DE112019001764T5

DE112019001764T5 - Massenspektrometrievorrichtung und Massenspektrometrieverfahren

Info

Publication number: DE112019001764T5
Application number: DE112019001764.0T
Authority: DE
Inventors: Riki KITANO
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-12-17
Also published as: US20210028001A1; US11482405B2; JP7188441B2; TW201944066A; JPWO2019193926A1; WO2019193926A1; CN111936848A

Abstract

Eine Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist und mittels der Ionisationseinheit eine Probe ionisiert, die von einer Trennsäule getrennt wird, die Probe einer Massentrennung unterzieht und Ionen detektiert, die in der Massentrennung erhalten werden, umfasst: eine Gaseinleitungseinheit, die ein erstes Gas, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, unter Verwendung eines zweiten Gases in die Ionisationseinheit einleitet, wobei: die Ionisationseinheit die Probe ionisiert, indem Ionen, die erhalten werden, indem das erste Gas ionisiert wird, mit der Probe umgesetzt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Massenspektrometrievorrichtung und ein Massenspektrometrieverfahren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei Analysen, die eine Massenspektrometrievorrichtung wie ein Gaschromatograph-Massenspektrometer (GC-MS) verwenden, wird eine Probe durch chemische Ionisation ionisiert. Bei der chemischen Ionisation reagieren Reaktionsionen, die durch Ionisation eines Reaktionsgases erzeugt werden, das in eine Ionisationseinheit eingeleitet wird, umfassend eine Ionenquelle, mit Molekülen, die eine Probe darstellen (nachfolgend als Probenmoleküle bezeichnet) zum Ionisieren von Probenmolekülen. Charakteristisch für chemische Ionisation ist, dass sich Probenmoleküle schwer dissoziieren und es wahrscheinlich ist, dass Ionen erzeugt werden, an die sich Elektronen und dergleichen anlagern. Unter Verwendung dieser Eigenschaften kann eine Analyse ausgeführt werden.
Bei der chemischen Ionisation wird vorzugsweise ein brennbares Gas wie Methan oder Isobutan als Reaktionsgas verwendet. Es gibt jedoch Probleme, dass es hinsichtlich der Sicherheit schwierig ist, einen Zylinder zu installieren, der ein brennbares Gas enthält, und es ist schwierig, ein brennbares Gas hinsichtlich der Kosten zu beschaffen. Daher ist vorgeschlagen worden, Acetronitril in flüssiger Phase oder dergleichen als Versorgungsquelle eines Reaktionsgases zu verwenden (Nicht-Patentliteratur 1 und Nicht-Patentliteratur 2).
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
NICHT-PATENTLITERATUR

NPTLI: Pelt CKV, Brenna JT. „Acetonitrile chemical ionization tandem mass spectrometry to locate double bonds in polyunsaturated fatty acid methyl esters" Analytical Chemistry, (USA), American Chemical Society, May 15, 1999, Band 71, Ausgabe 10, S.1981-1989
NPTL2: Prest HFP, Perkins PD. „Use of Liquid Reagents for Positive Chemical Ionization on the 5973 MSD“, (online), 1999, Agilent Technologies Company, (January 29, 2019 search), Internet <URL: http://faculty.fortlewis.edu/milofsky_r/GC-MS-CI.pdf>

