JP2005259477A - Electrospray ionization mass spectrometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低流量クロマトグラフから溶出する試料溶液をエレクトロスプレイイオン源に導入してイオン化し、高真空空間内に配置された質量分析計に導いて質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置に関する. The present invention relates to an electrospray ionization mass spectrometer for introducing and ionizing a sample solution eluted from a low flow chromatograph into an electrospray ion source, and conducting the mass analysis by introducing it into a mass spectrometer disposed in a high vacuum space.
最近、バイオ技術分野の研究は目覚しく、その研究対象は多肢にわたっている。特に、蛋白、ペプチド、DNAなどは生体中で極めて重要な働きを担っているため、多くの研究者の研究対象とされてきた。 Recently, research in the biotechnology field has been remarkable, and its research subjects span multiple limbs. In particular, proteins, peptides, DNA, and the like have a very important role in the living body and have been the subject of research by many researchers.
一般に、これら生体由来の有機化合物は、複雑なマトリックス中に極微量しか存在しない。これら極微量の生体関連有機化合物を生体から抽出し、液体クロマトグラフ直結質量分析計(LC/MS装置)により高感度に分析したいとする要求が急速に高まってきた。 In general, these organic compounds derived from living organisms are present in a very small amount in a complex matrix. There has been a rapid increase in demand to extract these extremely small amounts of biologically relevant organic compounds from living organisms and to analyze them with high sensitivity using a liquid chromatograph direct mass spectrometer (LC / MS apparatus).
LC/MS装置は、混合物をLCにより分離し質量分析計(MS)で高感度に定性定量分析する装置である。このLC/MSで用いられる代表的なイオン化手段はエレクトロスプレイイオン化(ESI)である。このESIは、ミクロ液体クロマトグラフ(μ−LC)やキャピラリ電気泳動(CE)などの(極)低流量クロマトグラフから溶出する試料溶液をエレクトロスプレイ(ESI)イオン源に導入してイオン化し、イオン源で生成したイオンを高真空空間内に配置された質量分析計に導き質量分析するものである。 The LC / MS apparatus is an apparatus that separates a mixture by LC and performs qualitative quantitative analysis with high sensitivity using a mass spectrometer (MS). A typical ionization means used in this LC / MS is electrospray ionization (ESI). This ESI is ionized by introducing a sample solution eluted from a (very) low flow chromatograph such as micro liquid chromatograph (μ-LC) or capillary electrophoresis (CE) into an electrospray (ESI) ion source. The ions generated at the source are led to a mass spectrometer arranged in a high vacuum space for mass analysis.
ESIは大気圧下でのイオン化手法で、穏和でかつ高感度なイオン化法として知られている。そのため、蛋白などの生体関連物質の分析に多用されるようになった。 ESI is an ionization technique under atmospheric pressure, and is known as a mild and sensitive ionization technique. Therefore, it has come to be widely used for the analysis of biological materials such as proteins.
このESIを用いて、極微量成分を安定でかつ高感度に測定するためには、いくつかのパラメータを最適化する必要がある。ESIイオン源にどれだけの溶液を供給するかを決める流量は、そのパラメータの一つである。 In order to measure a trace amount component stably and highly sensitively using this ESI, it is necessary to optimize some parameters. The flow rate that determines how much solution is supplied to the ESI ion source is one of its parameters.
高感度測定を達成するためには、ESI細管に流す溶液の流量は、ある範囲内になければならない。ESIでは10nl/min(10−8l/min)から数μl/min(10−6l/min)の範囲が最適流量とされる。 In order to achieve a sensitive measurement, the flow rate of the solution flowing through the ESI capillary must be within a certain range. In ESI, the range of 10 nl / min (10 −8 l / min) to several μl / min (10 −6 l / min) is the optimum flow rate.
即ち、これ以下、これ以上の流量で溶液をESIの細管に送り込むと、ESIのイオン化が不安定になり、期待した高感度測定が達成できなくなる。 That is, if the solution is fed to the ESI capillary at a flow rate higher than this, the ESI ionization becomes unstable, and the expected high sensitivity measurement cannot be achieved.
更なる微量成分の高感度測定を可能にするESIの改良技術が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載の技術は、後にナノスプレイ(Nanospray)と呼ばれるようになった、外径0.2mm、内径0.03mm程度の極微細なガラス細管の先端を、バーナーにより加熱して引伸ばすかエッチングにより鋭角化した後、ノズル先端部に金メッキ等を行なう技術である。この技術によれば、ノズル先端部の外径は、5から10μm、内径は5から3μm程度のものが製作できる。
ESIにおいては、ノズル先端部に高圧電源から供給された1kV程度の直流電圧が印加される。ナノスプレイへの試料溶液の流量は、数nl/min(数10−9l/min)から10nl/min(10−8l/min)程度で、ナノスプレイノズル細管に吸い上げた試料だけで1時間以上の測定が可能である。 In ESI, a DC voltage of about 1 kV supplied from a high voltage power source is applied to the nozzle tip. The flow rate of the sample solution to the nanospray is about several nl / min (several 10 −9 l / min) to 10 nl / min (10 −8 l / min), and the sample sucked into the nanospray nozzle only for 1 hour. The above measurement is possible.
