激光离子化质量分析装置及质量分析方法制造方法及图纸

一种质量分析装置，具有质量分析仪（４），质量分析仪（４）又包括：具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部（１）；脉冲激光振荡器（２）；以及分析用该激光离子化了的分子的质量的质量分析仪（４）。上述脉冲激光振荡器产生最大输出功率为１ＭＷ以上的超短脉冲激光。真空离子化室（３）用涡轮分子泵排气，上述试样导入部的喷嘴（１２）由两个以上的针孔喷嘴构成，设有狭缝喷嘴和狭缝分离器（１４）。本发明专利技术的装置灵敏度高且精确度高，由于能使结构紧凑，所以能发挥迅速分析燃烧后排放的气体等的能力。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用激光照射而使被测定物的试样分子离子化、通过测定该离子的质谱进行试样的质量分析的激光离子化质量分析技术。
技术介绍
在煤、重油等燃烧时排放的气体、城市垃圾或工业废弃物焚烧时排放的气体、塑料热解产生的气体等中含有微量的氮氧化合物、硫氧化合物、芳香族化合物、氯系列有机化合物、氯化芳香族化合物、以及卤素系列化合物等各种化合物，在多数情况下，这些化合物中的两种以上同时存在、即以混合状态存在。这些化合物的迅速测定技术之一是检测测定对象化合物的选择性的激光多光子离子化质量分析法。在《Analytical Chemistry》杂志，第66卷，1062～1069页(1994年)中介绍了通过激光多光子离子化质量分析测定混合气体试样的一个技术例。即，在通常的通过导入试样进行的激光多光子离子化质量分析技术中，由于与各化合物对应的峰值都较宽，所以峰值相重叠，难以进行定量分析。因此，使气体试样通过孔径小的试样导入真空管而导入到离子化真空室中，对它进行激光照射，使其离子化，用质量分析仪进行测定。这时，由于气体试样绝热膨胀而被冷却到接近于绝对零度，所以各化合物分子的振动、转动都受到抑制。因此，与各化合物对应的峰值变得尖锐而彼此分开，所以容易进行定量分析。由于被导入的分子的速度是声速的数十倍，所以该方法被称为超声速分子射束分光分析法或超声速分子射流分光分析法。另外，该文献中记载的激光照射标准时间为10ns。在进行该超声速分子射流试样导入时，一般来说，为了维持离子化室的高真空度，在连续地或脉冲式地导入气体试样时，存在着单位时间内的导入量必须少的限制。因此，由于测定对象试样的量极少，所以，存在总体灵敏度低的问题。作为其对策，可以考虑增加激光照射的能量。可是，如果增加激光能量，则会引起测定对象分子的分解、即碎裂，产生不能准确定量的问题。另外，作为因上述测定对象物的量微小而造成的灵敏度低的对策，如《Review Science Instrumentation》第67卷第410～416页(1996年)中所述，使用狭缝状的喷嘴，这是一种只在激光通过得多的地方将试样导入得多的方法。该方法是将激光从横向照射在呈平面状喷出的分子射流的同一平面上，增大分子和激光相互作用的空间，增加离子的生成量。可是，该方法的有效性在于从原理上说，在狭缝的开口部分的大小和照射激光的口径(大小)成正比的空间中生成离子。即，增大狭缝开口部分和送给质量分析仪时的分子离子的空间分布相关联，与离子生成量成正比的部分同信噪比(S／N比)的增大无关。另外，如果考虑狭缝喷嘴加给排气系统的负担，则在极端情况下不能增大狭缝的开口部分。即，对信号有用的部分是沿狭缝开口部分的长轴的中心部分，在其外围存在对信号无用的分子，这是造成真空度下降的原因。再者，相反地，由于分子射流的冷却不好，所以灵敏度即S／N比有可能下降。这些都会成为不仅是狭缝喷嘴、而且即使是针孔喷嘴在以导入大量试样为目的而增大开口部分时的问题。因此，不增加试样的流量就不能提高灵敏度，这会降低下一级的质量分析仪的真空度，对装置起保护作用的安全装置开始工作，引起质量分析仪的工作停止。特别是如果脉冲式地导入试样，则由于压力变化大，所以以提高灵敏度为目的而在排气系统能力极限附近测定时，问题更加显著。另外，为了形成这样的超声速分子射流，必须使离子化室或相关联的部位等成为高真空状态，如日本化学会编第4版《实验化学讲座》第8卷第119页(1993年)所述，排气时一般最好采用扩散泵、即油扩散泵等。另外，也有的使用油旋转泵等，还有的两者并用。可是，油扩散泵或油旋转泵通常为排气速度快的、即能维持高真空状态的泵，其使用的油会存在于离子化室中，即使其数量极少。在脉冲激光的照射下，它会被直接离子化，或经过分解反应等再被离子化，其问题是这成为本底增加的原因。本专利技术的目的在于在利用超声速分子射流进行试样导入的激光多光子离子化质量分析技术中，提供一种能以高灵敏度进行检测且能稳定地进行测定的装置及方法。本专利技术的另一目的在于在利用超声速分子射流进行试样导入的激光多光子离子化质量分析技术中，提供一种能谋求试样的导入量大、但不降低S／N比、从而能以高灵敏度进行检测的装置。本专利技术的再一个目的在于在利用超声速分子射流进行试样导入的激光多光子离子化质量分析技术中，提供一种通过降低本底而增大信号强度的测定装置。