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Ein Reaktionsgas, das erhalten wird, indem eine Substanz in flüssiger Phase verdampft wird, weist jedoch einen niedrigeren Siedepunkt und einen niedrigeren Dampfdruck auf als das Reaktionsgas in der Gasphase bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck, sodass es schwierig ist, es effizient in eine Ionisationseinheit einzuleiten.
LÖSUNG DER AUFGABE
Der erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist und mittels der Ionisationseinheit eine Probe ionisiert, die von einer Trennsäule getrennt wird, die Probe einer Massentrennung unterzieht und Ionen detektiert, die in der Massentrennung erhalten werden, umfassend: eine Gaseinleitungseinheit, die ein erstes Gas, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, unter Verwendung eines zweiten Gases in die Ionisationseinheit einleitet, wobei: die Ionisationseinheit die Probe ionisiert, indem Ionen umgesetzt werden, die erhalten werden, indem das erste Gas mit der Probe ionisiert wird.
Der zweite Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Massenspektrometrieverfahren, das Massenspektrometrie mittels einer Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist, einer Probe ausführt, die von einer Trennsäule getrennt wird, und in die Ionisationseinheit eingeleitet wird, wobei das Verfahren umfasst: Einleiten eines ersten Gases, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, unter Verwendung eines zweiten Gases in die Ionisationseinheit, wobei: die Probe in der Ionisationseinheit durch die Reaktion mit Ionen ionisiert wird, die erhalten werden, indem das erste Gas ionisiert wird.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Reaktionsgas, das erhalten wird, indem eine Substanz in flüssiger Phase verdampft wird, wirksam in eine Ionisationseinheit eingeleitet werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein konzeptuelles Diagramm, das eine Ausgestaltung einer Massenspektrometrievorrichtung gemäß der einen Ausführungsform zeigt.
[2] 2 ist ein konzeptuelles Diagramm, das eine Informationsverarbeitungseinheit zeigt.
[3] 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss eines Massenspektrometrieverfahrens gemäß einer Ausführungsform zeigt.
[4] 4(A) ist ein Massenspektrum, umfassend Ionen-Peaks, die mittels Elektronenionisation von Benzophenon erhalten werden, 4(B) ist ein Massenspektrum, umfassend Ionen-Peaks, die mittels chemischer Ionisation von Benzophenon unter Verwendung von Methanol als ein Reaktionsgas erhalten werden, und
4(C) ist ein Massenspektrum, umfassend Ionen-Peaks, die mittels chemischer Ionisation von Benzophenon unter Verwendung von Methan als ein Reaktionsgas erhalten werden.
[5] 5(A) ist eine vergrößerte Ansicht des Massenspektrums, umfassend Ionen-Peaks, die mittels Elektronenionisation von Benzophenon erhalten werden, 5(B) ist eine vergrößerte Ansicht des Massenspektrums, umfassend Ionen-Peaks, die mittels chemischer Ionisation von Benzophenon unter Verwendung von Methanol als ein Reaktionsgas erhalten werden, und 5(C) ist eine vergrößerte Ansicht des Massenspektrums, umfassend Ionen-Peaks, die mittels chemischer Ionisation von Benzophenon unter Verwendung von Methan als ein Reaktionsgas erhalten werden.
[6] 6 ist ein Graph, der die Beziehungen zwischen dem Druck des Druckgases und jeder der Peak-Intensitäten entsprechend m/z 33 und m/z 183 im erhaltenen Massenspektrum zeigt.
[7] 7(A) ist ein Graph, der Typen von Druckgas und Verhältnisse von Intensitäten eines Peaks, derm/z 183 entspricht, zur Intensität eines Peaks entsprechend m/z 182 in dem enthaltenen Massenspektrum zeigt, und 7(B) ist ein Graph, der die Typen von Reaktionsgas und die obigen Verhältnisse in dem erhaltenen Massenspektrum zeigt.
[8] 8 ist ein Graph, der Längen von Kapillarrohren, Drücke von Druckgas und die obigen Verhältnisse und Signal/Rausch-Verhältnisse in dem erhaltenen Massenspektrum zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform zum Ausführen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Die Massenspektrometrievorrichtung der vorliegenden Ausführungsform leitet ein Gas ein, das erhalten wird, indem eine Druckflüssigkeit in einer Ionisationseinheit verdampft wird. Das eingeleitete Gas kann bei der chemischen Ionisation als Reaktionsgas verwendet werden.
Massenspektrometrievorrichtung
1 ist ein konzeptuelles Diagramm, das eine Ausgestaltung der Massenspektrometrievorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Massenspektrometrievorrichtung 1 ist ein Gaschromatograph-Massenspektrometer (nachfolgend als GC-MS bezeichnet) und umfasst eine Messeinheit 100 und eine Informationsverarbeitungseinheit 40. Die Messeinheit 100 umfasst einen Gaschromatographen 10, eine Reaktionsgas-Zufuhreinheit 20 und eine Massenspektrometrieeinheit 30.
Der Gaschromatograph 10 umfasst eine Trägergas-Zufuhrquelle G1, einen Trägergas-Strömungskanal 11, eine Probeneinleitungseinheit 12, eine Säulentemperatur-Anpassungseinheit 13, eine Trennsäule 14 und ein Probengas-Einleitungsrohr 15. Die Reaktionsgas-Zuführeinheit 20 umfasst eine Druckgas-Zufuhrquelle G2, einen ersten Druckgaskanal 21, eine Druckanpassungseinheit 22, einen zweiten Druckgaskanal 23, einen Flüssigkeitsbehälter 24, der Flüssigkeit L speichert, einen Reaktionsgas-Strömungskanal 25 und ein Sicherheitsventil 26. Die Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst einen Vakuumbehälter 31, einen Auslassanschluss 32, eine Ionisationseinheit 33, die eine zu analysierenden Probe ionisiert, um Ionen In zu erzeugen, eine Ionenanpassungseinheit 34, eine Massentrennungseinheit 35, eine Detektionseinheit 36 und eine Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300. Die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 umfasst ein Kapillarrohr 310, das ein Widerstandsrohr ist, und einen Reaktionsgas-Einleitungsanschluss 320.
Die Messeinheit 100 trennt jede Komponente der Probe (nachfolgend als Probenkomponente bezeichnet) und detektiert jede getrennte Probenkomponente.
Der Gaschromatograph 10 fungiert als eine Trenneinheit, die Probenkomponente basierend auf ihren physikalischen oder chemischen Eigenschaften trennt. Wenn sie in die Trennsäule 14 eingeleitet wird, liegt die Probe in Form von Gas vor oder ist gasförmig und wird als Probengas bezeichnet.
Die Trägergas-Zufuhrquelle G1 umfasst einen Behälter, der das Trägergas speichert, und führt das Trägergas dem Trägergas- Strömungskanal 11 zu. Der Trägergas-Strömungskanal 11 weist ein erstes Ende auf, das ein Ende davon ist, das an die Trägergas-Zufuhrquelle G1 angeschlossen ist, sodass das Trägergas strömen kann, und ein zweites Ende, das das andere Ende davon ist, das an die Probeneinleitungseinheit 12 angeschlossen ist, sodass das Trägergas darin eingeleitet werden kann. Das von der Trägergas-Zuführungsquelle G1 in den Trägergas-Strömungskanal 11 eingeleitete Trägergas wird in der Strömungsrate und dergleichen von einer Trägergas-Strömungsraten-Steuereinheit (nicht gezeigt) angepasst, die in dem Trägergas-Strömungskanal 11 angeordnet ist, und dann in die Probeneinleitungseinheit 12 (Pfeil A1) eingeleitet. Die Probeneinleitungseinheit 12 ist mit einer Kammer, wie z.B. einer Probenverdampfungskammer, zum Speichern der Probe versehen, in der die Probe, die von einem Injektor, wie einer Spritze oder einem automatischen Probengeber (nicht gezeigt), eingespritzt wird, temporär gespeichert wird. In dem Fall, in dem die Probe in Form einer Flüssigkeit vorliegt, wird die Probe zu einem Probengas verdampft und dann in die Trennsäule 14 (Pfeil A2) eingeleitet.
Die Trennsäule 14 umfasst eine Säule, wie z.B. eine Kapillarsäule. Die Temperatur der Trennsäule 14 wird beispielsweise auf mehrere hundert °C oder weniger von der Säulentemperatur-Anpassungseinheit 13, umfassend einen Säulenofen oder dergleichen, gesteuert bzw. geregelt. Die jeweiligen Komponenten des Probengases werden basierend auf ihren Verteilungskoeffizienten und dergleichen zwischen einer mobilen Phase und einer stationären Phase der Trennsäule 14 getrennt, und die jeweiligen Komponenten des getrennten Probengases werden von der Trennsäule 14 bei unterschiedlichen Zeitgebungen eluiert, um durch das Probengas-Einleitungsrohr 15 in die Ionisationseinheit 33 der Massenspektrometrieeinheit 30 eingeleitet zu werden.