そのため、このナノスプレイは、CE(キャピラリ電気泳動)やμ−LCなどの極低流量のクロマトグラフィーとの結合に用いられるとともに、単離された成分を極めて高感度に測定する手法としても用いられるようになった。また、ナノスプレイにより10nl/min以下の流量領域のESI測定が可能になった。 For this reason, this nanospray is used in combination with ultra-low flow chromatography such as CE (capillary electrophoresis) and μ-LC, and is also used as a technique for measuring an isolated component with extremely high sensitivity. It became so. Moreover, ESI measurement in a flow rate region of 10 nl / min or less became possible by nanospray.
μ−LC分野では流量が数μl/min以下と極端に小さくなるため、LC部品そのものと、その部品間を接続する配管の死容積(デットボリュウム)が大きな問題となる。ミクロカラムと検出器との間のデットボリュウムが流量に対して大きい場合、せっかくミクロカラムにより分離した成分がデットボリュウムで拡散混合して分離や感度が大きく損なわれる。 In the μ-LC field, since the flow rate is extremely small, such as several μl / min or less, the dead volume (dead volume) of the LC component itself and the pipe connecting the components becomes a big problem. When the dead volume between the microcolumn and the detector is larger than the flow rate, the components separated by the microcolumn are diffusely mixed with the dead volume, and the separation and sensitivity are greatly impaired.
また、ポンプとミクロカラム間のデットボリュウムはグラジエントの遅れの問題を起こす原因となる。このグラジエントの遅れを改善するには、ミキサー、配管やESIスプレイノズル(Nanosprayなど)のデットボリュウムを小さくすることが重要である。そこで、配管の径を小さくし、さらに配管の長さを短くすることなどでデットボリュウムを小さく出来る。 In addition, the dead volume between the pump and the microcolumn causes a problem of gradient delay. In order to improve the gradient delay, it is important to reduce the dead volume of the mixer, piping, and ESI spray nozzle (Nanospray, etc.). Therefore, the dead volume can be reduced by reducing the diameter of the pipe and further shortening the length of the pipe.
しかし、配管の径やESIスプレイノズルの径を小さくすることは、配管やESIスプレイノズルが詰まりやすくなるという新しい問題を惹起する。特に、生体関連試料の分析の場合、試料中に存在する糖、蛋白などの生体高分子やNaClなどの塩などが配管を詰める原因となる。 However, reducing the diameter of the pipe and the diameter of the ESI spray nozzle causes a new problem that the pipe and the ESI spray nozzle are easily clogged. In particular, in the case of analysis of biological samples, biopolymers such as sugars and proteins, salts such as NaCl, and the like present in the sample cause clogging of the piping.
また、蛋白などの分離には、多くの場合、LC移動相に100mM以上の高濃度の塩を添加する必要がある。この高濃度の塩は配管内のデットボリュウム内やESIスプレイノズル内に析出し最終的に配管やノズルを詰めることになる。 Moreover, in order to separate proteins and the like, in many cases, it is necessary to add a high concentration salt of 100 mM or more to the LC mobile phase. This high-concentration salt is deposited in the dead volume in the pipe or in the ESI spray nozzle, and finally the pipe or nozzle is packed.
流路の詰まりは,測定の続行を不可能にするばかりでなく、高価な部品(Nanosprayノズルなど)の交換を余儀なくされる。また、部品の交換や系の清掃、再設定,再調整などに多くの時間が浪費される。 The clogging of the flow path not only makes it impossible to continue the measurement, but also necessitates replacement of expensive parts (such as a Nanospray nozzle). Also, a lot of time is wasted in parts replacement, system cleaning, resetting, and readjustment.
このため、LC流路やMSのイオンサンプリング細孔の詰まりに起因する問題を解決するために、多くの技術が開示されてきた。 For this reason, many techniques have been disclosed in order to solve the problems caused by the clogging of LC sampling channels and MS ion sampling pores.
LC流路の詰まりによる圧力上昇によるUVセルの破壊を防ぐ技術、UVセルの交換を容易にする技術が特許文献2に示されている.
LCから溶出した不揮発性の塩がMSのイオンサンプリング細孔を詰めて測定の続行を不可能にしてしまうこと、また、この詰まりを水のジェットにより洗い流して除去する方法が特許文献3と特許文献4とに示されている。ただし、特許文献3に記載の技術は、ESIスプレイノズルではなく、試料を吸引するためのノズルである。
Non-volatile salts eluted from LC clog MS ion sampling pores, making it impossible to continue measurement, and a method of removing this clog by washing with a jet of water is disclosed in
また、LC/MSにおいて、イオン量の変化を監視して流路の詰まり具合や詰まるまでの時間を予測する技術が特許文献5に示されている。
また、LC/MSにおいて、不揮発性の塩をMSに導入前に系外に排除して、イオンサンプリング細孔を詰まらせないようにした技術が特許文献6、特許文献7に示されている。
Further, in LC / MS,
また、試料導入系のメモリー効果を軽減するために、試料導入系に洗浄溶媒を流す技術が特許文献8に示されている.
