有機化合物の初動調査／スクリーニング分析

DIP-MSシステム

DIP-MSシステムのここが良い

ガス化成分と熱分解成分の分離

　ソフトイオン化(フラグメントレスイオン化)法の場合，GC分離無しに分子量で発生ガス成分を評価するため，ガス化成分と熱分解成分の分離性能は，分析装置の性能に直結しやすいパラメータの一つです．大気圧イオン化法の場合，熱抽出(分解)も大気圧下で行うために，高沸点化合物では熱分解温度とガス化温度が重なってしまいますが，DIP-MSシステムではこれらを良好に分離できます．一方で測定試料を減圧下に導入する必要があるため，気化しやすい成分は測定前にガス化してしまい測定できないという苦手分野も存在します．現在は試料セル作製法を工夫することで，DIP-MSによる検出としては沸点で150℃以上の有機化合物は基本的に測定対象にできるようになりました．150℃以下の有機化合物については，後述の"揮発性化合物の検出"のようにキャピラリインターフェースを用いた分析となります．

定量分析も可能

　定性分析だけでなく，定量分析も行えます．

　検量線:DeBDE, フタル酸エステルなど

測定条件(昇温プログラム)の設定がシンプル

　昇温プログラムは装置内の汚染を軽減する意味で，加熱上限温度を決めるくらいで，測定毎に最適な測定条件を模索する必要性は低くなっています．これは分離カラムを使用していないことと，減圧下で熱抽出することの効能の一つで，測定条件はガス化可能成分の熱抽出温度と高分子材料等の熱分解温度の切り分けができれば良く，この測定条件は目的に応じてほぼ一義的に設定できます．このため，基本的に1検体について1～2回測定すると試料性状の概要把握は十分にできます．

ランニングコスト

　分離カラムが不要で，ガス消費量も少ないことから，ランニングコストは低くできます．以下，実運用での経験を踏まえてまとめています．
ガスボンベ：
　DIP-MSシステムは真空下での熱抽出を行うのでキャリアガスを使用しないシステムもありますが，DIP-IA/MS装置の場合はイオン付着イオン化(IA)法の動作圧力が数10～100 Pa程度であり，三体ガスとして窒素ガスや乾燥空気を必要とします．年間のガス使用量は10リットルボンベ1本程度です．測定対象成分が決まっており，ガス中の不純物をそれほど気にしない場合には高純度ガスでなくても問題ない場合もあります．
イオン源：
　使用環境にもよりますが，イオン付着イオン化(IA)法のイオン源でエミッタの再生(メーカー対応)が半年～1年に1回程度です．この他，装置の利用状況において，定期的なメンテナンスが必要ですが，これはユーザー対応が基本となるレベルの作業です．
試料セル：
　試料セルは基本的には使い捨てとなります(樹脂サンプルの測定などでは，測定後に樹脂残渣が残ります)．
装置本体部メンテナンス：
　使用環境にもよりますが，半年～1年に1回程度で，イオン源から検出系のトランスファーレンズや装置内のクリーニング，DIPプローブ部のシール材などの消耗パーツの交換が必要になります．これはメーカーサポート対応の他，一部をユーザーメンテナンスで対応することも可能です．

DIP-MSシステムで出来ないこと

高極性化合物の検出

　イオン性化合物などの高極性化合物の多くはDIPでの昇温加熱では熱分解します．限られた化学種についてガス化できるとの報告もありますが，基本的には他のガス化導入手段が必要になると考えます．

揮発性化合物の検出

　揮発性の高い化合物は減圧下に試料を導入するためにガス化するために測定できません（沸点レベルで150℃程度以上までピンホール型封止セルで測定できる可能性があります）．揮発性化合物の分析にはキャピラリーインターフェースを用いて大気圧下のガスをイオン化領域に導入するなどの他の手法が必要になります． 市販GC-MS装置に接続するGC-IAユニットも開発中です．

