JP2013190316A

JP2013190316A - プローブ

Info

Publication number: JP2013190316A
Application number: JP2012056576A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Nakano; 智仁中野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: US20130243412A1; US9008496B2; JP5810984B2

Abstract

【課題】サイズを小さくすることができるプローブの提供。
【解決手段】液体試料が設定方向に流通する液体試料流路１０と、液体試料流路１０の外周に液体試料流路１０と同軸外周円環状となるように形成され、ネブライザガスが設定方向に流通するネブライザガス流路２０と、ネブライザガス流路２０の出口端部２２の周囲にネブライザガス流路２０と同軸外周円環状の加熱ガス噴出口３２が形成され、アシストガスを設定方向に噴射するための加熱ガス流路３０と、加熱ガス流路３０中に配置され、加熱ガス噴出口３２から噴射するためのアシストガスを加熱する加熱体４０とを備えるプローブ１であって、ネブライザガス流路２０と加熱ガス流路３０との間に形成されたアシストガス流路３３を備え、加熱体４０に加熱される前のアシストガスがアシストガス流路３３を流通した後、加熱体４０で加熱された後のアシストガスを加熱ガス流路３３に流通させるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プローブに関し、さらに詳しくは、液体クロマトグラフ部から溶出した液体試料をイオン化するＥＳＩプローブに関する。

液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）は、液体試料を成分毎に分離して溶出する液体クロマトグラフ部（ＬＣ部）と、ＬＣ部から溶出してきた試料成分をイオン化するイオン化室と、イオン化室から導入されたイオンを検出する質量分析部（ＭＳ部）とから構成される。このようなイオン化室では、液体試料をイオン化するために様々なイオン化手法が用いられているが、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）や大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）等の大気圧イオン化法が広く用いられている。

具体的には、ＡＰＣＩでは、ＬＣ部のカラムの末端に接続されたノズルの先端をイオン化室の内部に向けて配設するとともに、ノズルの先端の前方に針電極を配置している。そして、ノズルにおいて加熱により霧化した試料の液滴に、針電極からのコロナ放電により生成したキャリアガスイオン（バッファイオン）を化学反応させてイオン化している。一方、ＥＳＩでは、ＬＣ部のカラムの末端に接続されたノズルの先端をイオン化室の内部に向けて配設するとともに、ノズルの先端部に数ｋＶ程度の高電圧を印加して強い不平等電界を発生させる。これにより、液体試料は電界により電荷分離し、クーロン引力により引きちぎられて霧化する。その結果、周囲の空気に触れて試料の液滴中の溶媒は蒸発し、気体イオンが発生する。

図３は、ＥＳＩ法を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置の一例を示す概略構成図である。なお、地面に垂直な一方向をＸ方向（設定方向）とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。
液体クロマトグラフ質量分析装置には、イオン化室２１１と、イオン化室２１１に隣接する第１中間室２１２と、第１中間室２１２に隣接する第２中間室２１３と、第２中間室２１３に隣接する質量分析室（ＭＳ部）２１４とがそれぞれ隔壁を介して連続的に設けられている（例えば、特許文献１参照）。このような液体クロマトグラフ質量分析装置では、ＬＣ部１１にて成分分離された液体試料が、液体試料流路１０を介してＥＳＩプローブ１０１に供給される。また、ネブライザガス（例えば窒素ガス）が、ネブライザガス導入流路２５を介してＥＳＩプローブ１０１に供給される。さらに、アシストガス（例えば窒素ガス）が、アシストガス導入流路３５を介してＥＳＩプローブ１０１に供給される。その結果、液体試料はＥＳＩプローブ１０１によってイオン化室２１１内部に噴霧される。

ここで、図４は、図３に示すＥＳＩプローブの断面図である。ＥＳＩプローブ１０１は、液体試料がＸ方向に流通する円管形状の液体試料流路１０と、ネブライザガスがＸ方向に流通する円環形状のネブライザガス流路２０と、アシストガスがＸ方向に流通する円環形状の加熱ガス流路１３０と、加熱ガス流路１３０中に配置された加熱ヒータ４０とを備える。

液体試料流路１０は、金属製の細い円管形状であり、上端部がＬＣ接続部１１と接続されるとともに、下端部に液体試料流路出口１２が形成されている。これにより、ＬＣ接続部１１から導入された液体試料が、液体試料流路１０の内側をＸ方向に流通した後、液体試料流路出口１２からＸ方向に噴射されるようになっている。

