JP2010025932A - 質量分光分析におけるサンプル導入のための開放型プローブ方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量分析計へのサンプル導入のための開放型プローブ方法であって、分析されるべきサンプル化合物をサンプルホルダに取り込むステップ(工程)と、プローブ炉を加熱するステップと、前記サンプルホルダ内の前記サンプル化合物を前記加熱されたプローブ炉内へ導入するステップと、前記加熱されたプローブ炉内へ不活性ガスを流すステップと、炉温度および不活性ガス流の複合効果により前記加熱されたプローブ炉内で前記サンプルを気化させるステップと、前記気化されたサンプルを前記不活性ガス中に混入させるステップと、不活性ガス中の前記気化されたサンプルを質量分析計のイオン源へと移送するステップとを含み、サンプル導入中および分析中に前記加熱されたプローブ炉が環境大気へと開放されたままであり、また、前記不活性ガスが、質量分析計イオン源へ及び炉開口へと移送ラインの2つの方向で前記加熱されたプローブ炉内を流れ、不活性ガス中の前記気化されたサンプルが、加熱移送ラインを介して、質量分析計のイオン源のイオン化チャンバ内へと直接に移送される、方法が提供される。
【選択図】なし
Description
ここで、本発明を使用する実験の典型的な結果が示される図8を参照する。一定のサンプル流束を用いて動作される標準的なMSプローブとは異なり、開放型プローブ動作の好ましい形態は、図8に明示されるように、速いサンプル流束立ち上がり及び立ち下がりによって特徴付けられるサンプル導入の高速パルスを生成することである。この信号パルスは、等温開放型プローブ炉動作、低熱質量サンプルホルダの使用、限られた1マイクログラム未満サンプル量を伴うサンプリング、開放型プローブの容積に比べて高い開放型プローブヘリウム流量の使用、および、シールを伴わない開放型プローブ高速手動サンプル導入(および、除去)の結果である。実際には、開放型プローブは、特に、短い分析サイクルを可能にするように形成され、その結果、温度プログラミングを伴うことなく熱い等温炉と協働すべきことが好ましい。この場合、開放型プローブ炉が開放しているため、サンプルは開放型プローブ内へ急速に導入され、また、シールは解放されてはならず、後にクランプされる。サンプルホルダの低い熱質量に起因してサンプル気化は急速であり、また、少量のサンプルだけが取り込まれるため、サンプルは、不活性ガス流による急速なサンプル除去および自動洗浄の後に完全に脱離される。なお、サンプルは、そのホルダがヘリウムパージガス導入領域を超えて侵入するときだけライナー内へと脱離される。図8に示されるように、30秒未満の十分なサイクル時間を伴う開放型プローブ分析はかなり実現可能である。実際に、サンプルがそれらのホルダに予め取り込まれる場合には、6秒未満の分析サイクル時間を容易に達成することができる。
2 加熱要素
3 GC−MS移送ライン
4 加熱要素
5 ガラステューブライナー
6 Oリング
7 ガス供給ライン
8 ガス供給源
9 バルブ
10 開口
11 クランプ
12 ガスパージプロテクタ要素
13 移送ライン流量規制毛細管
14 シール
15 細い首部
16 イオン源
17 フランジ
18 ロッド
20 フロースプリッタチューブ
21 真空ポンプ
22 流量規制要素
23 バルブ
25 ガスパルス移送ラインチューブ
26 ガス源
27 圧力調整器
28 電子流量コントローラ
29 ガスバルブ
30 シール装置
31 シール
32 分割ガスライン
34 安全逆止弁
35 バルブ
40 GC−MS移送ラインヒータ
41 接合部
42 GC炉
43 インジェクタ
44 開放型プローブ
45 不活性ガスシリンダ
46圧力調整弁
47 電子流量コントローラ
50 GCインジェクタ
51 GC
52 ヒータ
53 内部ライナー
54 Oリングシール
55 ガスパージプロテクタ要素
56 開口
57 毛細管流量規制チューブ
58 MSイオン源
59 フランジ
60 口金
61 クランプ
62 MS移送ライン
63 ヒータ
64 口金
65 クランプ
66 インジェクタガス供給接続要素
67 Oリングヒール
68 インジェクタガス供給接続要素
69 ヘリウムガスシリンダ
70 圧力調整弁
71 インジェクタ電子流量制御要素
72 クランプ
73 真空ポンプ
74 フリット流量リストリクタ
75 バルブ
76 分割流チューブ
77 ガラスチューブ
81 サンプルスプーン
82 サンプルホルダ
83 バイアルホルダ
84 サンプルホルダ
Claims (40)
- 質量分析計へのサンプル導入のための開放型プローブ方法であって、
a.分析されるべきサンプル化合物をサンプルホルダに取り込むステップと、
b.プローブ炉を加熱するステップと、