Die Reaktionsgas-Zuführeinheit 20 führt das Reaktionsgas, das in die Ionisationseinheit 33 einzuleiten ist, der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 der Massenspektrometrieeinheit 30 zu. Die Reaktionsgas-Zuführeinheit 20 beaufschlagt die Flüssigkeit L mit Druck, die in dem Flüssigkeitsbehälter L platziert ist, sodass das Reaktionsgas, das erhalten wird, indem die Flüssigkeit L verdampft wird, der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 effizient zugeführt wird.
Die Druckgas-Zuführungsquelle G2 umfasst einen Behälter, der das Druckgas speichert, das die Flüssigkeit L mit Druck beaufschlagt, und die Druckgas-Zuführungsquelle G2 führt das Druckgas dem ersten Druckgaskanal 21 zu.
Der Typ des die Moleküle bildenden Druckgases ist nicht insbesondere begrenzt, solange die Moleküle die Massenspektrometrie beispielsweise aufgrund einer Reaktion mit der Probe, der Flüssigkeit L oder des Reaktionsgases nicht nachteilig beeinflussen. Das Druckgas ist vorzugsweise ein Gas, das eine andere Zusammensetzung aufweist als die des Reaktionsgases. Ein inertes Gas, wie Argon, Helium oder Stickstoff, kann in dem Druckgas enthalten sein. Unter dem Gesichtspunkt der wirksamen Durchführung einer chemischen Ionisation ist das Druckgas vorzugsweise Argon oder Stickstoff.
In Bezug auf den ersten Druckgaskanal 21 ist das erste Ende, das ein Ende davon ist, an die Druckgas-Zuführungsquelle G2 angeschlossen, sodass das Druckgas dadurch in die Druckgas-Zuführungsquelle G2 strömen kann, und das zweite Ende, das das andere Ende davon ist, ist an die Druckanpassungseinheit 22 angeschlossen, sodass das Druckgas dadurch in die Druckanpassungseinheit 22 eingeleitet werden kann. Das Druckgas wird von der Druckgas-Zuführungsquelle G2 durch den ersten Druckgaskanal 21 in die Druckanpassungseinheit 22 eingeleitet.
Die Anpassungseinheit 22 umfasst einen Druckregler und steuert bzw. regelt den Druck des Druckgases. Die Druckanpassungseinheit 22 wird von einer Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit 511 gesteuert bzw. geregelt, die später beschrieben wird. Die Druckanpassungseinheit 22 passt den Druck des Druckgases an einen Druck an, der höher als der atmosphärische Druck ist. Wenn der Druck des Druckgases zu hoch ist, wird dies den Strömungskanal oder die Vorrichtung, in die das Druckgas eingeleitet wird, nachteilig beeinflussen, und der Teildruck des Reaktionsgases von den Gasen, die von der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet werden, wird niedrig, und somit kann die Wirksamkeit des Einleitens des Reaktionsgases vermindert werden. Daher wird, wie später in der Variante 1 beschrieben, der Druck des Druckgases so angepasst, dass der Unterschied zwischen dem Druck des Druckgases und dem atmosphärischen Druck 500 kPa oder weniger ist.
In Bezug auf den zweiten Druckgaskanal 23 ist das erste Ende, das ein Ende davon ist, an die Druckanpassungseinheit 22 angeschlossen, sodass das Druckgas dadurch in die Druckanpassungseinheit 22 strömen kann, und das zweite Ende, das das andere Ende davon ist, ist an den Flüssigkeitsbehälter 24 angeschlossen, sodass das Druckgas dadurch in das Innere des Flüssigkeitsbehälters 24 eingeleitet werden kann. Das zweite Ende befindet sich an der Position über der Wasseroberfläche der Flüssigkeit L, die in dem Flüssigkeitsbehälter 24 platziert ist. Das Druckgas wird von der Druckanpassungseinheit 23 durch den zweiten Druckgaskanal 23 in den Flüssigkeitsbehälter 24 eingeleitet.
Der Flüssigkeitsbehälter 24 ist nicht insbesondere hinsichtlich des Typs, der Form, des Materials etc. begrenzt, solange er die Flüssigkeit L speichern kann und mit eingeleitetem Druckgas im Innern abgedichtet werden kann, um den Druck davon aufrechtzuerhalten. Als Flüssigkeitsbehälter 24 kann beispielsweise ein Becherglas, ein Glasfläschchen oder eine Flasche verwendet werden.
Die Zusammensetzung der Flüssigkeit L ist nicht insbesondere begrenzt, solange das Gas, das durch die Verdampfung der Flüssigkeit L erzeugt wird, als das Reaktionsgas für die chemische Ionisation der Probe verwendet werden kann. Es wird bevorzugt, dass das Molekül, das die Flüssigkeit L bildet, beispielsweise eine geringere Protonenaffinität aufweist als das Probenmolekül, das hinsichtlich der wirksamen chemischen Ionisation analysiert werden soll. Die Flüssigkeit L ist vorzugsweise so gebildet, dass sie eine Substanz in flüssiger Phase bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck umfasst. Aus dieser Sicht ist die Flüssigkeit L vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel, und die Flüssigkeit L kann beispielsweise Methanol, Acetonitril, Aceton, Hexan, Isopropanol, Cyclohexan oder Toluol sein. Aus der Sicht, eine chemische Ionisation wirksam auszuführen, ist die Flüssigkeit L vorzugsweise Methanol, Aceton, Hexan oder Isopropanol, noch bevorzugter Methanol, das einen relativ hohen Dampfdruck und insbesondere eine geringe Protonenaffinität aufweist.
Es ist zu beachten, dass die Temperatur des Flüssigkeitsbehälters 24 unter Verwendung einer Temperaturanpassungsvorrichtung (nicht gezeigt) eingestellt werden kann, und eine Substanz, die in einer flüssigen Phase bei der eingestellten Temperatur vorliegt, als die Flüssigkeit L verwendet werden kann.
In Bezug auf den Reaktionsgas-Strömungskanal 25 ist das erste Ende, das ein Ende davon ist, an den Flüssigkeitsbehälter 24 angeschlossen, sodass das Reaktionsgas dadurch in den Flüssigkeitsbehälter 24 strömen kann, und ist das zweite Ende, das das andere Ende davon ist, an die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 der Massenspektrometrieinheit 30 angeschlossen, sodass das Reaktionsgas dadurch in die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 der Massenspektrometrieeinheit 30 eingeleitet werden kann. Das erste Ende befindet sich an der Position über der Wasseroberfläche der Flüssigkeit L, die in dem Flüssigkeitsbehälter 24 platziert ist. Das Reaktionsgas, das erzeugt wird, indem die Flüssigkeit L im Innern des Flüssigkeitsbehälters 24 verdampft wird, wird von dem Flüssigkeitsbehälter 24 durch den Reaktionsgas-Strömungskanal 25 in die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 eingeleitet. Auf diese Weise bewegt sich die verdampfte Flüssigkeit L zusammen mit der Strömung des Druckgases und wird in die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 und die Ionisationseinheit 33 eingeleitet. Das Druckgas fungiert auch als ein Gas zum Mitführen des Reaktionsgases.
Das Sicherheitsventil 26 ist ein Ventil zum Verhindern, dass der Druck des Reaktionsgases in dem Reaktionsgas-Strömungskanal 25 höher wird als ein vorbestimmter Druck, der den atmosphärischen Druck übersteigt. Das Sicherheitsventil 26 ist in der Mitte des Reaktionsgas-Strömungskanals 25 installiert. Dieser vorbestimmte Druck wird auf einen Druck eingestellt, der den Strömungskanal oder die Vorrichtung, in die das Reaktionsgas eingeleitet wird, nicht nachteilig beeinflusst.
Es ist zu beachten, dass ein Ventil in einem beliebigen Strömungskanal oder einer beliebigen Vorrichtung installiert werden kann, wie z.B. dem zweiten Druckgaskanal 23 oder der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300, in den bzw. die das Druckgas oder Reaktionsgas eingeleitet wird, um zu verhindern, dass ein Druck im Innern des Strömungskanals oder der Vorrichtung höher wird als ein vorbestimmter Druck.