また、特許文献9には、極低流量ESIとCE(キャピラリ電気泳動)の結合技術が開示されている。CEキャピラリに試料溶液を注入する際に、ESIプローブ先端からの溶媒の気化によって生じる極僅かの流れによる注入量の揺らぎが起きる。この揺らぎを減らすには、ESIプローブ先端における溶媒の気化を抑制することである。そのため、試料注入時ESIプローブ先端部に溶媒液滴を噴霧する。
In addition,
Patent Document 9 discloses a combined technique of extremely low flow rate ESI and CE (capillary electrophoresis). When the sample solution is injected into the CE capillary, the injection amount fluctuates due to a slight flow caused by the evaporation of the solvent from the tip of the ESI probe. In order to reduce this fluctuation, it is necessary to suppress the evaporation of the solvent at the ESI probe tip. Therefore, solvent droplets are sprayed on the tip of the ESI probe during sample injection.
しかしながら、μ−LC、CE、ナノフローLCなどの微小流量領域のLC/MS測定では、上記従来技術では克服できないESIスプレイノズルの詰まりが頻度高く起き、そのリカバリのために測定効率を著しく低下することが大きな問題となっている。 However, in the LC / MS measurement of micro flow area such as μ-LC, CE, and nanoflow LC, clogging of ESI spray nozzle that cannot be overcome by the above-mentioned conventional technology occurs frequently, and the measurement efficiency is remarkably lowered for the recovery. Is a big problem.
また、ESIスプレイノズルが完全に詰まらなくても、ESIイオン化が不安定となり、高感度測定は不可能になる。この場合、測定者は装置を停止して、ESIスプレイノズルを新品と交換することとなるが、ノズルは上述したように、非常に細く、取り扱いが困難であり、交換に長時間を要してしまう。また、ノズルの交換後、装置を再起動して諸パラメータの最適化を行わねばならず、測定者はメンテナンスに多くの時間が費やされ、測定効率が著しく低下してしまう。 Even if the ESI spray nozzle is not completely clogged, ESI ionization becomes unstable and high sensitivity measurement becomes impossible. In this case, the measurer stops the apparatus and replaces the ESI spray nozzle with a new one. However, as described above, the nozzle is very thin and difficult to handle, and it takes a long time to replace it. End up. In addition, after replacing the nozzle, the apparatus must be restarted to optimize various parameters, and the measurer spends a lot of time on maintenance, and the measurement efficiency is significantly reduced.
ESIスプレイノズル(Nanosprayなど)は、自作も可能であるが、再現性の高い測定を望むなら品質管理された市販品を購入して使用することが望ましい。 Although an ESI spray nozzle (such as Nanospray) can be made by itself, it is desirable to purchase and use a quality-controlled commercial product if a highly reproducible measurement is desired.
また、ノズルの交換作業を省略するため、使い捨てとすることが考えられるが、単価が数100$程度の高価なNanosprayノズルを使い捨てにすることは測定者に大きな資金的負担を強いることになり、好ましいものではない。 In addition, it is considered to be disposable because the replacement work of the nozzle is omitted, but disposing an expensive Nanospray nozzle with a unit price of about several hundred dollars imposes a large financial burden on the measurer, It is not preferable.
本発明の目的は、簡単な構成で、ESIスプレイノズルの詰まりを未然に防止でき、長時間、信頼性の高い測定を可能にするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置を実現することである。 An object of the present invention is to realize an electrospray ionization mass spectrometer that can prevent an ESI spray nozzle from being clogged with a simple configuration and enables highly reliable measurement for a long time.
まず、本発明に至った経緯について、説明する。
本願発明者は、低流量LC/MS測定を繰り返す中で、ESIスプレイノズルの詰まりやESIイオン化が突然不安定になる現象に数多く遭遇し観察した。
First, the background to the present invention will be described.
The present inventor encountered and observed many phenomena that the ESI spray nozzle clogged and the ESI ionization suddenly became unstable while repeating the low flow LC / MS measurement.
ESIスプレイノズルの詰まりやイオン化の不安定化は測定と測定との間が空いた時や、夜間、休日など測定を停止して再度測定を開始しようとした時に頻度高く起きる。 Clogging of the ESI spray nozzle and destabilization of ionization frequently occur when there is a gap between measurements, or when the measurement is stopped and started again at night or on holidays.
すなわち、試料を連続して測定している時よりも測定が間歇的に行われる時に詰まりは発生しやすい。 That is, clogging is more likely to occur when the measurement is performed intermittently than when the sample is continuously measured.
これら詰まりの発生状況と詰まったESIスプレイノズルの顕微鏡的な観察などによりESIスプレイプローブの詰まりやイオン化の不安定化は、ESIスプレイノズルの内部で起きる詰まりより、ノズル出口の外周部に析出した塩や試料等の結晶によるESIスプレイノズル先端部の汚れに由来することを見いだした。 The clogging of the ESI spray probe and the destabilization of ionization due to the occurrence of clogging and the microscopic observation of the clogged ESI spray nozzle are caused by the salt deposited on the outer periphery of the nozzle outlet from clogging occurring inside the ESI spray nozzle. It was found that it originates from the dirt at the tip of the ESI spray nozzle due to crystals such as the sample.
