JP2009069088A - Method for introducing pulse sample based on laser evaporation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、質量スペクトル分析法における試料導入方法に関する。 The present invention relates to a sample introduction method in mass spectrometry.
最近、レーザーイオン化質量分析法が広く利用されている。この方法では、試料分子をレーザーパルスにより瞬時にイオン化し、飛行時間型質量分析計により計測されることが多い。たとえば、窒素レーザーと組み合わせたマトリクス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)質量分析計は、たんぱく質の計測に広く用いられている。 Recently, laser ionization mass spectrometry has been widely used. In this method, sample molecules are often ionized instantaneously by a laser pulse and measured by a time-of-flight mass spectrometer. For example, matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometers combined with nitrogen lasers are widely used for protein measurement.
環境中の試料は、一般に濃度が低く、多くの夾雑物が存在している。このため、一旦試料を捕集・濃縮した後、ガスクロマトグラフ装置で分離しながら、逐次質量スペクトルを測定する方法が用いられている。 The sample in the environment generally has a low concentration, and many impurities exist. For this reason, after collecting and concentrating a sample once, the method of measuring a mass spectrum sequentially is used, isolate | separating with a gas chromatograph apparatus.
レーザーイオン化法は、レーザーの波長を適切に選択することにより、特定の分子を選択的にイオン化できる利点がある。このため多量の夾雑物中の微量試料を分析する場合に有利である。 The laser ionization method has an advantage that specific molecules can be selectively ionized by appropriately selecting the wavelength of the laser. Therefore, it is advantageous when analyzing a small amount of sample in a large amount of impurities.
通常、試料は質量分析計に連続的に導入させている。したがって、パルスレーザーを照射すると、一部の試料分子しかイオン化せず、ほとんどの試料が無駄になる。したがって、条件にもよるが、約1万倍感度が低下する。 Usually, the sample is continuously introduced into the mass spectrometer. Therefore, when a pulse laser is irradiated, only some sample molecules are ionized, and most samples are wasted. Therefore, although depending on conditions, the sensitivity is reduced by about 10,000 times.
本発明は、上記の状況を鑑みて、試料を導入するキャピラリーの真空側の先端部を冷却し、そこに試料を一旦凝着させた後、パルスレーザーを照射して瞬時に試料を蒸発させ、間歇的に試料を質量分析計に導入する方法、装置を提供する。 In view of the above situation, the present invention cools the vacuum side tip of the capillary into which the sample is introduced, and once the sample is adhered thereto, the sample is instantaneously evaporated by irradiation with a pulsed laser, A method and apparatus for intermittently introducing a sample into a mass spectrometer are provided.
本発明は、上記目的を解決するために、
[1]キャピラリーを通して真空容器内に試料を導入する際に、キャピラリーの真空側の先端部の内径を小さくし、試料と一緒に流している希釈ガスの断熱膨張によってキャピラリー先端部を冷却し、この冷却効果によって凝着した試料をパルスレーザー照射によって瞬時に蒸発させ、試料を真空中に間歇的に導入する。
In order to solve the above object, the present invention provides
[1] When the sample is introduced into the vacuum vessel through the capillary, the inside diameter of the tip on the vacuum side of the capillary is reduced, and the tip of the capillary is cooled by adiabatic expansion of the diluted gas flowing along with the sample. The sample adhered by the cooling effect is instantly evaporated by pulse laser irradiation, and the sample is intermittently introduced into the vacuum.
[2]上記[1]に記載の方法において、キャピラリーを加熱するための装置を付属させ、キャピラリー先端部の温度を制御できるようにしてもよい。 [2] In the method described in [1] above, an apparatus for heating the capillary may be attached so that the temperature at the tip of the capillary can be controlled.
[3]上記[1]から[2]のいずれか1つに記載の方法において、希釈ガスとしてヘリウムを用いてもよい。 [3] In the method according to any one of [1] to [2], helium may be used as a dilution gas.
