JP2002015698A - 大気圧化学イオン化イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】筒状ヒーターのパスを長く取らなくても、霧化
した試料液滴を効率良く乾燥（脱溶媒化）させることの
できる大気圧化学イオン化イオン源を提供する。 【解決手段】加熱手段を内蔵した霧化室内に、液体試料
を霧化するための霧化ノズルを配置すると共に、該霧化
ノズルの先端部から噴出される液体試料の霧滴に対し
て、乾燥ガスを吹き付けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、質量分析法で用い
られる大気圧化学イオン化イオン源に関し、特に、霧化
した試料液滴を、効率良く乾燥（脱溶媒化）させること
のできる大気圧化学イオン化イオン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】クロマトグラフ装置と質量分析装置を結
合させたクロマトグラフ／質量分析装置では、クロマト
グラフ部で分離された成分をイオン化して質量分析部に
与えるインターフェイスが必要である。このインターフ
ェイスとして、液体クロマトグラフ／質量分析装置で
は、エレクトロスプレー・イオン源や大気圧化学イオン
化イオン源などの大気圧イオン化イオン源が使用されて
いる。

【０００３】エレクトロスプレー・イオン源では、液体
試料を細いノズルの先端に送り、そのノズルの先端に高
電圧を印加する。これにより、ノズル先端には強い不平
等電界が形成され、この強い電界により液体試料が帯電
液滴として噴霧され、更に、液滴内でのイオンのクーロ
ン反発により液滴の分裂が進行して、イオン化が行なわ
れる。一方、大気圧化学イオン化イオン源では、ネブラ
イザー（霧化器）においてガス流により液体試料を強制
噴霧し、これを加熱することにより液滴の乾燥（脱溶媒
化）を行なった後、コロナ放電により生成したバッファ
イオンと衝突させて試料のイオン化（化学イオン化）を
行なう。

【０００４】エレクトロスプレー・イオン源は高極性イ
オンに適したインターフェイスであり、一方、大気圧化
学イオン化イオン源は中〜低極性のイオンに適したイン
ターフェイスであるというように、両者は相補的な関係
にある。液体クロマトグラフ／質量分析装置が対象とす
る化合物は非常に多岐にわたるため、或る試料について
はエレクトロスプレー・イオン源を使用し、他の試料に
ついては大気圧化学イオン化イオン源を使用するという
ように、両者を使い分ける必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大気圧化学
イオン化イオン源を使用するに当たって大切なことは、
液体クロマトグラフ装置などから送られてくる液体試料
を液滴として大気中に分散させた後、その液滴に含まれ
る溶媒分子をいかに効率良く取り去って試料のイオン化
を達成するか、ということである。

【０００６】図１は、従来の大気圧化学イオン化イオン
源を示したものである。図中１は霧化室を兼ねた筒状ヒ
ーターである。筒状ヒーター１を予め４００〜５００℃
に加熱しておき、図示しない液体クロマトグラフ装置か
らの試料を含んだ移動相を、ヒーター穴に対してほぼ同
心・同軸状に設置された霧化ノズル２の先端部から、窒
素ガスなどの霧化ガスと共に勢い良く送り出して霧化さ
せる。霧化された試料液滴（移動相）は、加熱されたヒ
ーター穴を通過するうちに、筒状ヒーター１の内壁から
輻射熱をもらい、徐々に乾燥（脱溶媒化）されていく。
そして、霧化ガスの流れに乗って下流に向けて押し流さ
れ、筒状ヒーター１の内壁面には直接衝突することな
く、質量分析計の近傍まで運ばれる。

【０００７】筒状ヒーター１の軸線と、針状電極３と質
量分析装置の対向電極４上に設けられたサンプリング・
オリフィス５とを結ぶ軸線とは、互いに９０゜に直交し
ている。針状電極３と対向電極４の間には５ｋＶ程度の
電位差が設けられ、両電極間にはコロナ放電が発生して
いる。このコロナ放電によって励起されたガス分子は、
バッファイオンとして働き、筒状ヒーター１で乾燥（脱
溶媒化）された試料液滴と衝突する際に、試料のイオン
化（化学イオン化）が行なわれる。そして、生成した試
料イオンは、針状電極３と対向電極４の間に発生する電
界の作用と、質量分析装置の真空室と外界の間の真空差
圧とにより、サンプリング・オリフィス５から質量分析
計の真空室内に向けて吸い込まれる。