c.前記サンプルホルダ内の前記サンプル化合物を前記加熱されたプローブ炉内へ導入するステップと、
d.前記加熱されたプローブ炉内へ不活性ガスを流すステップと、
e.炉温度および不活性ガス流の複合効果により前記加熱されたプローブ炉内で前記サンプルを気化させるステップと、
f.前記気化されたサンプルを前記不活性ガス中に混入させるステップと、
g.不活性ガス中の前記気化されたサンプルを質量分析計のイオン源へと移送するステップと、
を含み、
サンプル導入中および分析中に前記加熱されたプローブ炉が環境大気へと開放されたままであり、また、前記不活性ガスは、質量分析計イオン源へ及び炉開口へと移送ラインの2つの方向で前記加熱されたプローブ炉内を流れ、更に、不活性ガス中の前記気化されたサンプルは、加熱移送ラインを介して、質量分析計のイオン源のイオン化チャンバ内へと直接に移送される、開放型プローブ方法。 - 前記不活性ガスは、前記移送ラインを通じたその流量よりも多い流量で導入され、その過剰な流量が前記開放型プローブ炉および質量分析計イオン源をパージして空気の侵入から保護する、請求項1に記載の方法。
- 前記加熱移送ラインは、前記開放型プローブ炉から質量分析計の前記イオン源およびその真空チャンバへの流量を前記質量分析計およびそのイオン源によってそれらの適切な動作のために受け入れられ得る低い流量レベルまで規制して減少させる流量規制毛細管を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記加熱されたプローブ炉内へ不活性ガスを流すステップは、
a.真空ポンプを得るステップと、
b.前記真空ポンプの入口を前記プローブ炉と相互接続するステップと、
c.前記不活性ガスを前記加熱されたプローブ炉を通過した後に圧送するステップと、
を更に含み、
前記プローブ炉の圧送は、前記加熱されたプローブ炉を通じた前記不活性ガスの流量を増大させ、また、流量の前記増大は、前記サンプルが前記加熱されたプローブ炉から除去される速度を高め、そのため、全体の分析時間を減少させる、請求項1に記載の方法。 - 前記加熱されたプローブ炉内へ不活性ガスを流すステップは、
a.第2のガス源を得るステップと、
b.前記第2のガス源の出力を、調整ガス流量コントローラおよびガスバルブを介して、前記プローブ炉へその出口端から相互接続するステップと、
c.所定のプロトコルにしたがって時間プログラムされたガスパルスを生成するステップと、
d.前記時間プログラムされたガスパルスを前記加熱されたプローブ炉の出口端から前記加熱されたプローブ炉内へ導入するステップと、
を更に含み、
プローブ炉内へ前記出口端から導入された前記ガスパルスは、前記気化されたサンプルを前記加熱されたプローブ炉から放出し、それにより、前記サンプルが前記加熱されたプローブ炉から除去される速度が高められ、また、それにより、全体の分析時間が減少される、請求項1に記載の方法。 - 前記加熱されたプローブ炉内へ不活性ガスを流すステップは、
a.前記開放型プローブ炉の開口に対するシールを得るステップと、
b.前記加熱されたプローブ炉を、その出口端から、環境大気へと至るガスチューブと相互接続するステップと、
c.サンプル導入後に前記シールを用いて前記開放型プローブ炉をシールし、それにより、不活性ガスの前記流れが前記ガスチューブから殆ど出るステップと、
を更に含み、
前記プローブ炉シールは、前記加熱されたプローブ炉を通じた前記不活性ガスの流量を増大させ、また、流量の前記増大は、前記サンプルが前記加熱されたプローブ炉から除去される速度を高め、そのため、全体の分析時間を減少させる、請求項1に記載の方法。 - 前記プローブ炉を加熱させるステップは、前記移送ラインのみからの熱伝導によって行なわれる、請求項1に記載の方法。
- 前記質量分析計がガスクロマトグラフ質量分析計システムの一部である、請求項1に記載の方法。
- 前記不活性ガスが前記ガスクロマトグラフのインジェクタから供給される、請求項8に記載の方法。
- a.前記GC−MS装置のGC部のためのそのヒータおよび流量コントローラを有するインジェクタを得る更なるステップと、
b.毛細管ガスチューブを用いて、前記インジェクタの出口を、前記GCを介して、前記移送ラインと相互接続する更なるステップと、
c.前記変換されたインジェクタをそのヒータを用いて加熱する更なるステップと、
d.前記GC炉を加熱して、前記インジェクタから前記移送ラインへの前記サンプル化合物の移送をそれらの滞留を伴うことなく可能にする更なるステップと、
e.前記インジェクタをそのセプタムおよびセプタムホルダの除去によって外気へ開放する更なるステップと、
f.開放インジェクタの上部に対してパージ流プロテクタを付加し、それにより、前記パージ流プロテクタがサンプルホルダの非摂動的導入を可能にする更なるステップと、
