炉から排
出されるダイオキシン類やダイオキシン類の前駆体であるクロロベンゼン類、ク
ロロフェノール類、炭化水素類を計測し、その結果から焼却炉の燃焼状態を制御
すれば、焼却炉からのダイオキシン類の発生量を大幅に低減することが可能とな
る。多種多様な成分を含みかつ汚れの原因となる成分の多い排ガス中に存在する
、こうした微量成分の分析に対し、またその他ガス中に存在する汚れの原因とな
る成分が多い場合でも、本発明のイオン源を用いた装置は有効である。
【００３４】
図１は、高電圧を印加することにより針電極先端に生成するコロナ放電におい
て、コロナ放電領域に対する試料の導入方向とコロナ放電によりイオンを引き出
す方向がほぼ対向していることを特徴とするイオン源の構成を示したものである
。コロナ放電領域に対する試料の導入方向とコロナ放電によりイオンを引き出す
方向がほぼ対向していることが上記の三つの従来例と大きく異なる点である。図
２は、同じイオン源の一部の立体構成を示した図である。
【００３５】
試料導入配管１を通して導入された試料は、いったんイオンドリフト部２に導入
される。このイオンドリフト部２はほぼ大気圧状態にある。イオンドリフト部２
に導入された試料の一部は、コロナ放電部３に導入され、残りは試料導出配管４
を通してイオン源外に排出される。あるいは、試料導出配管４を取り除き、第１
イオン取込細孔９を通って真空部に導入される一部を除き、他の残り全てを針電
極５の方へ流す構成にしてもよい。コロナ放電部３（３ａはその構成本体、３ｂ
以下についても同じ。）に導入された試料は、高電圧を印加することにより針電
極５の先端に生成するコロナ放電領域６に導入され、イオン化される。このとき
、針電極５から対向電極７に向かってドリフトするイオンの流れにほぼ対向する
ような方向に試料が導入される。生成したイオンは電界により対向電極７の開口
部８を通して、イオンドリフト部２に導入される。このとき、対向電極７と第１
イオン取込細孔９の間に電圧を印加することにより、イオンをドリフトさせ効率
良く第１イオン取込細孔９に導入できる。第１イオン取込細孔９から導入された
イオンは、第２イオン取込細孔１１及び第３イオン取込細孔１２を通して、真空
下の質量分析部に導入される。第１イオン取込細孔９、第２イオン取込細孔１１
及び第３イオン取込細孔１２が存在する領域は、ほぼ大気圧状態にあるイオンド
リフト部２と真空下にある質量分析部を結合するための差動排気領域である。ま
た、コロナ放電領域６に導入される試料の流量を制御することはイオンを安定に
、かつ高感度に計測する上で重要となる。そのためにコロナ放電部３にはイオン
源試料導出配管１３及びイオン源流量制御器１４を設けてある。また、イオンド
リフト部２やコロナ放電部３における試料の吸着を防ぐ観点から、これらの領域
を加熱することは重要である。イオン源試料導出配管１３を通過する試料流量及
び試料導出配管４を通過する試料流量は、これらの後に設けられた、ダイアフラ
ムポンプのような吸引ポンプ７０の容量及び配管のコンダクタンスにより決定す
ることができる。このように、本発明のイオン源の特徴のひとつは、試料をコロ
ナ放電領域に導入するための吸引ポンプ７０を、試料導入配管１ではなく、イオ
ン源試料導出配管１３あるいは試料導出配管４側に設けることができる点にある
。すなわち、吸引ポンプ７０を試料導入配管１側に配置した場合に問題となる吸
引ポンプ７０内部における試料の吸着等がなくなる。
【００３６】
以下、さらに詳細な実施例について述べる。
【００３７】
試料導入配管１を通して導入された試料は、いったんイオンドリフト部２に導
入され、イオンドリフト部２に導入された試料の一部は、コロナ放電部３（３ａ
はその構成本体、３ｂ以下についても同じ。）に導入され、残りは試料導出配管
４を通してイオン源外に排出される。試料導入配管１を通して導入される試料に
対してイオン源試料導出配管１３を通過する試料の流量は１０〜２０００ｍｌ／
min 程度である。なお、試料導入配管１及び試料導出配管４には１／４インチス
テンレス製電解研磨配管や内面を石英ガラスでコートしたステンレス製配管など
を用いる。コロナ放電部３に導入された試料は、高電圧を印加することにより針
電極５の先端に生成するコロナ放電領域６に導入され、イオン化される。正イオ
ンを生成させる場合には１〜６ｋＶ程度、負イオンを生成させる場合には−１〜
−６ｋＶ程度を針電極５に印加する。また、針電極５の先端と対向電極７ａの間
でコロナ放電を起こさせることが重要である。針電極５とコロナ放電部３ａの間
で放電すると、対向電極７ａの開口部８を通過するイオン量が極端に減少するた
めである。従って、針電極５先端とまわりのコロナ放電部３ａの外壁間距離（５
ｍｍ程度）よりも、針電極５先端と対向電極７ａ間距離（３ｍｍ程度）が短くな
っている。このとき、試料ガスは、針電極５から対向電極７（距離は３ｍｍ程度
）に向かってドリフトするイオンの流れにほぼ対向するような方向に導入される
。生成したイオンは電界により対向電極７（直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍ程度）の
開口部８（直径２ｍｍ程度）を通して、イオンドリフト部２に導入される。この
とき、対向電極７と第１イオン取込細孔９の間に電圧を印加することにより、イ
オンをドリフトさせ効率良く第１イオン取込細孔９に導入するようにする。この
場合、針電極５の先端と、生成したイオンを質量分析部に取り込むための開口部
