JP2002236110A

JP2002236110A - 質量分析計

Info

Publication number: JP2002236110A
Application number: JP2001393657A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Takada; 安章高田; Minoru Sakairi; 実坂入; Tsudoi Hirabayashi; 集平林; Takayuki Nabeshima; 貴之鍋島; Hideaki Koizumi; 英明小泉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP3611817B2

Abstract

(57)【要約】【課題】難揮発性塩を含む移動相溶媒を使用可能とする
ことにより、液体クロマトグラフ・質量分析計におい
て、混合試料の分離能力を向上させる。【解決手段】液体クロマトグラフ１４で分離した試料を
静電噴霧部１５で噴霧した後、気化部５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イオ
ン化部６で化学反応によりプロトン付加反応等によりイ
オン化し、イオン導入細孔９ａ、９ｂから高真空部１２
に導入し、質量分析部１３で分析する。

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、液体クロマトグラフと質量分析計とを結合した装
置、すなわち液体クロマトグラフ・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、液体
クロマトグラフ・質量分析計（以下、ＬＣ／ＭＳと略す
る）がある。液体クロマトグラフ（以下、ＬＣと略す
る）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（以下、ＭＳと略する）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、ＬＣの検出器としてＭＳを用いるＬＣ／ＭＳは、混
合物の分析に対して大変有効である。

【０００３】図８により、アナリティカル・ケミストリ
ー，１９８８年，第６０巻，７７４頁〔Analytical Che
mistry, 60, 774 (1988)〕に記載されている従来の大気
圧化学イオン化法を用いたＬＣ／ＭＳについて説明す
る。

【０００４】ＬＣから溶出してくる試料溶液は配管１、
コネクタ２を介して金属管３に導入される。金属管３は
金属ブロック４ａに埋め込まれている。金属ブロック４
ａをヒーターなどの加熱手段により加熱することによ
り、金属管３に導入された試料溶液を噴霧する。噴霧に
より生成された微小な液滴は加熱された金属ブロック４
ｂにより構成される気化部５へと導入される。気化部５
において気化された試料分子はイオン化部６へと導入さ
れる。イオン化部６には針状電極７が設けられている。
この針状電極７に高圧電源８ａにより数kVの高電圧を印
加することにより、イオン化部６にコロナ放電を発生さ
せる。

【０００５】大気圧化学イオン化法は、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。

【０００６】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）従って、図８に示した従来技術では、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+）
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。

【０００７】Ａ＋Ｈ₃Ｏ+→ＡＨ+＋Ｈ₂Ｏイオン化部６において、以上に示した反応に代表される
化学反応により生成された試料に関するイオンは、イオ
ン導入細孔９ａ，排気系１０ａにより排気された差動排
気部１１，イオン導入細孔９ｂを通して、排気系１０ｂ
により高真空に排気された高真空部１２に導入される。
真空中に導入されたイオンは質量分析部１３で質量分析
される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＭＳ以外の検出器、例
えば紫外線の吸光度の変化により試料を検出する紫外吸
光検出器を有するＬＣでは、分離能力や試料の溶出時間
の再現性を向上させるために、難揮発性塩を含む移動相
溶媒を用いる場合がある。しかしながら、ＬＣ／ＭＳに
難揮発性塩を含む移動相溶媒を用いると、この塩がイオ
ンを大気中から真空中へと導入するためのイオン導入細
孔の周辺に析出し、イオン導入細孔を閉塞させてしま
う。このため、ＬＣ／ＭＳにおいて、難揮発性塩を含む
移動相溶媒は使用が困難であり、ＬＣの高い分離能力を
十分に活かした分析ができなかった。このような理由に
より、移動相溶媒中の不揮発性塩の影響を受けにくく、
ＬＣの高い分離能力を十分に活用できるＬＣ／ＭＳが求
められている。