g.不活性ガスを所定の速度で前記インジェクタの前記流量コントローラから前記加熱されたインジェクタへと移送ラインの2つの方向で流すとともに前記インジェクタ開口のパージ流プロテクタを通じて前記インジェクタ開口へと流す更なるステップと、
h.インジェクタ温度および不活性ガス流の複合効果によって前記加熱されたインジェクタ炉内で前記サンプルを気化させる更なるステップと、
i.前記気化されたサンプルを前記不活性ガス中に混入させる更なるステップと、
j.不活性ガス中の前記気化されたサンプルを質量分析計のイオン源へと移送する更なるステップと、
を更に含み、
これにより、ガスクロマトグラフインジェクタが開放型プローブへ変換される、請求項8に記載の方法。 - 前記気化されたサンプルは、加熱移送ラインで超音波ノズルへと移送されて、振動冷却サンプル分子を伴う超音速分子線を形成しつつ前記超音波ノズルから真空システムへと広げられ、振動冷却サンプル分子は、前記超音速分子線中に振動冷却分子として含まれる間、電子イオン化イオン源を通り抜ける飛行中に、電子でイオン化される、請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記プローブ炉を加熱するステップは、前記サンプルが流入する側が前記移送ラインと相互接続される側よりも冷たくなるように前記プローブ炉の軸に沿って温度勾配を与える更なるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記サンプルをサンプルホルダに取り込むステップは、(a)約3mm未満の直径のガラスチューブと、(b)約3mm未満の直径のガラスロッドとから成るグループから選択されるサンプルホルダの外面上に前記サンプルを配置するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記サンプルをサンプルホルダに取り込むステップは、サンプルの気化が約数秒未満で完了するように少量のサンプルを取り込むステップを更に含み、また、サンプルの急速な気化は、約数秒の立ち上がり時間および立ち下がり時間を伴う信号を与える、請求項13に記載の方法。
- サンプル分析サイクル時間が約1分未満である、請求項14に記載の方法。
- 前記不活性ガス中に混入された前記気化されたサンプルを前記移送ラインを介して前記質量分析計のイオン源へと移送するステップは、
a.入力端と出力端とを備えるガスクロマトグラフィーカラムを得る更なるステップと、
b.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記入力端を前記開放型プローブ炉と相互接続する更なるステップと、
c.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記出力端を前記イオン源と相互接続する更なるステップと、
d.所定のプロトコルにしたがって前記移送ラインにおける前記ガスクロマトグラフィーカラムの温度をプログラムする更なるステップと、
e.前記サンプル化合物をそれらの質量分析前に適時に分離する更なるステップと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記サンプル化合物を前記加熱されたプローブ炉内へ導入するステップは、
a.入力端と出力端とを備えるガスクロマトグラフィーカラムを得る更なるステップと、
b.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記入力端を前記ガスクロマトグラフインジェクタと相互接続する更なるステップと、
c.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記出力端を前記開放型プローブの入力端と相互接続する更なるステップと、
を更に含む、請求項8に記載の方法。 - 前記サンプル化合物を前記サンプルホルダに取り込むステップおよび前記サンプルホルダ内の前記サンプル化合物を前記加熱されたプローブ炉内へ導入するステップは、
a.コンピュータ制御された自動サンプラを得るステップと、
b.少なくとも1つのサンプルホルダを得るステップと、
c.前記少なくとも1つのサンプルホルダを前記自動サンプラ内に配置するステップと、
d.前記自動サンプラを前記プローブ炉と相互接続するステップと、
e.前記自動サンプラ内の前記サンプルホルダに前記サンプルを取り込むステップと、
f.前記取り込まれたサンプルホルダを前記自動サンプラから前記プローブ炉へと移送するステップと、
を更に含み、
前記取り込まれたサンプルホルダを前記自動サンプラから前記プローブ炉へと移送する前記ステップが自動的に行なわれる、請求項1または請求項10に記載の方法。 - 前記サンプルを前記サンプルホルダに取り込むステップは、
a.(a)約3mm未満の直径のガラスチューブと、(b)約3mm未満の直径のガラスロッドとから成るグループから選択されるサンプルホルダで前記サンプルに触れるステップと、
b.前記サンプルホルダに付着するサンプルの一部を除去するステップと、
を更に含み、前記サンプルホルダに付着するサンプルの一部を除去する前記ステップは、
c.前記サンプルが付着する前記サンプルホルダの側に少なくとも1滴の溶媒を配置するステップと、
d.前記サンプルの一部を前記溶媒中に溶かすステップと、
e.前記溶液が前記サンプルホルダから垂れることができるようにするステップと、
f.前記サンプルホルダ上の前記溶媒を気化させるステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 質量分析計へのサンプル導入のための開放型プローブ装置であって、
a.分析されるべきサンプル化合物を保持するためのサンプルホルダと、
b.プローブ炉と、
c.前記プローブ炉を加熱するようになっているヒータと、
d.外部ガス源へのプローブ炉接続部と、
e.不活性ガス源と、
f.前記不活性ガスを前記プローブ炉内へ導入するための手段と、
g.前記プローブ炉内の前記不活性ガスを前記質量分析計へ及び前記炉の開口へと移送ラインの2つの方向で流すための手段と、
h.前記不活性ガスの流量を制御するための手段と、
i.炉温度および不活性ガス流の複合効果によって前記サンプル化合物を気化させるための加熱プローブ炉手段と、
j.前記気化されたサンプル化合物を、一端が前記加熱されたプローブ炉と相互接続され且つ他端が質量分析計のイオン源のイオン化チャンバと相互接続される質量分析計のイオン源へと移送するための加熱可能手段と、
を備え、
前記加熱されたプローブ炉は、サンプル導入中および分析中に環境大気へと開放されたままである、
開放型プローブ装置。 - 前記開放型プローブ炉および質量分析計イオン源を空気の侵入から保護するために前記不活性ガスの一部で前記プローブ炉をパージするための手段を更に備える、請求項20に記載の装置。
- 前記加熱移送ラインは、前記開放型プローブ炉から質量分析計の前記イオン源への前記不活性ガスの流量を質量分析計およびそのイオン源の動作に適する所定のレベルまで減少させるようになっている流量規制毛細管を更に備える、請求項20に記載の装置。
- a.真空ポンプと、
b.前記不活性ガスの流路を前記真空ポンプの入口と相互接続するための手段と、
c.前記ガスの一部が前記真空ポンプへと流れるように不活性ガスの前記流れが前記プローブ炉から出た後に不活性ガスの前記流れを分割するための手段と、
を更に備え、
前記ガス流の前記圧送は、前記プローブ炉を通じたガス流量を、前記圧送を伴わない流量と比べて増大させる、請求項20に記載の装置。 - a.ガス出力を有する第2のガス源と、
b.前記第2のガス源の出力を、調整ガス流量コントローラおよびガスバルブを介して、前記プローブ炉へその出口端から相互接続するための手段と、
c.所定のプロトコルにしたがって時間プログラムされたガスパルスを生成するための手段と、
d.時間プログラムされたガスパルスを前記加熱されたプローブ炉内へその出口端から導入するための手段と、
を更に備え、
プローブ炉内へその出口端から導入された前記ガスパルスは、前記気化されたサンプルを前記加熱されたプローブ炉から放出し、それにより、前記サンプルが前記加熱されたプローブ炉から除去される速度が高められ、また、それにより、全体の分析時間が減少される、請求項20に記載の装置。 - a.前記開放型プローブ炉の開口を密閉するためのシールと、
b.前記加熱されたプローブ炉をその出口端から環境大気と相互接続するためのガスチューブと、
を更に備え、
サンプル導入後の前記プローブ炉シールは、不活性ガスの前記流れを前記ガスチューブから出させ、それにより、前記加熱されたプローブ炉を通じた前記不活性ガスの流量が増大され、また、その結果として、前記サンプルが前記加熱されたプローブ炉から除去される速度が高められ、それにより、全体の分析時間を減少される、請求項20に記載の装置。 - 前記開放型プローブ炉を加熱させるための手段は、前記加熱移送ラインからの熱伝導によって与えられる、請求項20に記載の装置。
- 前記質量分析計がガスクロマトグラフ質量分析計システムの構成要素である、請求項20に記載の装置。
- 前記不活性ガスが前記ガスクロマトグラフのインジェクタによって前記プローブ炉内へと導入される、請求項27に記載の装置。
- 前記プローブ炉を加熱するための前記ヒータがGCインジェクタヒータであり、また、前記不活性ガスを前記プローブ炉内へ導入し且つ前記不活性ガスの流量を制御するための前記手段がGCインジェクタ流量コントローラであり、更に、前記インジェクタが環境大気へと開放し、また、