８の中心を結ぶ方向と試料ガスが開口部８から試料が導入され、流れる向きは０
度(対向している)になっている。また、試料ガスが排出される開口部（排出用配
管１３）が、針電極先端より根元側にある構成となっている。
【００３８】
対向電極７と第１イオン取込細孔９の間に印加する電圧差は、その距離にも依存
するが、これらの電極間距離が１−１０ｍｍ程度のときで、絶対値で１０Ｖから
２０００Ｖ程度である。
【００３９】
また、針電極５と対向電極７ａ間の距離は、短すぎると放電が不安定になり、長
すぎると生成したイオンが隔壁にあたる確率が増え、開口部８を通る量が減って
しまい、感度が低下するので３〜６ｍｍ程度が適当である。
【００４０】
図３は、図１と同様にコロナ放電の領域から試料ガスが流れる方向とイオンを引
き出す方向が異なる構造であるが、針の向きを変更したい場合は、図３のように
構成することができる。この場合も、針先と対向電極７ａの間でコロナ放電を起
こすことにより、図１のときと同様な効果がある。
【００４１】
図４は、コロナ放電の領域６から試料が流れる方向とイオンを引き出す方向が異
なるものの、対向ではない例を示したものである。図４の場合、針先と開口部９
を結ぶ線の方向に対し試料の流れる方向は９０度異なっており、試料が排出され
る開口部は針先と同じ位置にある。 この場合、イオンと中性分子が互いにほぼ
垂直な方向に移動するようになっているが、試料ガスの流速を上げることで、図
１の場合と似たような効果が得られる。また、イオンと中性分子の移動方向が、
対向、垂直以外にも進行方向が異なるような傾きを設ければ、同じような効果が
得られる。
【００４２】
図５は、図１のイオン源部を拡大したもので、ガスの流れを針先端に作ることに
より、安定したコロナ放電を長時間持続することが出来る構成にしたものである
。この場合は、イオンの生成効率を加味してイオンの進む方向と逆向きの方向に
ガスを流している。図５のように、針先先端のガスの流れが、イオンの進む方向
と逆向きでなくても、ガスの流速を上げることで、針先先端に生じた負イオンを
十分に拡散して、安定したコロナ放電を長時間持続することが可能である。
【００４３】
図６は、高電圧を印加する針電極を絶縁体で覆ったものである。イオン源の外筒
８を加工上の問題から金属で作る場合、針電極の胴体の側面と外筒の間で放電し
てしまう場合がある。対向電極７ａとの間で放電しなくなると、対向電極の細孔
を通過するイオン量が著しく減少してしまい、分析計の感度が低下する。これを
防ぐには、図６のように側面で放電しないように針を絶縁体で覆うか、図７のよ
うに外筒を絶縁物で作るのがよい。あるいは、外筒３と針電極５の間の距離を十
分離すのも効果がある。目安としては、針電極５と対向電極７ａの間の距離が３
ｍｍ程度なら、針電極側面と外筒の間の距離は５ｍｍ以上離すのが好ましい。
【００４４】
また、図８のように、針先端を除いて、針電極の側面を金メッキやハードクロ
ムメッキでコーティングすると、針電極の胴体で放電しづらくなり、対向電極７
ａとの間で正規の放電を起こしやすくなるので、長時間の安定した放電を持続す
るのに好ましい形態となる。また、塩化水素などの腐食性のガスを使用する場合
には、耐腐食性の点から有効である。
【００４５】
図９は図１の代案を示す。この例は、図１と基本的に同一であり、同一構成に
は同一番号を付し、説明を繰り返さない。
【００４６】
図１の例の場合は、イオンドリフト部がひとつの場合であるが、これを複数設け
ることも可能である。図９は、第１のイオンドリフト部２に加えて、これに隣接
して第２イオンドリフト部３８を設けた場合である。動作の一例は以下のように
なる。試料ガスは試料導入配管１から導入され、試料導入配管４から排出される
。このとき、空気のような反応ガスを反応ガス導入配管３９から導入し、その一
部をコロナ放電部側に導入すると、実施例（１）で述べたような原理に基づき、
主にＯ2-が対向電極７ａ、イオンドリフト部２を通過してくる。試料導入配管１
から導入された試料ガス、例えば、クロロフェノール等を含む空気に、第２対向
電極６６を通してＯ2-が打ち込まれると、クロロフェノールのイオンが生成する
。対向電極７と第２対向電極６６、第２対向電極６６と第１イオン取込細孔９間
にはイオンを加速するための電界を設ける。対向電極７と第２対向電極６６の電
極間距離、第２対向電極６６と第１イオン取込細孔９間距離はともに１から１０
ｍｍ程度である。負イオン測定では、イオン取込細孔９に−１０Ｖ程度が印加さ
れる場合、対向電極７と第２対向電極６６には、それぞれ−１ｋＶ、−２ｋＶ程
度が印加される。これらの電圧は、イオンドリフト部２におけるＯ2-の滞在時間
、すなわち反応時間を制御することになり、イオンドリフト部２でのＯ2-の反応
が問題となる場合には、電圧を高めにして滞在時間を短くする工夫をしてもよい
。イオンは第１イオン取込細孔９から質量分析部に取り込む。この構成の大きな
利点は、試料ガスが焼却炉排ガスのような場合、コロナ放電領域に直接排ガスを
導入しないで済む点にある。これによって針電極の汚染を防ぎ、さらに長い使用
が可能になる。
【００４７】
図１０は図１の代案を示す。この例は、図１と基本的に同一であり、同一構成
には同一番号を付し、説明を繰り返さない。
【００４８】
図１の場合は、対向電極７ａと第１イオン取込細孔９間でイオンをドリフトさ
せているが、図９では、これに加えて、第１イオン取込細孔９の前にカウンター
ガス出口電極７２を設ける。第１イオン取込細孔９とカウンターガス出口電極７