Die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 passt den Druck und die Strömungsrate des Reaktionsgases an, das von der Reaktionsgas-Zuführeinheit 20 eingeleitet wird, und leitet das Reaktionsgas in die Ionenquelle 33 ein. In Bezug auf das Kapillarrohr 310 der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 ist das erste Ende, das ein Ende davon ist, an den Reaktionsgas-Strömungskanal 25 angeschlossen, sodass das Reaktionsgas dadurch strömen kann, und das zweite Ende, das das andere Ende davon ist, ist an den Reaktionsgas-Einleitungsanschluss 320 angeschlossen, sodass das Reaktionsgas dadurch zu dem Reaktionsgas-Einleitungsanschluss 320 strömen kann. Die Länge und der Innendurchmesser des Kapillarrohrs 310 sind nicht besonders begrenzt, solange eine chemische Ionisation von dem Reaktionsgas verursacht wird, das in die Ionenquelle 33 eingeleitet wird, und die Ionen In, die bei dieser chemischen Ionisation erhalten werden, mit gewünschter Genauigkeit detektiert werden können. Der Reaktionsgas-Einleitungsanschluss 320 ist im Innern der Isolationskammer (nicht gezeigt) der Ionisationseinheit 33 geöffnet, sodass das Reaktionsgas in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet werden kann.
Die Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst ein Massenspektrometer, ionisiert die Probe, die in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet wird und führt eine Massentrennung und Detektion der Ionen In durch, die durch diese Ionisation erzeugt werden. Die Bahn der Ionen In, die von der Probe abgeleitet wird und von der Ionisationseinheit 33 erzeugt wird, ist schematisch von einem Pfeil A4 gezeigt.
Wenn eine Massentrennung der Ionen In mit gewünschter Genauigkeit ausgeführt werden kann und die Ionen, die aus dieser Massentrennung erhalten werden, detektiert werden können, ist der Typ von Massenspektrometer, der die Massenspektrometrieeinheit 30 bildet, nicht besonders eingeschränkt, und ein Massenspektrometer, umfassend einen beliebigen Typ oder beliebige mehrere Typen von Massenanalysatoren, kann verwendet werden. Ferner kann in der Massentrenneinheit 35 das Anlagern eines Atoms oder einer Atomgruppe am Ion In oder die Dissoziation des Ions In ausgeführt werden. Das „durch Massentrennung erhaltene Ion“ umfasst auch Ionen, die durch diese Anlagerung, Dissoziation oder dergleichen erhalten werden.
Der Vakuumbehälter 31 der Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst den Ausgangsanschluss 32. Der Ausgangsanschluss 32 ist an ein Vakuumevakuierungssystem (nicht gezeigt) angeschlossen, sodass er in der Lage ist, zu evakuieren. Dieses Vakuumevakuierungssystem umfasst eine Pumpe, die fähig ist, ein Hochvakuum von 10^-2 Pa oder weniger zu realisieren, wie z.B. eine Turbo-Molekularpumpe, und ihre Hilfspumpe. In 1 ist eine Evakuierung des Gases im Innern des Vakuumbehälters 31 schematisch durch einen Pfeil A5 gezeigt.
Die Ionisationseinheit 33 der Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst eine Ionenquelle und ionisiert die Probe, die in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet wird, mittels chemischer Ionisation, um Ionen In zu erzeugen. Diese Ionenquelle umfasst eine Ionisierungskammer, ein Thermoelektronen-Erzeugungsfilament, eine Fangelektrode (nicht gezeigt) und dergleichen. Die von dem Thermoelektronen-Erzeugungsfilament erzeugten Thermoelektronen werden von der Spannung beschleunigt, die an die Fangelektrode angelegt ist, und das Reaktionsgas wird mit den Thermoelektronen in der Ionisierungskammer bestrahlt, um Reaktionsionen (nicht gezeigt) zu produzieren. Das Anlagern eines Protons, das Anlagern des Reaktionsions oder dergleichen wird an dem Probenmolekül mittels Reaktion zwischen dem erzeugten Reaktionsion und dem Probenmolekül verursacht, sodass das Probenmolekül ionisiert wird. Die Ionen In, die von der Ionisationseinheit 33 erzeugt werden, werden in die Ionenanpassungseinheit 34 eingeleitet.
Die Ionenanpassungseinheit 34 der Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst ein Ionentransportsystem, wie z.B. eine Linsenelektrode oder eine Ionenführung, und passt mittels einer elektromagnetischen Wirkung den Fluss der Ionen In an, in dem es diese bündelt bzw. konvergiert. Die von der Ionenanpassungseinheit34 emittierten Ionen In werden in die Massentrennungseinheit 35 eingeleitet.
Die Massentrennungseinheit 35 der Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst ein Quadrupol-Massenfilter und führt eine Massentrennung der Ionen In aus, die darin eingeleitet werden. Die Massentrennungseinheit 35 gibt die Ionen In basierend auf dem Wert von m/z selektiv weiter, indem sie Spannungen an das Quadrupol-Massenfilter anlegt. Die Ionen In, die mittels Massentrennung der Massentrennungseinheit 35 erhalten werden, gelangen in die Detektionseinheit 36.
Die Detektionseinheit 36 der Massenspektrometrieeinheit 30 umfasst einen Ionendetektor, wie z.B. einen Sekundär- Elektronenvervielfacher oder einen Fotovervielfacher, und detektiert einfallende Ionen In. Die Detektionseinheit 36 führt eine A/D-Umwandlung mittels eines A/D-Wandlers (nicht gezeigt) des Detektionssignals aus, das erhalten wird, indem die einfallenden Ionen In detektiert werden, und gibt das digitalisierte Detektionssignal an die Informationsverarbeitungseinheit 40 als Messdaten aus (Pfeil A6).
2 ist ein konzeptuelles Diagramm, das die Ausgestaltung der Informationsverarbeitungseinheit 40 zeigt. Die Informationsverarbeitungseinheit 40 umfasst eine Eingabeeinheit 41, eine Kommunikationseinheit 42, eine Speichereinheit 43, eine Ausgabeeinheit 44 und eine Steuer- bzw. Regeleinheit 50. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 50 umfasst eine Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51, eine Datenverarbeitungseinheit 52 und eine Ausgabe-Steuer- bzw. Regeleinheit 53. Die Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51 umfasst eine Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit 511 und eine Einleitungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 512.
Die Informationsverarbeitungseinheit 40 umfasst eine Informationsverarbeitungsvorrichtung, wie z.B. einen Computer, dient als Schnittstelle mit dem Benutzer der Massenspektrometrievorrichtung 1 (nachfolgend einfach als „Benutzer“ bezeichnet) und führt auch die Verarbeitung von Kommunikation, Speicherung, Berechnung etc. in Bezug auf verschiedene Daten aus.
Es ist zu beachten, dass die Messeinheit 100 und die Informationsverarbeitungseinheit 40 als integrierte Vorrichtung ausgestaltet werden können.
Die Eingabeeinheit 41 ist so ausgestaltet, dass sie eine Eingabevorrichtung, wie z.B. eine Maus, eine Tastatur, verschiedene Tasten oder einen Touchscreen, umfasst. Die Eingabeeinheit 41 empfängt Informationen und dergleichen, die notwendig zum Steuern bzw. Regeln der Messeinheit 100 oder zum Verarbeiten durch die Steuer- bzw. Regeleinheit 50 von dem Benutzer sind. Die Kommunikationseinheit 42 ist so ausgestaltet, dass sie eine Kommunikationsvorrichtung umfasst, die fähig ist, Kommunikation mittels drahtloser oder verdrahteter Verbindung wie einem Internet auszuführen, und Daten und dergleichen hinsichtlich des Steuerns bzw. Regelns der Messeinheit 100 oder der Verarbeitung seitens der Steuer-bzw. Regeleinheit 50 ordnungsgemäß sendet und empfängt.
Die Speichereinheit 43 besteht aus einem nicht-flüchtigen Speichermedium und speichert ein Programm und Daten für die Steuer- bzw. Regeleinheit 50, um Verarbeitung auszuführen, Daten, die von der Detektion der Detektionseinheit 36 (nachfolgend als Messdaten bezeichnet) erhalten werden, und dergleichen. Die Ausgabeeinheit 44 umfasst eine Anzeigevorrichtung, wie z.B. einen Flüssigkristallmonitor oder einen Drucker. Die Ausgabeeinheit 44 gibt Informationen oder dergleichen hinsichtlich der Verarbeitung der Steuer-bzw. Regeleinheit 50 aus, indem sie diese auf der Anzeigevorrichtung anzeigt oder mittels des Druckers druckt.
Die Steuer- bzw. Regeleinheit 50 umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung, wie z.B. eine CPU (Central Processing Unit), und die Verarbeitungsvorrichtung führt zentral den Betrieb der Massenspektrometrievorrichtung 1, wie z.B. das Steuern bzw. Regeln der Messeinheit 100 und Verarbeiten von Messdaten, aus.