[4]上記[1]から[3]のいずれか1つに記載の方法において、パルスレーザーとしてヤグレーザーを用いてもよい。 [4] In the method according to any one of [1] to [3] above, a Yag laser may be used as the pulse laser.
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。 According to the present invention, the following effects can be achieved.
(1)キャピラリーを通して真空容器内に試料を導入する際に、キャピラリーの真空側の先端部の内径を小さくし、試料と一緒に流している希釈ガスの断熱膨張によってキャピラリー先端部を冷却し、この冷却効果によって凝着した試料をパルスレーザー照射によって瞬時に蒸発させることにより、試料を真空中に間歇的に導入することができる。 (1) When the sample is introduced into the vacuum vessel through the capillary, the capillary tip is cooled by the adiabatic expansion of the dilution gas flowing along with the sample by reducing the inner diameter of the tip on the vacuum side of the capillary. The sample can be intermittently introduced into the vacuum by instantaneously evaporating the sample adhered by the cooling effect by pulse laser irradiation.
(2)上記(1)に加えて、キャピラリーを加熱するための装置を付属すれば、キャピラリー先端部の温度を制御でき、試料の凝着量、蒸発量を最適化することができる。 (2) In addition to the above (1), if an apparatus for heating the capillary is attached, the temperature at the tip of the capillary can be controlled, and the amount of adhesion and evaporation of the sample can be optimized.
(3)上記(1)から(2)のいずれか1つに加えて、希釈ガスとしてヘリウムを用いることにより、ガスクロマトグラフにより分離した試料を直接導入することができる。 (3) In addition to any one of (1) to (2) above, by using helium as the diluent gas, the sample separated by gas chromatography can be directly introduced.
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに加えて、パルスレーザーとしてヤグレーザーを用いることにより、長時間安定に動作でき、かつ532nm、355nm、266nm、213nmの高調波のいずれかを選択することにより、効率よく試料を蒸発させることができる。 (4) In addition to any one of (1) to (3) above, by using a Yag laser as a pulse laser, it can operate stably for a long time, and any of the harmonics of 532 nm, 355 nm, 266 nm, and 213 nm By selecting this, the sample can be efficiently evaporated.
キャピラリーを通して真空容器内に試料を導入する際に、キャピラリーの真空側の先端部の内径を小さくし、試料と一緒に流している希釈ガスの断熱膨張によってキャピラリー先端部を冷却し、この冷却効果によって凝着した試料をパルスレーザー照射によって瞬時に蒸発させることにより、試料を真空中に間歇的に導入することができる。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 When the sample is introduced into the vacuum vessel through the capillary, the capillary tip is cooled by the adiabatic expansion of the diluted gas flowing along with the sample by reducing the inner diameter of the capillary tip. The sample can be intermittently introduced into the vacuum by instantaneously evaporating the adhered sample by pulse laser irradiation. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は、試料をガスクロマトグラフ装置で分離した後、飛行時間型質量分析計により測定する装置である。キャピラリーの真空側の先端部を加工しない場合は、試料は速やかに質量分析計に連続的に導入される。一方、図2(A)のように、キャピラリー先端部の内径を小さくすると、試料と一緒に流している希釈ガス(キャリヤーガス)の断熱膨張により、キャピラリー先端部の温度が低下する。このため試料は、先端部に凝着する。そこで、図2(B)のように、その部分に蒸発用(可視)レーザーを照射すると、瞬時に加熱されて試料が蒸発する。その結果、図2(C)のように、試料は局在化して噴出する。そこに、イオン化用(紫外)レーザーを導入すると、局在化(濃縮)した試料が得られ、高感度な分析が行える。 FIG. 1 shows an apparatus for measuring with a time-of-flight mass spectrometer after separating a sample with a gas chromatograph apparatus. When the tip on the vacuum side of the capillary is not processed, the sample is rapidly introduced continuously into the mass spectrometer. On the other hand, as shown in FIG. 2A, when the inner diameter of the capillary tip is reduced, the temperature of the capillary tip is lowered by adiabatic expansion of the dilution gas (carrier gas) flowing together with the sample. For this reason, a sample adheres to a front-end | tip part. Therefore, as shown in FIG. 2B, when the part is irradiated with an evaporating (visible) laser, the sample is instantaneously heated to evaporate. As a result, the sample is localized and ejected as shown in FIG. When an ionizing (ultraviolet) laser is introduced there, a localized (concentrated) sample is obtained, and highly sensitive analysis can be performed.