　(分析実施例)
　　・キャピラリインターフェースにパイロライザーを接続して熱分解発生ガスを分析
　　・キャピラリインターフェースからテドラーバック中の採取ガスを分析　

光学異性体・構造異性体など同一質量成分の分離検出

　DIP-MSシステムはカラム分離を行わないため，光学異性体・構造異性体などの同一質量成分の分離検出には対応できません．これらの分析にはキャピラリーインターフェースとガスクロマトグラフィーを用いて成分分離したガスをイオン化領域に導入するなどの他の手法が必要になります．

文献情報

以下ではIA/MS法に係る文献情報として，当ラボ以外の機関による査読付き論文情報をまとめています．

[基本原理]イオン付着イオン化法

『イオン付着質量分析法の開発とその応用』　J.Vac.Soc.jpn.(真空）, 50(4), 10-16 (2007).
　※アプリケーションを含みます

『イオン付着質量分析法の開発と応用』　BUNSEKI KAGAKU（分析化学）, 53(6), 475-489 (2004).
　※アプリケーションを含みます

『Alkali-metal ion/molecule association reactions and their applications to mass spectrometry』　Mass Spectrom. Rev., 19(3), 111-138 (2000).

[アプリケーション]RoHS指令規制対象成分

『Rapid analysis of polybrominated diphenyl ethers by ion attachment mass spectrometry』　Anal. Methods, 2, 701-706 (2010),

[アプリケーション]半導体プロセスガス

『イオン付着質量分析 (IAMS) 法による真空プラズマの計測』　J.Vac.Soc.jpn. (真空), 48(12), 619-624 (2005).

『In situ analysis of PFCs in Semiconductor Process Exhaust: Use of Li+ Ion Attachment Mass Spectrometry』　J. Vac. Sci. Technol. A, 19, 1105-1110 (2001).

『Mass Spectrometry for On-line Monitoring of Perfluoro Compounds Using Li+ ion attachment techniques』　Anal. Chem., 73, 2937-2940 (2001).

『On-line monitoring of Perfluoro Compounds in Exhaust Gases during Semiconductor Manufacture: Use of Li+ ion attachment mass spectrometry』　J. Appl. Phys., 90, 2180-2184 (2001).

[アプリケーション]熱分解発生ガス分析

『Thermal analysis of polyethylene glycol: Evolved gas analysis with ion attachment mass spectrometry』　Chemosphere, 88, 663-669 (2012).

『Thermal Decomposition of Acrylamide from Polyacrylamide: Time-Resolved Pyrolysis with Ion-Attachment Mass Spectrometry』　J Therm. Anal. Calorim., 110, 423-429 (2012).

『Thermal Decomposition of Pyridoxine: An Evolved Gas Analysis-Ion Attachment Mass Spectrometry Study』　Rapid Commun.Mass Spectrom., 26, 759-764 (2012).

『Characterization of Japanese lacquer liquid and films by means of evolved gas analysis-ion attachment mass spectrometry』　Anal. Methods, 3, 1943-1947 (2011).

『Design and performance of an evolved gas analysis ion attachment mass spectrometer』　Rapid Commun. Mass Spectrom., 24, 2625-2630 (2010).

『Ion Attachment Mass Spectrometry Combined with Infrared Image Furnace for Thermal Analysis: Evolved Gas Analysis Studies』　Anal. Chem., 81(8), 3155-3158 (2009).

『Evolved gas analysis with skimmer interface and ion attachment mass spectrometry for burnout monitoring of organic additives in ceramic processing』　Talanta, 70(1), 186-189 (2006).

『Application of Ion Attachment Mass Spectrometry to Evolved Gas Analysis for in Situ Monitoring of Porous Ceramic Processing』　Anal. Chem., 78(7), 2366-2369 (2006).