【０００８】このような構成において、従来の大気圧化
学イオン化イオン源の問題点は、霧化ノズル２から噴出
する試料液滴を良く乾燥（脱溶媒化）させるためには、
筒状ヒーター１からの輻射熱を受け取るための十分に長
いパスが必要であり、短いパスでは霧化された液滴の乾
燥（脱溶媒化）が完全には行なえなかったことである。
その結果、液滴の乾燥（脱溶媒化）が不十分なまま、試
料液滴が質量分析計に導入されてしまい、質量分析計内
でイオンビームが安定しづらいという問題が起きてい
た。

【０００９】また、乾燥（脱溶媒化）のためのパスを長
く取ると、それだけ筒状ヒーター１の長さが長くなり、
大気圧化学イオン化イオン源が大型化してしまうという
問題があった。また、パスが長いと、試料成分が拡散し
て感度が低くなったり、試料成分の熱分解の可能性が高
くなったりするという問題があった。

【００１０】更に、ヒーター穴の内部に、ヒーター穴の
出口方向に向けてガスの定常的な流れができ、筒状ヒー
ター１と霧化ノズル２の隙間から外界のバックグラウン
ド成分をヒーター穴の内部に引き込んで、マススペクト
ル上にバックグラウンドピークが出やすくなったりする
といった問題もあった。

【００１１】本発明の目的は、上述した点に鑑み、筒状
ヒーター１のパスを長く取らなくても、霧化した試料液
滴を効率良く乾燥（脱溶媒化）させることのできる大気
圧化学イオン化イオン源を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明にかかる大気圧化学イオン化イオン源は、加
熱手段を内蔵した霧化室内に、液体試料を霧化するため
の霧化ノズルを配置すると共に、該霧化ノズルの先端部
から噴出される液体試料の霧滴に対して、乾燥ガスを吹
き付けるようにしたことを特徴としている。

【００１３】また、前記加熱手段を内蔵した霧化室は、
筒状をしたヒーターであることを特徴としている。

【００１４】また、前記乾燥ガスの吹き出し口は、霧化
ノズル先端部の近傍に開口していることを特徴としてい
る。

【００１５】また、前記乾燥ガスは、加熱手段により予
め加熱されていることを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図２は、本発明にかかる大気圧
化学イオン化イオン源の一実施例を示したものである。
図中１は霧化室を兼ねた筒状ヒーターである。筒状ヒー
ター１を予め４００〜５００℃に加熱しておき、図示し
ない液体クロマトグラフ装置からの試料を含んだ移動相
を、ヒーター穴に対してほぼ同心・同軸状に設置された
霧化ノズル２の先端部から、窒素ガスなどの霧化ガスと
共に勢い良く送り出して霧化させる。霧化された試料液
滴（移動相）は、加熱されたヒーター穴を通過するうち
に、筒状ヒーター１の内壁から輻射熱をもらい、徐々に
乾燥（脱溶媒化）されていく。そして、霧化ガスの流れ
に乗って下流に向けて押し流され、筒状ヒーター１の内
壁面には直接衝突することなく、質量分析計の近傍まで
運ばれる。

【００１７】霧化ノズル２の近傍の筒状ヒーター１の内
壁には、窒素ガスなどの乾燥ガスをヒーター穴に供給す
るための乾燥ガスノズル６が開口している。そして、予
めヒーターなどの加熱手段により加熱された乾燥ガス
が、霧化ノズル２の噴出方向とほぼ垂直な方向から、霧
化された試料液滴に対して吹き付けられる。その結果、
試料液滴を含む音速に近い霧化ガスと、それに対して垂
直方向から吹き付けられる加熱された乾燥ガスとが、ヒ
ーター穴の内部で激しくぶつかりあい、試料液滴の乾燥
（脱溶媒化）が一気に進行する。また、乾燥ガスの導入
により、ヒーター穴の内部は多少加圧雰囲気になってい
るので、筒状ヒーター１と霧化ノズル２の隙間から外界
のバックグラウンド成分をヒーター穴の内部に引き込ん
で、マススペクトル上にバックグラウンドピークが出る
といった問題はほとんど発生しない。

