JP2000097911A

JP2000097911A - 質量分析計及びそのイオン源

Info

Publication number: JP2000097911A
Application number: JP11303243A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Takada; 安章高田; Minoru Sakairi; 実坂入; Tsudoi Hirabayashi; 集平林; Hideaki Koizumi; 英明小泉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2000-04-07
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP3691312B2

Abstract

(57)【要約】【課題】溶液中で電荷を持たない中性試料の分析、及
び種々のバッファ液の使用を可能にして、キャピラリー
電気泳動・質量分析計の適応範囲を拡大する。【解決手段】キャピラリー電気泳動部１８で分離した
試料溶液を霧化部１９で霧化した後、気化部２０で加熱
気化し、得られたガス状の試料分子をコロナ放電部を備
える化学イオン化部２１で化学反応によりプロトン付加
反応等によりイオン化する。こうして生成された試料分
子に関するイオンをイオン導入細孔１０ａから真空室に
導入し、質量分析部１４及びイオン検出器１５によって
分析する。【効果】化学イオン化により試料をイオン化するの
で、溶液中で電荷を持たない試料も分析できる。また、
イオン性の物質に対して感度が低いので塩を加えたバッ
ファ液を使用できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば糖やペプチ
ド、蛋白質等の生体関連の混合試料の分離分析に用いら
れる、キャピラリー電気泳動と質量分析計とを結合した
装置、すなわちキャピラリー電気泳動・質量分析計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、分析の分野では、生体関連物質の
質量分析法の開発が重要視されている。生体関連物質は
通常混合物として溶液中に溶け込んでいるため、混合物
を分離する手段と質量分析計とを結合する装置の開発が
進められている。この方法の代表的な装置として、キャ
ピラリー電気泳動・質量分析計がある。キャピラリー電
気泳動は混合物の分離に優れるが物質の同定ができず、
一方質量分析計は感度も高く物質の同定能力に優れるが
混合物の分析は困難である。そこで、キャピラリー電気
泳動の検出器として質量分析計を用いるキャピラリー電
気泳動・質量分析計は、混合物の分析に対して大変有効
である。

【０００３】図１３により、アナリティカル・ケミスト
リー、１９８８年、第６０巻、１９４８頁〔Analytical
Chemistry, 60, 1948(1988)〕に記載されている静電噴
霧イオン化法を用いた従来のキャピラリー電気泳動・質
量分析計について説明する。

【０００４】キャピラリー１は、外径約数百マイクロメ
ートル、内径約数十マイクロメートルのフューズドシリ
カ製毛細管である。キャピラリー１の内部は緩衝溶液が
満たされており、このキャピラリー１の末端２ａから試
料溶液がキャピラリー１中に導入される。試料導入後、
末端２ａは緩衝溶液３の入った緩衝溶液槽４内に保持さ
れる。キャピラリー１の他の末端２ｂは金属管５の内部
に挿入される。一般に、キャピラリー中を流れる緩衝溶
液の流量は少なく、緩衝溶液だけを安定に連続的に噴霧
させることは困難である場合が多い。そこで、キャピラ
リー１と金属管５との隙間には噴霧を補助するための噴
霧補助溶液６が導入される。高圧電源７ａにより、キャ
ピラリー１の末端２ａと金属管５との間に高電圧を印加
すると、噴霧補助溶液６を介してキャピラリー１の他の
末端２ｂと金属管５が電気的に接触し、キャピラリー１
の両端２ａ、２ｂに電圧が印加される。試料は電気泳動
分離されながら末端２ｂ方向へ送られる。