ネブライザガス流路２０は、金属製の太い円管形状であり、液体試料流路１０の外周に液体試料流路１０と同軸外周円環状となるように形成されており、上端部にネブライザガス入口２１が形成されるとともに、下端部には液体試料流路出口１２の周囲に液体試料流路１０と同軸外周円環状のネブライザガス出口２２が形成されている。このようなネブライザガス流路２０によれば、ネブライザガス入口２１から導入されたネブライザガスが、液体試料流路１０の外側とネブライザガス流路２０の内側との間をＸ方向に流通した後、ネブライザガス出口２２からＸ方向に噴射されるようになっている。これにより、液体試料流路出口１２から噴射された液体試料は、液体試料流路出口１２の周囲に噴射されるネブライザガスとの衝突作用により霧状態となってイオン化室２１１内部に噴霧される。

また、液体試料流路１０の下端部とネブライザガス流路２０の下端部とに電圧源（図示せず）から数ｋＶの高電圧が印加されるように配線が接続されており、液体試料のイオン化が行われるようになっている。なお、液体試料流路１０の下端部とネブライザガス流路２０の下端部とに高電圧が印加されるため、ネブライザガス流路２０の上端部と液体試料流路１０との間には、液体試料流路１０と同軸外周円環状の樹脂部品やゴム部品（電気絶縁体）２３が配置されるとともに、ネブライザガス流路２０の中部には、液体試料流路１０と同軸外周円環状の樹脂部品やゴム部品（電気絶縁体）２４が配置されている。

加熱ガス流路１３０は、ネブライザガス流路２０の下端部の周囲にネブライザガス流路２０と同軸外周円環状となるように形成された円環流路１３０ａと、円環流路１３０ａの上端部の一部と接続された円管形状の加熱流路１３０ｂとを有する。加熱流路１３０ｂの上端部に加熱ガス入口１３４が形成されるとともに、加熱流路１３０ｂの中央内部に加熱ヒータ４０が配置され、加熱流路１３０ｂの下端部が円環流路１３０ａの上端部の一部と接続されている。そして、円環流路１３０ａの下端部には、ネブライザガス出口２２の周囲にネブライザガス流路２０と同軸外周円環状の加熱ガス出口ノズル１３２が形成されている。なお、加熱ヒータ４０の熱や、加熱されたネブライザガスの熱が伝達しないようにするため、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路１３０の内側との間に、所定の距離（例えば、２０ｍｍ）以上となる空間が設けられている。

このような加熱ガス流路１３０によれば、加熱ガス入口１３４から導入されたアシストガスが、加熱流路１３０ｂをＸ方向に通過する際に加熱ヒータ４０によって５００℃程度に加熱され、円環流路１３０ａをＸ方向に流通した後、加熱ガス出口ノズル１３２からＸ方向に噴射されるようになっている。これにより、有機溶媒を含有する液体試料の有機溶媒がアシストガスによって気化して液体試料のイオン化効率が高まる。また、アシストガスの流れにより、噴霧化された試料の広がりが抑えられ、ＭＳ部２１４におけるイオン化試料の密度が高まって感度向上に寄与する。

このようなＥＳＩプローブ１０１によってイオン化室２１１で生成されたイオンは、脱溶媒管２１９、第１中間室２１２内の第１イオンレンズ２２１、スキマー２２２、第２中間室２１３内のオクタポール２２３及びフォーカスレンズ２２４、入口レンズ２２５を順に経てＭＳ部２１４に送られ、四重極２１６、２１７により不要イオンが排出され、検出器２１８に到達した特定イオンのみが検出されることになる。

特開２００１−３４３３６３号公報

ところで、このようなＥＳＩプローブ１０１では、加熱ヒータ４０の熱や、５００℃程度に加熱された加熱ガスの熱が、金属製の液体試料流路１０に伝達すると、液体試料流路１０を流通する液体試料の温度が沸点に達し、沸騰して試料が熱分解されてしまったり、樹脂部品やゴム部品（電気絶縁体）２３、２４が熱で変形してしまったりする。
また、液体試料流路１０の下端部は、ネブライザガス流路２０に対して位置調節ツマミ（図示せず）によりＸ軸に直交するＹＺ面内の所定範囲で略平行に移動可能となっており、適宜に位置を調整することができるようになっていたり、ネブライザガス流路２０に対してＸ軸方向に抜き差しができる（突出量を調整することができる）ようになっており、適宜に位置を調整することができるようになっている。