２間の距離は、０．１から５ｍｍである。カウンターガス出口電極７２の中心に
は２mm程度の開口部があり、カウンターガス導入口７１から導入された空気が対
向電極７ａに向かって流れる。第１イオン取込細孔９の口径（０．２５ｍｍ程度
）に比較すると、カウンターガス出口電極７２の中心は大きくなっている。この
とき、カウンターガス出口電極７２と第１イオン取込細孔９間では、電界により
イオンが第１イオン取込細孔の方向にドリフトされる。第１イオン取込細孔９と
カウンターガス出口電極７２間の距離が０．５ｍｍのとき、両電極間の電圧差は
１０−５００Ｖ程度である。このような構造にすることによって、第１イオン取
込細孔９には液滴、ダストを含む粒子が入りにくく、イオンのみが効率よく導入
される構造となる。
【００４９】
本発明に使用されるイオン源における重要なパラメータのひとつは、試料導入
配管１からコロナ放電部３に導入する試料の流量である。この流量をある値以上
にし、かつ制御することにより、試料のイオンを高感度に、かつ長時間安定に測
定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるイオン源の詳細図。
【図２】本発明のイオン源の説明図。
【図３】図１の代替案を示す構成図。
【図４】図１の代替案を示す構成図。
【図５】図１のイオン源部を拡大した構成図。
【図６】図５の代替案を示す構成図。
【図７】図５の代替案を示す構成図。
【図８】図５の代替案を示す構成図。
【図９】図１の代替案を示す構成図。
【図１０】図１の代替案を示す構成図。
【符号の説明】
【００５１】
１…試料導入配管、２…イオンドリフト部、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…コロナ
放電部、４…試料導出配管、５…針電極、６…コロナ放電領域、７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄ…対向電極、８…対向電極開口部、９…第１イオン取込細孔、１０…フ
ランジ型電極、１１…第２イオン取込細孔、１２…第３イオン取込細孔、１３…
イオン源試料導出配管、１４…イオン源流量制御器、３８…第２イオンドリフト
部、３９…反応ガス導入配管、４０…反応ガス導出配管、６６…第２対向電極、
７０…吸込ポンプ、７１…カウンターガス導入口、７２…カウンターガス出口電
極、１０１…絶縁体、１０２…イオン源外筒、１０３…メッキ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源、及びこれを用いた質量分析計，分析方法及びこれを用い
た計測システム、あるいはイオン源を用いたモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体や液体中などの微量成分を高感度に検出する方法として、大気圧下で測定
対象の試料をコロナ放電を用いてイオン化して（大気圧化学イオン化法）、生成
したイオンを質量分析計により高感度に検出する方法がある。
【０００３】
この方法は、特開昭51−8996号に記載のように、高電圧を印加することにより
針電極先端に生成したコロナ放電領域に、試料を導入しイオン化する方法である
。このとき、試料はコロナ放電により直接イオン化される反応（一次イオン化）
に加えて、イオン分子反応でイオン化される反応（二次イオン化）があるため、
結果的に試料分子が選択的に高効率にイオン化されることになる。
【０００４】
一方、特開平6−310091号に記載のように、試料ガスを直接コロナ放電領域に
導入せずにイオン化する方法が提案されている。すなわち、別に設けたコロナ放
電領域で生成した一次イオンを用いて、イオン分子反応によりコロナ放電領域を
通過しない試料分子を効率的に二次イオン化するという方法である。これにより
、シランガスのようにコロナ放電を用いて直接イオン化すると、放電生成物によ
りイオン源が極度に汚染されイオン化できなくなるような場合に非常に有効とな
る。
【０００５】
さらに、米国特許4023398号に記載の方法がある。この例では、試料を搬送す
るためのキャリアガスが真空下の質量分析部に導入されるのを防止するため、コ
ロナ放電領域とイオンを真空中に取込むための細孔間にカーテンガスを流す方法
が開示されている。この工夫により、クライオポンプのような真空排気系を用い
た場合に排気効率を向上させることができる。
【０００６】
さらに、特開平3-179252号に、ガスの流れる方向について記載がある。この方法
では、液体試料が中空針電極内を流れ、針先端でイオン化された微小液滴が対向
して流れる乾燥ガスにより、効率よく気化され、またイオン化された試料の拡散
が抑制され、補修効率を向上させることが開示されている。しかし本願の特徴の
一つである放電の安定性については課題並び課題を解決する手段については何ら
示されていない。
【０００７】
試料ガス中の微量成分を分析する具体的な適用例として、特開平11-304760号
及び特開平11-304761号に負のコロナ放電を用いて、ガス中のダイオキシン類を
測定する方法が、特開平12-28579号に、ガス中のニトロ化合物などの危険物を探
知する方法が、それぞれ記載されている。
【特許文献１】特開昭51−8996号
【特許文献２】特開平6−310091号
【特許文献３】米国特許4023398号
【特許文献４】特開平3-179252号
【特許文献５】特開平11-304760号