『Evolved Gas Analysis-Mass Spectrometry using Skimmer Interface and Ion Attachment Mass Spectrometry』　J. Therm. Anal. Calorim, 80(3), 787-789 (2005).

『Design and performance of an atmospheric pressure inlet system for lithium ion attachment mass spectrometry』　Anal. Chem., 74, 2053-2057 (2002).

[アプリケーション]金属配位化合物（金属錯体）の発生気体分析

『Evolved Gas Analysis of Ti(C5H5)2Cl2 by means of Li+ Ion Attachment Mass Spectrometry』　J. Phys. Chem. A, 116(2), 865-869 (2012).

『Evolved Gas Analysis-Ion Attachment Mass Spectrometric Analysis of Decacarbonyl Dimanganese Pyrolysis』　J. Therm. Anal. Calorim., 111, 431-435 (2012).

『Evolved gas analysis-ion attachment mass spectrometric observation of Mn(CO)5 and Mn2(CO)9 radicals produced by Mn2(CO)10 pyrolysis』　Res. Chem. Intermed., 38, 233-239 (2011).

『Temperature-Resolved Thermal Analysis of Cisplatin by means of Li+ Ion Attachment Mass Spectrometry』　Phys. Chem. Chem. Phys., 12, 3910-3913 (2010).

『Chemistry of Cu Deposition by Cu(hfac)(tmvs) Monitored by Li+ Ion Attachment Mass Spectrometry』　J. Appl. Phys., 100(8), 084912(2006).

『Detection of Cu(hfac)(tmvs) by ion attachment mass spectrometry』　Chem. Phys. Lett., 425, 134-137 (2006).

『Detection of quasimolecular ion of Cu(hfac)(tmvs) by ion attachment mass spectrometry (IAMS)』　J. Vac. Sci. Technol., 22(6), 2347-2350 (2004).

[アプリケーション]ラジカル種のリアルタイム計測

『Free Radicals Produced from Thermally-Irradiated Polyethylene Polymers』　Chem. Phys. Lett., 507(4-6), 226-228 (2011).

『Trapping chlorine radicals via substituting nitro radicals in the gas phase』　Anal. Methods, 8, 25-28 (2016).

『Lithium ion attachment mass spectrometry: Instrumentation and Features』　Rev. Sci. Instrum., 72, 2248-2252 (2001).

『Mass Spectrometric Detections of Neutral Radicals in CH4 Microwave Discharge by Usage of Li+ ion Attachment Techniques』　J. Appl. Phys., 74, 3009-3012 (1993).

『Identifications of intermediate radicals in the CH4 microwave plasma by Li+ ion attachment method』　Phys. Rev. A, 46, 3555-3557 (1992).

『A novel method for detection of radical species in the gas phase: Usage of Lithium ion attachment to chemical species』　Chem. Phys. Lett., 191, 162-168 (1992).

[アプリケーション]大気中微量成分のオンライン計測

『Design and Performance of a Compact Li+ Ion Attachment Mass Spectrometry System with an atmospheric sampling device』　J. Am. Soc. Mass Spectrom., 23, 547-552 (2012).

『Lithium Ion Attachment Mass Spectrometry for On-line Analysis of Trace Components in Air: Direct Introduction』　I. J. Mass Spectrom., 209, 39-45 (2001).

その他

『Thermal Decomposition of Vitamin C: An Evolved Gas Analysis-Ion Attachment Mass Spectrometry Study』　Food Chemistry, 129, 546-550 (2011).

『Development of a tabletop time-of-flight mass spectrometer with an ion attachment ionization technique』　Rapid Commum. Mass Spectrom. 21, 2654?2662 (2007).

『Application of In+ Ion Attachment Mass Spectrometry』　Int. J. Mass. Spectrom., 198(1-2), 15-21 (2000).

『Sodium ion attachment reactions in an ion trap mass spectrometer』　Rapid Commun. Mass Spectrom., 14, 1066-1073 (2000).