【００１８】筒状ヒーター１の軸線と、針状電極３と質
量分析装置の対向電極４上に設けられたサンプリング・
オリフィス５とを結ぶ軸線とは、互いに９０゜に直交し
ている。針状電極３と対向電極４の間には５ｋＶ程度の
電位差が設けられ、両電極間にはコロナ放電が発生して
いる。このコロナ放電によって励起されたガス分子は、
バッファイオンとして働き、筒状ヒーター１で乾燥（脱
溶媒化）された試料液滴と衝突する際に、試料のイオン
化（化学イオン化）が行なわれる。そして、生成した試
料イオンは、針状電極３と対向電極４の間に発生する電
界の作用と、質量分析装置の真空室と外界の間の真空差
圧とにより、サンプリング・オリフィス５から質量分析
計の真空室内に向けて吸い込まれる。

【００１９】尚、上記実施例では、乾燥ガスの吹きつけ
方向は、霧化ノズル２の噴出方向に対してほぼ垂直にな
るように設定したが、これは、必ずしも垂直に限定され
るものではない。また、上記実施例では、霧化ノズル２
の位置は、乾燥ガスノズル６の位置に対して固定されて
いたが、霧化ノズル２の位置は、乾燥ガスノズル６の位
置に対して微調整できるものであっても良い。また、乾
燥ガスノズル６は必ずしも細くなくても良い。また、霧
化ノズル２の方向は、サンプリング・オリフィス５に対
して、必ずしも垂直である必要はない。また、筒状ヒー
ター１における霧化ノズル２の挿入口は、必ずしも図２
に示すような開放状態である必要はなく、図３に示すよ
うに、閉じられていても良い。また、筒状ヒーター１の
内面形状は、必ずしも円形である必要はなく、たとえば
多面体等でも良く、更に、一部が切り取られて開放され
ていても良い。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明にかかる大気
圧化学イオン化イオン源は、霧化室を兼ねた筒状ヒータ
ー１の内側に、液体試料を霧化するための霧化ノズル２
を配置すると共に、該霧化ノズル２の先端部から噴出さ
れる液体試料の霧滴に対して、加熱された乾燥ガスを乾
燥ガスノズル６から強く吹き付けるようにしたので、霧
化ガスと乾燥ガスがヒーター穴の中で激しくぶつかりあ
い、試料液滴の乾燥（脱溶媒化）の効率が格段に向上
し、筒状ヒーター１のパスを従来の１／３以下に短くし
ても、むらなく試料液滴を乾燥（脱溶媒化）させること
が可能になった。また、乾燥（脱溶媒化）の効率が高い
分、筒状ヒーターの温度を低く設定できるようになり、
試料イオンの熱分解の可能性を最小限度に抑制すること
が可能になった。また、パスが短くなったので、試料の
拡散を低く抑えることができ、効率良く高感度で質量分
析装置内に試料イオンを引き入れることが可能になっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の大気圧化学イオン化イオン源を示す図で
ある。

【図２】本発明にかかる大気圧化学イオン化イオン源の
一実施例を示す図である。

【図３】本発明にかかる大気圧化学イオン化イオン源の
別の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・筒状ヒーター、２・・・霧化ノズル、３・・・針状電
極、４・・・対向電極、５・・・サンプリング・オリフィス、
６・・・乾燥ガスノズル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱手段を内蔵した霧化室内に、液体試料
   を霧化するための霧化ノズルを配置すると共に、該霧化
   ノズルの先端部から噴出される液体試料の霧滴に対し
   て、乾燥ガスを吹き付けるようにしたことを特徴とする
   大気圧化学イオン化イオン源。
2. 【請求項２】前記加熱手段を内蔵した霧化室は、筒状を
   したヒーターであることを特徴とする請求項１記載の大
   気圧化学イオン化イオン源。
3. 【請求項３】前記乾燥ガスの吹き出し口は、霧化ノズル
   先端部の近傍に開口していることを特徴とする請求項１
   または２記載の大気圧化学イオン化イオン源。
4. 【請求項４】前記乾燥ガスは、加熱手段により予め加熱
   されていることを特徴とする請求項１、２、または３記
   載の大気圧化学イオン化イオン源。