図5に、ESIスプレイノズル先端部の拡大図を示す。ESIスプレイが正常に行われている状態を図5の(a)に示す。図5の(a)に示すように、ESIスプレイノズル7の先端部71から帯電液滴流72が噴霧されている期間においては、ESIスプレイノズル7の先端部71の内外ともに清浄で汚れや結晶の付着は無い。そのため、ESIスプレイノズル先端部71に印加した直流高電圧により高電界がESIスプレイノズル7を中心に安定に形成される。
FIG. 5 shows an enlarged view of the tip of the ESI spray nozzle. A state where the ESI spray is normally performed is shown in FIG. As shown in FIG. 5A, during the period in which the charged droplet flow 72 is sprayed from the tip 71 of the
この高電界により、ESIスプレイノズル7に導入された試料溶液は帯電液滴流72として大気中に安定に噴霧される。生成したイオンは安定に質量分析計(MS)に取り込まれ質量分析される。
Due to this high electric field, the sample solution introduced into the
1つの試料のLC/MS測定が終了すると、LCの移動相は水や水/有機溶媒などに変えられLCカラムやインジェクタやESIスプレイノズルなどが洗浄される。ESIスプレイノズル7の先端部の溶液は、ノズル出口周辺部に僅かに溢れてESIスプレイノズル7の先端部71を濡らす。その後、ノズル外周部を濡らした僅かな液体は気化する。
When LC / MS measurement of one sample is completed, the LC mobile phase is changed to water, water / organic solvent, etc., and the LC column, injector, ESI spray nozzle, and the like are washed. The solution at the tip of the
その結果、溢れた溶液の中に僅かに溶込んでいた塩や不純物等がノズル7の周辺部に析出する。測定系の洗浄、測定を繰り返す内にESIスプレイノズル7周辺部の汚れは蓄積してくる。
As a result, salt, impurities and the like slightly dissolved in the overflowing solution are deposited on the periphery of the
図5の(b)に示すように、ノズル7先端71に偏って汚れ75が蓄積すると、汚れ75が障害となって、ESI噴霧流73は偏った方向となる。また、噴霧方向や噴霧自身も不安定になる。この状態になると、質量分析計(MS)に取り込まれるイオン量は極端に少なくなり、イオン量自身の変動も大きくなり、もはや安定な質量分析は不可能になる。
As shown in FIG. 5B, when dirt 75 accumulates on the tip end 71 of the
ESIスプレイノズル先端部71における汚れが更に成長すると、図5の(c)に示すように、汚れ76は、ESIスプレイノズル7の先端71を詰めてしまい、もはや、噴霧流74は微量となり、さらに、ESI噴霧は行われず測定は絶望的となる。
When the dirt at the ESI spray nozzle tip 71 further grows, as shown in FIG. 5C, the
本願発明者の実験観察によると、質量分析計(MS)のイオン電流値が突然低下して測定続行不可能になった時のESIスプレイノズルの状態は、図5の(c)に示すような状態ではなく、大半は図5(b)に示す状態である。 According to the experiment observation of the present inventor, the state of the ESI spray nozzle when the ion current value of the mass spectrometer (MS) suddenly decreases and the measurement cannot be continued is as shown in FIG. Most of the states are not shown in FIG. 5B.
すなわち、ESIスプレイノズル7は完全に詰まっているのではなく、ESIスプレイノズル先端71周辺部に汚れ75が付着した状態である。その場合、ESI噴霧はなされているものの、噴霧流73の軸はESIスプレイノズル7の軸から大きく偏っている。
That is, the
そのため、生成した大部分のイオンは、質量分析装置におけるイオン源の大気中に噴霧した後、直接排気口を経て外部に棄てられる。その結果、質量分析計(MS)に導入されるイオンは極僅かとなってしまう。 Therefore, most of the generated ions are sprayed into the atmosphere of the ion source in the mass spectrometer and then discarded to the outside directly through the exhaust port. As a result, very few ions are introduced into the mass spectrometer (MS).
ノズル7の先端部71の汚れ75をノズル71にから液体を噴霧することにより、除去することも考えられるが、ノズル71の内径は極小であり、汚れ75を除去できるようなジェット流は非常に困難である。
It is conceivable to remove the dirt 75 from the tip 71 of the
本発明は、上記観察結果から、なされたものであり全く新たな観点から、スプレイノズル先端部の汚れ付着を防止する技術である。 The present invention has been made from the above observation results, and is a technique for preventing the adhesion of the tip of the spray nozzle from a completely new viewpoint.
つまり、本発明は、簡単な構成で、ESIスプレイノズルの詰まりを未然に防止でき、長時間、信頼性の高い測定を可能にするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置を実現するために、次のように構成される。 In other words, the present invention has the following simple structure to prevent an ESI spray nozzle from being clogged, and to realize an electrospray ionization mass spectrometer that enables highly reliable measurement over a long period of time. Composed.