专利技术的公开本专利技术者们进行仔细研究的结果发现，分子的碎裂与所照射的激光的能量有关，但分子的离子化与激光的最大输出有关。已判明如果照射最大输出功率大的超短脉冲激光，则若超过引起分子碎裂的极限能量，即使不增大激光能量，也能提高离子化效率。即，如果采用最大输出功率大的激光，则既能抑制分子的碎裂，又能增加分子离子化的生成量。因此，利用下述的激光离子化质量分析装置就能解决上述课题，该激光离子化质量分析装置备有具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部；脉冲激光振荡器；具有使从该振荡器发出的激光通过的窗口的真空离子化室或与其相当的部位；以及分析被该激光离子化了的分子质量的质量分析仪，其特征在于上述脉冲激光振荡器能发生最大输出功率为1MW以上的超短脉冲激光。另外，利用下述的质量分析方法能解决上述课题，该质量分析方法的特征在于由形成分子射流的脉冲阀将试样气体喷射到真空离子化室或与其相当的部位，形成脉冲状分子射流，用最大输出功率为1MW以上的超短脉冲激光照射该分子射流，使其离子化，分析被该激光离子化了的分子的质量。另外，利用下述的激光离子化质量分析装置能解决上述课题，该激光离子化质量分析装置备有具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部；脉冲激光振荡器；具有使从该振荡器发出的激光通过的窗口的真空离子化室或与其相当的部位；以及分析被该激光离子化了的分子质量的质量分析仪；上述试样导入部的喷嘴由两个以上的针孔喷嘴构成。本专利技术者们还发现分子射流的中心部分有方向性，由于分子流方向一致，所以，如果离子化，就对信号有利(提高灵敏度)，而外围分子不大具有方向性，对于信号没有用处。因此，如果用分离器将外围的分子除去而不送给质量分析仪，那么即使将试样导入得很多，也能减轻加在质量分析仪的排气系统上的负载。因此，利用下述的激光离子化质量分析装置能解决上述课题，该激光离子化质量分析装置备有具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部；脉冲激光振荡器；具有使从该振荡器发出的激光通过的窗口的真空离子化室或与其相当的部位；以及分析被该激光离子化了的分子质量的质量分析仪；将上述狭缝喷嘴和真空离子化室之间隔开，设置能阻止该分子射流周围部分的分子流进入真空离子化室的狭缝分离器。可是，一般来说，由于无油涡轮分子泵的排气速度低，如果只使用该泵连续地进行测定后，试样会被多少残留在离子化室中，所以，存在试样或试样的分解物等被离子化后测定本底变高的问题。在本专利技术中，除了使用涡轮分子泵以外，还同时使用工作时间短的脉冲泵作为试样导入装置，使试样导入量适合于涡轮分子泵的能力，成功地降低了本底。因此，利用下述的激光离子化质量分析装置能解决上述课题，该激光离子化质量分析装置备有具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部；脉冲激光振荡器；具有使从该振荡器发出的激光通过的窗口的真空离子化室或与其相当的部位；以及分析被该激光离子化了的分子质量的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光离子化质量分析装置，其特征在于：备有：具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部，脉冲激光振荡器，具有使从该振荡器发出的激光通过的窗口的真空离子化室或与其相当的部位，以及分析被该激光离子化了的分子质量的质量分析仪； 上述脉冲激光振荡器能发生最大输出功率为１ＭＷ以上的超短脉冲激光。

【技术特征摘要】
JP 1996-8-29 228283/96;JP 1996-8-29 228284/96;JP 11．一种激光离子化质量分析装置，其特征在于备有具有形成分子射流的脉冲阀的试样导入部，脉冲激光振荡器，具有使从该振荡器发出的激光通过的窗口的真空离子化室或与其相当的部位，以及分析被该激光离子化了的分子质量的质量分析仪；上述脉冲激光振荡器能发生最大输出功率为1MW以上的超短脉冲激光。2．根据权利要求1所述的激光离子化质量分析装置，其特征在于使上述真空离子化室排气的泵采用涡轮分子泵。3．一种质量分析方法，其特征在于由形成分子射流的脉冲阀将试样气体喷射到真空离子化室或与其相当的部位，形成脉冲状分子射流，用最大输出功率为1MW以上的超短脉冲激光照射该分子射流，使其离子化，分析被该激光离子化了的分子的质量。4．根据权利要求3所述的质量分析方法，其特征在于脉冲激光的能量为5mJ以下，照射时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫泽邦夫，宫本等，今坂藤太郎，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]