【０００５】末端２ｂまで到達した試料は、噴霧補助溶
液６と混合された後、金属管５と対向する電極８ａとの
間に噴霧電源９から印加される電圧により静電噴霧され
る。

【０００６】噴霧により生成した液滴中には試料分子に
関するイオンが含まれている。このイオンは、イオン導
入細孔１０ａ、排気系１１ａにより排気された差動排気
部１２、イオン導入細孔１０ｂを通して、排気系１１ｂ
により高真空に排気された高真空部１３に導入される。
真空中に導入されたイオンは質量分析部１４で質量分離
され、イオン検出器１５で検出される。検出された信号
は信号ライン１６によりデータ処理装置１７へと送られ
処理される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のキャピラリー電
気泳動・質量分析計では、試料のイオン化に静電噴霧イ
オン化法を用いていた。静電噴霧イオン化法は、溶液中
にイオンとして存在する蛋白質、ぺプチドなどの高極性
物質を気体状のイオンとして取り出す方法である。この
ため、従来のキャピラリー電気泳動・質量分析計では、
溶液中で電荷を持たない中性物質は高感度で検出するこ
とができなかった。これらの中性物質には、各種の医薬
品や神経伝達物質として知られるアミン類などが含まれ
る。従って、これらの電気的に中性な試料の分析は、バ
イオや医学の研究上、極めて重要である。

【０００８】一方、キャピラリー電気泳動法において
は、緩衝溶液に界面活性剤を加えてミセルを形成させ、
各試料によるミセルへの分配の差を利用して電荷を持た
ない中性物質を分離する、ミセル導電クロマトグラフィ
なども開発されている。従って、キャピラリー電気泳動
・質量分析計の適応範囲を拡大するため、溶液中で電荷
を持たない中性物質も高感度で分析できる装置の開発が
望まれていた。

【０００９】また、従来の静電噴霧法で得られるイオン
強度は、近似的に次式で与えられる〔J. H. Wahl et a
l., Electrophoresis, 14, 448(1993)〕。

【００１０】Ｉ(Ａ⁺)∝Ｖ(Ａ⁺)／Ｖ(Ｂ⁺) ここで、Ｉ(Ａ⁺)は分析対象とするイオン(Ａ⁺)の信号強
度、Ｖ(Ａ⁺)は分析対象とするイオン(Ａ⁺)の流量、Ｖ
(Ｂ⁺)はそれ以外の夾雑イオン(Ｂ⁺)の流量を表す。従っ
て、静電噴霧法で高感度を実現するためには、試料溶液
中の夾雑イオンを除去することが重要になる。

【００１１】一方、キャピラリー電気泳動法では、試料
分子の壁面への吸着などを防ぐために、電気泳動用バッ
ファ中に高濃度の塩を加える方法が良く用いられる。こ
のようなバッファは、塩が解離して生じた夾雑イオン
（Ｎａ⁺、Ｋａ⁺等）を大量に含み、上式の分母が著し
く大きくなって分析対象とするイオンの信号強度が低下
するため、従来の静電噴霧法を用いたキャピラリー電気
泳動・質量分析計では使用が困難であった。

【００１２】また、上述のミセル導電キャピラリークロ
マトグラフィでは、バッファ中にＳＤＳ（ドデシル硫酸
ナトリウム）等の界面活性剤のミセルを形成させて分析
するが、これを行うためにはバッファ中に臨界値（臨界
ミセル濃度）を超える濃度の界面活性剤を加える必要が
ある。この条件では、界面活性剤から遊離したカチオ
ン、アニオンがバッファ中に大量に存在するため、従来
の静電噴霧法ではこれら夾雑イオンの影響により試料イ
オンの観測が困難になる。

【００１３】以上のような理由により、バッファ中の塩
の影響を受けにくいキャピラリー電気泳動・質量分析計
が求められている。

【００１４】本発明の第１の目的は、従来の静電噴霧イ
オン化法ではイオン化しにくい溶液中で電気的に中性で
ある物質を高感度で分析できるキャピラリー電気泳動・
質量分析計を提供することである。また、本発明の第２
の目的は、従来のキャピラリー電気泳動・質量分析計に
おいて使用が困難であった電気泳動用バッファを使用可
能とすることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、キャ
ピラリーから送られて来る試料溶液を霧化し、得られた
液滴を気化して得られるガス状の試料分子を化学反応に
よりイオン化し、この試料分子に関するイオンを質量分
析部で質量分析することにより前記目的を達成する。

【００１６】図１は、本発明のキャピラリー電気泳動・
質量分析計の構成を示す概略図である。キャピラリー電
気泳動部１８で分離された試料は緩衝溶液とともに霧化
部１９にて噴霧される。噴霧により得られた液滴は気化
部２０において気化が促進される。気化部２０で生成さ
れたガス状の試料分子は化学イオン化部２１において化
学反応によりイオン化される。

