CN105849855B - 液相色谱质谱分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供液相色谱质谱分析装置，减少在离子化时未离子化的中性粒子、来自液相色谱仪所使用的溶剂的低分子离子，提高装置的灵敏度。具备离子源(102、104、120、121)、质谱分析部及检测器，还具备平行地配置的三片电极(105、106、107)，第一电极(105)以及第二电极(106)具有用于使离子通过的开口部(122、123)，在第二电极(106)与第三电极(107)之间使离子的轨道偏转，而将在离子源(102、104、120、121)生成的离子朝质谱分析部侧导入。

Description

液相色谱质谱分析装置

技术领域

本发明涉及液相色谱质谱分析装置。

背景技术

近年来，在环境、食品，医药，法医学等领域中，作为对于微量(ppm～ppb数量级)的多成分高灵敏度地获得定性/定量信息的方法，大多使用液相色谱质谱分析装置。因此，当然需求作为质谱法的特点之一的高灵敏度，还需求更简便、耐久性更高的装置、且能够更简单地进行维护的装置。

在液相色谱仪与质谱仪的连接中，作为一般所使用的离子化法，存在使用了电喷雾离子化法的电喷雾离子源(ESI)，这是在大气压下对试样溶液进行喷雾从而进行离子生成的离子化法，其特征是选择性地生成具有分子量信息的离子。利用电喷雾离子源(ESI)的液相色谱质谱分析装置，由液相色谱仪按照各成分将混合试样分离，并在大气压化的离子化部中进行离子生成。之后，经由第一细孔等导入质谱分析部，进行质量分离，在检测部中进行离子强度的检测，并在数据处理装置中以质谱图以及色谱图数据的方式显示。质谱分析部所使用的质谱装置有四级质谱仪、离子阱、串联型四级质谱仪、飞行时间型质谱仪等形态。一般在液相色谱仪中使用的流动相溶剂的流量是几百μL/min～几mL/min，这样，为了提高从液相色谱仪输送的、以较高的流量进行喷雾的试样溶液的液滴的气化效率，存在为了促进喷雾出的试样溶液的液滴的气化而相对于试样液滴喷吹加热后的N2等干燥气体的方法。此时，为了使通过喷雾而生成的试样溶液的液滴充分气化，充分搅拌试样溶液的液滴和N2等干燥气体变得重要。因此，离子化构造也变得复杂，因高温气体的使用等而离子化部也成为较大的构造的情况较多。近年来，在从液相色谱仪输送的送液流量较高的情况下，在离子化时使之气化变得困难，从而使用以高灵敏度为目的以几百nL/min～几μL/min的流量进行离子化的纳米、微米电喷雾离子化法。通过减少进行喷雾的样品量，以每次少量地喷出的方式进行喷雾，从而高流量中需要的高温气体的使用以及离子化电压也能够降低，离子源构造也能够设计为较小。但是，在这样的低流量地进行电喷雾的情况下，喷雾部前端的开口部的内径成为几十μm～100μm这样的微小口径，这成为样品堵塞的要因，从而喷雾部的维护、更换作业增多的情况较多。并且，为了成为微小口径，与离子导入口的位置关系也变得重要，从而每当进行喷雾部的更换等维护作业时也需要每次进行用于成为良好的离子化状态的位置调整。因此，在为了进行高灵敏度化而使用了微米电喷雾离子化法的情况下，无法兼具装置所需求的简便、耐久性高的装置、且能够简单地进行维护这样的方面。

如专利文献1所示，存在有关使用了与低流量对应的微米电喷雾离子化法的离子源结构的专利。存在从进行试样的离子化的喷雾部朝质谱仪进行离子导入的细孔部以配置于一条直线上的方式固定的方法，但该情况下，由于在喷雾出的试样溶液中不参与离子化的中性分子、液滴也全部向对置的离子导入口进行喷雾，所以认为会受到离子导入口的表面的污垢、细孔内的污垢、真空内部的污垢的影响。由于配置于一条直线上，所以即使能够增多离子导入量，能够确保信号强度的增加以及稳定性，也难以提供耐久性高的质谱仪。并且，在对真空内部产生了影响的情况下，维护时需要停止装置的真空来进行维护。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第8227750号

