JP2015121406A - 液体クロマトグラフ質量分析装置用イオン化プローブ及び液体クロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温となった先端部分が露出すること防ぐ、イオン化プローブを提供する。
【解決手段】ロッド３１を出し入れするエアシリンダ３０をイオン化インターフェイス部１２に取り付け、ロッド３１を嵌合できる凹穴２１をイオン化プローブ２０に設けた。イオン化プローブ２０はイオン化インターフェイス部１２に挿入した状態で作動させる。イオン化プローブ２０の先端には高温のアシストガスが供給されるが、その間、ガス流路５０の圧力が高まりエアシリンダ３０がロッド３１を押し出して凹穴２１に嵌合させることで、イオン化プローブ２０のイオン化インターフェイス部１２への固定をロックする。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体クロマトグラフ質量分析装置のイオン化部に関し、さらに詳しくは、イオン化プローブの固定方法に関する。

液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）では、液体クロマトグラフから送出された液体試料を、イオン化インターフェイス部でイオン化し、該イオンを質量分析部で質量電荷比m/zの大きさで分離して検出する。

イオン化の代表的な方法としては、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）やエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）等がある。

ＡＰＣＩは、主に低・中極性の化合物のイオン化に適しており、そのような各成分を含んだ溶液を加熱することにより気化し、ネブライザガスを吹き付けてガス体とする。ガス体の中の溶媒（移動相）は放電電極からのコロナ放電によってイオン化（バッファイオン）され、バッファイオンと目的成分の間に電荷移動が生じることで、目的成分がイオン化される（たとえば特許文献１参考）。

一方、ＥＳＩは、主にイオン性・高極性化合物のイオン化に適しており、そのような各成分を含んだ溶液を帯電させ、ネブライザガスを吹き付けて微小な液滴とする。液滴は、内部の電荷同士の反発力により分裂を繰り返し、イオンとなる（たとえば特許文献２参考）。

また、ＥＳＩにおいては、イオン化効率を向上させるための手法として、加熱エレクトロスプレイイオン化法（Ｈ−ＥＳＩ）がある。Ｈ−ＥＳＩでは、350〜450℃程度まで加熱したアシストガスを液滴に吹き付け、溶媒を蒸発させることで、微細化を促進し、電荷密度を高める。

実際のＬＣ／ＭＳにおいては、上述のＡＣＰＩやＨ−ＥＳＩの機能を備えたイオン化プローブをそれぞれ用意し、イオン化インターフェイス部に、いずれかのイオン化プローブの先端側を挿入してＭＳにイオンを供給する構成が採用されている。このような構成とすれば、分析対象の化合物に適したイオン化プローブを選択して付け替えることで、所望の分析を行うことが可能となる。また、補修等の作業も容易になる。

特開2009-8417号公報 特開2012-58122号公報

Ｈ−ＥＳＩやＡＣＰＩでは、特にイオン化プローブの先端部が、加熱されたガスにより高温となる。そのため、ＬＣ／ＭＳの使用者がイオン化プローブをイオン化インターフェイス部から取り外した際に、露出した高温の部分に触れることで、火傷や熱傷を受けたりするおそれがある。このような理由により、イオン化プローブの取り外しの際は十分に注意をしなければならず、作業がしにくくなり、時間も掛かる。

本発明が解決しようとする課題は、ＬＣ／ＭＳの使用者が、高温となったイオン化プローブの先端部分に触れることで、火傷や熱傷を受けたりするおそれのない液体クロマトグラフ質量分析装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、液体クロマトグラフ質量分析装置のイオン化インターフェイス部に着脱可能に装着されるイオン化プローブであって、
該イオン化プローブを流れるガスの圧力が所定値以上であるときに、該イオン化プローブの前記イオン化インターフェイス部への固定をロックするロック手段を備えることを特徴とする。
前記ロック手段は、イオン化プローブを流れるガスの圧力により直接的に作動するものであってもよいし、該ガス圧を測定するガス圧センサと、該ガス圧センサからの出力に基づいて前記ロックを行うロック機構との組み合わせであってもよい。

イオン化プローブは、先端側をイオン化インターフェイス部に挿入し、そこに固定して使用するが、その際、ガス供給源からのガスがプローブ本体の先端に供給されると、イオン化プローブを流れるガスの圧力が高まる。その圧力が所定値よりも大きくなると、ロック手段がイオン化プローブ本体のイオン化インターフェイス部への固定をロックする。これにより、使用者の不用意な作業によってイオン化プローブがイオン化インターフェイス部から取り外され、先端部分が露出することを防ぐことができる。