a.一端が前記ガスクロマトグラフインジェクタと相互接続され且つ他端が前記移送ラインと相互接続される毛細管と、
b.開放型プローブへと変換される前記インジェクタの上部でパージ流保護するための手段と、
を更に備え、
ガスクロマトグラフインジェクタが開放型プローブとして使用できる、請求項27に記載の装置。 - a.前記気化されたサンプルを前記開放型プローブ炉から加熱移送ラインで超音波ノズルへと移送するための手段と、
b.前記超音波ノズルの後方にメイクアップガスを付加するための手段と、
c.略振動冷却サンプル分子を含む超音速分子線を形成するための超音波ノズル・真空チャンバ手段と、
d.前記超音速分子線中のサンプル化合物をイオン化するための飛行電子イオン化イオン源と、
e.前記イオン源を通り抜けるその飛行のために前記超音速分子線を平行にする手段と、
を更に備える、請求項26から請求項29のいずれか1項に記載の装置。 - 前記移送チューブが前記プローブ炉と相互接続される側よりも前記サンプルホルダが導入される側で温度が低くなるように前記プローブ炉の軸に沿って温度勾配を与えるための手段を更に備える、請求項20に記載の装置。
- 前記サンプルホルダは、(a)約3mm未満の直径のガラスチューブと、(b)約3mm未満の直径のガラスロッドとから成るグループから選択される、請求項20に記載の装置。
- 約数秒内で前記サンプルの気化を行なうようになっており、前記気化は、約数秒の立ち上がり時間および立ち下がり時間を伴う信号パルスを与える、請求項20に記載の装置。
- サンプル分析サイクル時間が約1分未満である、請求項20に記載の装置。
- 前記気化されたサンプル化合物を質量分析計のイオン源へと移送するための前記手段は、
a.入力端と出力端とを備えるガスクロマトグラフィーカラムと、
b.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記入力端を前記開放型プローブ炉と相互接続するための手段と、
c.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記出力端を前記イオン源と相互接続するための手段と、
d.加熱移送ラインと、
e.所定のプロトコルにしたがって前記移送ラインにおける前記ガスクロマトグラフィーカラムの温度をプログラムするための手段と、
を更に備える、請求項20に記載の装置。 - a.入力端と出力端とを備えるガスクロマトグラフィーカラムと、
b.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記入力端を前記ガスクロマトグラフインジェクタと相互接続するための手段と、
c.前記ガスクロマトグラフィーカラムの前記出力端を前記開放型プローブの入力端と相互接続するための手段と、
を更に備える、請求項20に記載の装置。 - a.コンピュータ制御された自動サンプラと、
b.前記サンプルホルダを前記自動サンプラ内に配置するための手段と、
c.前記自動サンプラを前記プローブ炉と相互接続するための手段と、
d.前記自動サンプラ内の前記サンプルホルダに前記サンプルを取り込むための手段と、
e.前記取り込まれたサンプルホルダを前記自動サンプラから前記プローブ炉へと移送するための手段と、
を更に備え、
サンプル移送が自動的に行なわれる、請求項20または請求項29に記載の装置。 - 前記プローブ炉のための細い首部を更に備え、前記細い首部は、前記装置のユーザが熱面に触れるのを防止する、請求項20に記載の装置。
- 特にサンプルをタンデムMS−MS内へ導入するようになっている、請求項20に記載の装置。
- 質量分析計内へのサンプルの導入のために標準的なGCインジェクタを開放型プローブ源へ変換するための方法であって、
a.前記インジェクタをそのセプタムおよびセプタムホルダの除去によって外気へ開放するステップと、
b.セプタムおよびセプタムホルダを置き換えるために前記インジェクタの上部に対してパージ流プロテクタを付加し、それにより、前記パージ流プロテクタが、前記開放型プローブ源内へのサンプルホルダの非摂動的導入を可能にするステップと、
c.GCカラムを毛細管流量規制チューブと置き換えるステップと、
d.所定のプロトコルにしたがって、前記インジェクタの流量コントローラからの不活性ガスを、インジェクタを介して、前記パージ流プロテクタおよび毛細管流量規制チューブへと流すステップと、
e.前記毛細管流量規制チューブを、前記GC炉を介して、質量分析計への移送ラインと相互接続するステップと、
f.前記GC炉を加熱して、前記インジェクタから前記移送ラインへの前記サンプル化合物の移送をそれらの滞留を伴うことなく可能にするステップと、
を含む方法。
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