誘導結合プラズマ質量分析

誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS) とは

誘導結合プラズマ質量分析法、略してICP-MSは、試料をイオン化し、その質量を分析する先進的な技術です。この手法は、環境科学、材料分析、食品検査など多岐にわたる分野で応用されていますが、その基本的な原理や構成といった詳細について理解を深めていきましょう。

1. 試料導入部

まず、ICP-MSでは、試料溶液がペリスタルティックポンプを通じてネブライザーへ運ばれます。ネブライザーは、試料の液体を微細な霧状、すなわちエアロゾルに変換する役割があります。この過程で、キャリアガスが流されています。生成された霧の中から、スプレーチャンバーで細かい霧だけが選別されるため、分析の精度が向上します。また、スプレーチャンバー内にガスを導入して温度を調整することも行われます。

2. イオン化部

次に、イオン化の過程が行われます。ここでは、石英製の三重管構造を持つトーチが用いられます。このトーチ内では、冷却ガス、補助ガス、キャリアガスが流れ、高周波（ラジオ波）が誘導コイルに与えられてプラズマが形成されます。最初にアーク放電が行われ、その後、ドーナツ型のプラズマにサンプルを含んだキャリアガスが吸引されます。エアロゾルはプラズマ内で原子化され、さらにイオン化されます。

3. インターフェース部

プラズマから得られたイオンは、インターフェース部を経由して次の解析段階へ進みます。この部分では、サンプリングコーンとスキマーコーンという二つのオリフィスが使用され、プラズマ以外の部分が排除されます。スキマーコーンを通過したイオンは、引出電極を通じて加速されますが、ここで発生するプラズマ光の干渉を防ぐためにイオンレンズが使われます。

4. コリジョンリアクションセル

質量分析において、目的のイオンと質量が近い別のイオン（干渉イオン）が生成されることがあります。この現象は質量干渉と呼ばれ、分析精度を低下させる要因となります。これを克服するために、コリジョンリアクションセルが導入されます。このセル内では、ヘリウムなどの不活性分子や、水素やアンモニアなどの反応性分子との反応を通じて干渉イオンを効果的に除去します。

5. 質量分析部

ICP-MSでは、質量スキャン速度が速い四重極型の質量分析計が一般的に使用されています。加えて、質量分解能が高い二重収束型や飛行時間型の質量分析計もあり、これらを採用することで妨害を排除し、コリジョンリアクションセルなしでも精密な分析が可能です。

6. 検出器

最後に、取得されたイオンは検出器でカウントされます。ここでは一般的に二次電子倍増管が用いられ、イオンの数を正確に測定することができます。

関連項目

この技術は質量分析や誘導結合プラズマといった関連分野においても非常に重要な役割を果たしています。ICP-MSは、その高い感度と精度から今後も多くの分野で利用されるでしょう。

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