CN103339708A - 质量分析装置及其使用的离子源 - Google Patents

Abstract

通过使用移动的针电极重复采样和离子化的电喷雾等进行稳定的离子化，不减小浓度测定的动态范围地提高分析的定量精度。从高压电源（4）对具有多个针电极（1）的试样输送电极（7）施加电压，通过驱动部（3）进行旋转驱动。附着了试样溶液（5）的多个针电极（1）依次移动到质量分析装置（20）的导入口（21），连续地进行电喷雾离子化。

Description

质量分析装置及其使用的离子源

技术领域

本发明涉及质量分析装置及其使用的离子源。

背景技术

液相质谱仪（LC/MS：Liquid chromatography/mass spectrometer）被广泛用于生物体试样等的分析中。在LC/MS的离子源中，从通过LC分离的试样溶液生成气体状离子，导入质量分析部。作为离子源中的离子化法，基于电喷雾离子化法（ESI：electrospray ionization）的喷雾离子化法得到广泛应用。在LC和质量分析计的离子源间通常使用具有数μm至数百μm左右的内径的配管即毛细管。该电喷雾离子化在大气压下进行，在LC上配管连接的毛细管末端部的试样液体和相对电极（质量分析部入口）之间施加高电压，通过静电喷雾现象生成带电液滴。生成的带电液滴蒸发，生成气体状离子。最初生成的带电液滴的尺寸越小，电荷量越高，气体状离子的生成效率越高。

在近年的电喷雾离子化中，实施将在试样导入中所使用的毛细管的内径从100μm左右被细化到1～2μm左右的纳米电喷雾。通过该纳米电喷雾可以长时间测定微量体积的试样等，能够进行微量的生物体分子的解析。

在专利文献1、专利文献2、非专利文献1中公开了使用了针的离子化的方法。在专利文献1中记载了在毛细管内的试样流过的配管内的流路中放入可动式的辅助针，通过使该辅助针振动来运动，对相对位置处的采样针供给试样的离子化法。专利文献2以及非专利文献1中记载了通过在原点位置和试样之间上下振动针（探头）来进行试样的附着（采样）和离子化的离子化方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-112279号公报（美国专利第5945678号说明书）

专利文献2：WO2007/126141

非专利文献

非专利文献1：J.Phys.Chem.B,112,11164-11170(2008)

发明内容

发明要解决的课题

在电喷雾或纳米电喷雾中，在配管或离子源中使用内径为数μm到数百μm的细毛细管。在使用该毛细管的电喷雾中，每当试样改变时需要进行细的毛细配管内的清洗，至少需要花费数分钟左右的时间来进行清洗。另外，根据试样，发生在测定中毛细配管内被试样等堵塞的问题，或者以前的测定试样未通过清洗而脱落，仍附着在毛细管内，作为污染物而残留，在其他试样测定中混入并被分析的问题。因此，期望能够解决这些问题的新的电喷雾离子源。

在专利文献1中公开了使用了辅助针的电喷雾的方法，但是，在毛细管内流过液体试样这一点与现有的电喷雾相同，因此，与以往同样地具有毛细管内被试样堵塞的问题或污染的问题。

在专利文献2中，与现有的电喷雾不同，是使试样溶液附着在针的表面的离子化方法。使针上下振动，交替地进行采样和离子化（以下称为使针振动的离子化法）。由于使用了针，因此解决了在毛细管的配管内试样堵塞的问题和配管内污染的问题。在本例中仅清洗试样附着的针的表面即可，因此，清洗比以往更容易。

但是，在使针振动的该离子化法中具有两个新的问题。第一个问题是分析的吞吐量的降低。在现有的电喷雾中不中断地始终供给试样或进行离子化，因此始终能够监视离子的质量分析结果，能够进行高效率的分析。但是，在使用了针的离子化的情况下进行间歇的试样导入。图2A表示现有例的离子源的针的运动、通过检测器检测出的离子强度相对于时间的变化。说明通过旋转的电动机使针运动，当电动机旋转1周时针上下往复1次的例子。当通过将横轴设为时间、将纵轴设为位置的图表来表示该上下振动的运动时，成为图2A的上部所示的正弦波状。在针位于最下部时试样附着，在针通过最上部的质量分析导入口前时进行离子化。在图2A中，用虚线包围来表示将离子从导入口导入质量分析计的定时。在图2A的下方，表示与此时的时间对应的离子量的变化。在针通过最上部的质量分析导入口前时进行离子化，离子量达到最大，此后，当针向试样所在的最下部移动时离子量立即减少。原因在于，针从导入口离开，不发生放电而不进行离子化。该针的运动，在不用正弦波而用矩形波表示的情况下，由于表示同样的离子强度的时间变化，因此也成为问题。这样，针交替地重复试样的采样和离子化，因此试样不连续导入，而是断续的、间歇的导入。因此，与使用毛细管的电喷雾相比，在使针振动的离子化法中产生分析的吞吐量降低的问题。