【特許文献６】特開平11-304761号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１．感度について
特開昭51−8996号、特開昭51−8996号、及び特開平3-179252号に記載されてい
る従来例では、測定試料濃度が低い場合（例えば、空気中の微量成分を測定する
場合や、液体中の微量成分を測定する場合等）、測定試料のイオンに比較して多
量に存在する成分のイオンあるいは多量に存在する成分由来のイオン（例えば、
イオン分子反応により生成したイオン等）の強度が極端に強くなる。特に、多量
に存在する成分に相当する分子あるいは多量に存在する成分由来のイオンに相当
する分子が、目的とする試料の分子よりイオンになりやすい、あるいは同じ程度
にイオンになる場合、目的とする試料のイオンの生成効率が悪化し、結果的に感
度が低下するという問題があった。
【０００９】
また、米国特許4023398号で記載されている方法では、カーテンガスを用いる
ことによりキャリアガスが真空中に導入されないようにする工夫はされているが
、得られる質量スペクトルは上記の従来例のものと本質的に変わらず、上記の従
来例と同様の問題を含んでいた。
【００１０】
また、特開平3-179252号では、液体試料を分析するためのイオン源に関するも
ので、ガスの分析については何ら記載が無い。
【００１１】
２．長時間の連続測定について
上記の従来例では、測定するガス中の成分が針先に堆積し、コロナ放電が不安
定になり、長時間連続して測定できなくなるという問題があった。特開平6−310
091号に記載の方法では、１ヶ月程度の長期間に渡る連続運転について触れられ
ていない。放電が不安定になった後、再び測定を行うには針先の堆積物を取り除
いたり、針を交換したりといったメンテナンスが必要になり、この間は測定でき
ないことに加えて、人手・手間がかかるという問題がある。
【００１２】
従って、本発明は目的とする試料のイオンを効率的に生成するためのコロナ放
電を用いたイオン源およびこれを用いた装置を提供すること、および長時間安定
な放電を持続するイオン源およびこれを用いた装置を提供することを目的とする
。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１．感度について
まず、イオンの生成効率を上げる手段であるが、高電圧を印加することにより
針電極先端に生成するコロナ放電において、針電極と、生成したイオンを質量分
析部に取り込むための開口部を有する隔壁と、を結ぶ方向、つまりイオンが放電
領域から引き出される方向と、試料ガスが流れる方向が異なる構成にすることに
よって、目的とする試料のイオンの生成効率を大幅に向上させる。
【００１４】
このような構成にすることにより、次のような効果が生じる。例えば、乾燥空
気中のクロロフェノール類（ＣＰ）を、負のコロナ放電を用いて観測する場合の
主なイオン分子反応は以下のようになる。
【００１５】
Ｏ2＋ｅ- → Ｏ2-
（負のコロナ放電）
Ｏ2＋Ｎ2 → ２ＮＯ
（負のコロナ放電）
Ｏ2-＋ＮＯ→ＮＯ3-
Ｏ2-＋ＣＰ→(ＣＰ−Ｈ)-＋ＨＯ2
ここで、（ＣＰ−Ｈ)-はＣＰからプロトンの抜けた負イオンを表す。上式から
わかるように、基本的に、負のコロナ放電で生成したＯ2-が介在した反応となる
。Ｎ2はＯ2との負のコロナ放電下での反応により中間体ＮＯを経てＮＯ3-に容易
に変化し、強度の強いイオンとなって観測される。ＮＯ3-は酸性度が高いので、
ＣＰとは反応しない。従って、ＣＰに比較してＮ2の濃度が非常に高い場合、観
測されるのはＮＯ3-がほとんどで、（ＣＰ−Ｈ)-はわずかにしか観測されない。
【００１６】
このような反応過程の中で、Ｏ2-＋ＮＯ→ＮＯ3-の反応を抑制できれば、Ｏ2-
の減少を抑えることができる。これにより、Ｏ2-＋ＣＰ→（ＣＰ−Ｈ)-＋ＨＯ2
の反応が進行する。大量に生成するＮＯ3-は大幅に低減でき、従って、目的とす
る（ＣＰ−Ｈ)-の生成量を増加することができる。ＮＯ3-の生成反応を抑制する
には、Ｏ2-とＮＯとの存在領域が重複しないことが重要となる。そのひとつの方
法は、電界によりイオンの進行する方向と流れにより中間体の進行する方向とが
異なる構成とし、コロナ放電領域における中間体の存在時間を極力短くすれば良
い。特に、前記の２方向がほぼ対向する場合には大きな効果を発揮することにな
る。このとき、前記の反応過程は、ＮＯの中間体の存在を無視できることになる
。従って、上記の反応は実質的に
Ｏ2＋ｅ- → Ｏ2-
（負のコロナ放電）
Ｏ2-＋ＣＰ→(ＣＰ−Ｈ)-＋ＨＯ2
となる。この反応形態は、（ＣＰ−Ｈ)-を高感度に測定する観点から非常に望ま
しいものとなる。
【００１７】
２．放電を長時間持続するための手段
本発明は、質量分析部と高電圧を印加することにより針電極先端にコロナ放電を
生じさせて試料のイオン化を行うイオン源とを備えたイオン化質量分析計におい
て、前記イオン源は、針電極と、生成したイオンを質量分析部に取り込むための
開口部とを結ぶ方向、つまりイオンが放電領域から引き出される方向と、試料ガ
スが流れる方向が９０度以上異なるように(別の見方をすると：針電極先端と、
イオンを質量分析部に送り込むための第１の開口部を結ぶ方向とその中心と針電
極先端とを結んだ方向とのなす９０度以下の位置に設けられた試料ガスを供給す
る第２の開口部とで)構成される質量分析計および方法を提供する。
【００１８】