【００１７】試料分子に関するイオンは、イオン導入細
孔１０ａ、排気系１１ａにより排気された差動排気部１
２、イオン導入細孔１０ｂを通して、排気系１１ｂによ
り高真空に排気された高真空部１３に導入される。真空
中に導入されたイオンは質量分析部１４で質量分離さ
れ、イオン検出器１５で検出される。検出信号は信号ラ
イン１６によりデータ処理装置１７へ送られて処理され
る。

【００１８】化学イオン化部は作動排気部１２に設けて
もよい。作動排気部１２は数パスカルから数百パスカル
の圧力を有しており、試料分子と反応ガスとの衝突が生
じるため化学反応によってイオンを生成することができ
る。

【００１９】キャピラリー電気泳動部における分離モー
ドとしては、キャピラリー中に自由溶媒を充填し、各々
の試料の易動度の差により分離するキャピラリーゾーン
電気泳動、キャピラリー中にゲルを充填し、ゲルの分子
ふるい効果を利用して分離するキャピラリーゲル電気泳
動、キャピラリー中に水素イオン濃度の勾配を設け、試
料の等電点の違いにより分離するキャピラリー等電点電
気泳動、緩衝溶液に界面活性剤を加えてミセルを形成さ
せ、各試料によるミセルへの分配の差を利用して分離す
るミセル導電キャピラリークロマトグラフィなど種々の
モードがあるが、本発明はそのいずれの分離モードに対
しても適用することができる。

【００２０】試料溶液の霧化部には、静電噴霧、加熱噴
霧、ガス噴霧、超音波振動子を用いる噴霧手段等、任意
の霧化手段を利用することができる。また、気化部とし
ては、加熱した金属ブロックや赤外線照射等の手段を用
いることができる。

【００２１】化学イオン化部は、Ａを分析対象とする試
料分子とし、Ｂを反応ガスの分子とすると主に以下のプ
ロトン付加反応又はプロトン脱離反応によって試料分子
Ａに関するイオンを生成する。

【００２２】Ａ＋ＢＨ⁺→ＡＨ⁺＋Ｂ（プロトン付加反応）Ａ＋Ｂ^-→（Ａ−Ｈ)^-＋ＢＨ（プロトン脱離反応）例えば大気中でコロナ放電を起こすことによってヒドロ
ニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）あるいはそのクラスターイオン
〔Ｈ₃Ｏ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n〕を生成し、それと試料分子Ａとの
以下の反応を利用して試料Ａに関するイオンＡＨ⁺を生
成する。

【００２３】Ａ＋Ｈ₃Ｏ⁺→ＡＨ⁺＋Ｈ₂Ｏこのようにキャピラリー末端から送られて来る試料溶液
を霧化し、得られたガス状の試料分子を化学反応により
イオン化するので、溶液中で電荷を持たない試料分子に
関するイオンが得られる。このイオンを質量分析部にて
分析することにより、キャピラリー電気泳動・質量分析
計の適応範囲を拡大することができる。

【００２４】また、コロナ放電を用いる本発明の化学イ
オン化法によると、従来の静電噴霧イオン化法で高感度
に分析できた溶液中でイオンになっているイオン性物質
はむしろ検出されにくくなる。この理由は、イオン性物
質は静電噴霧するだけでガス状のイオンに変換されるた
め、イオン導入細孔の前に設けられたコロナ放電を発生
させるための電界により軌道を曲げられ、イオン細孔ま
で到達できないためと考えられる。すなわち、本発明
は、電荷をもたずに化学イオン化部まで到達した試料分
子をイオン化して分析するものであり、本発明で分析で
きる試料分子と従来の静電噴霧イオン化法で分析できる
試料分子にはいわば相補的な関係がある。

【００２５】従って、本発明のキャピラリー電気泳動・
質量分析計は、電気泳動用バッファに塩を含有させても
その塩に由来するイオンに対しては感度が低いため、従
来の静電噴霧法を用いたキャピラリー電気泳動・質量分
析計に比べて、バッファ溶液の選択の幅を広げることが
でき、キャピラリー電気泳動・質量分析計の応用範囲を
飛躍的に拡大することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により詳細
に説明する。

