中古 日立 Hitachi ガス分析計

質量ガス分析装置は、気体中に含まれる成分の種類や量を超高感度かつ精密に特定するための分析装置です。対象となるガスを構成する原子や分子の「質量」を測定基準とすることで、他の分析手法では不可能な高度な成分特定を実現します。

■ 質量ガス分析装置の仕組み

質量ガス分析装置の動作原理は、主に「試料導入」「イオン化」「質量分離」「検出」の4つの工程で構成されています。

まず、分析対象となるガスを極小量だけ装置内部に導入します。装置内部は高真空状態に保たれており、ガス分子同士の衝突を防ぎ正確な測定を可能にしています。

次に、導入されたガス分子に電子線を照射するなどして電荷を持たせる「イオン化」を行います。一般的には電子衝突法（EI法）が用いられ、電気的に中性なガス分子から電子を弾き飛ばすことで、正の電荷を帯びた「イオン」に変化させます。

続いて「質量分離」の工程に入ります。荷電したイオンは、電界や磁界がかけられた空間（質量分離部）を通過させられます。代表的な分離方式である「四重極型」では、4本の金属棒に高周波電圧を印加し、特定の質量電荷比（m/z：イオンの質量を電荷数で割った値）を持つイオンだけを振るい分けて通過させます。

最後に「検出」を行います。分離部を通過してきた特定のイオンが検出器（二次電子増倍管やファラデーカップなど）に衝突すると、電気信号に変換されます。この信号の強さを測定することで、該当するガス成分の濃度（量）を正確に特定します。この一連のプロセスを高速で繰り返すことで、連続的なガス分析が可能となります。

■ 質量ガス分析装置の主な特徴

質量ガス分析装置には、他のガス分析技術（赤外線吸収法やガスクロマトグラフィーなど）と比較して以下のような優れた特徴があります。

1. 極めて高い感度と精度
ppm（100万分の1）やppb（100億分の1）レベル、あるいはそれ以下の超微量な残留ガスや不純物であっても検出することが可能です。

2. 高速応答とリアルタイム分析
ガスクロマトグラフィーのように成分を分離・溶出させるための時間を必要としないため、数ミリ秒から数秒という極めて短いサイクルで成分変化をリアルタイム追跡できます。

3. 複数成分の同時測定
特定のガスだけでなく、質量電荷比が異なる複数の成分を一度の測定で同時に定性・定量分析することができます。未知のガス成分が含まれている場合でも、その成分の推定が可能です。

4. 同位体の識別能力
化学的性質がまったく同じであっても、原子量が異なる「同位体（例えば炭素12と炭素13など）」を明確に区別して分析することができます。

■ 質量ガス分析装置の多角的な用途

高精度かつリアルタイムな分析性能を持つ質量ガス分析装置は、先端産業から研究分野まで幅広く活用されています。

• 半導体およびディスプレイ製造プロセス
• 真空装置内の残留ガス分析（RGA）や、成膜工程・エッチング工程で使用される特殊ガスの純度管理、チャンバー内のリーク検出に不可欠です。微小な不純物が製品の歩留まりに直結するため、リアルタイム監視が強く求められます。

• 医療・医薬品・バイオ分野
• 呼気分析による病気の早期診断研究や、バイオリアクター内の微生物培養工程における発生ガスのリアルタイムモニタリングに使用されます。また、医薬品の包装材からのガス透過性評価にも応用されます。

• エネルギーおよび環境分野
• 燃料電池の開発における水素ガスの純度測定や、自動車の排気ガス成分の高度な分析、地球温暖化ガスのモニタリングなどに利用されています。また、リチウムイオン二次電池の充放電時に発生するガスの解析（DEMS）にも応用されています。

• 産業用リークテスト
• 製品の気密性を評価するため、ヘリウムなどの探知ガスを用いた高感度な漏れ試験（ヘリウムリークテスト）に質量分析技術が広く利用されています。

• 宇宙・地球科学研究
• 宇宙探査機に搭載して惑星の大気成分を分析したり、火山ガスの成分変化を監視して噴火予知に役立てたりするなど、極限環境下での環境計測にも貢献しています。