このような構成にすることにより、上に述べたような測定対象の物質のイオン生
成効率の向上に加えて、安定な放電を長時間持続することについても効果がある
。この理由の内の１つは、以下のように考えられる。
【００１９】
以下、負のコロナ放電を例に取って説明する。
【００２０】
放電領域にガスの流れが無い場合に、安定な放電が長時間持続できないのは、針
電極先端にガス中の成分が次第に付着していき、先端曲率半径が大きくなるため
と考えられる。こうなると放電電流値が振れはじめ、イオン化が不安定となり、
質量分析計で測定されるイオン強度も振れてしまう。信頼性の高い分析をするに
は、頻繁に針電極を交換したり、針先を尖らせたりといったメンテンナンスが必
要になる。
【００２１】
負のコロナ放電を用いる場合、負の高電圧が印加された針電極先端から電子が放
出され、ガス中の中性分子と衝突し、イオン化させる。イオン化領域は針電極先
端のごく近傍（１ｍｍ以内）で、そこに生じる負イオンが針電極と対向電極の間
に生じる電界により、対向電極側に移動する。針電極先端曲率半径が大きくなり
、放電電流値が振れる現象は次のように考えられる。
【００２２】
１）針先近傍のイオン化領域に生じる負イオンが、針先先端領域の電界強度を弱
める。
【００２３】
２）電界強度が弱まると、放電電流が低下する。
【００２４】
３）イオン化領域に生じていた負イオンが、電界の力により対向電極側に移動す
る。
【００２５】
４）針先先端領域の電界強度が再び強くなり放電電流が元どおりになる。
【００２６】
１）から４）を繰り返すことにより放電電流が振れることになる。針電極先端
の曲率半径が十分小さい場合は、１）で電界強度が弱まった場合にも放電電流が
低下せずに放電を続けることができるが、針電極先端の曲率半径が大きくなると
、負イオンの空間電荷作用による電界強度の低下が、放電電流を低下させてしま
う結果となる。放電電流の低下を防ぐために電圧を上げた場合には、放電形態が
コロナ放電から火花放電に移行してしまい、不安定な放電形態となるため、分析
には不向きである。
【００２７】
このイオン化領域にガスの流れを生じさせると、空間電荷効果を及ぼす負イオ
ンを拡散させることにより、針先先端領域の電界強度の低下を抑える効果がある
。
【００２８】
従って、針先先端領域にガスの流れを発生させることにより、堆積物により針先
曲率半径がある程度大きくなっても安定な放電を持続することができる。
【００２９】
針の根元側から針先に向かって試料ガスを流すと、針先近傍のイオン化が活発に
行われる領域は、流れが針の陰になって乱れた状態となり、効果的に空間電荷を
拡散することが出来ない。
【００３０】
また、この放電電流値をモニタリングしておき電流値の振幅がある値以上にな
ったら針をメンテナンスするようにアラームを出すようにしておけば、針のメン
テナンス時期を的確に知ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、コロナ放電の領域に対する試料の流れる方向とコロナ放電に
よりイオン引き出す方向が異なるので、コロナ放電領域における中間体の存在時
間を短くすることができるため、目的とする試料のイオンを効率的に生成するこ
とができる。また、本発明によれば目的とする試料のイオンを選択性の高い高感
度測定を行うことができる。さらに、針先先端に付着物が堆積しても、長時間安
定例えば２ヶ月以上は安定に放電を持続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のイオン源をダイオキシンモニタの応用例について説明する。
【００３３】
本発明のイオン源を用いた質量分析装置を焼却炉等に設置し、焼却炉煙道等か
らの排ガス成分を連続してモニタリングすることができる。特に、焼却炉から排
出されるダイオキシン類やダイオキシン類の前駆体であるクロロベンゼン類、ク
ロロフェノール類、炭化水素類を計測し、その結果から焼却炉の燃焼状態を制御
すれば、焼却炉からのダイオキシン類の発生量を大幅に低減することが可能とな
る。多種多様な成分を含みかつ汚れの原因となる成分の多い排ガス中に存在する
、こうした微量成分の分析に対し、またその他ガス中に存在する汚れの原因とな
る成分が多い場合でも、本発明のイオン源を用いた装置は有効である。
【００３４】
図１は、高電圧を印加することにより針電極先端に生成するコロナ放電におい
て、コロナ放電領域に対する試料の導入方向とコロナ放電によりイオンを引き出
す方向がほぼ対向していることを特徴とするイオン源の構成を示したものである
。コロナ放電領域に対する試料の導入方向とコロナ放電によりイオンを引き出す
方向がほぼ対向していることが上記の三つの従来例と大きく異なる点である。図
２は、同じイオン源の一部の立体構成を示した図である。
【００３５】
試料導入配管１を通して導入された試料は、いったんイオンドリフト部２に導入
される。このイオンドリフト部２はほぼ大気圧状態にある。イオンドリフト部２
に導入された試料の一部は、コロナ放電部３に導入され、残りは試料導出配管４
を通してイオン源外に排出される。あるいは、試料導出配管４を取り除き、第１
イオン取込細孔９を通って真空部に導入される一部を除き、他の残り全てを針電
極５の方へ流す構成にしてもよい。コロナ放電部３（３ａはその構成本体、３ｂ
以下についても同じ。）に導入された試料は、高電圧を印加することにより針電
極５の先端に生成するコロナ放電領域６に導入され、イオン化される。このとき