Die Vorrichtungssteuer- bzw. Regeleinheit 51 der Steuer- bzw. Regeleinheit 50 steuert bzw. regelt den Betrieb jeder Einheit der Messeinheit 100. Beispielsweise kann die Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51 Ionen In in einem Abtastmodus detektieren, in dem das m/z der Ionen, denen erlaubt ist, durch die Massentrenneinheit 35 zu gelangen, oder einem SIM (Selective Ion Scanning - Selektives Ionenscannen)-Modus, in dem es Ionen erlaubt ist, die ein spezifisches m/z aufweisen, durch die Massentrennungseinheit 35 zu gelangen. In diesem Fall ändert die Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51 die Spannung der Massentrenneinheit 35, sodass die Ionen In, die ein m/z-Verhältnis aufweisen, das basierend auf der Eingabe oder dergleichen von der Eingabeeinheit 41 eingestellt ist, selektiv durch die Massentrenneinheit 35 gelangen.
Die Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit 511 der Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51 steuert bzw. regelt den Druck des Druckgases über die Druckanpassungseinheit 22. Da der Druck des Druckgases auf die Flüssigkeit L aufgebracht wird, die in dem Flüssigkeitsbehälter 24 platziert ist, ist die Druck-Steuer-bzw. Regeleinheit 511 so ausgestaltet, dass sie den Druck steuert bzw. regelt, mit dem der Flüssigkeitsbehälter 24 beaufschlagt wird. Die Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit 511 sendet ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Druckanpassungseinheit 22, sodass sie den Druck des Druckgases auf einen Druckwert anpasst, der basierend auf der Eingabe oder dergleichen von der Eingabeeinheit 41 eingestellt wird.
Die Einleitungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 512 der Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51 steuert bzw. regelt das Einleiten des Reaktionsgases in die Ionisationseinheit 33 über die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300. Die Einleitungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 512 schaltet beispielsweise zwischen Einleiten und Nicht-Einleiten des Reaktionsgases in die Ionenquelle 33 um, indem das Öffnen/Schließen eines Magnetventils (nicht gezeigt) gesteuert bzw. geregelt wird, das in dem Reaktionsgas-Strömungskanal in der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 angebracht ist.
Die Datenverarbeitungseinheit 52 der Steuer- bzw. Regeleinheit 50 verarbeitet und analysiert die Messdaten. Das Verfahren dieser Analyse ist nicht besonders begrenzt. Beispielsweise erzeugt die Datenverarbeitungseinheit 52 Daten entsprechend einem Massenspektrum oder einem Massenchromatogramm von den Messdaten und berechnet die Peak-Intensität oder den Peakbereich des Peaks entsprechend jeder Probenkomponente als die Intensität entsprechend der Probenkomponente. Die Datenverarbeitungseinheit 52 kann die Konzentration und dergleichen der Probenkomponente in der Probe aus der berechneten Intensität berechnen.
Die Ausgabe-Steuer- bzw. Regeleinheit 53 erzeugt ein Ausgabebild, umfassend Informationen, die den Status der Vorrichtungs-Steuerung bzw. -Regelung von der Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit 51 angeben, oder Informationen, die das Analyseergebnis angeben, das mittels der Verarbeitung der Datenverarbeitungseinheit 52 erhalten wird. Die Ausgabe-Steuer- bzw. Regeleinheit 53 steuert bzw. regelt die Ausgabeeinheit 44, sodass sie das Ausgabebild ausgibt.
Massenspektrometrieverfahren 3 ist ein Flussdiagramm, das den Fluss des Massenspektrometrieverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In Schritt S1001 wird ein abgedichteter Behälter (Flüssigkeitsbehälter 24) vorbereitet, der die Flüssigkeit L enthält. Nach Beenden von Schritt S1001 beginnt Schritt S1003. In Schritt S1003 wird das Druckgas in den Behälter eingeleitet, und die Flüssigkeit L und das mittels Verdampfen der Flüssigkeit L erzeugte Gas werden von dem Druckgas mit Druck beaufschlagt. Nach Beenden von Schritt S1003 beginnt Schritt S1005.
In Schritt S1005 leitet die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 das Reaktionsgas, das erhalten wird, indem die Druckflüssigkeit L verdampft wird, mit der Strömung des Druckgases in die Ionisationseinheit 33 ein. Nach Beenden von Schritt S1005 beginnt Schritt S1007. In Schritt S1007 ionisiert die Ionisationseinheit 33 die Probe durch die Reaktion zwischen der Probe, die von der Trennsäule 14 getrennt wird, und dem Reaktionsgas. Nach Beenden von Schritt S1007 beginnt Schritt S1009.
In Schritt S1009 unterzieht die Massenspektrometrieeinheit 30 die ionisierte Probe einer Massentrennung und detektiert die Ionen, die durch die Massentrennung erhalten werden. Nach Beenden von Schritt S1009 beginnt Schritt S1011. In Schritt S1011 analysiert die Datenverarbeitungseinheit 52 die Daten (Messdaten), die durch die Detektion erhalten werden, und zeigt die Informationen an, die durch die Analyse erhalten werden. Nach Beenden von Schritt S1011 endet der Prozess.
Die folgenden Varianten sind ebenfalls innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung und können mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform kombiniert werden. In den folgenden Varianten werden die Teile, die die gleiche Struktur und Funktion aufweisen, wie die der oben beschriebenen Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird gegebenenfalls ausgelassen.
Variante 1
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann der Druck des Druckgases, das für eine wirksame chemische Ionisation erforderlich ist, herabgesetzt werden, indem die Länge oder der Innendurchmesser des Kapillarrohrs 310 der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 angepasst wird.
Die Gesamt-Gasströmungsrate, umfassend das Reaktionsgas, das in die Ionisationseinheit 33 durch die Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 eingeleitet wird, beträgt vorzugsweise 0,1 ml/min oder mehr, noch bevorzugter 0,25 ml/min oder mehr und ferner vorzugsweise 0,4 ml/min oder mehr. Je größer die Gesamt-Gasströmungsrate ist, desto größer ist die Menge des eingeleiteten Reaktionsgases, und daher ist es wahrscheinlicher, dass eine chemische Ionisation stattfindet. Die Gesamt-Gasströmungsrate ist vorzugsweise 1,3 ml/min oder weniger, noch bevorzugter 0,9 ml/min oder weniger, noch bevorzugter 0,8 ml/min oder weniger. In dem Fall, in dem die gesamte Gasströmungsrate zu hoch ist, ist es notwendig, den Druck des Druckgases zu erhöhen, was den Strömungskanal des Druckgases oder des Reaktionsgases und die Vorrichtung und dergleichen nachteilig beeinflussen kann.
Der Druck des Druckgases als Druckdifferenz gegenüber dem atmosphärischen Druck ist vorzugsweise 1 kPa oder mehr, bevorzugter 10 kPa oder mehr, noch bevorzugter 20 kPa oder mehr, noch bevorzugter 30 kPA oder mehr, noch bevorzugter 40 kPA oder mehr, noch bevorzugter 50 kPA oder mehr. In dem Fall, in dem der Druck des Druckgases hoch ist, erhöht sich die Menge des eingeleiteten Reaktionsgases, sodass chemische Ionisation leicht stattfindet. Darüber hinaus ist der Druck des Druckgases als eine Druckdifferenz gegenüber dem atmosphärischen Druck vorzugsweise 500 kPa oder weniger, bevorzugter 400 kPa oder weniger, noch bevorzugter 200 kPa oder weniger, noch bevorzugter 150 kPA oder weniger, noch bevorzugter 100 kPA oder weniger. Wenn der Druck des Druckgases zu hoch ist, können der Strömungskanal des Druckgases oder des Reaktionsgases und die Vorrichtung nachteilig beeinflusst werden oder der Teildruck des Reaktionsgases des in die Ionisationseinheit 33 eingeleiteten Gases kann sich vermindern, wodurch sich die Wirksamkeit des Einleitens des Reaktionsgases verschlechtern kann.