作为针对该吞吐量降低的问题的对策，容易想到将针的驱动部高速化，加快针的振动频率、即针的移动速度的手段。通过加快针的运动，可以增加针来到导入口前的次数、即进行离子化的次数。但是，即使简单地将针的运动高速化，由于离子化的时间本身也缩短，因此预想到离子量本身也降低。另外，由于针比以往更高速地通过导入口附近，因此预想到离子化变得不稳定，难以发生离子化。而且，还预想到由于高速运动将液体试样振落而无法进行离子化。因此，仅通过使针高速振动无法解决问题。

第二个问题是定量精度的降低。在使针振动的离子化法中，如前所述那样试样导入是间歇的，因此在离子强度中发生强弱变化。如图2A所示，当相对于时间，离子强度的振幅增大，产生离子量的浓淡变化时，在浓度浓的试样情况下，若超过检测器的检测上限值的离子量到达检测器则会漏数离子，无法进行准确的分析。另外，即使在检测器的后段使用TDC（time to digital converter）或ADC（analog to digital converter）也同样发生离子的漏数。其结果，试样浓度的动态范围减小，定量精度降低。本发明解决了这些问题。

用于解决课题的手段

本发明的质量分析装置具有：离子源；具备设置有导入被离子化的试样的导入口的相对电极的质量分析部；控制离子源的控制部。在此，离子源具有：保持试样的试样保持部；具有多个针电极的试样输送电极；在试样输送电极和相对电极之间施加电压的电源；驱动所述试样输送电极，以使多个针电极依次通过试样保持部和导入口的驱动部。

试样输送电极，作为一例，具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，具有在圆盘电极的周边部，尖端相对于相对电极朝向与该圆盘电极的面大致垂直的方向设置了多个针电极的构造，旋转轴的轴方向朝向与从针电极的尖端被导入导入口的离子流大致平行的方向。

试样输送电极，作为其他例子，具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，具有在圆盘电极的面内方向放射状地设置了多个针电极的构造，旋转轴的轴方向朝向与从针电极的尖端被导入导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

另外，试样输送电极，作为其他例子，具备绕旋转轴旋转的平板电极，平板电极在外周部分具有前端尖的多个凸部，凸部构成针电极，旋转轴的轴方向朝向与从针电极的尖端被导入导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

发明效果

根据本发明，能够解决此前在使针振动的离子化法中成为问题的吞吐量降低的问题，进行高吞吐量分析。另外，由于离子流在时间上均匀流动，因此可以高效率地检测离子，能够进行定量精度高的分析。

上述以外的课题、结构以及效果，通过以下的实施方式的说明而变得明确。

附图说明

图1A是表示本发明的一个实施例中的离子源和质量分析部的结构例的示意图。

图1B是试样输送电极的概要图。

图2A是表示现有技术中的针电极的尖端位置以及离子强度和时间的关系的图。

图2B是表示本发明的一例中的针电极的尖端位置以及离子强度和时间的关系的图。

图3是表示用于将旋转速度最佳化的方法的例子的流程图。

图4是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。

图5是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。

图6是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。

图7是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。

图8是表示各针电极的尖端位置和时间的关系的图。

图9是表示作为本发明的其他实施例的离子源和质量分析部的结构例的图。

图10A是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图10B是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图10C是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图10D是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图10E是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图10F是圆盘电极的剖面概要图。

图11A是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图11B是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图11C是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图11D是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图11E是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图11F是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图11G是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图12A是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图12B是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图12C是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图12D是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图13A是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图13B是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图13C是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图13D是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图13E是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图14A是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图14B是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

图14C是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

[实施例1]

图1A是表示作为本发明的实施方式的包含离子源的质量分析装置的一例的示意图。图1B是从质量分析部侧看到的试样输送电极的概要图。使用毛细管的电喷雾离子源和使用针电极的电喷雾离子源都能够在大气压下动作。在本实施例的使用针电极的离子源中，通过电喷雾被离子化的试样离子从导入口21被导入质量分析部20的内部。被导入到质量分析计20的内部的试样离子通过差动排气部的离子导向23，用四极滤质器24等质量分析部进行分析。

本实施例的离子源，具备在由金属那样的导电体构成的圆形的圆盘电极2上从圆盘面向垂直方向直立地安装了由导电体构成的针电极1所得的试样输送电极7。另外，为了使试样溶液5不附着、污染圆盘电极2，金属棒从圆盘电极2向矢径方向突出，并在其尖端安装针电极1。也可以没有该金属棒而在圆盘电极2上直接安装针电极1。配置成针电极1朝向相对电极22的方向，圆盘电极2的圆盘面与相对电极22相对。由针电极1和圆盘电极2构成的试样输送电极7，基于来自计算机31的控制，通过驱动部3被旋转驱动。另外，从高压电源4在带有针电极1的圆盘电极2和相对电极22之间施加电压。在通常的电喷雾离子化中施加1～5kV左右的直流电压。通过施加高电压，在针电极1和相对电极22之间产生电场，发生电喷雾离子化。即使不施加直流电压而施加交流电压的电喷雾中也同样可以使用。