、針電極５から対向電極７に向かってドリフトするイオンの流れにほぼ対向する
ような方向に試料が導入される。生成したイオンは電界により対向電極７の開口
部８を通して、イオンドリフト部２に導入される。このとき、対向電極７と第１
イオン取込細孔９の間に電圧を印加することにより、イオンをドリフトさせ効率
良く第１イオン取込細孔９に導入できる。第１イオン取込細孔９から導入された
イオンは、第２イオン取込細孔１１及び第３イオン取込細孔１２を通して、真空
下の質量分析部に導入される。第１イオン取込細孔９、第２イオン取込細孔１１
及び第３イオン取込細孔１２が存在する領域は、ほぼ大気圧状態にあるイオンド
リフト部２と真空下にある質量分析部を結合するための差動排気領域である。ま
た、コロナ放電領域６に導入される試料の流量を制御することはイオンを安定に
、かつ高感度に計測する上で重要となる。そのためにコロナ放電部３にはイオン
源試料導出配管１３及びイオン源流量制御器１４を設けてある。また、イオンド
リフト部２やコロナ放電部３における試料の吸着を防ぐ観点から、これらの領域
を加熱することは重要である。イオン源試料導出配管１３を通過する試料流量及
び試料導出配管４を通過する試料流量は、これらの後に設けられた、ダイアフラ
ムポンプのような吸引ポンプ７０の容量及び配管のコンダクタンスにより決定す
ることができる。このように、本発明のイオン源の特徴のひとつは、試料をコロ
ナ放電領域に導入するための吸引ポンプ７０を、試料導入配管１ではなく、イオ
ン源試料導出配管１３あるいは試料導出配管４側に設けることができる点にある
。すなわち、吸引ポンプ７０を試料導入配管１側に配置した場合に問題となる吸
引ポンプ７０内部における試料の吸着等がなくなる。
【００３６】
以下、さらに詳細な実施例について述べる。
【００３７】
試料導入配管１を通して導入された試料は、いったんイオンドリフト部２に導
入され、イオンドリフト部２に導入された試料の一部は、コロナ放電部３（３ａ
はその構成本体、３ｂ以下についても同じ。）に導入され、残りは試料導出配管
４を通してイオン源外に排出される。試料導入配管１を通して導入される試料に
対してイオン源試料導出配管１３を通過する試料の流量は１０〜２０００ｍｌ／
min 程度である。なお、試料導入配管１及び試料導出配管４には１／４インチス
テンレス製電解研磨配管や内面を石英ガラスでコートしたステンレス製配管など
を用いる。コロナ放電部３に導入された試料は、高電圧を印加することにより針
電極５の先端に生成するコロナ放電領域６に導入され、イオン化される。正イオ
ンを生成させる場合には１〜６ｋＶ程度、負イオンを生成させる場合には−１〜
−６ｋＶ程度を針電極５に印加する。また、針電極５の先端と対向電極７ａの間
でコロナ放電を起こさせることが重要である。針電極５とコロナ放電部３ａの間
で放電すると、対向電極７ａの開口部８を通過するイオン量が極端に減少するた
めである。従って、針電極５先端とまわりのコロナ放電部３ａの外壁間距離（５
ｍｍ程度）よりも、針電極５先端と対向電極７ａ間距離（３ｍｍ程度）が短くな
っている。このとき、試料ガスは、針電極５から対向電極７（距離は３ｍｍ程度
）に向かってドリフトするイオンの流れにほぼ対向するような方向に導入される
。生成したイオンは電界により対向電極７（直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍ程度）の
開口部８（直径２ｍｍ程度）を通して、イオンドリフト部２に導入される。この
とき、対向電極７と第１イオン取込細孔９の間に電圧を印加することにより、イ
オンをドリフトさせ効率良く第１イオン取込細孔９に導入するようにする。この
場合、針電極５の先端と、生成したイオンを質量分析部に取り込むための開口部
８の中心を結ぶ方向と試料ガスが開口部８から試料が導入され、流れる向きは０
度(対向している)になっている。また、試料ガスが排出される開口部（排出用配
管１３）が、針電極先端より根元側にある構成となっている。
【００３８】
対向電極７と第１イオン取込細孔９の間に印加する電圧差は、その距離にも依存
するが、これらの電極間距離が１−１０ｍｍ程度のときで、絶対値で１０Ｖから
２０００Ｖ程度である。
【００３９】
また、針電極５と対向電極７ａ間の距離は、短すぎると放電が不安定になり、長
すぎると生成したイオンが隔壁にあたる確率が増え、開口部８を通る量が減って
しまい、感度が低下するので３〜６ｍｍ程度が適当である。
【００４０】
図３は、図１と同様にコロナ放電の領域から試料ガスが流れる方向とイオンを引
き出す方向が異なる構造であるが、針の向きを変更したい場合は、図３のように
構成することができる。この場合も、針先と対向電極７ａの間でコロナ放電を起
こすことにより、図１のときと同様な効果がある。
【００４１】
図４は、コロナ放電の領域６から試料が流れる方向とイオンを引き出す方向が異
なるものの、対向ではない例を示したものである。図４の場合、針先と開口部９
を結ぶ線の方向に対し試料の流れる方向は９０度異なっており、試料が排出され
る開口部は針先と同じ位置にある。 この場合、イオンと中性分子が互いにほぼ
垂直な方向に移動するようになっているが、試料ガスの流速を上げることで、図
１の場合と似たような効果が得られる。また、イオンと中性分子の移動方向が、
対向、垂直以外にも進行方向が異なるような傾きを設ければ、同じような効果が
得られる。
【００４２】
図５は、図１のイオン源部を拡大したもので、ガスの流れを針先端に作ることに
