JP2001343361A - 液体クロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率のよい加熱を行うことにより十分な脱溶
媒を行うとともに、清掃も容易な吸引部を備えた液体ク
ロマトグラフ質量分析装置を提供する。 【解決手段】 脱溶媒管２０の近傍に加熱ブロック３３
を設け、加熱ブロック３３と脱溶媒管２０の入口側端部
の双方に接触し、脱溶媒管２０の入口の周囲を覆う取り
外し可能な熱伝達部材（キャップ）３４を設ける。加熱
ブロック３３からの熱はキャップ３４を介して脱溶媒管
２０の入口側端部に伝達される。このため、液滴は脱溶
媒管２０に入った直後の未だ速度が低い入口側で十分な
加熱を受け、大きな脱溶媒効果が挙がる。また、キャッ
プ３４が脱溶媒管２０の入口の周囲を覆うため、清掃の
際はキャップ３４を取り外すだけでよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体クロマトグラ
フ質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すように、典型的な液体クロマ
トグラフ質量分析装置には、イオン化室１１、質量分析
検出室１４、及び、それらの間にそれぞれ隔壁で隔てら
れた第１中間室１２及び第２中間室１３が設けられてい
る。イオン化室１１には、液体クロマトグラフ装置のカ
ラムの出口端に接続されたノズル１５が配設される。質
量分析検出室１４にはマスフィルタ１６及びイオン検出
器１７が設けられ、それらの中間にある第１及び第２中
間室１２，１３にはそれぞれ第１イオンレンズ１８及び
第２イオンレンズ１９が設けられている。イオン化室１
１と第１中間室１２との間は細径のサンプルコーンや脱
溶媒管２０を介して、第１中間室１２と第２中間室１３
との間は極小径の通過孔（オリフィス）を有するスキマ
ー２１を介してのみ連通している。

【０００３】イオン化室１１内はノズル１５から連続的
に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっ
ている一方、質量分析検出室１４内は質量分析のために
ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２７により約１０^−３〜１
０^−４Paの高真空状態まで真空排気される。このように
真空度の差の大きいイオン化室１１と質量分析検出室１
４との間に、イオンを通すための穴を設けなければなら
ないことから、両者１１、１４の間に第１及び第２中間
室１２，１３を設け、徐々に真空度を上げるようにして
いるのである。なお、第１中間室１２内はロータリポン
プ（ＲＰ）２５により約１０^２Paまで、第２中間室１３
内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２６により約１０^−１
〜１０^−２Paまで真空排気される。

【０００４】試料液はノズル１５からイオン化室１１内
に噴霧され、液滴中の溶媒が蒸発する過程で試料分子は
イオン化される。未だイオン化していない液滴とイオン
を含むミスト（霧）はイオン化室１１と第１中間室１２
との圧力差によりサンプルコーンや脱溶媒管２０の中に
引き込まれ、脱溶媒管２０を通過する過程で更にイオン
化が進む。第１中間室１２内には第１イオンレンズ１８
が設けられており、その電界により脱溶媒管２０を介し
てのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキ
マー２１のオリフィス近傍に収束させる。スキマー２１
のオリフィスを通って第２中間室１３に導入されたイオ
ンは、第２イオンレンズ１９により収束及び加速された
後、質量分析検出室１４へと送られる。質量分析検出室
１４では、特定の質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイ
オンのみがマスフィルタ１６中央の長手方向の空間を通
り抜け、イオン検出器１７に到達して検出される。

【０００５】イオン化室１１では、ノズルから噴霧され
る液体試料を加熱、高速気流、高電界等によって霧化
し、イオン化する。例えば、大気圧化学イオン化法（Ａ
ＰＣＩ）では、スプレーノズル１５先端の前方に針電極
を配置しておき、スプレーノズル１５において加熱によ
り霧化した液体試料の液滴に、針電極からのコロナ放電
により生成したキャリアガスイオン（バッファイオン）
を化学反応させてイオン化を行なう。一方、エレクトロ
スプレイイオン化法（ＥＳＩ）では、スプレーノズル１
５の先端部に数ｋＶ程度の高電圧を印加して強い不平等
電界を発生させる。液体試料はこの電界により電荷分離
し、クーロン引力により引きちぎられる。液滴中の溶媒
は周囲の空気に触れて蒸発し、気体イオンが発生する。

【０００６】しかし、これらの方法だけでは未だイオン
化は不十分であり、多くの液滴はイオン化することな
く、そのままサンプルコーンや脱溶媒管２０に吸引され
る。液滴は質量も大きく、電気的にほぼ中性であるた
め、第１、第２中間室１２、１３のイオンレンズ１８、
１９や質量分析検出室１４のマスフィルタ１６において
電界の影響をほとんど受けることなく通過してしまい、
検出器１７に入ってノイズの原因となる。