发明内容

发明所要解决的课题

液相色谱质谱分析装置的与液相色谱仪的连接中，一般在液相色谱仪中使用的流动相溶剂的流量是几百μL/min～几mL/min，在对以这样的流量输送的试样溶剂进行喷雾的情况下，为了促进喷雾出的试样溶液的液滴的气化，进行相对于试样液滴吹拂加热至高温的N2等干燥气体等，从而实现高灵敏度。但是，离子源构造复杂化，并且变大，因此在高灵敏度测定中使用如下方法：通过使导入离子源的样品量为几百nL/min～几μL/min的流量，以每次少量喷出的方式喷雾，从而高流量中需要的高温气体的使用以及离子化电压也降低。但是，在这样的以低流量进行电喷雾的情况下，喷雾部前端的开口部的内径成为几十μm～100μm这样的微小口径，这成为样品堵塞的要因，从而喷雾部的维护、更换作业增多的情况较多。并且，为了使喷雾部成为微小口径，而与离子导入口的位置关系也变得重要，从而每当进行喷雾部的更换等维护作业时也需要每次进行用于成为良好的离子化状态的位置调整。

并且，液相色谱质谱分析装置中需求的耐久性高的装置这一观点中，来自从液相色谱仪输送来的样品向质谱装置导入时的样品的溶剂离子、未带电的中性粒子与质谱装置内的检测器碰撞，从而有观测的噪声。这在导入真空内部的情况下，且在真空内的离子透镜系统、质谱分析部受到污染的情况下，需要停止真空进行维护，在装置的再启动之前需要较长的时间，并且维护也需要专业的知识，从而迫切希望在大气侧(不停止真空地)进行装置的污染对策。

用于解决课题的方案

本发明的液相色谱质谱分析装置是能够与液相色谱仪进行连接的液相色谱质谱分析装置，具备离子源、质谱分析部以及检测器，还具备平行地配置的三片电极，第一电极以及第二电极具有用于使离子通过的开口部，在第二电极与第三电极之间使离子的轨道偏转，而将在离子源生成的离子朝质谱分析部侧导入。

发明的效果如下。

根据本发明，能够提供具有在使用了电喷雾离子化法的微米电喷雾离子源(ESI)中，以使从离子源的喷雾部前端至对置电极、前段电极、后段电极以及真空部导入电极为止成为同轴的方式而一体型的离子化构造的液相色谱质谱分析装置，根据该构造，减少离子化时未离子化的中性粒子、来自液相色谱仪所使用的溶剂的低分子离子，从而提高装置的灵敏度。同时，能够提供使用了如下微米电喷雾离子源(ESI)的液相色谱仪质谱分析：也能够在大气侧将在用质谱装置测试液体试样时所产生的污垢分离，从而能够在大气下实施装置维护，也能够提高维护后的喷雾部的位置再现性，在用户侧的维护作业后，离子化条件设定也变得容易。

附图说明

图1是本发明的质谱装置的结构的一个例子。

图2是本发明的从离子源至真空部导入电极的详细结构。

图3是从上部观察本发明的从离子源至真空部导入电极的详细结构。

图4是从侧面观察本发明的从离子源至真空部导入电极的详细结构。

图5是本发明的从离子源至真空部导入电极的详细结构的加热和绝热。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