装入了试样溶液5的玻璃瓶等容器6，以针电极1浸入试样溶液5的方式被配置在质量分析部20的导入口21的前方。试样输送电极7以圆盘的中心轴为中心旋转运动。驱动部3例如使用电动机等，控制电极的旋转速度。具备多个针电极1的试样输送电极7旋转，由此重复向针电极1的试样溶液5的附着和相对电极22间的电喷雾离子化。在针电极1进入试样溶液中时，试样溶液5附着在针电极1上，在针电极1通过设置在相对电极22间的导入口21前时进行离子化。通过带有多个针电极1的试样输送电极7旋转来重复进行这一连串的动作。导入口21位于与针电极1正对的位置，被配置在针电极1的尖端通过的圆周轨道上。设置在相对电极22间的导入口21，使导入口21的部分向针电极1侧突出数mm左右，仅在针电极1到达导入口21附近时进行放电来进行离子化。通过检测部25监视的结果通过计算机31保存、解析、显示。另外，计算机31能够根据数据的解析结果控制驱动部3的旋转速度以及高压电源4。

针电极1的形状最好是尖端部的曲率半径以数μm到数十μm左右锐利地变尖，从而容易发生放电。针电极1的材质是导电性的物质即可，例如是铝、铁、铜、银、金、白金、钨、镍等金属或它们的混合物（合金）或不锈钢即可，另外，可以是成为在缝纫中使用的缝衣针那样的形状的针。当在该针电极1上为了使液体容易附着而进一步设置了曲率半径为数μm以下的细的多个锐利突起时，试样溶液5容易被保持在针电极的表面上。在本发明中，不仅将缝衣针那样的形状的针，还将金属尖端部的曲率半径为数μm到数十μm左右锐利地变尖的部分全部定义为针电极。

针电极1的条数可以是3～10左右。例如，若如图1B那样是8条，则即使试样输送电极7的旋转速度为1转/秒的低速，也能够以8次/秒的频度进行充分的离子化。

图2B表示本实施例中的离子源的针电极的动作和通过检测器检测出的离子强度的时间变化。在本实施例中表示通过检测部25监视离子强度的例子，但是，作为其他监视单元，也能够通过相对电极22或其他质量分析部的电极来监视离子电流。在本实施例中使用电动机使试样输送电极7进行旋转运动，因此与图2A同样可以将对应于时间的针电极1的高度位置描绘为正弦波。与图2A的区别是，在本实施例中，针电极1有多条，因此以针的条数描绘正弦波的线。各个针电极1在附着了试样溶液后在图示的通过导入口21的定时依次进行离子化。通过具有多条针电极，可以比以往减慢旋转速度，能够如图所示那样延长正弦波的周期。

这样，根据本实施例，除了容易提高针电极到达导入口的频度以外，通过调整排列的针电极的间隔，可以比以往减慢针电极的通过速度，因此能够进行稳定的离子化。而且，不需要高速、需要大功率的电动机等驱动部，能够用小型、廉价的驱动部来充分应对。

试样输送电极7的旋转速度需要最佳化。这是由于每当分析试样或溶剂、针电极改变时，离子化的最佳条件有可能改变。当旋转速度慢时发生试样溶液5干燥的问题、或如图2A所示将离子间歇地导入质量分析计，在离子强度中产生强弱变化并且吞吐量降低的问题。通过加快旋转速度，一个一个的针电极通过导入口时的离子强度的峰值降低，但是，由于针电极逐个快速从导入口前通过，因此如图2B所示，离子强度在时间上接近均匀强度并且接近连续流。这是由于在前一针电极的离子强度衰减之前，下一针电极到达导入口。另外，当旋转速度过快时，试样不附着在针电极上或者试样由于离心力而飞散等问题，离子强度降低。而且，当针电极在导入口前通过的速度过快时，离子化的放电也变得不稳定，另外，放电（离子化）的时间也缩短，因此离子强度也降低。所以需要旋转速度的最佳化。

图3是表示用于将旋转速度最佳化的方法的例子的流程图。首先，将试样溶液5装入容器6，配置在质量分析部20的导入口21前（S11）。接着，决定想要测定的中心旋转速度A、振幅a、测定点数n、时间t，输入计算机31（S12）。例如在设A=3转/秒、a=1转/秒、n=3点的情况下，以2、3、4转/秒的3点的旋转速度测定离子强度。另外，时间t是测定时间，比旋转周期长即可。例如，在此次的例子中，t=3秒左右的测定时间就足够。计算机最初将旋转速度设定为2转/秒（S13）。计算机经由圆盘电极2向针电极1施加高电压（S14），按照设定来控制驱动部3，驱动部3使带有针电极的试样输送电极7旋转（S15）。于是，每当试样输送电极7的针电极1在导入口21前通过时，试样溶液被离子化（S16）。通过检测器在测定时间的3秒间检测离子（S17）。测定的离子可以只是某m/z的离子，也可以监视全部离子的离子量。测定后，计算机计算3秒间的测定数据的离子强度的方差值（波动）（S18）。方差值可以是针对3秒间的离子强度的平均值的标准偏差。通过减小该方差值，可以避免图2A那样的离子强度中存在强度不均的状态，可以找到如图2B那样在时间上变得均匀的条件。在下一测定中由计算机进行解析即可。接着，将驱动部的旋转速度控制到3转/秒（S19），同样地进行3秒测定。在以4转/秒进行测定/解析后，比较所测定的3点的方差值，将方差值为最小时设为最佳点，将此时的旋转速度决定为最佳速度（S20）。接着，将该最佳的旋转速度设定在驱动部中，进行驱动（S21）。在该最佳的旋转速度的条件的基础上，此次开始从数秒到数分钟左右的正式测定（S22）。优选根据计算机的控制全自动地进行本最佳化。