さらに、上記イオン化プローブにおいては、
a)該イオン化プローブにガスを供給するガス供給部と、
b)前記ガスを加熱するガス加熱部と、
c)イオン化を行う時は前記ガス供給部からガスを供給するとともに前記ガス加熱部を作動させ、イオン化を停止する時には前記ガス加熱部を先に停止させ、所定時間が経過した後に前記ガス供給部からのガスの供給を停止させる制御手段、
を備えるものとすることができる。

このイオン化プローブの制御手段は、イオン化の際には、供給されるガスをガス加熱部により加熱するが、イオン化を停止する際は、まずガス加熱部を停止させる一方、所定時間はガス供給部からのガスの供給を持続させる。こうすることで、イオン化プローブがイオン化インターフェイス部にロックされた状態を維持しつつ、加熱されていないガスの供給によりイオン化プローブを冷却する。

一方、液体クロマトグラフ質量分析装置によっては、イオン化インターフェイス部と質量分析部を分離できるものもある。本発明は、このような液体クロマトグラフ質量分析装置についても適用することができる。

すなわち、本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置は、液体クロマトグラフ部と、該液体クロマトグラフ部から送出される液体試料をイオン化するためのイオン化インターフェイス部と、該イオン化インターフェイス部でイオン化されたイオンを分析する質量分析部を備えた液体クロマトグラフ質量分析装置であって、
前記イオン化インターフェイス部を流れるガスの圧力が所定値以上であるときに、該イオン化インターフェイス部と前記質量分析部の固定をロックするロック手段を備えることを特徴とする。

上記構成の液体クロマトグラフ質量分析装置では、イオン化インターフェイス部をガスが流れている間はロック手段がイオン化インターフェイス部と質量分析部の固定をロックする。これにより、イオン化時には使用者が容易にはイオン化インターフェイス部を質量分析部から分離することができなくなり、装置の安全性が高まる。

上記液体クロマトグラフ質量分析装置においても、
a)前記イオン化インターフェイス部にガスを供給するガス供給部と、
b)前記ガスを加熱するガス加熱部と、
c)イオン化を行う時には前記ガス供給部からガスを供給するとともに前記ガス加熱部を作動させ、イオン化を停止する時には前記ガス加熱部を先に停止させ、所定時間が経過した後に前記ガス供給部からのガスの供給を停止させる制御手段、
を備えるものとすることができる。

本発明に係るイオン化プローブは、ガスが該イオン化プローブに供給されている間、イオン化プローブのイオン化インターフェイス部への固定をロックするようにしたので、使用者の不用意な作業により、イオン化プローブの先端が露出し、そこに供給されているガスが漏れ出すのを防ぐことができる。
また、ガスを加熱して用いるイオン化プローブにおいては、ガス加熱部を停止した後も、所定時間は、加熱されていないガスを供給して、イオン化プローブをイオン化インターフェイス部にロックしたまま冷却するようにした。そのため、ロックが解除されてイオン化プローブを取り外した際には、高温の部分が露出するということがなく、使用者が、火傷をしたり、熱傷を受けたりすることはない。
また、本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置では、イオン化インターフェイス部を質量分析部にロックできるようにしたので、両者を分離できる装置であっても、上記同様の効果が得られる。

本発明のイオン化プローブを用いた液体クロマトグラフ質量分析装置の概略構成を示す図面。 本発明のイオン化プローブと、イオン化プローブが着脱可能なイオン化インターフェイス部の周辺を示す図面。 本発明のイオン化プローブの詳細を示す断面図。 本発明のイオン化プローブが備えるロック手段の動作を説明する図面。図４(a)は、イオン化プローブのイオン化インターフェイス部への固定をロックした状態を、図４(b)はロックを解除した状態を示す。 本発明の液体クロマトグラフ質量分析装置が備えるロック手段の動作を説明する図面。図５(a)はイオン化インターフェイス部と質量分析部の固定をロックした状態を、図５(b)はロックを解除した状態を示す。

以下、本発明のイオン化プローブについて図面を参照しつつ説明する。なお、ここではＨ−ＥＳＩ機能を備えたイオン化プローブについて説明するが、ＡＰＣＩ機能を備えたイオン化プローブであってもかまわない。