【００２７】霧化部の霧化法に静電噴霧を用い、気化部
として加熱した金属ブロックを用いた例を図２に示す。
内径数十マイクロメートル、外径数百マイクロメートル
のフューズドシリカ製キャピラリー１の内部には緩衝溶
液が満たされており、このキャピラリー１の末端２ａか
ら試料溶液がキャピラリー１中に導入される。試料導入
後、末端２ａは緩衝溶液３の入った緩衝溶液槽４内に保
持される。キャピラリー１の他の末端２ｂは金属管５の
内部に挿入され、キャピラリー１と金属管５との隙間に
は噴霧を補助するための噴霧補助溶液６として水、有機
溶媒あるいはそれらの混合溶液が毎分数マイクロリット
ルの流量で導入される。高圧電源７ａにより、キャピラ
リー１の末端２ａと金属管５との間に数十ｋＶの高電圧
を印加すると、噴霧補助溶液６を介してキャピラリー１
の他の末端２ｂと金属管５が電気的に接触し、キャピラ
リー１の両端２ａ、２ｂに電圧が印加される。試料は電
気泳動分離されながら末端２ｂ方向へ送られる。末端２
ｂまで到達した試料は、噴霧補助溶液６と混合された
後、数ｋＶの噴霧電源９により金属管５と金属ブロック
２２に印加される高電圧により静電噴霧される。金属ブ
ロック２２はヒーターにより約３００℃程度に加熱され
ている。噴霧により生成された液滴は、金属ブロック２
２の開口部２３を通過する間に、熱により気化される。

【００２８】直径約０．３ｍｍのイオン導入細孔１０ａ
付近には針状電極２４が設けられる。この針状電極２４
には高圧電源７ｂにより数ｋＶの高電圧が印加され、針
状電極２４とイオン導入細孔１０ａの開口する電極８ａ
との間にコロナ放電が生成される。液滴の気化により得
られたガス状の試料分子がコロナ放電部分に到達する
と、コロナ放電により生成されたヒドロニウムイオンな
どの一次イオンと化学反応を起こし、試料分子のイオン
化が達成される。

【００２９】キャピラリーの末端２ｂは、図３に示すよ
うに、気化部の中に設けても良い。

【００３０】また、同じく図３に示すように、溶液を金
属ブロック２２に向けて直接噴霧してもよい。試料溶液
は金属管５と金属ブロック２２との間に電源９から印加
される高電圧によって静電噴霧される。金属管５と金属
ブロック２２との間の絶縁は絶縁管２５により行う。溶
液の沸点より高い温度に加熱された金属ブロック２２に
吹き付けられた液滴は瞬時に気化し、ガス状の試料分子
が得られる。試料分子がコロナ放電部分に到達すると、
コロナ放電により生成されたヒドロニウムイオンなどの
一次イオンと化学反応を起こし、試料分子のイオン化が
達成される。試料分子に関するイオンはイオン導入細孔
１０ａ、１０ｂ、排気系１１ａによって数十Ｐａから数
百Ｐａ程度に排気された差動排気部１２を介して排気系
１１ｂによって１０^-3Ｐａ程度に排気された高真空中に
取り込まれ、質量分析部１４及びイオン検出部１５によ
って質量分析される。試料分子のイオン化部への到達効
率を高めるため、図３に示したように、金属ブロック２
２内部に傾斜壁を設けてその傾斜壁に向けて斜め方向か
ら静電噴霧し、かつイオン化部に向けて窒素などのガス
２６を流しても良い。このガス２６は予め室温以上に加
熱されていることが望ましい。