图4是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。基本的流程与图3的例子相同。与图3的区别是在解析时不计算离子强度的方差值，而计算离子强度的面积值（时间积分值），将其设为最佳化的指标（S18A）。通过使面积值达到最大，可以最高效率地收集离子。

图5是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。基本流程与图3、图4的例子相同。与图3、图4所示的例子的区别在于，当解析时计算离子强度的方差值和面积值的双方并将双方设为最佳化的指标（S18B）。通过在方差值为用户设定的某阈值以下的条件下选择面积值为最大的旋转速度（S20B），可以减小方差并且增大面积值，能够进行高效率的测量。

图6是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。该方法是通过粗略分配旋转速度来大致地查找出最佳点后，在该最佳的旋转速度的周边进一步细致地查找来进行最佳化的方法，当使用本例时，能够在短时间内高效率地寻找出最佳旋转速度。

在图6所示的流程图中，基本的流程与此前的例子相同，但是是在左侧部分粗略地改变旋转速度来测定、在正中的部分细致测定旋转速度的2段结构的流程。如图3的说明中所举的例子那样，例如在设A=3转/秒、a=1转/秒、n=3点的情况下，如图的左侧的流程所示那样以2、3、4转/秒的3点的旋转速度进行测定。在此，若假定面积为最大的旋转速度为3转/秒时，则在该3转/秒的周边进一步细致地分配转速来查找的流程表示在正中部分。例如是通过设定b=0.5转/秒，在b中设定比a小的值，监视2.5转/秒、3转/秒、3.5转/秒的3点的旋转速度下的离子强度，从中寻找最佳点的方法。

图7是表示用于将旋转速度最佳化的方法的其他例子的流程图。是在通过粗略分配旋转速度来大致地查找最佳点后，在该最佳旋转速度的周边进一步细致地查找来进行最佳化的方法，这一点与图6的例子相同。在本例中，在找到离子强度的面积值的最大点之前持续进行流程。

接着，使用图8说明带有针电极1的试样输送电极7不进行等速的旋转运动而重复旋转、停止，步进地动作的例子。图8用在横轴上取时间、在纵轴上取位置（高度）的图表来表示各针电极的尖端的运动位置和时间的关系。在本例中，在图1A、图1B所示的装置结构中，使用步进电动机等重复进行使圆盘电极2旋转45度、停止一定时间、选择45度那样间歇地移动的动作。针对各个针电极，用虚线包围来表示从导入口将离子导入质量分析部的定时。在本例中，除了带有针电极的试样输送电极7运动时，某个针电极1停止配置在导入口21前，执行离子化。

在本实施例中说明了在差动排气部设置了离子导向（ion guide）的例子，但是，也可以代替离子导向而设置四极（quadrupole）、八极（Octapole）、16极（Hexapole）、离子漏斗（ion funnel）。另外，也可以是没有离子导向的结构。另外，质量分析部可以使用四极滤质器（Quadrupole mass filter）以外的、离子阱（ion trap）、三重四极杆质谱仪（Triple quadrupole mass spectrometer）、飞行时间质谱仪（Time-of-flight mass spectrometer）、磁场型质谱仪、轨道阱质谱仪（Orbitrap mass spectrometer）、傅立叶变换质谱仪（Fourier-transform massspectrometer）、傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（Fourier-transform ion cyclotronresonance mass spectrometer）等。

在针电极1上附着的试样溶液5随时间而干燥，变得无法被离子化。为了防止该干燥，优选在试样溶液5附着在针电极1上后尽快进行离子化。在图1B所示的结构中，从导入口21侧来看，带有针电极的圆盘电极2的旋转方向如箭头所示那样为逆时针方向即可。另外，当通过加湿机构用水或溶剂将离子源的整个室内加湿时，可以防止试样溶液5的干燥。另外，理想的是在导入口附近对水或溶剂进行喷雾，使得在针电极1上附着的试样溶液不干燥。

可以事先对容器6以及液体试样5施加与针电极同样的高电压。另外，也可以事先在电位上与哪里都不连接地漂浮（floating）。

以上，作为离子化法，以电喷雾的一例进行了说明，但是，也能够通过用激光照射针尖来进行基质辅助激光解吸电离（MALDI）。

[实施例2]

图9是表示作为本发明的其它实施例的离子源与质量分析部的结构例的概要图。不限于本例那样的使用针电极的电喷雾，包含通常的电喷雾，由于不纯物向毛细管或针电极的堆积或破损等恶化，离子强度降低或不稳定。因此，需要定期地监视离子量，在由于离子量的降低或放电不稳定而使离子强度的方差值增大的情况下需要更换或清洗针电极1。在本实施例中，说明针电极1的清洗或更换方法、其定时的判定方法。