【０００９】本発明の目的は、従来のＬＣ／ＭＳでは使
用が困難であった難揮発性塩を含む移動相溶媒を使用可
能とすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ＬＣ
から送られて来る試料溶液を静電噴霧法により霧化し、
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ＭＳで分析することにより前記目的を達成する。

【００１１】図１は、本発明のＬＣ／ＭＳの構成を示す
概略図である。ＬＣ１４で分離された試料は移動相溶媒
とともに静電噴霧部１５にて噴霧される。噴霧により得
られた液滴は気化部５において気化が促進される。気化
部５で生成されたガス状の試料分子はイオン化部６にお
いて化学反応によりイオン化される。イオン化部６で生
成された試料に関するイオンは、イオン導入細孔９ａ，
排気系により排気された差動排気部１１，イオン導入細
孔を通して９ｂ，排気系により排気された高真空部１２
に導入される。真空中に導入されたイオンは質量分析部
１３で質量分析される。

【００１２】イオン化部６は差動排気部１１に設けても
よい。差動排気部１１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。また、気化部５において、加熱した金属ブロックや
赤外線照射等の気化手段を用いることができる。

【００１３】ＬＣから送られて来る移動相溶媒を静電噴
霧するので、溶媒中で解離しイオンとなっている塩は噴
霧するだけでガス状のイオンに変換されてしまう。この
ため、塩に由来するイオンは気化部を構成する金属ブロ
ックに捕獲されるか、あるいはイオン化部に設けられた
針状電極に印加される電位により軌道を曲げられるた
め、イオン導入細孔まで到達できない。従って、難揮発
性塩を含む移動相溶媒を用いても、塩がイオン導入細孔
の周辺に析出することはなく、イオン導入細孔を閉塞さ
せる恐れもない。以上の理由により、本発明のＬＣ／Ｍ
Ｓは従来では使用が困難であった難揮発性塩を含む移動
相溶媒を使用することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図２は、図１に示した構成のより
詳細な構造を示す図である。ＬＣから溶出してくる試料
溶液は配管１，コネクタ２を介して金属管３に導入され
る。金属管３と金属ブロック４ｂとの間に高圧電源８ｂ
により数kVの電圧を印加することにより、試料溶液を静
電噴霧させる。噴霧により生成された微小な液滴は加熱
された金属ブロック４ｂにより構成される気化部５へと
導入される。金属ブロック４ｂはヒーター（図示略）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４ｂの開口部を通過する間
に、熱により気化される。

【００１５】気化部５において気化された試料分子はイ
オン化部６へと導入される。イオン化部６には針状電極
７が設けられている。この針状電極７に高圧電源８ａに
より数kVの高電圧を印加することにより、イオン化部６
にコロナ放電を発生させる。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。この時、溶媒中の難揮発性塩は解離しイオンと
なっているため、静電噴霧するだけでガス状のイオンに
変換されてしまう。

【００１６】塩に由来するイオンは気化部５を構成する
金属ブロック４ｂに捕獲されるか、あるいはイオン化部
６に設けられた針状電極７に印加される電位により軌道
を曲げられるため、イオン導入細孔９ａまで到達できな
い。従って、難揮発性塩を含む移動相溶媒を用いても、
塩がイオン導入細孔９ａの周辺に析出することはなく、
イオン導入細孔９ａを閉塞させる恐れもない。従って、
本発明のＬＣ／ＭＳは従来では使用が困難であった難揮
発性塩を含む移動相溶媒を使用することができ、ＬＣの
分離能力を十分に活かしたＬＣ／ＭＳ分析が可能とな
る。

【００１７】ＬＣから送られてくる溶液の流量が大き
く、安定に静電噴霧を持続することが困難である場合に
は、図２に示したように、スプリッタ１６を設け、溶液
の一部だけを金属管３に導入しても良い。また、同じく
図２に示したように、金属管３の外部から噴霧用ガス１
７を流し、静電噴霧を補助しても良い。