(1)試料溶液1を微細なスプレイノズル7から噴出して、大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源9を有し、このイオン源9で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計20に導き質量分析測定をするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、上記イオン源9内に洗浄溶媒を収納した洗浄瓶32を配置して、上記スプレイノズル7の試料溶液噴出休止期間に、上記スプレイノズル7先端を上記洗浄瓶32中の洗浄溶媒中に浸すスプレイノズル移動手段22、31、25を備える。
(1) The
(2)好ましくは、上記(1)において、上記スプレイノズル移動手段は、スプレイノズル7を多次元方向に移動する多次元微動台31を有し、この多次元微動台31を駆動して上記スプレイノズル7先端を洗浄溶媒中に浸す。
(2) Preferably, in the above (1), the spray nozzle moving means has a multi-dimensional
(3)また、好ましくは、上記(2)において、質量分析装置の動作を制御するとともに、質量分析計20により分析されたデータを処理する制御データ処理手段22を備え、この制御データ処理手段22は、上記多次元微動台31の動作を制御して、質量分析測定前に、上記スプレイノズル7の位置決めを行う。
(3) Preferably, in the above (2), control data processing means 22 for controlling the operation of the mass spectrometer and processing data analyzed by the
(4)また、好ましくは、上記(1)において、上記洗浄溶媒は、水、揮発性の酸の水溶液、揮発性の塩基の水溶液、揮発性の塩の水溶液、若しくは有機溶媒の水溶液のいずれか、又はそれらの混合溶液である。 (4) Preferably, in (1) above, the cleaning solvent is any one of water, an aqueous solution of a volatile acid, an aqueous solution of a volatile base, an aqueous solution of a volatile salt, or an aqueous solution of an organic solvent. Or a mixed solution thereof.
(5)試料溶液を微細なスプレイノズル7から噴出して、大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源9を有し、このイオン源9で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計20に導き質量分析測定をするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、上記イオン源9内に洗浄溶媒を供給する洗浄溶媒供給手段40、41、42を備え、上記スプレイノズル7の試料溶液噴出休止期間に、上記スプレイノズル7先端に上記洗浄溶媒供給手段から洗浄溶媒を供給する。
(5) A mass having an electrospray ion source 9 that ejects a sample solution from a
本発明によれば、簡単な構成で、ESIスプレイノズルの詰まりを未然に防止でき、長時間、信頼性の高い測定を可能にするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an electrospray ionization mass spectrometer that can prevent clogging of an ESI spray nozzle with a simple configuration and enables highly reliable measurement for a long time.
また、メンテナンスのために浪費される時間やコストを大幅に低減できる。 Moreover, the time and cost wasted for maintenance can be greatly reduced.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置の分析状態における概略構成図である。図2は、本発明に基づくESIスプレイノズルの待機、洗浄時(試料溶液噴出休止期間)における概略構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in an analysis state of an electrospray ionization mass spectrometer which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ESI spray nozzle according to the present invention during standby and cleaning (sample solution ejection pause period).
図1及び図2において、移動相溶媒1は、LCポンプ2により送り出され、オートサンプラ(インジェクタ)3を経て分析カラム4に送られる。試料溶液はオートサンプラ3から注入され、分析カラム4に導入されて成分毎に分離される。分析カラム4を経た試料成分は、配管5を介してESIスプレイノズル7に送られる。
In FIG. 1 and FIG. 2, the
ESIスプレイノズル7は、ESIイオン源容器9の上部に配置された多次元微動台31に絶縁物を介して固定されている。多次元微動台31は、X軸、Y軸、Z軸方向及び回転方向の微動駆動により多次元の位置決めが可能である。
The
制御データ処理装置22は、信号線23を経由して、制御信号を多次元微動台駆動電源25に送り多次元微動台31を制御駆動する。これにより、ESIスプレイノズル7はイオン源9内で自由な位置取りが可能になる。
The control
ESIスプレイノズル7の先端部は、導電性の皮膜がコーティングされ、高圧電源26から1kV程度の直流電圧が印加されている。LCポンプ2により送られてESIスプレイノズル7の先端部に達した試料溶液は、微細な帯電液滴となり、ESIイオン源9内の大気中8に噴霧される。
The tip of the
ESIスプレイノズル7から噴霧された帯電液滴は、イオン源9内の大気中8で更に微細化してイオンを生成する。生成したイオンは、真空隔壁12に設けられたイオンサンプリング細管11を介してESIイオン源9から真空室13内に取り込まれる。
The charged droplet sprayed from the
質量分析装置(MS)の質量分析装置容器27は、互いに圧力の異なる複数の真空室13、16、19を備え、各々の真空室13、16、19は、独立の真空ポンプ28、29、30により真空排気される。
The
真空室13には、スキマー14が配置され、真空室16にはイオンガイド17が配置され、真空室19は高真空に保たれ質量分析計20と検出器21が配置される。そして、真空室13と16とは、隔壁15で分離され、真空室16と19とは、隔壁18で分離されている。
A
ESIイオン源9で生成したイオンは、イオンサンプリング細管11、真空室13、スキマー14を経て、真空室16に導入される。真空室16に導入されたイオンは、イオンガイド17を経て、真空室19の質量分析計20に導入され、質量分析される。
Ions generated by the ESI ion source 9 are introduced into the
イオンは、質量分析計電源24から電力供給される質量分析計20により質量ごとに分離され、検出器21によりイオン電流として検出される。そして、質量に対応したイオン電流の信号は、検出器21から制御データ処理装置22に送られマススペクトルとして収集される。
なお、イオン源9には排気口10が形成されている。
The ions are separated for each mass by the
The ion source 9 has an exhaust port 10 formed therein.
ここで、イオン源9と真空室13とを連通するイオンサンプリング細管11は、ステンレス鋼やガラス製のキャピラリパイプであり、内径0.3mm程度で長さ10cm程度のものである。また、このイオンサンプリング細管11は、加熱するためのヒータを周囲に被覆したものが用いられる。
Here, the
イオンガイド17は、4本、6本又は8本の金属製の円柱を、ある円周上に等間隔に配置した円筒状の電極からなっている。これら円柱を一つ置きに結線し、2組みの電極間に高周波電圧を印加して、イオンガイド17内部に高周波電界を形成する。このイオンガイド17の中心軸上にイオンを導入すると、導入されたイオンは、高周波電界に従い振動し、ガス分子と衝突してイオンガイド17の軸上に収束される。 The ion guide 17 is composed of a cylindrical electrode in which four, six, or eight metal columns are arranged at equal intervals on a certain circumference. Every other cylinder is connected and a high frequency voltage is applied between the two sets of electrodes to form a high frequency electric field inside the ion guide 17. When ions are introduced on the central axis of the ion guide 17, the introduced ions vibrate according to a high frequency electric field, collide with gas molecules, and converge on the axis of the ion guide 17.
このようにして、イオンガイド17によりイオンを損失なく低真空部から高真空部へと移送することができる。 In this way, ions can be transferred from the low vacuum portion to the high vacuum portion without loss by the ion guide 17.
イオン源9内には、洗浄液(洗浄溶媒)が収容された洗浄瓶32が配置されており、図2に示すように、ノズル7の待機、洗浄時には、ノズル7の先端部が洗浄瓶32内の洗浄液に浸されている。そして、図1に示すように、分析状態においては、ノズル7は、洗浄瓶32内から外に移動して、試料を噴霧する。
A cleaning bottle 32 containing a cleaning liquid (cleaning solvent) is disposed in the ion source 9, and as shown in FIG. 2, the tip of the
次に、本発明の一実施形態における動作を図3の動作フローチャートに基づき説明する。 Next, the operation in one embodiment of the present invention will be described based on the operation flowchart of FIG.
(1)ESIスプレイノズル7の分析モード(測定時)における位置決め(ステップS1) ESIノズル7の位置は、制御データ処理装置22が記憶しており、待機、洗浄時や測定時に、制御データ処理装置22が、すばやく多次元微動台31を駆動しESIスプレイノズル7を位置決めする事ができる。測定の前に制御データ所装置22は制御信号を信号線23経由で多次元微動台駆動電源25送り、多次元微動台31を制御駆動する。そして、多次元微動台31によりESIスプレイノズル7は、洗浄ビン32からイオンサンプリング細管11に向かわせる位置に移動させる。
(1) Positioning of
(2)ESI−HV ON(ステップS2)
制御データ処理装置22は、ESI高電圧印加の信号を高圧電源26に送り、ESIノズル7に、高圧電源26から直流高電圧を印加する。
(2) ESI-HV ON (Step S2)
The control
(3)LC ON イニシャライズ(ステップS3)
ESIスプレイノズル7が分析モードの初期位置(Pa0)に配置されたのを確認した後、制御データ処理装置22は、液体クロマトグラフ(LC)に動作開始の信号をおくり、LC分離条件の初期化(イニシャライズ)を行う。その後、ポンプ2は移動相溶媒1の送液を開始する。
(3) LC ON initialization (step S3)
After confirming that the
(4)ESIスプレイノズルの位置の最適化(ステップS4)
ステップS1において、ESIスプレイノズル7の位置は制御データ処理装置22のメモリーに記憶された位置(Pa0)に定められる。しかし、その位置(Pa0)が最適な位置かどうか定かでない。それは、ESIスプレイノズル7の先端部の移動履歴が測定ごとに異なるからである。そのため、ESIスプレイノズル7の位置を僅かに移動させ、最大感度が得られる新たな点(Pa1)を探す。制御データ処理装置22は、求められた位置情報を新たな位置情報として記憶する(Pa1→Pa0)。
(4) Optimization of the position of the ESI spray nozzle (step S4)
In step S <b> 1, the position of the
(5)試料導入(ステップS5)
制御データ処理装置22は、LCの初期化が済むのを待って、試料導入をオートサンプラ3に指示し、試料導入を行う。
(5) Sample introduction (step S5)
The
(6)マススペクトル収集(ステップS6)
試料溶液が導入され、分析カラム4で成分毎に分離される。分離された成分はESIスプレイノズル7に送られイオン化され、質量分析装置(MS)に取り込まれる。質量分析計20は質量掃引を繰り返して、次々にマススペクトルを収集する。そして、制御データ処理装置22内にデータファイルが形成される。制御データ処理装置22は、1試料が終了したか否かを判断し、1試料終了する迄、マススペクトルの収集を実行する。
(6) Mass spectrum collection (step S6)
A sample solution is introduced and separated for each component in the analysis column 4. The separated components are sent to the
(7)分析終了(ステップS7)
試料成分が分析カラム4から全て溶出して、1測定が終了する。そして、制御データ処理装置22はデータファイルを完成させる。
(7) End of analysis (step S7)
All sample components are eluted from the analytical column 4 and one measurement is completed. Then, the control
上記ステップS1からS7にて分析(測定)モードは終了し、試料測定と試料測定の間の待機洗浄モードへと移る。 In steps S1 to S7, the analysis (measurement) mode ends, and the process proceeds to a standby cleaning mode between sample measurements.