本实施例的离子源，基于旋转的驱动方法、离子化/分析的方法、监视的方法等与实施例1相同。

理想的是每当测定试样改变时进行针电极1的清洗。原因在于，在前一试样附着在针尖上的状态下测定下一其它试样时，前一试样一起被检测出，无法进行准确的分析。因此，每当重新替换试样溶液5时清洗针电极。

放入了试样溶液5的多个容器6和放入了清洗用液体10的容器6被放置在由计算机31控制的旋转载台11和上下载台12上。在对一个容器的试样溶液的测定结束后，通过计算机31的指令由旋转载台11和上下载台12进行驱动，将针电极1浸入到放入了清洗用液体10的容器6。通过在该状态下使试样输送电极7旋转来清洗针电极1。另外，更理想的是同时以超声波清洗机的要领使清洗用液体10振动。清洗用液体10可以是乙醇、丙酮、甲醇或试样稀释用的溶剂等。

以从数秒到数分钟左右由用户决定的时间进行清洗。另外，也能够通过以下那样的方法来确认并决定清洗时间。是监视从针电极1的尖端向相对电极22流过的放电电流，与新的针电极时相比来判定差异的方法。即，是利用了当在针电极的针尖上附着污染了不纯物时放电变得困难，放电电流降低的方法。阈值例如决定为新品时的8成的放电电流，在放电电流恢复到阈值以上之前持续清洗。如果即使清洗了某决定的时间也没有发现改善，依然在阈值以下的情况下，也可以采取提高高压电源4的电压的方法。通过提高电压，存在放电电流恢复、离子化也恢复的可能性。可以使高压电源的电压例如每次上升100V，提高到放电电流恢复为止。

由于不可避免的向针尖的不纯物的堆积或针尖形状的恶化而妨碍离子化，因此需要定期地进行针电极1的更换。更换针电极1的定时，是即使提高高压电源4的电压也未达到阈值离子强度时、即即使进行清洗、提高电源电压，放电电流也不恢复时。此时，将试样输送电极7更换为新品，再次测定放电电流，在确认没有问题后开始下一试样的测定。

为了判定针电极1的清洗或更换时间而进行监视，可以不监视放电电流，而用检测器监视使用标准试样进行离子化的离子量。另外，作为其它方法，可以在清洗后用显微镜观察针尖，通过看是否没有不纯物来进行判定。通过用显微镜观察，可以直接判定。在看到污染的情况下再次清洗。

[实施例3]

图10A至图10F是表示本发明的离子源的其它实施例的概要图。在实施例1的试样输送电极7中，在圆盘电极2的周边部设置了多个针电极1，各针电极1的尖端朝向相对于圆盘电极2的面垂直的方向。与此相对，在本实施例的试样输送电极8中，作为一例，在圆盘电极2上放射状地设置了多个针电极1。另外，圆盘电极2的旋转轴的轴方向，在实施例1中是与从针电极的尖端发生并被导入到导入口的离子流的流动方向大致平行的方向，但是在本实施例中，朝向与离子流的流动方向大致垂直的方向。

图10A与实施例1的情况相同，表示使用了在由金属等导电体构成的圆形的圆盘电极2的矢径方向上附加了由导电体构成的针电极1的试样输送电极8的离子源的例子。针电极1或圆盘电极2的形状与实施例1相同，但是针电极1相对于圆盘电极2的安装方向不同。另外，试样输送电极8相对于质量分析部的的姿态与实施例1不同。在本实施例中，圆盘电极2的旋转方向与实施例1相差90度，但是，通过圆盘电极2旋转使多个针电极1依次位于相对电极22的导入口21，进行附着在各针电极上的试样溶液的离子化，这一点是相同的。通过圆盘电极2使用高压电源4对针电极1施加电压。

放入了试样溶液5的玻璃瓶等容器6，以针电极1浸入试样溶液5的方式被配置在质量分析部20的导入口21的前方。设置了针电极1的圆盘电极2被配置成在其旋转面内质量分析部的导入口21重合。驱动部3使试样输送电极8旋转。为了缩短从试样的附着到离子化的时间，旋转方向最好如箭头所示反时针旋转。与实施例同样，从高压电源4通过圆盘电极2对针电极1施加高电压。针电极1的条数和旋转速度的最佳化与实施例1的情况相同。

图10B表示在试样输送电极8的上方配置了导入口21和相对电极22的例子。在该情况下也能够与图10A同样地进行试样溶液的离子化。此外，通过高压电源4对试样输送电极8施加高电压并通过驱动部3使其旋转的方法，与实施例1或图10A的情况相同。

图10C表示构成试样输送电极8的圆盘电极2的旋转面从垂直方向倾斜的例子。即使旋转面倾斜，也能够将针电极1上附着的试样溶液离子化，从导入口21导入质量分析部。此外，通过高压电源4对试样输送电极8施加高电压，通过驱动部3使其旋转的方法，与实施例1或图10A的例子相同。

图10D是表示作为试样输送电极使用了平板电极9的例子的概要图。在由导体构成的平板电极9的外周部分设置多个凸部，将凸部的前端如针尖那样锐利地进行加工。即使不是字面上的针那样的细长形状，只要像这样前端尖利，则通过引起放电而发生静电喷雾现象，进行离子化。在本说明书中如图10D所示，将平板电极的外周部分加工成星形来使前端尖利的、能够进行静电喷雾的凸部也称为针电极。此外，从高压电源4对平板电极9施加高电压，通过驱动部3使其旋转的方法，与实施例1或图10A的例子的情况相同。