【００１８】ＬＣから送られてくる溶液の流量が少なく
安定に静電噴霧を持続することが困難である場合、ある
いは溶液の粘性や電気伝導率が高過ぎて安定に静電噴霧
を持続することが困難である場合には、やはり図２に示
したように、金属管３の外部から噴霧補助溶液１８を流
してＬＣから送られてくる溶液と混合することにより、
流量，粘性，電気伝導度などの条件を安定に静電噴霧を
持続できる条件に合わせてもよい。

【００１９】金属管３の先端は、図３に示すように、気
化部６の中に設けても良い。また、同じく図３に示すよ
うに、溶液を金属ブロック４ｂに向けて直接噴霧しても
よい。試料溶液は金属管３と金属ブロック４ｂとの間に
高圧電源８ｂから印加される高電圧によって静電噴霧さ
れる。金属管３と金属ブロック４ｂとの間の絶縁は絶縁
管１９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４ｂ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９ａ，排気系１０ａ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１１を介
して排気系１０ｂによって１０^-3Ｐａ程度に排気された
高真空部１２に取り込まれ、質量分析部１３よって質量
分析される。

【００２０】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４ｂ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２０を流
しても良い。このガス２０は予め室温以上に加熱されて
いることが望ましい。

【００２１】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４ｂによる気化部５では完全に気化できず、針状電極
７によってコロナ放電が発生しているイオン化部６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７とイオン導入細孔９ａ
とを短絡させ、高圧電源８ａ等を故障させる可能性があ
る。

【００２２】これを防ぐためには、図４に示すように、
金属管３の末端と針状電極７によりコロナ放電が発生し
ているイオン化部６とを遮蔽するように電極２１ａを配
置し、その電極２１ａ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２１ａは
ヒーター２２ａ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イオン化
部６に運ばれイオン化されるため、液滴が針状電極７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２１ａ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。試料分子のイオン化部６への到達効率
を上げるため、図３と同様に、イオン化部６に向けてガ
ス２０を流しても良い。

【００２３】図２から図４に示した実施例では、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。

【００２４】図５に、気化手段に赤外線の照射を用いる
実施例を示す。試料溶液は金属管３とメッシュ２３ａと
の間に印加される電圧により静電噴霧される。このメッ
シュ２３ａは加熱されていることが望ましい。噴霧によ
り得られた液滴は、気化部５へと送られる。気化部５で
は、電源２４に接続されたヒーター２２ｂ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２２ｂに直接当たることによりヒーター２２ｂの
劣化が起こる場合には、ヒーター２２ｂを保護するため
のガラス管２５をヒーター２２ｂ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１
７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１７は室温以上に加熱されていることが望ま
しい。気化部５において得られたガス状の試料分子は、
針状電極７によるコロナ放電でヒドロニウムイオン等が
生成されているイオン化部６においてイオン化される。

【００２５】図２から図５に示した構造により、ＬＣ／
ＭＳにおいて難揮発性の塩を含む移動相溶媒を使用する
ことが可能であるが、極めて高濃度の塩を使用する場合
や分析に長時間を要する場合には、図６に示すように、
イオン導入細孔９ａの中心軸と垂直の方向に噴霧させて
も良い。金属管３に導入された試料溶液は、対向する電
極２１ｂに向けて噴霧される。この電極２１ｂは溶液の
沸点以上に加熱されていることが望ましい。

【００２６】難揮発性塩はこの電極２１ｂ上に析出す
る。揮発性のある試料分子は気化し、加熱された金属ブ
ロック４ｂを介してイオン化部６へと導入される。試料
分子のイオン化部６への到達効率を向上させるため、送
気口２６を設け乾燥窒素などのガス２０をイオン化部６
の方向へ流しても良い。このガス２０は加熱されている
ことが望ましい。また、排気口２７を設け、排気口から
気体を外部に排気することにより、溶液の噴霧される部
分からイオン化部６の方向の気流を発生させ、試料分子
を効率良くイオン化部６まで導入しても良い。