Als ein passendes Beispiel kann der Druck des Druckgases 10 kPa oder mehr als eine Druckdifferenz gegenüber dem atmosphärischen Druck sein, und die Gesamt-Gasströmungsrate, die mittels der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet wird, kann 1 ml/min oder weniger sein. Als ein passendes Beispiel kann der Druck des Druckgases 20 kPa oder mehr als eine Druckdifferenz gegenüber dem atmosphärischen Druck sein, und die Gesamt-Gasströmungsrate kann 0,8 ml/min oder weniger sein.
Aus Sicht des Anpassens des Drucks des Druckgases und der Gesamt-Gasströmungsrate, die mittels der Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300 wie oben beschrieben in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet wird, ist die Länge des Kapillarrohrs 310 vorzugsweise 50 cm oder weniger, bevorzugter 20 cm oder weniger, noch bevorzugter 10 cm oder weniger und noch bevorzugter 5 cm oder weniger. In dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 310 kurz ist, wird die Gesamt-Gasströmungsrate in Bezug auf den Druck des Druckgases groß, und das Reaktionsgas kann effizient in die Ionisationseinheit 33 eingeleitet werden, während der Druck des Druckgases unterdrückt wird. In diesem Fall kann der Innendurchmesser des Kapillarrohrs 310 beispielsweise 0,01 mm oder mehr und 0,1 mm oder weniger, vorzugsweise 0,03 mm oder mehr und 0,05 mm oder weniger sein. Die Länge des Kapillarrohrs 310 kann beispielsweise ungefähr auf 1 cm oder mehr, 3 cm oder mehr eingestellt werden.
Aspekte
Ein Fachmann wird verstehen, dass die zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen oder Variationen davon spezifische Beispiele der folgenden Erscheinungsformen sind.
Punkt 1
Gemäß einem Gesichtspunkt unterzieht eine Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist, und mittels der Ionisationseinheit eine Probe ionisiert, die von einer Trennsäule getrennt wird, eine Probe einer Massentrennung und detektiert Ionen, die in der Massentrennung erhalten werden, ferner umfassend: eine Gaseinleitungseinheit (eine Reaktionsgas-Einleitungseinheit 300), die ein erstes Gas (ein Reaktionsgas), das erhalten wird, indem eine Flüssigkeit in der Ionisationseinheit unter Verwendung eines zweiten Gases (eines Druckgases) erhalten wird, einleitet, wobei die Ionisationseinheit die Probe ionisiert, indem Ionen, die durch Ionisierung des ersten Gases erhalten werden, mit der Probe zur Reaktion gebracht werden. Dadurch kann das Reaktionsgas, das erhalten wird, indem die Substanz in der flüssigen Phase verdampft wird, wirksam in die Ionisationseinheit eingeleitet werden.
Punkt 2
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer Massenspektrometrievorrichtung umfasst die Massenspektrometrievorrichtung gemäß Punkt 1 ferner eine Gaszuführeinheit (eine Reaktionsgas-Zuführeinheit 20), die die Flüssigkeit mittels des zweiten Gases mit Druck beaufschlagt. Weil die Verdampfung der Substanz in flüssiger Phase dadurch gefördert wird, kann das Reaktionsgas, das erhalten wird, indem die Flüssigkeit verdampft wird, wirksamer in die Ionisationseinheit eingeleitet werden.
Punkt 3
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer Massenspektrometrievorrichtung umfasst die Massenspektrometrievorrichtung gemäß Punkt 2 ferner eine Druck-Steuer-bzw. Regeleinheit, die den Druck steuert bzw. regelt, der auf die Flüssigkeit aufgebracht wird. Dadurch kann die Massenspektrometrie unter Verwendung eines Druckgases bei einem passenden Druck unter Steuerung bzw. Regelung ausgeführt werden.
Punkt 4
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer Massenspektrometrievorrichtung beaufschlagt die Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit die Flüssigkeit in der Massenspektrometrievorrichtung gemäß Punkt 2 mit Druck, indem der Druck des zweiten Gases, das in einen abgedichteter Behälter eingeleitet wird, in dem die Flüssigkeit platziert ist, gesteuert bzw. geregelt wird. Dadurch kann das Reaktionsgas wirksam in die Ionisationseinheit eingeleitet werden, ohne eine komplizierte Vorrichtung oder dergleichen und komplizierte Vorgänge zu verwenden.
Punkt 5
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer Massenspektrometrievorrichtung leitet in der Massenspektrometrievorrichtung gemäß einem von Punkt 1 bis Punkt 4 die Gaseinleitungseinheit das Gas, das das erste Gas enthält, bei einem Druck von 1 kPa oder mehr und einer Strömungsrate von 1 ml/min oder weniger in die Ionisationseinheit ein. Daher ist es möglich, eine Verminderung des Teildrucks des Reaktionsgases in dem Gas, das in die Ionisationseinheit eingeleitet wird, zu unterdrücken und das Reaktionsgas wirksam in die Ionisationseinheit einzuleiten.
Punkt 6
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer Massenspektrometrievorrichtung ist die Flüssigkeit in der Massenspektrometrievorrichtung gemäß einem beliebigen Punkt aus Punkt 1 bis Punkt 5 ein organisches Lösungsmittel. Dadurch kann eine Ionisation wirksam ausgeführt werden, indem die Reaktivität des organischen Lösungsmittels mit der Probe genutzt wird.
Punkt 7
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt einer Massenspektrometrievorrichtung ist in der Massenspektrometrievorrichtung gemäß Punkt 6 das organische Lösungsmittel ein beliebiges aus Methanol, Acetonitril, Aceton, Hexan, Isopropanol, Cyclohexan oder Toluol. Weil diese organischen Lösungsmittel bezüglich des Dampfdrucks oder der Protonenaffinität geeignet für eine chemische Ionisation sind, kann eine Ionisation effizienter ausgeführt werden.
Punkt 8
Ein Massenspektrometrieverfahren gemäß einem Gesichtspunkt, das Massenspektrometrie mittels einer Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist, einer Probe ausführt, die von einer Trennsäule getrennt wird, und in die Ionisationseinheit eingeleitet wird, umfasst: Einleiten eines ersten Gases (eines Reaktionsgases), das erhalten wird, indem eine Druckflüssigkeit in der Ionisationseinheit unter Verwendung eines zweiten Gases (eines Druckgases) verdampft wird, wobei: die Probe in der Ionisationseinheit durch die Reaktion zwischen den Ionen ionisiert wird, die erhalten werden, indem das erste Gas und die Probe ionisiert werden. Dadurch kann das Reaktionsgas, das erhalten wird, indem die Substanz in der flüssigen Phase verdampft wird, wirksam in die Ionisationseinheit eingeleitet werden.
Punkt 9
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt eines Massenspektrometrieverfahrens wird in dem Massenspektrometrieverfahren gemäß Punkt 8 ein Gas, das das erste Gas enthält, in die Ionisationseinheit bei einem Druck von 1 kPa oder mehr und einer Strömungsrate von 1 ml/min oder weniger eingeleitet. Daher ist es möglich, eine Verminderung des Teildrucks des Reaktionsgases in dem Gas, das in die Ionisationseinheit eingeleitet wird, zu unterdrücken und das Reaktionsgas wirksam in die Ionisationseinheit einzuleiten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Inhalte der obigen Ausführungsformen begrenzt. Andere Modi, die innerhalb des Geltungsbereichs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, sind ebenfalls im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Beispiele
Nachfolgend werden Beispiele gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen gezeigt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf spezifische Vorrichtungen und dergleichen in den folgenden Beispielen beschränkt. In den folgenden Beispielen wird der Druck als eine Druckdifferenz zum atmosphärischen Druck gezeigt.
Beispiel 1
Benzophenon (Molekulargewicht 182) wurde mittels Elektronenionisation (Vergleichsbeispiel), chemischer Ionisation unter Verwendung von Methanol als ein Reaktionsgas (Beispiel) bzw. chemischer Ionisation unter Verwendung von Methangas als ein Reaktionsgas (Vergleichsbeispiel) ionisiert, um Massenspektrometrie auszuführen. Es wurde unter Verwendung von Argon als Druckgas Druckbeaufschlagung von Methanol in flüssiger Phase ausgeführt. Der Druck des Druckgases betrug 400 kPa.
Analysebedingungen
<System>
Massenspektrometrievorrichtung: GC-MS (GCMS-TQ8040 (Shimadzu))
Trennsäule: SH-Rxi-5Sil MS (Shimadzu GLC) (30 m × 0,25mm I. D., df = 0,25 µm)
<Gaschromatographie>