图10E是表示作为试样输送电极，使用了由金属等导电体构成的前端尖利的圆盘电极16的离子源的例子的概要图。该圆盘电极16并非如针那样在点上尖利，而是如图10F的剖面示意图所示，如切刀的刃那样沿着圆盘电极16的外周，尖端的厚度变薄而形成尖利的形状。尖端部的曲率半径以1μm到数十μm左右锐利地变尖。即使如这样在刀刃那样锐利的部分并非点状而是线状分布的形状，也从刃的部分发生静电喷雾现象。在本说明书中，像这样在圆盘电极的外周沿圆周方向形成的刃状的构造也称为针电极。该针电极，也能够被认为是小的针电极在圆盘电极的圆周方向上无数地相连所得。此外，从高压电源4对圆盘电极16施加高电压，通过驱动部3使其旋转的方法，与实施例1或图10A的例子相同。

[实施例4]

从图11A到图11G是表示本发明的离子源的其它的实施例的概要图。此前的实施例中，通过使试样输送电极旋转，将针电极上附着的试样溶液输送到相对电极的导入口，但是在本实施例中，通过使试样输送电极往复运动，将针电极上附着的试样溶液输送到相对电极的导入口。

图11A表示使用了在由导电体构成的棒状的电极15上附加了由导电体构成的多个针电极1的构造的试样输送电极17的离子源的实施例。从高压电源4通过棒状电极15对针电极施加高电压。驱动部3上下往复驱动棒状电极15。在试样输送电极17上装备了多个针电极1，配置成在位于最下部时，全部针电极浸入到容器6内的试样溶液5中。另外，最好配置成在位于最上部时，位于最下侧的针电极到达导入口21的正面附近。

图11B表示在图11A所示的试样输送电极中针电极1的尖端向下的例子。通过对针电极1赋予向下的倾斜，试样溶液可以朝向针尖平滑地移动，持续向针尖供给液体试样，因此，期待长时间离子化。

图11C是相对于图11B的例子进一步使其倾斜，使各针电极弯曲成向上的山形的例子。通过在针电极1的向棒状电极15的连接部和针电极的尖端之间出现山的顶点那样使其2阶段地倾斜，附着在顶点右侧的针电极1上的试样溶液5向右侧流动，附着在左侧的试样溶液5和棒状电极15上附着的试样溶液5向左侧流动。其结果，不从棒状电极15向针电极1供给试样溶液5，但是可以对多个中的任意针电极1都向针尖供给大致相同的量的试样，因此，进行稳定且恒定量离子化，因此趋向于定量测定。

图11D是在针电极1的表面挖出细微的槽18的例子。图11D的左边的图是1条针电极的平面示意图，右边的图是其剖面示意图。槽18深度、宽度都为数μm～数十μm左右，朝向针尖切出1条或多条槽。根据该构造，试样溶液5驻留在槽18中，因此能够在针电极上附着/保持大量试样。另外，能够通过槽18向针尖端平稳地供给试样。在实施例1、2、3中说明的针电极上也可以设置本例这样的槽。

图11E是针电极的尖端部分的放大图，表示了在针电极1上设置了突起19的例子。如图所示，当小的突起19有多个时，很多试样附着在该突起部分，能够进行大量试样溶液的供给。在实施例1、2、3中说明的针电极上也可以设置本例这样的突起。

图11F表示具有勺子那样可以保持液体的形状，其尖端变尖而发生离子化的针电极1的例子。液体从托盘每次少量地流到尖端，由此可以减少试样的采样频度，因此能够进行高效率的测定。实施例1、2、3中说明的针电极也可以具有本例这样的形状。

图11G是作为试样输送电极，表示了使用2条由导电体构成的针电极1的离子源的例子的概要图。2条针电极1a、1b通过驱动部3以相差180度的相位被上下驱动。即，当一方的针电极1a位于最下部时另一方的针电极1b位于最上部那样交替地动作。也可以使2条针电极垂直立起地上下动作，但是，通过图11G那样倾斜配置针电极，2个针电极1a、1b的双方都可以使针尖到达导入口21的中心，可以高效率地进行试样溶液的离子化。2个针电极1a、1b可以对相同试样溶液5进行采样。2个针电极能够通过1个驱动部3进行驱动，但是也可以针对2个针电极分别设置独立的驱动部3。对2个针电极1a、1b以针电极彼此之间不发生的方式，从相同的高压电源4供给高电压。

[实施例5]

图12A至图12D是表示本发明的离子源的其它实施例的概要图。本实施例是试样为固体试样或固体状试样时的实施例。

图12A表示在图10A所示的实施例中试样改变为固体试样的实施例。由于试样为固体，因此固体试样51可以吸附、保持在图示那样的横向的试样台52上。因此，装置结构的自由度升高。另外，也可以将试样台52配置在最上部，向下保持试样。与此前说明的试样为液体试样的实施例3的情况相同，通过高压电源4对带有针电极1的圆盘电极2施加高电压，通过驱动部3旋转驱动试样输送电极8。