【００３１】また、図２に示した構成において、静電噴
霧で大きな液滴が生成されてしまうと、加熱金属ブロッ
ク２２による気化部では完全に気化できず、針状電極２
４によってコロナ放電が発生している化学イオン化部に
液滴のまま到達する場合がある。液滴がコロナの生じて
いる部分に到達すると、針状電極２４とイオン導入細孔
１０ａとを短絡させ、電源等を故障させる可能性があ
る。これを防ぐためには、図４に示すように、キャピラ
リー１及び金属管５の末端２ｂと針状電極２４によりコ
ロナ放電が発生している化学イオン化部とを遮蔽するよ
うに電極８ｂを配置し、その電極８ｂに向けて静電噴霧
させても良い。この場合、液滴の気化効率を上げるた
め、電極８ｂはヒーター２７ａにより加熱されているこ
とが望ましい。図４に示した構成により、ガス状の分子
だけが化学イオン化部に運ばれイオン化されるため、液
滴が針状電極２４に付着することによる短絡が回避され
る。図４において、電極８ｂの形状は板状のものだけで
はなく、メッシュであっても良い。試料分子の化学イオ
ン化部２１への到達効率を上げるため、図３と同様に、
化学イオン化部２１に向けてガス２６を流しても良い。

【００３２】計測対象とする試料分子の揮発性が高く、
溶液を噴霧するだけで十分な量のガス状の試料分子が得
られる場合には、図１から図４に示した実施例におい
て、特に気化部を設けなくともよい。また、気化部を設
けない場合には、図２から図４に記載した針状電極を省
略し、装置の構成をさらに単純にすることも可能であ
る。そのような実施例を図５に示す。

【００３３】図５は、化学イオン化を用いたキャピラリ
ー電気泳動・質量分析計において、静電噴霧を行う金属
管５にさらに高い電圧を印加してコロナ放電を起こさせ
る構成を示した図である。キャピラリー１の末端２ｂま
で到達した試料は、噴霧補助溶液６と混合された後、噴
霧電源９により金属管５と電極８ａとの間に印加される
高電圧により静電噴霧される。ここで、電源９により金
属管５に印加する電圧をさらに高く６〜１０ｋＶ程度に
すると、金属管５と電極８ａとの間にコロナ放電が生じ
る。コロナ放電が生じている条件でも溶液は噴霧され続
けるため、噴霧により得られたガス状の試料分子はコロ
ナ放電により生成される一次イオンと化学反応を起こ
し、試料分子に関する擬似分子イオンが得られる。すな
わち、図５に示した構造は図１３に示した従来技術と同
一であるが、電源９によりコロナ放電を起こすほどの高
電圧を金属管５に印加している点が従来技術と異なる。

【００３４】次に、図１３に示す従来の静電噴霧イオン
化を用いるキャピラリー電気泳動・質量分析計と、図２
に示す本発明による大気圧化学イオン化を用いるキャピ
ラリー電気泳動・質量分析計で得られる質量スペクトル
の差について述べる。

【００３５】内径５０μｍ、外径１５０μｍのフーズド
シリカキャピラリーチューブ１の一端を内径２００μ
ｍ、外径４００μｍのステンレス管５に挿入した。キャ
ピラリー１の両端には電源７ａによって正味１０ｋＶの
電気泳動電圧を印加した。電気泳動用バッファ液には、
３０ｍＭの酢酸アンモニウム水溶液とアセトニトリルを
１対１で混合したｐＨ７．２の溶液を用いた。キャピラ
リー１とステンレス管５との間には、噴霧を補助するた
めの噴霧補助液として水とメタノールの１対１混合溶液
を流量２μｌ／ｍｉｎで導入した。静電噴霧電源９によ
る印加電圧は約３ｋＶとした。

【００３６】図２に示す本発明の装置においては、前記
条件に加えて、約３００℃に加熱した金属ブロック２２
からなる気化部を設け、静電噴霧により得られた液滴を
気化した。針状電極２４には電源７ｂから２．５ｋＶの
電圧を印加し、イオン導入細孔１０ａ付近にコロナ放電
を発生させた。試料分子は、コロナ放電で生成されるヒ
ドロニウムイオンなどの一次イオンとの化学反応により
イオン化される。