よって、試料が熱分解されたり電気絶縁体２３、２４が熱で劣化したりせず、さらにユーザが火傷せずに液体試料流路１０の位置を調整することができるように、加熱ヒータ４０の熱やアシストガスの熱が、金属製の液体試料流路１０に伝達しないようにする必要がある。そのため、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路１３０の内側との間に、所定の距離（例えば、２０ｍｍ）以上となる空間が設けられているが、この場合はＥＳＩプローブ１０１が大きくなるという問題点があった。なお、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路１３０の内側との間に断熱材を配置することも考えられるが、コスト増となるという問題点があった。
そこで、本発明は、サイズを小さくすることができるプローブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のプローブは、液体試料が設定方向に流通する管状の液体試料流路と、前記液体試料流路の外周に液体試料流路と同軸外周円環状となるように形成され、ネブライザガスが設定方向に流通するネブライザガス流路と、前記ネブライザガス流路の出口端部の周囲にネブライザガス流路と同軸外周円環状の加熱ガス噴出口が形成され、アシストガスを設定方向に噴射するための加熱ガス流路と、前記加熱ガス流路中に配置され、前記加熱ガス噴出口から噴射するためのアシストガスを加熱する加熱体とを備えるプローブであって、前記ネブライザガス流路と加熱ガス流路との間の全部又は一部に形成されたアシストガス流路を備え、前記加熱体に加熱される前のアシストガスがアシストガス流路を流通した後、前記加熱体で加熱された後のアシストガスが加熱ガス流路を流通するようにしている。

ここで、「設定方向」とは、設計者等によって予め決められた任意の一方向であり、例えば、下方向等となる。

本発明のプローブによれば、加熱される前（常温）のアシストガスが流通するアシストガス流路が、ネブライザガス流路と加熱ガス流路との間に形成されているため、加熱体の熱や加熱後のアシストガスの熱が液体試料流路に伝達することがなく、さらにネブライザガス流路を常温のアシストガスで冷却することができる。その結果、断熱効果が高くなり、ネブライザガス流路の外側と加熱ガス流路の内側との間に、所定の距離以上となる空間を設ける必要がなくなってプローブのサイズを小さくすることができる。また、電気絶縁体として比較的耐熱性の低いものを使用することができ、コストを下げることができる。なお、断熱材を使用する場合でも、断熱材に求められる断熱性能を低くすることができる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明のプローブにおいては、前記アシストガス流路は、前記ネブライザガス流路の外周にネブライザガス流路と同軸外周円環状となるように形成され、前記加熱体に加熱される前のアシストガスが設定方向と逆方向又は設定方向に流通するようにしてもよい。
さらに、本発明のプローブにおいては、前記液体試料流路は金属で作製されており、前記液体試料流路の出口端部に高電圧が印加されるようになっているようにしてもよい。

本発明に係るＥＳＩ法を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置の一例を示す概略構成図。図１に示すＥＳＩプローブの断面図。ＥＳＩ法による液体クロマトグラフ質量分析装置の一例を示す概略構成図。図３に示すＥＳＩプローブの断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

図１は、本発明に係るＥＳＩ法を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置の一例を示す概略構成図であり、図２は、図１に示すＥＳＩプローブの断面図である。なお、上述した従来の液体クロマトグラフ質量分析装置と同様のものについては、同じ符号を付している。
液体クロマトグラフ質量分析装置には、イオン化室２１１と、イオン化室２１１に隣接する第１中間室２１２と、第１中間室２１２に隣接する第２中間室２１３と、第２中間室２１３に隣接するＭＳ部２１４とがそれぞれ隔壁を介して連続的に設けられている。

ＥＳＩプローブ１は、液体試料がＸ方向に流通する円管形状の液体試料流路１０と、ネブライザガスがＸ方向に流通する円環形状のネブライザガス流路２０と、加熱後（５００℃程度）のアシストガスがＸ方向に流通する円環形状の加熱ガス流路３０と、加熱ガス流路３０中に配置された加熱ヒータ４０と、加熱前（常温）のアシストガスが−Ｘ方向に流通するアシストガス流路３３とを備える。

アシストガス流路３３は、ネブライザガス流路２０の外周にネブライザガス流路２０と同軸外周円環状となるように形成された主流路３３ａと、アシストガスを主流路３３ａに導入するための円管形状の導入流路３３ｂと、アシストガスを加熱ガス流路３０に導入するための円管形状の接続流路３３ｃとを有する。