より、安定したコロナ放電を長時間持続することが出来る構成にしたものである
。この場合は、イオンの生成効率を加味してイオンの進む方向と逆向きの方向に
ガスを流している。図５のように、針先先端のガスの流れが、イオンの進む方向
と逆向きでなくても、ガスの流速を上げることで、針先先端に生じた負イオンを
十分に拡散して、安定したコロナ放電を長時間持続することが可能である。
【００４３】
図６は、高電圧を印加する針電極を絶縁体で覆ったものである。イオン源の外筒
８を加工上の問題から金属で作る場合、針電極の胴体の側面と外筒の間で放電し
てしまう場合がある。対向電極７ａとの間で放電しなくなると、対向電極の細孔
を通過するイオン量が著しく減少してしまい、分析計の感度が低下する。これを
防ぐには、図６のように側面で放電しないように針を絶縁体で覆うか、図７のよ
うに外筒を絶縁物で作るのがよい。あるいは、外筒３と針電極５の間の距離を十
分離すのも効果がある。目安としては、針電極５と対向電極７ａの間の距離が３
ｍｍ程度なら、針電極側面と外筒の間の距離は５ｍｍ以上離すのが好ましい。
【００４４】
また、図８のように、針先端を除いて、針電極の側面を金メッキやハードクロ
ムメッキでコーティングすると、針電極の胴体で放電しづらくなり、対向電極７
ａとの間で正規の放電を起こしやすくなるので、長時間の安定した放電を持続す
るのに好ましい形態となる。また、塩化水素などの腐食性のガスを使用する場合
には、耐腐食性の点から有効である。
【００４５】
図９は図１の代案を示す。この例は、図１と基本的に同一であり、同一構成に
は同一番号を付し、説明を繰り返さない。
【００４６】
図１の例の場合は、イオンドリフト部がひとつの場合であるが、これを複数設け
ることも可能である。図９は、第１のイオンドリフト部２に加えて、これに隣接
して第２イオンドリフト部３８を設けた場合である。動作の一例は以下のように
なる。試料ガスは試料導入配管１から導入され、試料導入配管４から排出される
。このとき、空気のような反応ガスを反応ガス導入配管３９から導入し、その一
部をコロナ放電部側に導入すると、実施例（１）で述べたような原理に基づき、
主にＯ2-が対向電極７ａ、イオンドリフト部２を通過してくる。試料導入配管１
から導入された試料ガス、例えば、クロロフェノール等を含む空気に、第２対向
電極６６を通してＯ2-が打ち込まれると、クロロフェノールのイオンが生成する
。対向電極７と第２対向電極６６、第２対向電極６６と第１イオン取込細孔９間
にはイオンを加速するための電界を設ける。対向電極７と第２対向電極６６の電
極間距離、第２対向電極６６と第１イオン取込細孔９間距離はともに１から１０
ｍｍ程度である。負イオン測定では、イオン取込細孔９に−１０Ｖ程度が印加さ
れる場合、対向電極７と第２対向電極６６には、それぞれ−１ｋＶ、−２ｋＶ程
度が印加される。これらの電圧は、イオンドリフト部２におけるＯ2-の滞在時間
、すなわち反応時間を制御することになり、イオンドリフト部２でのＯ2-の反応
が問題となる場合には、電圧を高めにして滞在時間を短くする工夫をしてもよい
。イオンは第１イオン取込細孔９から質量分析部に取り込む。この構成の大きな
利点は、試料ガスが焼却炉排ガスのような場合、コロナ放電領域に直接排ガスを
導入しないで済む点にある。これによって針電極の汚染を防ぎ、さらに長い使用
が可能になる。
【００４７】
図１０は図１の代案を示す。この例は、図１と基本的に同一であり、同一構成
には同一番号を付し、説明を繰り返さない。
【００４８】
図１の場合は、対向電極７ａと第１イオン取込細孔９間でイオンをドリフトさ
せているが、図９では、これに加えて、第１イオン取込細孔９の前にカウンター
ガス出口電極７２を設ける。第１イオン取込細孔９とカウンターガス出口電極７
２間の距離は、０．１から５ｍｍである。カウンターガス出口電極７２の中心に
は２mm程度の開口部があり、カウンターガス導入口７１から導入された空気が対
向電極７ａに向かって流れる。第１イオン取込細孔９の口径（０．２５ｍｍ程度
）に比較すると、カウンターガス出口電極７２の中心は大きくなっている。この
とき、カウンターガス出口電極７２と第１イオン取込細孔９間では、電界により
イオンが第１イオン取込細孔の方向にドリフトされる。第１イオン取込細孔９と
カウンターガス出口電極７２間の距離が０．５ｍｍのとき、両電極間の電圧差は
１０−５００Ｖ程度である。このような構造にすることによって、第１イオン取
込細孔９には液滴、ダストを含む粒子が入りにくく、イオンのみが効率よく導入
される構造となる。
【００４９】
本発明に使用されるイオン源における重要なパラメータのひとつは、試料導入
配管１からコロナ放電部３に導入する試料の流量である。この流量をある値以上
にし、かつ制御することにより、試料のイオンを高感度に、かつ長時間安定に測
定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるイオン源の詳細図。
【図２】本発明のイオン源の説明図。
【図３】図１の代替案を示す構成図。
【図４】図１の代替案を示す構成図。
【図５】図１のイオン源部を拡大した構成図。
【図６】図５の代替案を示す構成図。
【図７】図５の代替案を示す構成図。
【図８】図５の代替案を示す構成図。
【図９】図１の代替案を示す構成図。
【図１０】図１の代替案を示す構成図。
【符号の説明】
【００５１】