本発明のイオン化プローブを用いる液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）の概略構成を図１に示す。ＬＳ／ＭＳは、液体クロマトグラフ１１、イオン化インターフェイス部１２、質量分析部１３に大別される。液体クロマトグラフ１１は液体試料を各成分に分離して、イオン化プローブ２０に送る。イオン化プローブ２０は、イオン化インターフェイス部１２に挿入された状態で液体試料をイオン化し、質量分析部１３はイオンを質量電荷比（m/z）で選別して検出する。

図２は本発明のイオン化プローブと、イオン化プローブが着脱可能なイオン化インターフェイス部の周辺を示す。本発明のイオン化プローブ２０には、凹穴２１が設けられている。また、液体クロマトグラフ１１からは溶液が、ガス源５２からはガス流路５０を通じてアシストガスが、イオン化プローブ２０に供給される。アシストガスの供給は、ガスバルブ５１の開閉により制御できるようになっている。ガス流路５０は分岐点５５で分岐しており、そこから、エアシリンダ３０につながっている。エアシリンダ３０は、凹穴２１に嵌合可能なロッド３１を、ガス流路５０の圧力に応じて出し入れする。また、ガス流路５０の圧力を測定するためのガス圧センサ５３も、分岐点５５を介し取り付けてある。

分岐点５５とイオン化プローブ２０の間には、流路の径を小さくする等により配管抵抗を大きくした部分（５４）があり、そこよりも分岐点側のガス流路５０内の圧力、すなわちエアシリンダ３０に加わる圧力が、アシストガスを供給した際に所定値よりも大きくなるようにしてある。所定値とは、エアシリンダ３０がシリンダ３１を押し出すのに必要な圧力の値である。

さらにイオン化プローブ２０には、アシストガスを加熱するためのヒータ５６が設けられている。このヒータ５６、ガスバルブ５１及びガス圧センサ５３は、制御手段４０と通信ライン４１で接続され、制御できるようになっている。制御手段４０は具体的にはＬＣ／ＭＳのファームウェアで実現できる。

イオン化プローブ２０のＨ−ＥＳＩ機能に関する構成を、図３の断面図を参照して説明する。なお、図３では凹穴２１の記載を省略している。液体クロマトグラフ１１から送られた溶液は、細管２２を通り、先端から滴下する。その際、細管２２に電圧を印加することで、細管２２内の溶液を帯電させる。

一方、ネブライザガス導入口２７からはネブライザガスが導入され、先端部分２４に吹き付けられることで、液滴を微細化する。さらに、アシストガスは、プローブ２０の周囲を通り、ヒーター５６により加熱された後、先端部分２４に吹き付けられ、これにより、液滴の微細化を促進する。

次に、イオン化プローブ２０のイオン化インターフェイス部１２への固定について、図２を参照して説明する。エアシリンダ３０は、イオン化インターフェイス部１２の、イオン化プローブ２０を挿入する挿入口付近に取り付けられている。そのため、ガスバルブ５１を閉じ、ロッド３１が引っ掛からないようにイオン化プローブ２０をイオン化インターフェイス部１２に挿入する。

凹穴２１にロッド３１が嵌合できる深さまでイオン化プローブ２０を挿入すると、そこで位置決めがされ、イオン化プローブ２０がイオン化インターフェイス部１２に固定される。ただし、この状態では、イオン化プローブ２０を引き上げると、簡単にイオン化インターフェイス部１２から取り外すことができるようになっている。

イオン化プローブ２０をイオン化インターフェイス部１２に固定した状態で、ガスバルブ５１を開いてイオン化プローブ２０の作動を開始させる。ガス源５２からアシストガスが供給されると、ガス流路５０の内部の圧力が所定値よりも大きくなり、エアシリンダ３０がロッド３１を押し出す（図４(a)）。押し出されたロッド３１は凹穴２１に嵌合され、イオン化プローブ２０のイオン化インターフェイス部１２への固定をロックする。これにより、作業者が作動中のイオン化プローブ２０を不用意に取り外し、その先端部分が露出してしまうことを防ぐことができる。

なお、ここでは、エアシリンダ３０がガス流路５０の圧力により直接的に作動し、イオン化プローブ２０のイオン化インターフェイス部１２への固定をロックする構成となっているが、エアシリンダ３０に代えてモータードライブのアクチュエータ等でロッド３１を動かすようにすることもできる。この場合、ガス圧センサ５３の値に基づいて制御手段４０がアクチュエータ等を制御する構成とすると良い。