【０００７】液滴がこのように検出器１７へ侵入するこ
とを防止するために、質量分析装置の各部において様々
な工夫が施されているが、最も重要なのは、ノズル１５
から噴霧された液滴がイオン化室１１から第１中間室１
２へ入る最初の部分（以下、この部分を吸引部と呼ぶ）
において十分に溶媒を除去することである。そのため従
来より吸引部には、加熱機構を有するサンプルコーン
（図６）や脱溶媒管が用いられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】サンプルコーンは、十
分に加熱したとしても、そこを通る液滴の通過時間が非
常に短いために十分な脱溶媒化が難しい。また、サンプ
ルコーンは液体試料が間近で噴霧されるために汚れやす
いが、それを清掃するためにはそれを取り外さなければ
ならず、装置全体を停止して真空を落とさねばならない
という問題があった。

【０００９】脱溶媒管の場合は、加熱ガスを吹き付けた
り、管の周囲にヒータを設ける等の方法で加熱するよう
にしていた。サンプルコーンに比べると、加熱部分が長
いために脱溶媒化が進むという利点はあるものの、加熱
能力に対して実際に試料液滴の脱溶媒に用いられる熱量
の割合が低く、いずれの加熱方法でもエネルギ能率の悪
いものであった。また上記同様、脱溶媒管の入口周辺は
汚れやすいが、細い管の周囲をきれいに清掃するのは難
しく、十分な清掃を行うためにはやはり装置全体の真空
を落として、脱溶媒管を取り外して清掃しなければなら
ないという問題があった。

【００１０】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、効率の
よい加熱を行うことにより十分な脱溶媒を行うととも
に、清掃も容易な吸引部を備えた液体クロマトグラフ質
量分析装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、高圧側室内で液体試料をノズルか
ら噴霧し、噴霧された液滴を高圧側室内の圧力と低圧側
室内の圧力との差圧により両者を連通する脱溶媒管を介
して低圧側室内に導入する機構を有する液体クロマトグ
ラフ質量分析装置において、脱溶媒管の近傍に加熱ブロ
ックを設け、加熱ブロックと脱溶媒管の入口側端部の双
方に接触し、脱溶媒管の入口の周囲を覆う取り外し可能
な熱伝達部材を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態及び効果】液体クロマトグラフのカ
ラムから流出した液体試料は、高圧側室（前記イオン化
室）内に配置されたノズルから噴霧され、液滴となる。
この際、前記のように大気圧化学イオン化法（ＡＰＣ
Ｉ）やエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）等が用
いられ、一部はイオン化されるが、多くは液滴のまま残
る。このイオンと液滴を含むミストは、高圧側室と低圧
側室（前記第１中間室）との間の圧力差により、両者を
連通する脱溶媒管を介して低圧側室に吸引される。

【００１３】本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析
装置では、加熱ブロックからの熱が、熱伝達部材を介し
て脱溶媒管の入口側端部に伝達される。このため、ミス
トは脱溶媒管に入った直後に大きな加熱を受ける。ミス
ト中の液滴は脱溶媒管内において、高圧側室と低圧側室
との差圧による加速を受け、徐々に速度を上げてゆく。
十分な速度を得た液滴を加熱しても脱溶媒の効果は少な
いが、本発明では速度の未だ低い入口側で十分な加熱を
行うことにより、大きな脱溶媒効果を挙げることができ
る。すなわち、脱溶媒の熱効率が高い。

【００１４】また、この熱伝達部材は脱溶媒管の入口の
周囲を覆うため、試料により汚れるのはほとんどこの熱
伝達部材となる。従って、この熱伝達部材を取り外し、
清掃することにより、脱溶媒管の入口付近は再びきれい
な状態となり、次の試料の分析においても正確な測定を
行うことができる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例である液体クロマトグラフ
質量分析装置を図１〜図５により説明する。装置全体の
構成は既述の通りであり、ここではイオン化室１１と第
１中間室１２との間の吸引部を中心に説明する。

【００１６】図１、図２に示すように、本実施例の液体
クロマトグラフ質量分析装置では屈曲した脱溶媒管２０
を用いており、イオン化室１１の入口側中心軸はイオン
光軸ｘに対して約４５度傾いている。また、液体試料を
噴霧するスプレーノズル１５は、脱溶媒管２０の入口側
中心軸に対して直角の方向に噴霧するように配置されて
いる。なお、噴霧方向前方には噴霧された液滴を回収す
るためのドレイン３９が設けられている。