(8)LCやESIスプレイノズルの洗浄(ステップS8)
制御データ処理装置22は、LCに初期化の信号を送り、移動相を変更させLCやESIスプレイノズル7の洗浄を開始する。
(8) Cleaning of LC and ESI spray nozzles (Step S8)
The control
(9)ESI−HV OFF (ステップS9)
LCの洗浄が終了してポンプ2による送液を停止した後、制御データ処理装置22は高電圧電源26に直流電圧OFFの信号を送る。つまり、ESIスプレイノズル7の印加電圧を接地電位にすることで、ESI噴霧をOFFとする。
(9) ESI-HV OFF (Step S9)
After the LC cleaning is completed and the liquid feeding by the
(10)ESIスプレイノズル7の洗浄位置への移動(ステップS10)
制御データ処理装置22は、多次元微動台31を駆動して、ESIスプレイノズル7を洗浄位置(洗浄瓶32内)に移動させる。
(10) Movement of the
The control
(11)ESIスプレイノズル7先端の洗浄液への浸入(ステップS11)
洗浄液が満たされた洗浄瓶32中にESIスプレイノズル7を下降させ、ESIスプレイノズル7の先端を洗浄液中に浸す。
スプレイノズル7の先端を洗浄液中に浸してから、予め定められた洗浄時間が経過したかを判断し、所定時間が経過し、次の試料の測定準備が完了すれば、ESIプローブ7を洗浄瓶32から引き上げ、分析(測定)モードの初期位置(Pa0)にESIプローブ7を戻す。そして、一連の試料の測定が終了したか否かを判断し、終了していなければ、ステップS1に戻り、次の試料の分析に移る。
(11) Infiltration of the
The
After immersing the tip of the
(12)一連の測定が終了(ステップS12)
一連の試料の測定が終了すると、制御データ処理装置22は、データファイルを作成し、完了とする。一連の試料測定が終了して、質量分析装置を長時間休止する場合、ESIスプレイノズル7は、待機モードの状態、すなわち、洗浄瓶32内の洗浄液に浸したままとする。
(12) A series of measurements is completed (step S12)
When the measurement of a series of samples is completed, the control
これにより、ESIスプレイノズル7の先端部は乾燥することは無くなり、結晶の析出、異物の付着などを防ぐことができる。また、LCや分析カラム、配管やESIスプレイノズル7内は、ステップS8からS10における送液動作により洗浄されているため、系内の詰まりの恐れも無い。また、ノズル7の先端外部のみならず、ノズル7の内部にも、洗浄液が浸入するため、ノズル7内部における結晶の析出も防止することができる。
Thereby, the tip portion of the
なお、夜間、休日など測定が行われないときのESIスプレイノズル7は洗浄液に浸されたままとする。
Note that the
また、ノズル7の洗浄液への浸漬は、先端部から5mm〜7mm程度であれば十分である。
Further, the immersion of the
さらに、ノズル7の洗浄動作開始は、試料の分析が終了したと判断したら、自動的に実行してもよいし、操作者の判断で手動により指示してもよい。
Further, the start of the cleaning operation of the
上述した本発明の一実施形態においては、洗浄液は一つの洗浄瓶32に蓄えられたものとして説明した。 In the above-described embodiment of the present invention, the cleaning liquid has been described as being stored in one cleaning bottle 32.
洗浄の効果を高めるため、洗浄瓶を大小2つの瓶とし、新しい洗浄液による洗浄が行える方式とすることもできる。つまり、図4に示すように、小さな瓶44を大きな瓶43に入れ、小さな瓶44に洗浄液を満たす。大きな瓶43の下部にはドレイン45が設けられ、大きな瓶43から溢れた洗浄液をドレイン45から外部に廃棄できるようになっている。 In order to enhance the cleaning effect, the cleaning bottle can be made into two large and small bottles, which can be cleaned with a new cleaning liquid. That is, as shown in FIG. 4, the small bottle 44 is put in the large bottle 43, and the small bottle 44 is filled with the cleaning liquid. A drain 45 is provided under the large bottle 43 so that the cleaning liquid overflowing from the large bottle 43 can be discarded from the drain 45 to the outside.