实施例

图1是本发明的质谱装置的结构例的简图。从液相色谱仪100输送来(0.5μL/min～10μL/min)的试样溶液经由配管101，而向喷雾嘴102导入。为了使用微米电喷雾离子化法而进行离子生成，试样溶液在高电压施加部位103被施加高电压之后，向喷雾嘴102导入，从而试样溶液成为静电液滴，进而因液滴的体积收缩而离子化。离子源区块104处于大气压下。所生成的离子在平面板形状的对置电极105的狭缝通过。通过对置电极105后的离子在前段电极106的狭缝通过，并向前段电极106与后段电极107之间导入。前段电极106以及后段电极107与对置电极105相同，以平面板形状平行地配置。离子在前段电极106以及后段电极107之间偏转，向真空部导入电极108前进。真空部导入电极108承担大气压部109与真空压部110的真空间隔壁，离子从真空部导入电极108的细孔向真空压部110导入。离子在真空压部110的细孔111通过，并由质谱仪112进行质量分析。离子由检测器113检测，并由PC114获得数据。PC114除了获得数据之外，还进行装置控制。

图2是从离子源区块104至真空部导入电极108的详细图。离子源区块104的内部由用于固定喷雾嘴102的喷嘴固定部120和空腔部121构成。喷雾嘴102由喷嘴固定部120固定，喷雾嘴102的前端位于进入了空腔部121的位置。以使喷嘴固定部120的中心与对置电极的狭缝122的中心位于同轴上的方式使离子源区块104与对置电极105垂直地紧密接触。由此，由喷嘴固定部120固定了的喷雾嘴102与对置电极的狭缝122的中心位于同轴上，从而离子能够在对置电极的狭缝122的中心通过。

并且，对于对置电极105、前段电极106以及后段电极107而言，以使三片电极全部平行地配置的方式配置于与真空部导入电极108垂直的方向。此时，通过与对置电极105相同在前段电极106也设置使离子通过的相同形状的狭缝，来将对置电极的狭缝122的中心和前段电极的狭缝123的中心配置在同轴上。通过该配置，由喷雾嘴102通过微米电喷雾离子化法而生成的离子高效率地向前段电极106与后段电极107之间的空间导入。此外，也可以使用前段电极106以及后段电极107这两片平行板，而在空间内进行基于离子迁移率的分离功能。

之后，对于离子而言，利用前段电极106与后段电极107的电位差而通过真空部导入电极108，并向真空压部110导入。

图3是从上部观察离子源区块104至真空部导入电极108的详细图。并且，图4是从侧面观察离子源区块104至真空部导入电极的细孔124的详细图。通过前段电极106的中心后的离子在前段电极106与后段电极107之间弯曲成直角，而向真空部导入电极108前进。以使前段电极106与后段电极107的中间和真空部导入电极的细孔124的中心位于同轴上的方式，使前段电极106以及后段电极107与真空部导入电极108垂直地紧密接触。由此，离子在前段电极106与后段电极107之间弯曲后，能够高效率地通过真空部导入电极的细孔124的中心。

离子所通过的对置电极的狭缝122以及前段电极的狭缝123的横宽约为0.5mm，纵宽约为5mm，并且真空部导入电极的细孔124的内径约为0.4mm。另外，为了得到充足的灵敏度，而喷雾嘴102的前端具有从对置电极的狭缝122的中心起横宽约为±0.2mm、纵宽约为±1.5mm、并且离狭缝的距离能够根据导入喷雾嘴102的流量而可变的构造，并且需要能够在15mm以内配置。因此，为了作出良好的离子化状态，上述的狭缝以及细孔的位置精度变得重要。并且，对置电极105以及前段电极106的狭缝的形状也可以是内径2～4mm的圆口径。本构造中，由于从离子源区块104的喷雾嘴102前端至对置电极105、前段电极106、后段电极107以及真空部导入电极的细孔124为止成为同轴，所以维持较高的位置精度。因此，能够高效率地将所生成的离子导入真空压部110。

并且，本结构中，为了提高稳健性，设置在对置电极105与前段电极106之间导入氮气的机构。由此，能够防止以后在对置电极105之后的电极混入不参与离子化的中性分子、液滴等。另外，所生成的离子在前段电极106与后段电极107之间直角地弯曲并进入真空压部110，不参与离子化的中性分子、液滴等无法从前段电极106与后段电极107之间脱离，从而无法通过真空部导入电极108。因此，能够减轻真空压部110的污垢，从而能够提高作为质谱仪的稳健性。