【００３７】バッファ液のみを噴霧したとき得られるバ
ックグラウンドの質量スペクトルを図６及び図７に示
す。図の横軸はイオンの分子量ｍを電荷数ｚで割った
値、縦軸はイオン強度を表す。図６は、図１３に示す従
来の装置で測定した質量スペクトル、図７は、図２に示
す本発明の装置で測定した質量スペクトルである。従来
のキャピラリー電気泳動・質量分析計では、図６に示し
たように、バッファ溶液中に加えられた酢酸アンモニウ
ムに由来するアンモニウムイオンが強く検出されてい
る。これは、溶液中で酢酸アンモニウムが解離して得ら
れるアンモニウムイオンが静電噴霧により気相中に取り
出されたためである。有機溶媒分子はアンモニア分子に
比べて極性が低いため、高極性物質やイオン性物質に有
効な静電噴霧法では高感度で検出できなかった。一方、
本発明によるキャピラリー電気泳動・質量分析計では、
図７に示したように、アンモニウムイオンは全く検出さ
れず、アセトニトリルやメタノールなどの有機溶媒のプ
ロトン付加分子イオンが強く検出される。これらのプロ
トン付加イオンは、蒸発してガス状になった有機溶媒分
子が化学イオン化部においてイオン化され、検出された
ものである。

【００３８】次に、各々５×１０^-4ｍｏｌ／ｌのイオン
性の物質である Timepidium 及び溶液中で電荷を持たな
い中性の物質である Caffeine を試料として用意し、落
差法によってキャピラリー１の陽極側に約３ｎｌ導入し
て分析を行った。図１３に示す従来装置による測定結果
を図８に、図２に示す本発明による装置による測定結果
を図９に示す。図８に示されるように、従来の静電噴霧
法を用いたキャピラリー電気泳動・質量分析計による
と、イオン性の物質である Timepidium が強く検出され
るとともに Caffeine の検出強度が弱い。一方、本発明
の化学イオン化法を用いたキャピラリー電気泳動・質量
分析計によると Timepidium が全く検出されないにもか
かわらず、Caffeine が従来法によるよりも強く検出さ
れている。

【００３９】化学イオン化法を用いることによりイオン
性物質である Timepidium が検出されないのは、イオン
性物質は静電噴霧するだけでガス状のイオンに変換され
るため、イオン導入細孔の前に設けられたコロナ放電を
発生させるための針状電極により形成される電界により
軌道を曲げられ、イオン導入細孔１０ａまで到達できな
いためと考えられる。

【００４０】図６と図７及び図８と図９を比較すると明
らかなように、本発明によるキャピラリー電気泳動・質
量分析計は従来のキャピラリー電気泳動・質量分析計と
異なるイオン種を生成して分析することができる。ま
た、従来のキャピラリー電気泳動・質量分析計では、電
気泳動用バッファ中に塩を加えるとその塩の信号強度が
強く現れる反面、分析対象とするイオンの信号強度は低
下するため、バッファ中に高濃度の塩を添加することは
できなかった。これに対して、本発明の装置によって測
定された質量スペクトルにはバッファ中に加えた塩に由
来するスペクトルはほとんど見られない。従って、本発
明によるキャピラリー電気泳動・質量分析計には種々の
塩を含んだバッファ溶液を用いることができ、バッファ
溶液の選択の幅が広がる。このように、本発明によると
キャピラリー電気泳動・質量分析計の応用範囲を飛躍的
に拡大することができる。

【００４１】キャピラリーの内径が太い場合、電気浸透
流の流速が早い場合、あるいは溶液を噴霧する金属管の
外径が細いなどの理由により、キャピラリー末端から送
られて来るバッファ溶液の流量が安定に静電噴霧を持続
させるのに十分である場合には、図２から図５に示した
噴霧補助溶液を用いなくとも良い。噴霧補助溶液を用い
ない実施例を図１０に示す。キャピラリーの末端２ｂ部
分の外壁には導電性を有するコーティング２８が施され
ている。コーティング２８に電源９から数ｋＶの高電圧
を印加すると、キャピラリーの末端２ｂに送られて来る
緩衝溶液はコーティング２８と電気的に接触し静電噴霧
される。静電噴霧により生成された液滴は、図２から図
５に示した実施例と同様に、３００℃程度に加熱された
金属ブロック２２からなる気化部に導入されて気化さ
れ、気化された試料分子は針状電極２４によるコロナ放
電でヒドロニウムイオン等が生成されている化学イオン
化部へと導入される。