【００１７】脱溶媒管２０の周囲には、脱溶媒管２０の
入口側を主に加熱するための加熱機構３０が設けられて
いる。加熱機構３０は図３に示すように、イオン化室１
１と第１中間室１２との隔壁を構成する円板３１に固定
されるベース３２、ベース３２上に固定される加熱ブロ
ック３３、及び、加熱ブロック３３に取り付けられる穴
開きキャップ３４等から構成される。加熱ブロック３３
にはヒータが内蔵されている。なお、図３において３５
はヒータに電力を供給するためのリード線である。ベー
ス３２と隔壁円板３１との間にはシールリング３６が介
挿される。

【００１８】脱溶媒管２０は隔壁円板３１、ベース３２
及び加熱ブロック３３を貫通しており、キャップ３４を
ネジで加熱ブロック３３に取り付けたとき、キャップ３
４の穴３４ａが丁度脱溶媒管２０の入口側端部に接触す
るようになっている。

【００１９】このような構造及び配置により、本実施例
の液体クロマトグラフ質量分析装置における試料噴霧の
際の動作は次のようになる。スプレーノズル１５から噴
霧された液滴はその噴霧の勢い（運動量）により直接脱
溶媒管２０に入るのではなく、イオン化室１１と第１中
間室１２との間の差圧により吸引されるのみとなる。ま
た、吸引された液滴のうち大きいものは脱溶媒管２０の
屈曲部で管壁に衝突して分解し、大きいまま第１中間室
１２に入ることが阻止される。

【００２０】加熱ブロック３３は内部に設けられたヒー
タにより加熱されるが、その熱はキャップ３４を介した
伝熱により脱溶媒管２０の入口付近を主に加熱する。な
お、そのやや後方の部分も、加熱ブロック３３全体に囲
まれていることにより、その雰囲気により加熱される。

【００２１】脱溶媒管２０に吸引された液滴は、その入
口付近で直ちに加熱され、脱溶媒化される。この時点で
は、液滴はイオン化室１１と第１中間室１２との差圧に
より、直前の運動方向（噴霧方向）に直角の方向に引き
込まれた直後であるため、その速度が遅い。このように
速度が遅い時点で集中的に加熱されることにより、液滴
の脱溶媒化が効率よく行われる。

【００２２】また、脱溶媒管２０の入口付近は噴霧され
た液体試料により汚染されるが、本実施例の装置では汚
染されるのはほとんどキャップ３４のみであり、それを
取り外すことにより容易に清掃することができる。この
際、脱溶媒管２０自体はそのままであるため、装置全体
の真空排気を停止する必要はない。

【００２３】その効果を図により説明する。図５（ａ）
は加熱機構３０による加熱を行わない場合の検出器１７
の出力データであり、試料による高いピークの間に液滴
によるノイズピークが多数現れている。図５（ｂ）は加
熱機構３０による加熱を行った場合の出力データであ
り、試料によるピーク以外のノイズがほとんど抑制され
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 液体クロマトグラフ質量分析装置の全体構成
図。

【図２】 イオン化室と第１中間室との間の吸引部の拡
大断面図。

【図３】 脱溶媒管を加熱するためのの加熱機構の分解
斜視図。

【図４】 加熱機構の組み立て斜視図。

【図５】 加熱機構の効果を示すための検出器出力デー
タのグラフ。

【図６】 サンプルコーンの説明図。

【符号の説明】

１１…イオン化室 １２…第１中間室 １３…第２中間室 １４…質量分析検出室 １５…スプレーノズル １６…マスフィルタ １７…イオン検出器 １８、１９…イオンレンズ ２０…脱溶媒管 ２１…スキマー ３０…加熱機構 ３１…隔壁円板 ３２…ベース ３３…加熱ブロック ３４…キャップ ３４ａ…脱溶媒管用の穴 ３９…ドレイン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧側室内で液体試料をノズルから噴霧
   し、噴霧された液滴を高圧側室内の圧力と低圧側室内の
   圧力との差圧により両者を連通する脱溶媒管を介して低
   圧側室内に導入する機構を有する液体クロマトグラフ質
   量分析装置において、 脱溶媒管の近傍に加熱ブロックを設け、加熱ブロックと
   脱溶媒管の入口側端部の双方に接触し、脱溶媒管の入口
   の周囲を覆う取り外し可能な熱伝達部材を設けたことを
   特徴とする液体クロマトグラフ質量分析装置。