图12B表示在图12A的实施例中进一步追加清洗功能的例子。清洗用液体10被设置在带有针电极1的试样输送电极8的下方，针电极1通过最下部附近时被浸入清洗用溶液中进行清洗。在该方法中，在试样的附着、离子化测定后，使针电极1立即通过清洗用液体10而被清洗。由此，避免试样附着后随时间流逝而污物在针电极1上固化而无法清洗的问题，因此可以延长针电极1的寿命，能够减少针电极1的更换频度。

图12C表示试样台52和导入口21的位置不同时的例子。如本例这样，试样只要不接触针电极1的尖端，则可以设置在任意位置。另外，导入口21的位置只要在针电极1的尖端附近，则也可以是任意位置。而且，在相对电极22间开设的导入口21和针电极1不需要正对，即使如图这样使针电极1相对于导入口21倾斜，只要发生放电就进行离子化。

图12D是实施例1中试样变为固体的情况下的例子。在该例中，通过在试样输送电极8的下方配置清洗用液体10，也能够交替重复固体试样51的离子化和针电极1的清洗。

[实施例6]

图13A～图13E是表示本发明的离子源的其它实施例的概要图。本实施例是通过液体喷雾或液体的配管供给来进行试样的供给的情况下的实施例。

图13A表示在实施例1所示的结构例中，试样溶液的供给法改变为喷雾法，另外追加了清洗功能的离子源的例子。在喷雾中使用的试样供给配管为2重圆筒构造，液体试样5在中心的试样配管4内通过，雾化气体42在周围的气体配管43内流动。试样配管41是内径为数十μm～数百μm的管，通过雾化气体42对试样溶液5进行喷雾，使液体溶液附着在针电极1上。在雾化气体42中使用氮或空气等。图中从上方进行喷雾，但是也可以从横向进行喷雾。针电极1的清洗与实施例2相同，在试样输送电极7的下方配置放入了清洗用液体10的容器，每当针电极1在清洗用溶液中通过时进行清洗。每当试样输送电极7旋转1周，重复进行基于喷雾的向针电极1的试样的附着、试样的离子化、针电极1的清洗。喷雾中使用的试样配管41优选针对每种试样使用一次后丢弃或进行清洗。试样配管41的清洗方法，使清洗用液体通过试样配管41，清洗大约数秒至数分钟。因此，最好准备多根试样配管41，在测定过程中清洗其它试样配管。与此前的液体试样的情况下的实施例相同，从高压电源4向带有针电极1的圆盘电极2施加高电压，通过驱动部3进行旋转驱动。

图13B是表示在图13A中不使用雾化气体的情况下的实施例的图。试样溶液5在试样配管41的尖端由于表面张力而形成球状，针电极1以与该球的部分接触的方式通过，由此试样附着在针电极1上。试样供给用的配管既可以从上方，也可以从横向使试样附着在针电极上。本例也与前例同样，每当试样输送电极7旋转1周，通过清洗用液体10清洗针电极1。

图13C是表示从放入了试样溶液5的容器的下部开设的孔将试样溶液5直接供给针电极1的例子的图。作为其他例子，也能够将容器倾斜来供给试样溶液5。此时，可以使丝状的细部件传递从容器的孔漏出的试样溶液5，向针电极1供给试样溶液5。

图13D是表示如图10A所示通过带有针电极1的圆盘电极2构成试样输送电极8的情况下的实施例的图。除了作为试样的供给使用了喷雾的方法以外，与实施例3相同。试样的供给方法即使是图13B或图13C的类型也可以实施。喷雾的方向可以是旋转轴方向的喷雾，也可以是倾斜的喷雾。

图13E表示相对电极22的导入口21在试样输送电极7的下方，针电极1朝向下方的情况下的例子。动作方法图13A相同。

[实施例7]

从图14A至图14C是表示本发明的离子源的其他实施例的概要图。本实施例是在质量分析部中存在多个试样的导入口的方式下的实施例。通过使离子源的针电极的位置与导入口一致，可以使离子的透过效率提高。因此，在本实施例中设定针电极以全部针电极可以依次通过全部导入口的前方的方式移动的轨道。在此，以具有5个试样导入口的质量分析部为例进行说明，但是，在导入口的数量为5个以外的情况下也可以应用本实施例。

图14A是表示本实施例的离子源的正面示意图，图14B是表示离子源和质量分析部的关系的示意图。本实施例的试样输送电极由以导电体形成的绳状的电极53和电极53上安装的多个针电极1构成。如图14A所示，多个针电极1以尖端朝向质量分析部的导入口21的方向被安装在由导电体形成的绳状的电极53上，由该导电体形成的绳状的电极53沿着预定的轨道移动。在轨道的最下部，针电极1被容器内的试样溶液5浸渍，因此，试样溶液5附着在针电极1上，在轨道最上部附近依次通过5个导入口前方，在到达各导入口21前方时进行试样溶液的离子化。由导电体形成的绳状的电极53例如可以是金属制的链子那样的电极。其他动作与实施例1相同。