【００４２】混合試料を分離する必要が無くフローイン
ジェクション法により分析する場合でも、試料溶液の量
が少ないなどの理由により低流量で試料溶液を送液する
必要がある場合には、図２から図１０に示した静電噴霧
と大気圧化学イオン化を用いる方法は有効である。図１
１に、フローインジェクション分析を行う場合の構成を
示す。ポンプなどから構成される送液系２９から送られ
た試料溶液は、配管３０、コネクタ３１を介して金属管
５に導入される。金属管５に電源９から２〜１０ｋＶ程
度の高電圧を印加することにより試料溶液を静電噴霧さ
せる。液滴は加熱された金属ブロックからなる気化部で
気化され、気化された試料分子はコロナ放電で生成され
たヒドロニウムイオン等が存在する化学イオン化部にて
イオン化される。試料分子に関するイオンはイオン導入
細孔１０ａ、１０ｂを通して真空中に取り込まれ、質量
分析部１４で質量分析される。従って、低流量でフロー
インジェクション分析を行う場合でも、化学イオン化に
よる質量分析が可能となる。

【００４３】図２から図５、あるいは図１０、図１１に
示した実施例では、溶液を霧化する手段に静電噴霧を用
いているが、霧化の方法には加熱噴霧、ガス噴霧、超音
波振動子を用いる方法、またはそれらを複合した方法な
ど多くの手法が考えられる。

【００４４】本発明はいずれの霧化方法に対しても適用
できる。また、上記の実施例では、液滴の気化の手段に
加熱した金属ブロックを用いる構成を示したが、液滴の
気化には赤外線を照射する方法などを用いてもよい。

【００４５】図１２に、霧化手段にガス噴霧を、また、
気化手段に赤外線の照射を用いる実施例を示す。キャピ
ラリーの末端２ｂに到達した試料は噴霧補助溶液と混合
された後、噴霧用ガス３２により噴霧される。噴霧によ
り得られた液滴は、気化部へと送られる。気化部では、
電源３４に接続されたヒーター２７ｂから放射される赤
外線を液滴に照射し、液滴を気化させる。液滴がヒータ
ー２７ｂに直接当たることによりヒーターの劣化が起こ
る場合には、ヒーター２７ｂを保護するためのガラス管
３３をヒーター２７ｂの内側に設けてもよい。液滴の気
化の効率を向上させるため、噴霧用ガス３２中の水蒸気
は除去されていることが望ましい。また、噴霧用ガス３
２は室温以上に加熱されていることが望ましい。気化部
２０において得られたガス状の試料分子は、針状電極２
４によるコロナ放電でヒドロニウムイオン等が生成され
ている化学イオン化部においてイオン化され、イオン導
入細孔１０ａ、１０ｂを介して真空中の質量分析部に導
入され、分析される。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、キャピラリー電気泳動
により分離された溶液中では電荷を持たない中性試料分
子をイオン化できるとともに、従来のキャピラリー電気
泳動・質量分析計において使用が困難であった電気泳動
用バッファを使用することが可能となるため、キャピラ
リー電気泳動・質量分析計の適応範囲が拡がり、より多
くの物質の分析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるキャピラリー電気泳動・質量分析
計の構成を示す概略図。