【００２７】図６では溶液を噴霧する方法として静電噴
霧法を記載したが、イオン導入細孔９ａの中心軸と垂直
の方向に噴霧させる場合には、静電噴霧以外の噴霧方
法、例えば加熱噴霧や超音波噴霧などを用いても良い。

【００２８】また、図６に示した構造では、難揮発性塩
は電極２１ｂ上に析出するため、この電極２１ｂだけを
取り外しクリーニングすることにより、容易にメンテナ
ンスを行うことができる。

【００２９】図７は、図６に示した対向電極２１ｂの代
わりにメッシュ２３ｂに向けて噴霧する構成を示す図で
ある。このメッシュ２３ｂは加熱されていることが望ま
しい。メッシュ２３ｂの背部に受け皿２８を設けておく
ことができ、受け皿２８を交換することにより簡便にメ
ンテナンスが行えるほか、受け皿２８に溜った溶液を分
取し、質量分析法以外の分析手法、例えば蛍光や発光に
よる分析法や免疫学的分析法などを行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、従来のＬＣ／ＭＳにお
いて使用が困難であった難揮発性塩を含む移動相溶媒を
使用することが可能となる。このため、ＬＣの高い分離
能力を十分に活用でき、ＬＣ／ＭＳ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】金属管の先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】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６】イオン導入細孔の中心軸と垂直の方向に噴霧す
る実施例を示す図。