図3は、蒸発用レーザーとイオン化用レーザーの時間間隔(タイミング)を変化させ、その時間間隔とイオン信号強度の関係を求めた結果である。この結果より、試料は10μsの時間幅に局在化して真空中に導入されていることがわかる。 FIG. 3 shows the result of determining the relationship between the time interval and the ion signal intensity by changing the time interval (timing) between the evaporation laser and the ionization laser. From this result, it can be seen that the sample is localized in the time width of 10 μs and introduced into the vacuum.
試料をノズルから真空中に噴出させる場合には、一般にパルスノズルを用いる。しかし、加熱できる上限は200℃程度であり、パルス幅も50μs程度が実用上の限界である。本発明を用いると、加熱できる上限はキャピラリーが溶融する温度により決まり、少なくとも500℃までは使用できる。また、パルス幅もより短くできるので、感度をより向上させることができる。 When a sample is ejected from a nozzle into a vacuum, a pulse nozzle is generally used. However, the upper limit for heating is about 200 ° C., and the pulse width is about 50 μs, which is a practical limit. When the present invention is used, the upper limit for heating is determined by the temperature at which the capillary melts, and can be used at least up to 500 ° C. In addition, since the pulse width can be shortened, the sensitivity can be further improved.
レーザーの繰返し速度を10Hzとすると、試料は100ms毎に蒸発し、10μsの時間幅に局在することになる。したがって、最良の場合には、試料濃度を1万倍(100ms/10μs)濃縮することができ、分析感度を大幅に改善できる。また、本発明においては、先端部の温度を調整することにより、低沸点の夾雑物は凝着させずに流出させることもできる。したがって、妨害成分の影響を低減できる利点もある。 If the repetition rate of the laser is 10 Hz, the sample evaporates every 100 ms and localizes in a time width of 10 μs. Therefore, in the best case, the sample concentration can be concentrated 10,000 times (100 ms / 10 μs), and the analysis sensitivity can be greatly improved. Further, in the present invention, by adjusting the temperature of the tip portion, low-boiling contaminants can be allowed to flow out without being adhered. Therefore, there is an advantage that the influence of the disturbing component can be reduced.
図4は、先端部の内径を小さくしない場合と、小さくした場合に得られたクロマトグラムである。前者の場合には、試料の流速が早くなり、クロマトグラフから溶出する時間が若干短くなっている。後者の信号強度は、蒸発用レーザーのエネルギーが大きくなるに従って増大し、最終的には本発明を用いない場合と比較して、ピーク値で4.5倍、面積値で18倍増大することを示している。信号の増大率は1万倍にはなっていないが、これは試料の凝着が不十分であるか、あるいはレーザー蒸発が不十分なためと考えられる。この効率を改善するには、キャピラリー先端部の温度を十分下げて試料を完全に凝着させ、一方では試料が凝着する部分をできるだけ先端部に局在化させて蒸発の効率を上げる必要がある。 FIG. 4 is a chromatogram obtained when the inner diameter of the tip is not reduced and when it is reduced. In the former case, the flow rate of the sample is increased and the time for elution from the chromatograph is slightly shortened. The latter signal intensity increases as the energy of the evaporation laser increases, and finally increases by 4.5 times at the peak value and 18 times at the area value compared to the case where the present invention is not used. Show. The increase rate of the signal is not 10,000 times, which is considered to be due to insufficient sample adhesion or insufficient laser evaporation. To improve this efficiency, the temperature at the tip of the capillary must be lowered sufficiently to completely adhere the sample, while the part where the sample adheres must be localized at the tip as much as possible to increase the efficiency of evaporation. is there.
図5は、キャピラリーを加熱するための装置を付属させたノズルである。キャピラリー保持部の温度を計測して制御すること並びにキャピラリー先端部の突出部の長さを調整することにより、全ての試料を先端部に凝着させてレーザー蒸発させることができる。また、ガスクロマトグラフでは、キャリヤーガスとして通常ヘリウムを用いるので、これを希釈ガスとしてそのまま用いることができる。一方、蒸発のためのパルスレーザーとしてヤグレーザーを用いることにより、長時間安定に動作でき、かつ532nm、355nm、266nm、213nmの高調波のいずれかを選択して、効率よく試料を蒸発させることができる。 FIG. 5 shows a nozzle with a device for heating the capillary. By measuring and controlling the temperature of the capillary holding portion and adjusting the length of the protruding portion of the capillary tip, all the samples can be adhered to the tip and evaporated by laser. In the gas chromatograph, since helium is usually used as a carrier gas, it can be used as it is as a dilution gas. On the other hand, by using a YAG laser as a pulse laser for evaporation, it is possible to operate stably for a long time, and it is possible to efficiently evaporate a sample by selecting one of harmonics of 532 nm, 355 nm, 266 nm, and 213 nm. it can.
環境中には、有害なダイオキシン化合物が存在し、その微量分析法の確立が要求されている。しかし、その存在量は少なく、多量の夾雑物が共存するので、その分析は容易ではない。超音速分子ジェット/レーザーイオン化/質量分析法は、そのための有力な方法であるが、ガスクロマトグラフで分離した試料を高温状態に保持したまま、デッドボリュームが無視できる条件下で、かつ間歇的に短いパルスとして安定に質量分析計に導入することは極めて困難である。 There are harmful dioxin compounds in the environment, and the establishment of a microanalysis method is required. However, the analysis is not easy because the abundance is small and a large amount of impurities coexist. Supersonic molecular jet / laser ionization / mass spectrometry is a powerful method for this purpose, but the sample separated by gas chromatography is kept at high temperature and dead volume is negligible and intermittently short. It is extremely difficult to stably introduce it into a mass spectrometer as a pulse.
開発した試料導入法を用いれば、分離したダイオキシンを、200〜400℃に加熱して、デッドボリュームをなくし、10μsのパルス幅で質量分析計に導入できる。したがって、最良の場合には1万倍感度を向上させることができる。したがって、排ガス、飛灰、大気、水、土壌だけでなく血液や母乳中のダイオキシンなど、超微量試料の分析が要求される分野において、大きな威力を発揮する。 By using the developed sample introduction method, the separated dioxins can be heated to 200 to 400 ° C. to eliminate dead volume and introduced into the mass spectrometer with a pulse width of 10 μs. Therefore, the sensitivity can be improved 10,000 times in the best case. Therefore, it exhibits great power in fields that require analysis of ultra-trace samples such as dioxins in blood and breast milk as well as exhaust gas, fly ash, air, water, and soil.
1 ガスボンベ
2 ガスクロマトグラフ
3 試料注入装置
4 ヒーター
5 キャピラリー
6 飛行時間型質量分析計
7 イオン検出器
8 蒸発用レーザー
9 ミラー
10 イオン化用レーザー
11 遅延回路
12 オシロスコープ
13 クロマトグラフからの溶出試料
14 キャピラリー
15 キャピラリー先端部
16 加熱部
17 熱電対
18 コントローラー
19 真空チャンバー(質量分析計)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a yag laser is used as the pulse laser.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007240351A JP2009069088A (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Method for introducing pulse sample based on laser evaporation method |
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Publications (1)
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JP2007240351A Withdrawn JP2009069088A (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Method for introducing pulse sample based on laser evaporation method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013527443A (en) * | 2010-04-29 | 2013-06-27 | バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Liquid evaporator |
-
2007
- 2007-09-18 JP JP2007240351A patent/JP2009069088A/en not_active Withdrawn
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JP2013527443A (en) * | 2010-04-29 | 2013-06-27 | バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Liquid evaporator |
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