１…試料導入配管、２…イオンドリフト部、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…コロナ
放電部、４…試料導出配管、５…針電極、６…コロナ放電領域、７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄ…対向電極、８…対向電極開口部、９…第１イオン取込細孔、１０…フ
ランジ型電極、１１…第２イオン取込細孔、１２…第３イオン取込細孔、１３…
イオン源試料導出配管、１４…イオン源流量制御器、３８…第２イオンドリフト
部、３９…反応ガス導入配管、４０…反応ガス導出配管、６６…第２対向電極、
７０…吸込ポンプ、７１…カウンターガス導入口、７２…カウンターガス出口電
極、１０１…絶縁体、１０２…イオン源外筒、１０３…メッキ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針電極が配置され、負のコロナ放電により試料ガスのイオンを生成する第１の室と、
前記第１の室で生成された前記イオンを分析部に取り込む第１の開口部と、
窒素および酸素を含む前記試料ガスを前記針電極の先端へ向けて導入する第２の開口部とを有し、
前記針電極の先端と前記第１の開口部を結ぶ方向と、前記針電極の先端と前記第２の開口部の中心とを結ぶ方向のなす角度が９０度以下であり、
前記試料ガスは、前記第２の開口部から前記針電極の先端へ向かって流れることと、前期針電極の先端は、導入される前記試料ガスの流れの中にあるように配置されることと、前記放電は、前記針電極の先端と前記第１の開口部を形成する電極との間で起きていることにより、前記針電極の先端で生じたNOとO2−が反応して生じるNO3−の生成が抑制されることを特徴とするイオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン源において、前記第１の室の前記第１の開口部から見て前記針電極の先端の反対側に形成された排出口を有し、前記第１の室に導入された前記試料ガスが前記排出口から排出されることを特徴とするイオン源。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン源において、前記針電極と前記針電極により放電される領域とを覆う筒を有し、前記針電極の先端と前記筒との距離が、前記針電極の先端と前記第１の開口部の距離より長いことを特徴とするイオン源。
【請求項４】
請求項１に記載のイオン源において、前記針電極の先端と前記第１の開口部との距離が、３ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とするイオン源。
【請求項１】
針電極が配置され、負のコロナ放電により試料ガスのイオンを生成する第１の室と、
前記第１の室で生成された前記イオンを分析部に取り込む第１の開口部と、
窒素および酸素を含む前記試料ガスを前記針電極の先端へ向けて導入する第２の開口部とを有し、
前記針電極の先端と前記第１の開口部を結ぶ方向と、前記針電極の先端と前記第２の開口部の中心とを結ぶ方向のなす角度が９０度以下であり、
前記試料ガスは、前記第２の開口部から前記針電極の先端へ向かって流れることと、前期針電極の先端は、導入される前記試料ガスの流れの中にあるように配置されることと、前記放電は、前記針電極の先端と前記第１の開口部を形成する電極との間で起きていることにより、前記針電極の先端で生じたNOとO2−が反応して生じるNO3−の生成が抑制されることを特徴とするイオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン源において、前記第１の室の前記第１の開口部から見て前記針電極の先端の反対側に形成された排出口を有し、前記第１の室に導入された前記試料ガスが前記排出口から排出されることを特徴とするイオン源。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン源において、前記針電極と前記針電極により放電される領域とを覆う筒を有し、前記針電極の先端と前記筒との距離が、前記針電極の先端と前記第１の開口部の距離より長いことを特徴とするイオン源。
【請求項４】
請求項１に記載のイオン源において、前記針電極の先端と前記第１の開口部との距離が、３ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とするイオン源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１５９５９３（Ｐ２００８−１５９５９３Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０１２（Ｐ２００８−１７０１２）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【分割の表示】特願２０００−２４７９３７（Ｐ２０００−２４７９３７）の分割
【原出願日】平成１２年８月１０日（２０００．８．１０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【分割の表示】特願２０００−２４７９３７（Ｐ２０００−２４７９３７）の分割
【原出願日】平成１２年８月１０日（２０００．８．１０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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