Einlasstemperatur: 250 °C
Säulenofentemperatur: 60 °C für 1 min, dann die Temperatur bei 25 °C/min auf 300 °C erhöhen und 300 °C für 0,4 min.
Trägergas-Steuerung bzw. -Regelung: Konstante lineare Geschwindigkeit (36,5 cm/s) Probeninjektionsmodus: splitlos
Probeninjektionsvolumen: 1 µl

<Massenspektrometrie>

Schnittstellentemperatur: 290 °C
Ionenquellentemperatur: 230 °C
Messmodus: Scan
Scanbereich: m/z 50 - 500
Ereigniszeit: 0,2 s
Scan-Geschwindigkeit: 2.500 u/s
Länge des Kapillarrohrs, durch das das Reaktionsgas hindurch gelangt: 50 cm
Innendurchmesser des obigen Kapillarrohrs: 0,04 mm

4(A) ist ein Massenspektrum (Vergleichsbeispiel), umfassend Ionen-Peaks von Ionen, die mittels Elektronenionisation von Benzophenon erhalten werden, 4(B) ist ein Massenspektrum (Beispiel), umfassend Ionen-Peaks von Ionen, die mittels chemischer Ionisation von Benzophenon unter Verwendung von Methanol als ein Reaktionsgas erhalten werden, und 4(C) ist ein Massenspektrum (Vergleichsbeispiel), umfassend Ionen-Peaks von Ionen, die mittels chemischer Ionisation von Benzophenon unter Verwendung von Methan als ein Reaktionsgas erhalten werden. In diesen Massenspektren stellt die horizontale Achse m/z dar, und die vertikale Achse stellt eine relative Intensität in Bezug auf den Peak dar, der die höchste Peak-Intensität in jedem der Massenspektren aufweist.
5(A) ist eine vergrößerte Ansicht um m/z 182 in 4(A), 5(B) ist eine vergrößerte Ansicht um m/z 182 in 4(B), und 4(C) ist eine vergrößerte Ansicht um m/z 182 in 4(C). Der Peak entsprechend m/z 182 ist ein Kation (M+) (nachfolgend bezeichnet als Molekülion), das durch direkte Ionisation von Benzophenon durch Thermoelektronen erzeugt wird. Der Peak entsprechend m/z 183 ist ein Kation (MH+) (nachfolgend bezeichnet als ein Ion mit angelagertem Proton), das erzeugt wird, indem ein Proton an Benzophenon durch chemische Ionisation angelagert wird.
Im Falle der Elektronenionisation (4(A) und 5(A)), war die Detektionsintensität des Molekülions (M+) wesentlich höher als die des Ions mit angelagertem Proton (MH+). Sowohl im Falle des Verwendens von verdampftem Methanol in flüssiger Phase als Reaktionsgas (4(B) und 5(B), und im Falle des Verwendens von Methangas als Reaktionsgas (4(C) und 5(C)) wurde die Detektionsintensität des Ions mit angelagertem Proton (MH+) wesentlich höher als die Detektionsintensität des Molekülions (M+).
Beispiel 2
Die Massenspektrometrie von Benzophenon wurde unter den gleichen Analysebedingungen ausgeführt wie in Beispiel 1, mit Ausnahme des Drucks des Druckgases, mittels chemischer Ionisation unter Verwendung von verdampftem Methanol in flüssiger Phase als ein Reaktionsgas. Die Massenspektrometrie wurde für die jeweiligen Fälle ausgeführt, in denen der Druck von Argon, das als Druckgas verwendet wurde, 100 kPa, 200 kPa, 300 kPa bzw. 400 kPa betrug.
6 ist ein Graph, der die Beziehungen zwischen dem Druck des Druckgases und den Peak-Intensitäten entsprechend m/z 33 und m/z 183 in dem in Beispiel 2 erhaltenen Massenspektrum zeigt. Der Peak entsprechend m/z 33 ist der Peak, der Methanol entspricht. Es wurde beobachtet, dass, wenn der Druck von Argon als das Druckgas von 100 kPa auf 400 kPa erhöht wird, die Detektionsintensität von Methanol als das Reaktionsgas zunimmt, und die Detektionsintensität von Ionen mit angelagertem Proton (MH+) ebenfalls zunimmt.
Beispiel 3
Die Massenspektrometrie von Benzophenon wurde unter den gleichen Analysebedingungen ausgeführt wie in Beispiel 1, mit Ausnahme des Typs des Druckgases, mittels chemischer Ionisation unter Verwendung von verdampftem Methanol in flüssiger Phase als ein Reaktionsgas. Die Massenspektrometrie wurde jeweils für Argon, Helium und Stickstoff als Druckgas ausgeführt.
7(A) ist ein Graph, der die Typen von Druckgas und die Verhältnisse der Intensität des Peaks entsprechend m/z 183 zur Intensität des Peaks entsprechend m/z 182 in dem Massenspektrum zeigt, das in Beispiel 3 erhalten wird (nachfolgend als ein Ionenintensitätsverhältnis bezeichnet). Je höher das Verhältnis der Ionenintensität, desto dominanter war die chemische Ionisation gegenüber der Elektronenionisation. Sogar in dem Fall, in dem Helium als das Druckgas verwendet wurde, wurde verglichen mit dem Fall, in dem eine Elektronenionisation ausgeführt wurde, ein höheres Ionenintensitätsverhältnis erhalten (siehe beispielsweise 5(A)), und dies zeigt, dass chemische Ionisation stattfand. In dem Fall, in dem Argon oder Stickstoff als das Druckgas verwendet wurden, wurde die Detektionsintensität der Ionen mit angelagertem Proton, die durch chemische Ionisation hergestellt wurden, wesentlich höher als die Intensität der Molekülionen, die durch Elektronenionisation hergestellt wurden.
Beispiel 4
Die Massenspektrometrie von Benzophenon wurde unter den gleichen Analysebedingungen ausgeführt wie in Beispiel 1, mit Ausnahme des Typs des Druckgases, mittels chemischer Ionisation unter Verwendung einer Vielzahl von Typen von verdampften organischen Lösungsmitteln als Reaktionsgase. Massenspektrometrie wurde jeweils für Acetonitril, Methanol, Aceton, Hexan und Isopropanol als Reaktionsgas ausgeführt.
7(B) ist ein Graph, der die Typen von Reaktionsgas und das Ionenintensitätsverhältnis in den Massenspektren zeigt, die in Beispiel 4 erhalten werden. In dem Fall, in dem Acetonitril als das Reaktionsgas verwendet wurde, wurde verglichen mit dem Fall, in dem eine Elektronenionisation ausgeführt wurde, ein hohes Ionenintensitätsverhältnis erhalten (siehe 5(A)). Ein Ionenintensitätsverhältnis von mehr als 1200 % wurde für alle, Methanol, Aceton, Hexan und Isopropanol beobachtet, und ein Ionenintensitätsverhältnis von mehr als 1600 % wurde für Hexan und Isopropanol beobachtet. Das Ionenintensitätsverhältnis war höher bei, in der Reihenfolge, Isopropanol, Hexan, Aceton und Methanol. Es wurde gezeigt, dass unter Verwendung von organischem Lösungsmittel, das in Beispiel 4 als das Reaktionsgas verwendet wird, chemische Ionisation wesentlich dominanter als Elektronenionisation stattfand.
Beispiel 5
Massenspektrometrie von Benzophenon wurde unter den Analysebedingungen wie in Beispiel 1 ausgeführt, ausgenommen für die Länge des Kapillarrohrs und den Typ und Druck des Druckgases, unter Verwendung von verdampftem Methanol in flüssiger Phase als das Reaktionsgas und Stickstoff als das Druckgas. Bei der gewöhnlichen chemischen Ionisation unter Verwendung von Methangas oder dergleichen als das Reaktionsgas wird das Kapillarrohr verwendet, das eine Länge von 50 cm aufweist. In dem vorliegenden Beispiel wurde in dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 50 cm betrug, der Druck des Druckgases auf 400 kPa eingestellt, und die oben erwähnte Massenspektrometrie wurde ausgeführt. In dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 10 cm betrug, wurde die oben erwähnte Massenspektrometrie unter den Bedingungen ausgeführt, dass der Druck des Druckgases 50 kPa, 100 kPa, 150 kPa und 200 kPa betrug. In dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 5 cm betrug, wurde die oben erwähnte Massenspektrometrie unter den Bedingungen ausgeführt, dass der Druck des Druckgases 20 kPa, 50 kPa, 100 kPa und 150 kPa betrug. In dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 3 cm betrug, wurde die oben erwähnte Massenspektrometrie unter den Bedingungen ausgeführt, dass der Druck des Druckgases 20 kPa, 30 kPa, 40 kPa und 50 kPa betrug.
Aus den Daten entsprechend dem Massenspektrum, das durch Massenspektrometrie erhalten wurde (nachfolgend als Massenspektrumsdaten bezeichnet) wurde das Signal/Rausch-Verhältnis zusätzlich zu dem Ionenintensitätsverhältnis berechnet. Das Signal/Rausch-Verhältnis wurde als Effektivwert der Intensität durch automatisches Suchen von Daten entsprechend 1 Minute mit dem niedrigsten Rauschen in den Massenspektrumsdaten, die dem Glättungsprozess nicht unterzogen wurden, berechnet.
8 ist ein Graph (n = 3), der die Längen der Kapillarrohre, die Drücke des Druckgases und die Ionenintensitätsverhältnisse und die Signal/Rausch-Verhältnisse in dem in Beispiel 4 erhaltenen Massenspektrum zeigt. Die schraffierten Balken zeigen die Signal/Rausch-Verhältnisse, und die schwarzen Balken zeigen die Ionenintensitätsverhältnisse. Der Druck in dem Graphen gibt den Druck des Druckgases an.
8 zeigt, dass, wenn der Druck des Druckgases konstant ist, während die Länge des Kapillarrohrs kürzer wird, chemische Ionisation stärker als Elektronenionisation stattfindet, und das Signal/Rausch-Verhältnis ebenfalls dazu neigt anzusteigen.
In dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 10 cm beträgt und der Druck des Druckgases 50 kPa oder mehr und 150 kPa oder weniger beträgt, in dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 20 cm und der Druck des Druckgases 20 kPa oder mehr und 100 kPa oder weniger beträgt, und in dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 3 cm und der Druck des Druckgases 20 kPa oder mehr und 40 kPa oder weniger beträgt, wenn die Länge des Kapillarrohrs konstant ist, gibt es eine Tendenz, dass je höher der Druck des Druckgases ist, desto höher das Ionenintensitätsverhältnis und das Signal/Rausch-Verhältnis sind. Wenn jedoch der Druck des Druckgases höher als diese Werte wird, kann sich das Ionenintensitätsverhältnis oder das Signal/Rausch-Verhältnis verringern. Es wird erachtet, dass das Verringern des Ionenintensitätsverhältnisses teilweise der Unterdrückung der Ionisation zuzurechnen ist. Ferner wird erachtet, dass das Verringern des Signal/Rausch-Verhältnisses teilweise dem Erhöhen der Basislinie zuzurechnen ist, was durch hohen Druck verursacht wird.