ＬＣ／ＭＳによる分析を終えた後は、ガスバルブ５１を閉じてガス流路５０へのアシストガスの供給を停止する。すると、エアシリンダ３０に加わる圧力が低下するため、イオン化プローブ２０とイオン化インターフェイス部１２の間のロックが解除される（図４(b)）。これにより、イオン化プローブ２０をイオン化インターフェイス部１２から取り外すことができる。

このとき、ただちにアシストガスの供給を停止するのではなく、まずヒータ５６を停止させ、所定時間が経過した後にガス流路５０へのアシストガスの供給を停止するよう、制御手段４０で制御するとよい。こうすることで、イオン化プローブがイオン化インターフェイス部にロックされた状態を維持しつつ、加熱されていないアシストガスの供給によりイオン化プローブ２０を冷却できるため、安全性が高まる。

次に、本発明を適用した、イオン化インターフェイス部と質量分析部が分離可能なＬＣ／ＭＳについて、図５を参照して説明する。

このＬＣ／ＭＳでは、Ｈ−ＥＳＩ機能を有するイオン化機能部７０がイオン化インターフェイス部１４に設けられている。また、イオン化インターフェイス部１４と質量分析部１５は分離できるようになっている。そこで、凹穴７１をイオン化インターフェイス部１４に設け、支持部材７２を用いてエアシリンダ３０を質量分析部１５に取り付けることで、両者の固定をロックできるようにした。

ガスバルブ５１を開いてイオン化機能部７０を作動させている間は、イオン化インターフェイス部１４にアシストガスが流れ、ロッド３１がエアシリンダ３０に押し出されて凹穴７１に嵌合される（図５(a)）。これにより、イオン化インターフェイス部１４と質量分析部１５の固定をロックする。

このようにして、イオン化インターフェイス部１４と質量分析部１５が不用意に分離しし、イオン化インターフェイス部１４の内部が露出してしまうことを防ぐことができる。

一方、ガスバルブ５１を閉じてイオン化機能部７０を停止させると、ロックが解除され、イオン化インターフェイス部１４と質量分析部１５を分離できるようになる(図５(b))。この場合も、ヒータ５６を先に停止させ、所定時間が経過した後にガス流路５０へのアシストガスの供給を停止するよう、制御手段４０で制御すると良い。

こうすることで、加熱されていないアシストガスの供給によりイオン化インターフェイス部１４を冷却できるため、安全性が高まる。

１１…液体クロマトグラフ
１２、１４…イオン化インターフェイス部
１３、１５…質量分析部
２０…イオン化プローブ
２１、７１…凹穴
２２…細管
２３…先端部分
２７…ネブライザガス導入口
３０…エアシリンダ
３１…ロッド
４０…制御手段
４１…制御ライン
５０…ガス流路
５１…ガスバルブ
５２…ガス源
５３…ガス圧センサ
７０…イオン化機能部
７１…支持部材

Claims (4)

1. 液体クロマトグラフ質量分析装置のイオン化インターフェイス部に着脱可能に装着されるイオン化プローブであって、
   該イオン化プローブを流れるガスの圧力が所定値以上であるときに、該イオン化プローブの前記イオン化インターフェイス部への固定をロックするロック手段を備えることを特徴とするイオン化プローブ。
2. さらに、
   a)該イオン化プローブにガスを供給するガス供給部と、
   b)前記ガスを加熱するガス加熱部と、
   c)イオン化を行う時は前記ガス供給部からガスを供給するとともに前記ガス加熱部を作動させ、イオン化を停止する時には前記ガス加熱部を先に停止させ、所定時間が経過した後に前記ガス供給部からのガスの供給を停止させる制御手段、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン化プローブ。
3. 液体クロマトグラフ部と、該液体クロマトグラフ部から送出される液体試料をイオン化するためのイオン化インターフェイス部と、該イオン化インターフェイス部でイオン化されたイオンを分析する質量分析部を備えた液体クロマトグラフ質量分析装置であって、
   前記イオン化インターフェイス部を流れるガスの圧力が所定値以上であるときに、該イオン化インターフェイス部と前記質量分析部の固定をロックするロック手段を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ質量分析装置。
4. さらに、
   a)前記イオン化インターフェイス部にガスを供給するガス供給部と、
   b)前記ガスを加熱するガス加熱部と、
   c)イオン化を行う時には前記ガス供給部からガスを供給するとともに前記ガス加熱部を作動させ、イオン化を停止する時には前記ガス加熱部を先に停止させ、所定時間が経過した後に前記ガス供給部からのガスの供給を停止させる制御手段、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の液体クロマトグラフ質量分析装置。

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