【図２】本発明の一実施例の説明図。

【図３】キャピラリー末端を気化部の中に設け、かつ金
属ブロックに向けて試料溶液を直接吹き付ける実施例を
示す図。

【図４】大きな液滴が飛翔し化学イオン化部に到達する
ことを妨げるための遮蔽板を設けた実施例を示す図。

【図５】溶液を噴霧するための金属管を用いて化学イオ
ン化のためのコロナ放電を発生させる実施例を示す図。

【図６】従来の静電噴霧イオン化を用いたキャピラリー
電気泳動・質量分析計で得られるバッファ液の質量スペ
クトルを示す図。

【図７】本発明の化学イオン化を用いたキャピラリー電
気泳動・質量分析計で得られるバッファ液の質量スペク
トルを示す図。

【図８】従来の静電噴霧イオン化を用いたキャピラリー
電気泳動・質量分析計で得られる試料のクロマトグラム
を示す図。

【図９】本発明の化学イオン化を用いたキャピラリー電
気泳動・質量分析計で得られる試料のクロマトグラムを
示す図。

【図１０】噴霧補助溶液を用いない実施例を示す図。

【図１１】フローインジェクション分析に用いた実施例
を示す図。

【図１２】霧化部の霧化法にガス噴霧を用い、気化部の
気化方法に赤外線の照射を用いる実施例を示す図。

【図１３】従来の静電噴霧イオン化法を用いたキャピラ
リー電気泳動・質量分析計の構成を示す図。

【符号の説明】

１…キャピラリー、２ａ，２ｂ…末端、３…緩衝溶液、
４…緩衝溶液槽、５…金属管、６…噴霧補助溶液、７
ａ，７ｂ…高圧電源、８ａ，８ｂ…電極、９…噴霧電
源、１０ａ，１０ｂ…イオン導入細孔、１１ａ，１１ｂ
…排気系、１２…差動排気部、１３…高真空部、１４…
質量分析部、１５…イオン検出器、１６…信号ライン、
１７…データ処理装置、１８…キャピラリー電気泳動
部、１９…霧化部、２０…気化部、２１…化学イオン化
部、２２…金属ブロック、２３…開口部、２４…針状電
極、２５…絶縁管、２６…ガス、２７ａ，２７ｂ…ヒー
ター、２８…電気伝導性を有するコーティング、２９…
送液系、３０…配管、３１…コネクタ、３２…噴霧用ガ
ス、３３…ガラス管、３４…ヒーター電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平林集東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者小泉英明東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料溶液を供給するための試料溶液供給手
段と、該試料溶液を静電噴霧により霧化せしめる霧化手
段と、得られた液滴を気化して得られるガス状の試料を
イオン化せしめるイオン化手段と、該試料に関するイオ
ンをイオン導入細孔を介して取り込み質量分析をする質
量分析手段とを有し、かつ、該試料溶液の噴霧方向と該
イオン導入細孔の中心軸とが所定の角度をなすように該
霧化手段と該質量分析手段とを配設してなることを特徴
とする質量分析計。
【請求項２】溶液中の混合試料を電気泳動により分離す
る手段と、該分離により得られる試料を含む溶液を静電
噴霧により霧化せしめる霧化手段と、得られた液滴を気
化して得られるガス状の該試料をイオン化せしめるイオ
ン化手段と、該試料に関するイオンをイオン導入細孔を
介して取り込み質量分析する質量分析手段とを具備し、
かつ、該試料溶液の噴霧方向と該導入細孔の中心軸とが
所定の角度をなすように該霧化手段と該質量分析手段と
を配設してなることを特徴とする質量分析計。
【請求項３】前記イオン化手段は、化学反応により前記
イオン化せしめてなることを特徴とする請求項１又は２
記載の質量分析計。
【請求項４】前記霧化手段で生成される液滴を加熱によ
り気化せしめる気化手段を配設してなることを特徴とす
る請求項１又は２記載の質量分析計。
【請求項５】前記イオン化手段の前段にあって、前記霧
化手段で生成される液滴の一部を遮蔽する遮蔽手段を具
備してなることを特徴とする請求項１又は２記載の質量
分析計。
【請求項６】前記イオン化手段は、放電を発生せしめる
針状電極を具備してなることを特徴とする請求項１又は
２記載の質量分析計。
【請求項７】前記所定の角度は、略４５度に設定してな
ることを特徴する請求項１又は２記載の質量分析計。
【請求項８】前記遮断手段は、電界を印加することによ
り前記遮蔽を行う手段を具備することを特徴する請求項
５記載の質量分析計。
【請求項９】試料溶液を静電噴霧により霧化し噴霧せし
める霧化手段と、得られた液滴を気化して得られるガス
状の試料をイオン化し噴出せしめるイオン化手段とを具
備し、かつ、該試料溶液の該噴霧の方向と該試料に関す
るイオンの該噴出の方向とが所定の角度をなすように該
霧化手段と該イオン化手段とを配設してなることを特徴
とするイオン源。
【請求項１０】前記イオン化手段は、放電を発生させる
針状電極を具備することを特徴する請求項９記載のイオ
ン源。