图14C表示在试样输送电极的下方放置放入了清洗用液体10的容器，使用了实施例6中所说明的喷雾试样的供给方法的例子。是如实施例6所说明的那样重复进行试样喷雾、离子化、清洗的例子。其他动作与实施例1以及图14A相同。

如上所述，根据本发明的实施例消除了毛细配管内堵塞或者被污染的问题。另外，离子源的效率提高，能够进行高吞吐量的分析。而且，离子流在时间上均匀地流动，因此能够进行定量精度高的分析。另外，可以提供稳定的离子源，并且小型、廉价的离子源。

此外，本发明不限于上述的实施例，包含各种变形例。例如为了容易理解本发明而详细说明了上述实施例，未必限定于具备所说明的全部结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分替换为其他实施例的结构。另外，也可以在某个实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，关于各实施例的结构的一部分，可以进行其他结构的追加、删除、替换。

在本发明的实施例中，以由导电体形成的金属的针的具体例子说明了针电极，但是针电极不限定于金属那样的导体，也可以是导电体以外的物质。例如是纸、木材、塑料、玻璃、硅、其他多孔质的物质，只要是可以保持、吸着液体的物质，都可以使用。即使针电极是导电体以外的物质，只要使针电极附着、保持试样溶液或溶剂，则能够通过该试样溶液或溶剂施加高电压，进行离子化。在由纸或木头等形成的针电极中，尖端锐利地变尖，由于容易放电并且放电变得稳定，因此也是理想的。

符号说明

1  针电极

2  圆盘电极

3  驱动部

4  高压电源

5  试样溶液

6  容器

7  试样输送电极

8  试样输送电极

9  前端变尖的平板电极

10 清洗用液体

11 旋转载台

12 上下载台

15 棒状电极

16 前端变尖的圆盘电极

17 试样输送电极

18 槽

19 突起

20 质量分析部

21 导入口

22 相对电极

23 离子导向

24 四极滤质器

25 检测部

31 计算机

41 试样配管

42 雾化气体

43 气体配管

51 固体试样或固体状试样

52 试样台

53 由导电体构成的绳状电极

Claims (17)

1.一种质量分析装置，具有：离子源、具备设置有导入离子化的试样的导入口的相对电极的质量分析部、控制所述离子源的控制部，所述质量分析装置的特征在于，

所述离子源具有：

保持试样的试样保持部；

具有多个针电极的试样输送电极；

在所述试样输送电极和所述相对电极之间施加电压的电源；以及

驱动所述试样输送电极，使所述多个针电极依次通过所述试样保持部和所述导入口的驱动部。

2.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，具有在所述圆盘电极的周边部以尖端朝向相对于该圆盘电极的面垂直的方向设置了所述多个针电极的构造，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流大致平行的方向。

3.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，具有在所述圆盘电极的面内方向放射状地设置了所述多个针电极的构造，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

4.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的平板电极，所述平板电极在外周部分具有前端尖的多个凸部，所述凸部构成所述针电极，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

5.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，所述圆盘电极具有外周部分沿着圆周方向变薄成刃状的形状，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

6.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述试样输送电极具备棒状的电极，具有在所述棒状的电极上设置了所述多个针电极的构造，所述驱动部使所述试样输送电极往复运动。

7.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述驱动部间歇地驱动所述试样输送电极使所述多个针电极的各个在所述导入口的前方停止预定时间。

8.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

具有清洗所述针电极的清洗部，所述针电极在通过所述导入口后，在通过所述清洗部被清洗后移动到所述试样保持部。

9.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

所述控制部监视通过所述质量分析部检测出的离子强度，基于监视结果来控制所述驱动部。

10.根据权利要求9所述的质量分析装置，其特征在于，

所述控制部根据所述监视结果控制通过所述驱动部对所述试样输送电极进行旋转驱动时的旋转速度。

11.一种质量分析装置用的离子源，其特征在于，

具有：

保持试样的试样保持部；

具有多个针电极的试样输送电极；

在所述试样输送电极和质量分析部的相对电极之间施加电压的电源；以及

驱动所述试样输送电极的驱动部，

所述驱动部，驱动所述试样输送电极使所述多个针电极依次通过所述试样保持部和在所述相对电极间设置的导入口。

12.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，具有在所述圆盘电极的周边部以尖端朝向相对于该圆盘电极的面垂直的方向设置了所述多个针电极的构造，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流大致平行的方向。

13.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，具有在所述圆盘电极上放射状地设置了所述多个针电极的构造，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

14.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的平板电极，所述平板电极在外周部分具有前端尖的多个凸部，所述凸部构成所述针电极，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

15.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

所述试样输送电极具备绕旋转轴旋转的圆盘电极，所述圆盘电极具有外周部分沿着圆周方向变薄成刃状的形状，所述旋转轴的轴方向朝向与从所述针电极的尖端被导入所述导入口的离子流的方向大致垂直的方向。

16.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

所述试样输送电极具备棒状的电极，具有在所述棒状的电极上设置了所述多个针电极的构造，所述驱动部使所述试样输送电极往复运动。

17.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

所述驱动部间歇地驱动所述试样输送电极使所述多个针电极的各个在所述导入口的前方停止预定时间。

Images