また、洗浄液が満たされた瓶40から、洗浄液がポンプ41により吸引され蛇口42を経て小さな瓶44内に供給される。蛇口42からは、0.1ml/min程度の流量で瓶44に洗浄液を送り込む。
Further, the cleaning liquid is sucked by the pump 41 from the
小さな瓶44をオバーフローした洗浄液は、大きな瓶43中に溢れ出し、ドレイン45を経て外部に廃棄される。これにより、小さな瓶44中の洗浄液は常に更新され、前の試料のメモリー効果等が残ることはなくなる。 The cleaning solution overflowed from the small bottle 44 overflows into the large bottle 43 and is discarded to the outside through the drain 45. As a result, the cleaning solution in the small bottle 44 is constantly updated, and the memory effect of the previous sample does not remain.
なお、ESIノズル7の洗浄効率を向上させるため、ESIノズル7を洗浄液に浸した状態で上下左右に動かすこともできる。
In addition, in order to improve the cleaning efficiency of the
また、洗浄瓶43の下に超音波振動子46を置き、この超音波振動子46からの超音波によりESIノズル7を微小振動させて洗浄効率を向上させることもできる。
It is also possible to improve the cleaning efficiency by placing an ultrasonic transducer 46 under the cleaning bottle 43 and causing the
蛇口42、瓶43、44、超音波振動子46、ドレイン45は、イオン源9内に配置し、ポンプ41、洗浄液瓶40はイオン源9の外部に配置してもよいし、図4に示した部材全て、イオン源9内に配置することもできる。
The faucet 42, the bottles 43 and 44, the ultrasonic transducer 46, and the drain 45 may be arranged in the ion source 9, and the pump 41 and the cleaning
また、本発明の他の実施形態としては、瓶に収容した洗浄液にノズル7先端を浸漬するのではなく、図4に示した蛇口42のような洗浄液供給口から排出される洗浄液を直接、ノズル7の先端部に供給する形態が考えられる。この他の実施形態に場合、分析動作に待機中、一定周期で、洗浄液をノズル先端部に供給してもよいし、微量洗浄液の供給を継続することも可能である。 As another embodiment of the present invention, the cleaning liquid discharged from the cleaning liquid supply port such as the faucet 42 shown in FIG. The form which supplies to the front-end | tip part of 7 can be considered. In the case of this other embodiment, the cleaning liquid may be supplied to the nozzle tip portion at a constant period while waiting for the analysis operation, or the supply of a trace amount of the cleaning liquid may be continued.
また、洗浄液(洗浄溶媒)は、水、揮発性の酸の水溶液、揮発性の塩基の水溶液、揮発性の塩の水溶液、若しくは有機溶媒の水溶液のいずれか、又はそれらの混合溶液であればよい。 The cleaning liquid (cleaning solvent) may be any of water, an aqueous solution of a volatile acid, an aqueous solution of a volatile base, an aqueous solution of a volatile salt, an aqueous solution of an organic solvent, or a mixed solution thereof. .
1 移動相溶媒
2 LCポンプ
3 インジェクタ(オートサンプラ)
4 分析カラム
5 配管
7 ESIスプレイノズル
9 ESIイオン源
10 排気口
11 イオンサンプリング細管
12、15、18 真空隔壁
13、16、19 真空室
14 スキマー
17 イオンガイド
20 質量分析計
21 検出器
22 制御データ処理装置
23 信号線
24 質量分析計電源
25 多次元微動台駆動電源
26 ESI高圧電源
27 質量分析装置容器
28、29、30 真空ポンプ
31 多次元微動台
32、40 洗浄瓶
41 ポンプ
42 蛇口
43 大洗浄瓶
44 小洗浄瓶
45 ドレイン
1 Mobile phase solvent 2
4
Claims (5)
上記イオン源内に洗浄溶媒を収納した洗浄瓶を配置して、上記スプレイノズルの試料溶液噴出休止期間に、上記スプレイノズル先端を上記洗浄瓶中の洗浄溶媒中に浸すスプレイノズル移動手段を備えることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。 A sample solution is ejected from a fine spray nozzle and has an electrospray ion source that generates ions under atmospheric pressure. The ions generated in this ion source are led to a mass spectrometer installed in a vacuum chamber, and mass analysis is performed. In an electrospray ionization mass spectrometer for measuring,
A spray bottle moving means is provided in which a cleaning bottle containing a cleaning solvent is disposed in the ion source, and the tip of the spray nozzle is immersed in the cleaning solvent in the cleaning bottle during a sample solution ejection period of the spray nozzle. Electrospray ionization mass spectrometer characterized by the above.
上記イオン源内に洗浄溶媒を供給する洗浄溶媒供給手段を備え、上記スプレイノズルの試料溶液噴出休止期間に、上記スプレイノズル先端に上記洗浄溶媒供給手段から洗浄溶媒を供給することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
A sample solution is ejected from a fine spray nozzle and has an electrospray ion source that generates ions under atmospheric pressure. The ions generated in this ion source are led to a mass spectrometer installed in a vacuum chamber, and mass analysis is performed. In an electrospray ionization mass spectrometer for measuring,
An electrospray comprising cleaning solvent supply means for supplying a cleaning solvent into the ion source, and supplying the cleaning solvent from the cleaning solvent supply means to the tip of the spray nozzle during a sample solution ejection period of the spray nozzle. Ionization mass spectrometer.
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