Unter jeder Bedingung von 8 werden die Gesamt-Gasströmungsraten von in die Ionenquelle eingeleitetem Gas, die von der Länge des Kapillarrohrs und dem Druck des Druckgases bei einer Temperatur von 25 °C berechnet werden, nachfolgend gezeigt.

Länge des Kapillarrohrs	Druck des Druckgases	Gesamt-Gasströmungsrate
50 cm	400 kPa	0,53 ml/min
10 cm	50 kPa	0,24 ml/min
10 cm	100 kPa	0,43 ml/min
10 cm	150 kPa	0,66 ml/min
10 cm	200 kPa	0,95 ml/min
5 cm	20 kPa	0,31 ml/min
5 cm	50 kPa	0,48 ml/min
5 cm	100 kPa	0,85 ml/min
5 cm	150 kPa	1,33 ml/min
3 cm	20 kPa	0,52 ml/min
3 cm	30 kPa	0,60 ml/min
3 cm	40 kPa	0,70 ml/min
3 cm	50 kPa	0,80 ml/min

Wie zuvor beschrieben wurde, wurde in dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 50 cm und der Druck des Druckgases 400 kPa betrug, die Gesamt-Gasströmungsrate zu 0,53 ml/min berechnet, und in dem Fall, in dem die Länge des Kapillarrohrs 3 cm und der Druck des Druckgases 20 kPa betrug, wurde die gesamte-Gasströmungsrate zu 0,52 ml/min berechnet. In dem ersten Fall und in dem letzten Fall waren die Gesamt-Gasströmungsraten von Gas, das in die Ionenquelle eingeleitet wurde, im Wesentlichen gleich. Im letzten Fall wird jedoch erachtet, dass der Teildruck des Reaktionsgases in hohem Maße erhöht wird, und somit chemische Ionisation wirksamer stattfand und das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert wurde.
Auf die Offenbarung der folgenden Prioritätsanmeldung wird in diesem Dokument verwiesen: Vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 62/652973 , eingereicht am 5. April 2018
Bezugszeichenliste

1: Analytische Vorrichtung,
11: Trägergas-Strömungskanal,
14: Trennsäule,
21: Erster Druckgaskanal,
23: Zweiter Druckgaskanal,
25: Reaktionsgas-Strömungskanal,
30: Massenspektrometrieeinheit
35: Massentrenneinheit,
10: Gaschromatograph,
12: Probeneinleitungseinheit,
20: Reaktionsgas-Zuführeinheit,
22: Druckanpassungseinheit,
24: Flüssigkeitsbehälter,
26: Sicherheitsventil,
31: Vakuumbehälter,
33: Ionisationseinheit,
36: Detektionseinheit,
40: Informationsverarbeitungseinheit,
44: Ausgabeeinheit,
50: Steuer- bzw. Regeleinheit,
51: Vorrichtungs-Steuer- bzw. Regeleinheit,
52: Datenverarbeitungseinheit,
100: Messeinheit,
300: Reaktionsgas-Einleitungseinheit,
310: Kapillarrohr
320: Reaktionsgas-Einleitungsanschluss,
511: Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit,
512: Einleitungs-Steuer- bzw. Regeleinheit
G1: Trägergas-Zufuhrquelle
G2: Reaktionsgas-Zufuhrquelle,
In: Ion,
L: Flüssigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62652973 [0084]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Pelt CKV, Brenna JT. „Acetonitrile chemical ionization tandem mass spectrometry to locate double bonds in polyunsaturated fatty acid methyl esters“ Analytical Chemistry, (USA), American Chemical Society, May 15, 1999, Band 71, Ausgabe 10, S.1981-1989 [0003]

Claims

Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist und mittels der Ionisationseinheit eine Probe ionisiert, die von einer Trennsäule getrennt wird, die Probe einer Massentrennung unterzieht und Ionen detektiert, die in der Massentrennung erhalten werden, umfassend: eine Gaseinleitungseinheit, die ein erstes Gas, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, unter Verwendung eines zweiten Gases in die Ionisationseinheit einleitet, wobei: die Ionisationseinheit die Probe ionisiert, indem Ionen, die erhalten werden, indem das erste Gas ionisiert wird, mit der Probe umgesetzt werden.
Massenspektrometrievorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Gaszufuhreinheit, die die Flüssigkeit mittels des zweiten Gases mit Druck beaufschlagt.
Massenspektrometrievorrichtung nach Anspruch 2, überdies umfassend: eine Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit, die den Druck steuert bzw. regelt, mit dem die Flüssigkeit beaufschlagt wird.
Massenspektrometrievorrichtung nach Anspruch 3, wobei: die Druck-Steuer- bzw. Regeleinheit die Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt, indem der Druck des zweiten Gases, das in einen abgedichteten Behälter eingeleitet wird, in dem die Flüssigkeit platziert ist, gesteuert bzw. geregelt wird.
Massenspektrometrievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Gaseinleitungseinheit das Gas, das das erste Gas enthält, bei einem Druck von 1 kPa oder mehr und einer Strömungsrate von 1 ml/min oder weniger in die Ionisationseinheit einleitet.
Massenspektrometrievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Flüssigkeit ein organisches Lösungsmittel ist.
Massenspektrometrievorrichtung nach Anspruch 6, wobei: das organische Lösungsmittel ein beliebiges aus Methanol, Acetonitril, Aceton, Hexan, Isopropanol, Cyclohexan oder Toluol ist.
Massenspektrometrieverfahren, das Massenspektrometrie mittels einer Massenspektrometrievorrichtung, die mit einer Ionisationseinheit versehen ist, einer Probe ausführt, die von einer Trennsäule getrennt wird und in die Ionisationseinheit eingeleitet wird, wobei das Verfahren umfasst: Einleiten eines ersten Gases, das erhalten wird, indem eine Flüssigkeit verdampft wird, unter Verwendung eines zweiten Gases in die Ionisationseinheit, wobei: in der Ionisationseinheit die Probe durch die Reaktion mit Ionen ionisiert wird, die erhalten werden, indem das erste Gas ionisiert wird.
Massenspektrometrieverfahren nach Anspruch 8, wobei: ein Gas, das das erste Gas enthält, bei einem Druck von 1 kPa oder mehr und einer Strömungsrate von 1 ml/min oder weniger in die Ionisationseinheit eingeleitet wird.