并且，离子源区块104、对置电极105、前段电极106、后段电极107以及真空部导入电极108以成为一体型构造的方式设计，从而在进行维护作业时，即使在拆下各电极、离子源区块104后的再安装时，也能够提高位置再现性，并且不需要用于成为良好的离子化状态的位置调整。

图5是在表示从离子源区块104至真空部导入电极108的详细图的图2的基础上追加了加热器130和绝热件131的图。为了得到从离子源区块104的喷雾嘴102喷雾出的试样溶剂的脱溶剂效果，利用来自加热器130的热量对对置电极105、前段电极106、后段电极107进行加热。此时，在将离子源区块104和喷雾嘴102同样地加热至高温的情况下，认为由液相色谱仪导入的试样溶剂会突沸。因此，为了抑制试样溶剂的突沸需要设为70℃以下。因此，通过在离子源区块104与对置电极105之间隔着绝热件131，而能够设置对置电极105、前段电极106、后段电极107这三片电极部、离子源区块104以及喷雾嘴102的喷雾部的温度梯度，从而能够抑制试样溶剂的突沸，而能够实现稳定且高灵敏度的离子化。

符号的说明

100—液相色谱仪，101—配管，102—喷雾嘴，103—高电压施加部位，104—离子源区块，105—对置电极，106—前段电极，107—后段电极，108—真空部导入电极，109—大气压部，110—真空压部，111—细孔，112—质谱仪，113—检测器，114—PC，120—喷嘴固定部，121—空腔部，122—对置电极的狭缝，123—前段电极的狭缝，124—真空部导入电极的细孔，130—加热器，131—绝热件。

Claims (12)

1.一种液相色谱质谱分析装置，能够与液相色谱仪进行连接，其特征在于，

所述液相色谱质谱分析装置具备离子源、质谱分析部以及检测器，其中，离子源具备高电压施加部、喷雾嘴以及离子源区块，

所述液相色谱质谱分析装置还具备平行地配置的三片电极，

第一电极以及第二电极具有用于使离子通过的开口部，

在第二电极与第三电极之间使离子的轨道偏转，而将在离子源生成的离子朝质谱分析部侧导入。

2.根据权利要求1所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

设于第一电极以及第二电极的开口部是圆形。

3.根据权利要求1所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

使用第二电极以及第三电极，而在它们之间的空间内进行基于离子迁移率的分离。

4.根据权利要求1所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

具备对三片电极进行加热的加热部。

5.根据权利要求4所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

在第一电极与离子源区块之间具备绝热部件。

6.根据权利要求5所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

喷雾嘴的前端与设于第一电极以及第二电极的开口部配置在同轴上。

7.根据权利要求1所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

上述三片电极设于大气压下。

8.根据权利要求1所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

具备使离子在第二电极与第三电极之间偏转后向质谱分析部侧导入的真空部导入电极。

9.根据权利要求8所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

第二电极和第三电极的中心与真空部导入电极的中心配置在同轴上。

10.根据权利要求5所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

喷雾嘴的前端与设于第一电极以及第二电极的开口部配置在同轴上，

具备使离子在第二电极与第三电极之间偏转后向质谱分析部侧导入的真空部导入电极，

第二电极和第三电极的中心与真空部导入电极的中心配置在同轴上，

连接喷雾嘴的前端与设于第一电极以及第二电极的开口部的轴、与连接第二电极和第三电极的中心与真空部导入电极的中心的轴相互交叉。

11.根据权利要求8所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

离子源区块、第一电极、第二电极以及第三电极能够作为一体来安装以及拆卸。

12.根据权利要求4所述的液相色谱质谱分析装置，其特征在于，

加热部还对离子源区块进行加热。