【図７】液滴を溜める受け皿を用いる実施例を示す図。

【図８】従来の大気圧化学イオン化法を用いる液体クロ
マトグラフ・質量分析計の構成を示す図。

【符号の説明】

１…配管、２…コネクタ、３…金属管、４ａ，４ｂ…金
属ブロック、５…気化部、６…イオン化部、７…針状電
極、８ａ，８ｂ…高圧電源、９ａ，９ｂ…イオン導入細
孔、１０ａ，１０ｂ…排気系、１１…差動排気部、１２
…高真空部、１３…質量分析部、１４…液体クロマトグ
ラフ、１５…静電噴霧部、１６…スプリッタ、１７…噴
霧用ガス、１８…噴霧補助溶液、１９…絶縁管、２０…
ガス、２１ａ，２１ｂ…電極、２２ａ，２２ｂ…ヒータ
ー、２３ａ，２３ｂ…メッシュ、２４…電源、２５…ガ
ラス管、２６…送気口、２７…排気口、２８…受け皿。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１月７日（２００２．１．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 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ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鍋島貴之東京都国分寺市東恋ケ窪１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ケ窪１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】溶液中の混合試料を分離するための液体ク
ロマトグラフと、前記液体クロマトグラフにより分離し
て得られた試料を含む溶液を静電噴霧により霧化するた
めの霧化手段と、前記霧化手段により生成された液滴を
加熱して気化させる気化手段と、前記気化手段により生
成されたガス状の試料分子との化学反応によって試料分
子に関するイオンを生成する化学イオン化手段と、前記
化学イオン化手段によって生成されたイオンを導入する
ためのイオン導入細孔を備える真空排気室と、前記イオ
ン導入細孔から導入されたイオンを質量分析するための
質量分析部とを含むことを特徴とする質量分析計。
【請求項２】前記液体クロマトグラフにより分離して得
られた試料を含む溶液を導入する金属管と、前記金属管
に導入された試料を静電噴霧により霧化する前記霧化手
段と、前記金属管の周囲に霧化を補助するための噴霧用
ガスを導入するための手段を有することを特徴とする請
求項１記載の質量分析計。
【請求項３】前記金属管の周囲に噴霧補助液を導入する
手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の
質量分析計。
【請求項４】前記気化手段は前記霧化手段により噴霧さ
れた液滴の流れを包囲する加熱された金属ブロックであ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の
質量分析計。
【請求項５】前記気化手段は内部にガス流路を有する加
熱された金属ブロックからなり、前記金属管の先端部は
絶縁手段を介して前記金属ブロック内部のガス流路中に
突出し、前記ガス流路を構成する前記金属ブロックの内
壁の一部に前記霧化手段により噴霧された液滴の流れが
衝突するように配置されていることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項記載の質量分析計。
【請求項６】前記ガス流路を流れるガスは加熱されてい
ることを特徴とする請求項５記載の質量分析計。
【請求項７】前記気化手段は、赤外線照射手段からなる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の質
量分析計。
【請求項８】前記赤外線照射手段は、ヒーターと及び該
ヒーターに液滴が当たるのを防ぐ遮蔽部を備えることを
特徴とする請求項７記載の質量分析計。
【請求項９】前記化学イオン化手段は、コロナ放電を発
生させるための針状電極を備えることを特徴とする請求
項１〜８のいずれか１項記載の質量分析計。
【請求項１０】前記化学イオン化手段は、試料分子のプ
ロトン付加イオンあるいはプロトン脱離イオンを生成す
ることを特徴とする請求項９記載の質量分析計。
【請求項１１】前記噴霧された試料を前記気化手段及び
前記化学イオン化手段に搬送するための搬送ガス流発生
手段を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
か１項記載の質量分析計。
【請求項１２】前記搬送ガス流発生手段が送気口からの
ガスの送気であることを特徴とする請求項１１記載の質
量分析計。
【請求項１３】前記搬送ガスは加熱されていることを特
徴とする請求項１１または１２記載の質量分析計。
【請求項１４】前記搬送ガス流発生手段が排気口からの
ガスの排気であることを特徴とする請求項１１記載の質
量分析計。
【請求項１５】前記搬送ガス流の方向が前記霧化手段に
より噴霧された液滴の流れの方向と交差することを特徴
とする請求項１１〜１４のいずれか１項記載の質量分析
計。
【請求項１６】前記霧化手段において、液滴がメッシュ
に向けて噴霧されることを特徴とする請求項１〜１５の
いずれか１項記載の質量分析計。
【請求項１７】前記霧化手段において、液滴が吹き付け
られる前記メッシュが加熱されていることを特徴とする
請求項１〜１６のいずれか１項記載の質量分析計。
【請求項１８】前記霧化手段において、液滴が吹き付け
られる前記メッシュの後方に前記メッシュを透過する液
滴を回収する手段を有することを特徴とする請求項１〜
１７のいずれか１項記載の質量分析計。
【請求項１９】溶液中の混合試料を分離するための液体
クロマトグラフと、前記液体クロマトグラフにより分離
して得られた試料が導入される金属管と、前記金属管に
導入された試料を静電噴霧により霧化する霧化手段と、
前記金属管の周囲に霧化を補助するための噴霧用ガスを
導入するための手段と、前記霧化手段により噴霧された
液滴の流れを包囲する金属ブロックを備え前記液滴を加
熱して気化させるための気化手段と、コロナ放電を発生
させるための針状電極を備え前記気化手段により生成さ
れたガス状の試料分子との化学反応によって試料分子に
関するイオンを生成する化学イオン化手段と、前記静電
噴霧された試料を前記気化手段及び前記化学イオン化手
段に搬送するための搬送ガス流発生手段と、前記化学イ
オン化手段によって生成されたイオンを導入するための
イオン導入細孔を備える真空排気室と、前記真空排気室
中に配置され前記イオン導入細孔から導入されたイオン
を質量分析するための質量分析部とを含むことを特徴と
する質量分析計。
【請求項２０】前記金属管の先端部と前記針状電極との
間に、粒径の大きな液滴が針状電極に飛翔し付着するこ
とを防ぐための遮蔽部を有することを特徴とする請求項
１９記載の質量分析計。
【請求項２１】前記遮蔽部は金属板又は金属メッシュか
らなることを特徴とする請求項２０記載の質量分析計。
【請求項２２】前記遮蔽部が加熱されていることを特徴
とする請求項２０又は２１記載の質量分析計。