主流路３３ａは、ネブライザガス流路２０の外周にネブライザガス流路２０と同軸外周円環状となるように形成されており、主流路３３ａの上端面の一部分から導入流路３３ｂが主流路３３ａの下端部まで挿入されるとともに、主流路３３ａの上端面の他の一部分が接続流路３３ｃの一端部と接続されている。そして、逆Ｕの字形状の接続流路３３ｃの他端部が加熱ガス流路３０の加熱流路３０ｂの上端部と接続されている。

このようなアシストガス流路３３によれば、導入流路３３ｂに導入されたアシストガスが、導入流路３３ｂをＸ方向に流通した後、導入流路３３ｂの下端部から主流路３３ａの下端部に導入される。主流路３３ａの下端部に導入されたアシストガスは、主流路３３ａの全周を−Ｘ方向に流通した後、接続流路３３ｃの一端部に導入される。接続流路３３ｃの一端部に導入されたアシストガスは、接続流路３３ｃを流通した後、加熱ガス流路３０に導入される。

加熱ガス流路３０は、主流路３３ａの下端部の周囲に主流路３３ａと同軸外周円環状となるように形成された円環流路３０ａと、円環流路３０ａの上端部の一部と接続された円管形状の加熱流路３０ｂとを有する。加熱流路３０ｂの上端部に接続流路３３ｃの他端部が接続されるとともに、加熱流路３０ｂの中央内部に加熱ヒータ４０が配置され、加熱流路３０ｂの下端部が円環流路３０ａの上端部の一部と接続されている。そして、円環流路３０ａの下端部には、主流路３３ａの下端部の周囲に主流路３３ａと同軸外周円環状の加熱ガス出口ノズル３２が形成されている。つまり、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路３０の内側との間には、主流路３３ａが形成されている。よって、加熱ヒータ４０の熱や加熱後のアシストガスの熱が液体試料流路１０に伝達することがなく、さらにネブライザガス流路２０を常温のアシストガスで冷却することができるため、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路３０の内側との間の距離は、例えば、３ｍｍとなっている。

以上のように、本発明のＥＳＩプローブ１によれば、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路３０の内側との間の断熱効果が高くなり、ネブライザガス流路２０の外側と加熱ガス流路３０の内側との間に、所定の距離以上となる空間を設ける必要がなくなり、ＥＳＩプローブ１のサイズを小さくすることができる。また、電気絶縁体２３、２４として比較的耐熱性の低いものを使用することができ、コストを下げることができる。

＜他の実施形態＞
上述したＥＳＩプローブ１において、主流路３３ａは、ネブライザガス流路２０の外周にネブライザガス流路２０と同軸外周円環状となるように形成されている構成としたが、主流路３３ａは、ユーザが触る場所や温度上昇が問題となる場所のみに形成されているような構成としてもよい。

本発明は、液体クロマトグラフ部から溶出してきた液体試料をイオン化するＥＳＩプローブ等に利用することができる。

１：ＥＳＩプローブ
１０：液体試料流路
２０：ネブライザガス流路
２２：ネブライザガス出口
３０：加熱ガス流路
３２：加熱ガス噴出口
３３：アシストガス流路
４０：加熱ヒータ（加熱体）

Claims

液体試料が設定方向に流通する管状の液体試料流路と、
前記液体試料流路の外周に液体試料流路と同軸外周円環状となるように形成され、ネブライザガスが設定方向に流通するネブライザガス流路と、
前記ネブライザガス流路の出口端部の周囲にネブライザガス流路と同軸外周円環状の加熱ガス噴出口が形成され、アシストガスを設定方向に噴射するための加熱ガス流路と、
前記加熱ガス流路中に配置され、前記加熱ガス噴出口から噴射するためのアシストガスを加熱する加熱体とを備えるプローブであって、
前記ネブライザガス流路と加熱ガス流路との間の全部又は一部に形成されたアシストガス流路を備え、
前記加熱体に加熱される前のアシストガスがアシストガス流路を流通した後、前記加熱体で加熱された後のアシストガスが加熱ガス流路を流通することを特徴とするプローブ。
前記アシストガス流路は、前記ネブライザガス流路の外周にネブライザガス流路と同軸外周円環状となるように形成され、前記加熱体に加熱される前のアシストガスが設定方向と逆方向又は設定方向に流通することを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
前記液体試料流路は金属で作製されており、前記液体試料流路の出口端部に高電圧が印加されるようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプローブ。