JP2002286696A - 質量分析計 - Google Patents

質量分析計

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】負荷16aのインピーダンスと負荷16a
を流れる電流I2 による電位降下により、ステンレス管
10を数キロボルトの電位に保持する。キャピラリ2の
一端に電気泳動用電源14により高電圧を印加する。キ
ャピラリ2中に導入された試料は電気泳動され、キャピ
ラリ2の他端へと移動する。キャピラリ2の他端ではシ
ースフローと混合され、噴霧細管10より、対向電極1
1方向へ静電噴霧される。 【効果】 キャピラリ中に大きな電流が流れてもステン
レス管の電位を制御でき、安定な静電噴霧が可能となり
イオンを安定に観測できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体物質の分析に
重要なキャピラリ電気泳動と質量分析計とを結合した装
置、すなわち、キャピラリ電気泳動・質量分析計におけ
るインタフェースに関する。
【0002】
【従来の技術】生体物質の分析の分野では、分離能力に
優れた方法と分析能力の優れた方法との結合が重要視さ
れている。分離に関しては、最近、極微量の試料を扱う
ことができ、かつ、分離能力に優れたキャピラリ電気泳
動法が注目されている。この手法は、内径0.1 mm以下
のキャピラリ(毛細管)に試料を導入し、キャピラリの
両端に高電圧を印加して電気泳動させ、各々の試料の易
動度の差により分離する方法である。
【0003】通常の電気泳動法ではジュール発熱が問題
となって分離性能を損ねるため、あまり高い電圧を印加
することはできない。一方、キャピラリ電気泳動法の場
合、内径が小さいためインピーダンスが大きく、高電圧
が印加可能で、高速で分離できる特徴を持つ。また、キ
ャピラリ電気泳動法では、一度の分析でキャピラリ中に
導入される試料溶液の体積は数ナノリットルにすぎず、
微量な生体試料を扱う場合に特に有利となる。キャピラ
リ電気泳動法の検出器として、試料の分子量という定性
情報が得られる質量分析計が注目されており、キャピラ
リ電気泳動と質量分析計とを結合したキャピラリ電気泳
動・質量分析計の発展が望まれている。
【0004】図8は従来のキャピラリ電気泳動・質量分
析計の全体の構成図を示すブロック図である。バッファ
槽1にバッファ溶液の充填されたキャピラリ2の一端を
挿入し、キャピラリ2の他端との間に高圧電源3により
高電圧を印加し、キャピラリ2中に導入された試料を電
気泳動させる。キャピラリ2の末端に到達した試料はイ
オン源4に導入され、気体状のイオンへと変換される。
生成されたイオンは質量分析部5へと導入される。質量
分析部5は排気系6により真空に排気されている。質量
分析されたイオンは検出部7で検出され、信号は信号ラ
イン8aを介してデータ処理装置9へと送られ処理され
る。
【0005】このように、キャピラリ電気泳動・質量分
析計の構成は簡単であるが、キャピラリ電気泳動が一般
に溶液中の試料を扱うのに対し、質量分析計が真空中の
イオンを扱うという相性の悪さから、キャピラリ電気泳
動・質量分析計の開発では、キャピラリと質量分析計と
を結ぶイオン源の部分が最も重要である。
【0006】ところで、イオン源として重要視されてい
るのは、試料を含む溶液を噴霧し、溶液中に含まれる試
料をイオン化して質量分析部へと取り込む噴霧イオン化
法を用いたイオン源である。噴霧イオン化法の例とし
て、アナリティカル ケミストリ 1988年,60
巻,1948頁(Analytical Chemistry, 60 (1988) 194
8)に記載されている静電噴霧法について説明する。
【0007】図9は静電噴霧イオン源を備えたキャピラ
リ電気泳動・質量分析計の構造を示す断面図である。フ
ューズドシリカ製キャピラリ2はステンレス管10の中
に挿入されている。キャピラリ2とステンレス管10と
の間には一定流量のシースフローが流される。電気浸透
流により送り出される試料溶液はキャピラリ2の末端で
シースフローと混合される。ステンレス管10と対向電
極11との間に数キロボルトの電圧を印加すると、溶液
が噴霧される、いわゆる静電噴霧現象が起きる。静電噴
霧により生成した液滴に対し、気化用ガス噴出口12か
ら窒素などのガスを吹きかけ、液滴の気化を促進させ
る。このようにして生成されたイオンはイオン導入細孔
13a,13bから真空中に取り込まれ、質量分析され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図10に、図9に示し
た構造の電気回路の構成図を示す。電気泳動用には直流
数十キロボルトの電源14,静電噴霧用には直流数キロ
ボルトの電源15が必要となる。キャピラリ2の両端に
数十キロボルトの電位が印加されると、キャピラリ2中
に電流I0 が流れる。電流I0 の一部は噴霧された液滴
によって電流I1として対向電極11へと流れる。一般
に、キャピラリ2中を流れる電流I0 は約10マイクロ
アンペアであるのに対し、静電噴霧により対向電極11
側へ流れる電流I1は1マイクロアンペア以下にすぎな
い。従って、過剰な電流はI2として静電噴霧用電源1
5へと流れる。この陽極側から流れ込む電流I2 によっ
て、静電噴霧用電源15が安定に動作しないという問題
があった。
【0009】例えば、電流I2 が流れ込むと静電噴霧用
電源15によりステンレス管10の電位を制御すること
ができなくなり、ステンレス管10の電位は電流I2 と
静電噴霧用電源15の内部抵抗で決まる電位になった。
ステンレス管10に印加される電圧が制御できなくなる
と、静電噴霧が不安定になり、従ってイオンも安定して
観測できなくなった。
【0010】この様な場合、図11に示すように、電気
泳動用高圧電源14含む回路を電源15により浮かせる
構成が用いられるが、この構成では絶縁トランス等が必
要になる上、十分な安全上の対策が必要となり、簡便で
はない。キャピラリ電気泳動法では、キャピラリの温度
制御を行えば、より高い電圧を使用することにより、よ
り高速で分離が可能となる。また、高い分離能力を実現
するには、バッファ溶液の組成を幅広く変え、最適な組
成を見つけ出すことが重要になる。このため、バッファ
溶液の組成によっては、バッファ溶液の電気伝導度が高
くなり、キャピラリ中に大きな電流が流れることがあ
る。従って、キャピラリ中を流れる電流値によらず安定
に噴霧できる静電噴霧イオン源の開発が望まれていた。
【0011】本発明の目的は、キャピラリ中を流れる電
流値によらず、安定に噴霧できる静電噴霧イオン源を提
供することにあり、キャピラリ電気泳動と質量分析計と
を直結したキャピラリ電気泳動・質量分析計において、
安定に噴霧可能な静電噴霧イオン源を備え、イオンを安
定して観測できるキャピラリ電気泳動・質量分析計を提
供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的、すなわち静電
噴霧イオン源の安定動作を可能とするために、混合物を
分離するためのキャピラリ、このキャピラリから送られ
てくる試料溶液を静電噴霧させイオンを生成する静電噴
霧イオン源、この生成したイオンを真空部に導入するた
めのイオン導入細孔、及びこの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備えた質量分析計におい
て、噴霧細管にインピーダンスを有する負荷を接続し、
負荷に流れる電流による電位降下により、静電噴霧を行
うための噴霧細管の電位を数キロボルトに保持する。よ
り詳細には、負荷を流れる電流値に応じて負荷のインピ
ーダンスを変えることにより、噴霧細管の電位を一定に
保つ。
【0013】負荷部を流れる電流による電位降下により
噴霧細管を高い電位に保持するので、静電噴霧用高圧電
源が不要となり、電気回路構成が簡単となる。また、負
荷を流れる電流値に応じてインピーダンスを変えるの
で、噴霧細管の電位を一定に保つことができ、従って安
定な静電噴霧が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図1から図7を
用いて説明する。図1は本発明の実施例を示す電気回路
の構成図である。図10に示した静電噴霧用電源に替わ
り、負荷16aを設ける。この負荷16aのインピーダン
スと負荷16aを流れる電流I2 による電位降下によ
り、ステンレス管10を数キロボルトの電位に保持す
る。キャピラリ2の一端に電気泳動用電源14により高
電圧を印加する。キャピラリ2中に導入された試料は電
気泳動され、キャピラリ2の他端へと移動する。キャピ
ラリ2の他端ではシースフローと混合され、噴霧細管1
0より、対向電極11方向へ静電噴霧される。このよう
に静電噴霧用電源に替わり負荷16aを設ける構成によ
り、静電噴霧用電源が不要となり、回路構成が簡単にな
る。また、電位降下により噴霧細管の電位を一定に保つ
ことができ、安定に静電噴霧が可能となる。バッファ溶
液の組成を変化させたい場合、すなわち、キャピラリ2
部分のインピーダンスが変化する場合や、電気泳動用電
源14の出力電圧を変化させたい場合には、負荷16a
としてインピーダンスが可変な負荷を用い、負荷16a
のインピーダンスを変えることによりステンレス管10
の電位を調節しても良い。インピーダンスを調節するこ
とによりステンレス管の電位が一定に保たれるので、安
定に静電噴霧を行うことができる。したがって、質量分
析計においてイオンを安定に観測することができる。
【0015】また、図2や図3に示したように、電流計
17を用いて電流I0や電流I2を測定し、あるいは電圧
計18を設けて噴霧細管10の電位を測定し、この信号
を信号ライン8bを介して負荷16a部に送り、信号に
応じて負荷16aのインピーダンスを制御する機構を設
けてもよい。
【0016】また、図4に示すように、静電噴霧用電源
15を用いる構成でも、流入する電流I2 に応じて電源
15のインピーダンスを調節する機構を設け、ステンレ
ス管10の電位を保ってもよい。
【0017】さらに、図5に示すように、負荷16aと
静電噴霧用電源15とを並列に設け、電流計17あるい
は電圧計18からの信号に応じてスイッチ19を切り替
えてもよい。
【0018】キャピラリ2中を流れる電流I0 の変動に
対して、噴霧細管10の電位の変動を少なくするため
に、図6に示すように、電源15により電流I3 を流
し、電流I0に比べて大きい電流I2を負荷16aに流し
てもよい。この構成にすることにより、電流I0が変動
した場合にも安定な静電噴霧が可能となる。
【0019】また、図7に示すように、負荷16bをキ
ャピラリ2と並列に設けて電流I3を流してもよい。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、キャピラリ電気泳動と
静電噴霧イオン源とを直結した場合、キャピラリ中を流
れる電流値によらず、噴霧細管の電位を任意の値に保つ
ことができ、従って静電噴霧を安定に行うことができ
る。これにより、イオンを安定に観測できるキャピラリ
電気泳動・質量分析計が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である負荷を流れる電流による
電位降下によりステンレス管を一定の電位に保つ静電噴
霧イオン源の電気回路の説明図。
【図2】本発明の実施例である電流を測定する機構を有
し、電流値に応じてインピーダンスを調節する静電噴霧
イオン源の電気回路の説明図。
【図3】本発明の実施例である電流あるいは電圧を測定
する機構を有し、電流値あるいは電圧値に応じてインピ
ーダンスを調節する静電噴霧イオン源の電気回路の説明
図。
【図4】本発明の実施例である電流に応じて内部インピ
ーダンスを調節する機構を有する静電噴霧用高圧電源を
用いた静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図5】本発明の実施例である負荷と静電噴霧用高圧電
源とを並列に設け、電流値あるいは電圧値に応じて負荷
と電源とを切り替える機構を有する静電噴霧イオン源の
電気回路の説明図。
【図6】本発明の実施例である負荷を流れる電流による
電位降下によりステンレス管を一定の電位に保つ静電噴
霧イオン源の電気回路の説明図。
【図7】本発明の実施例である負荷を流れる電流による
電位降下によりステンレス管を一定の電位に保つ静電噴
霧イオン源の電気回路の説明図。
【図8】従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計のブロ
ック図。
【図9】従来の静電噴霧イオン源を備えたキャピラリ電
気泳動・質量分析計の断面図。
【図10】従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計の電
気回路の説明図。
【図11】従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計の電
気回路の説明図。
【符号の説明】
1…バッファ槽、2…キャピラリ、10…ステンレス
管、11…対向電極、14…電気泳動用高圧電源、16
a…負荷。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年1月11日(2002.1.1
1)
【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 (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/26 331Z (72)発明者 坂入 実 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 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 Fターム(参考) 5C038 EE02 EF04 GG08 GH05 GH09 GH15

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】キャピラリにより分離され送出されてくる
    試料溶液を静電噴霧させイオンを生成する静電噴霧イオ
    ン源、前記静電噴霧イオン源で生成したイオンを真空部
    に導入するためのイオン導入細孔、及びこの導入された
    イオンを質量分析するための質量分析部とを備えた質量
    分析計において、前記試料溶液を噴霧するための前記噴
    霧細管にインピーダンスを有する負荷を接続し、前記負
    荷を流れる電流による電位降下により前記噴霧細管に電
    位を与えることを特徴とする質量分析計。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記負荷はそのインピ
    ーダンスが可変である質量分析計。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記キャピラ
    リ中を流れる電流値,前記負荷を流れる電流値、あるい
    は前記噴霧細管の電位、のうち少なくとも一つを測定
    し、前記電流値あるいは前記電位に応じて前記負荷のイ
    ンピーダンスを変える質量分析計。
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