JP2024057924A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャピラリ管の内部でラジカルを生成し、試料成分由来のイオンが導入される反応室に該ラジカルを供給することによって該イオンを解離させる質量分析装置において、キャピラリ管を反応室に着脱する際にキャピラリ管の出口端が破損するのを防止する。【解決手段】内部にラジカル流路を有するキャピラリ管４１０と、試料成分由来のイオンが導入される反応室１３２と、反応室の壁面に設けられた、キャピラリ管の外径よりも大きい径を有する開口１３２１と、キャピラリ管の出口端を露出させて該キャピラリ管を保持する保持部材５０と、一端が保持部材に固定され他端がキャピラリ管の出口端に達し、該キャピラリ管の長さ方向に収縮可能な、該キャピラリ管の外周を取り囲む筒状の弾性部材であって、前記開口の径よりも大きい外径を有する管保護部材５３とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、質量分析装置に関する。特に、原料ガスから生成したラジカルを用いてイオンを解離させる操作を行う質量分析装置に関する。

試料に含まれる成分を同定したり未知成分の分子構造を推定したりするために、質量分析装置を用いたMS/MS分析が行われている。MS/MS分析では、試料成分由来のイオン（プリカーサイオン）をコリジョンセルなどの反応室に導入し、該反応室でプリカーサイオンを解離させて種々のプロダクトイオンを生成して検出する。そして、検出されたプロダクトイオンの質量電荷比から得られる部分構造の情報に基づいて、試料成分を同定したり未知成分の分子構造を推定したりする。

プリカーサイオンを解離させる方法の1つとして、水素ラジカル、酸素ラジカル、窒素ラジカルなどのラジカルを付着させるものが知られている（例えば特許文献１～３）。例えば、ペプチド由来のイオンに対してラジカルを用いた解離操作を行うと、ペプチドのアミノ酸配列等の構造を反映した様々な種類のプロダクトイオンが生成される。こうしたプロダクトイオンが観測されたマススペクトルを解析することにより、ペプチドの構造を推定することができる。

こうした質量分析装置で用いられるラジカル生成部として、例えば非特許文献１、２に記載のものが知られている。これらのラジカル生成部は、石英やアルミナなどの誘電体から成るキャピラリ管と、該キャピラリ管の周囲に導電線を三次元螺旋状に巻回したヘリカルアンテナと、キャピラリ管の外周のうちヘリカルアンテナが巻回された部分を取り囲むように設けられキャピラリ管の出口端を露出させて保持するケーシングとを備えている。ヘリカルアンテナにマイクロ波電力を供給し、その渦電流によってキャピラリ管を通過する原料ガス中にプラズマを発生させることによって、ラジカルを生成する。ケーシングから露出したキャピラリ管の出口端はコリジョンセル内に挿入されており、キャピラリ管の内部で生成されたラジカルは、該キャピラリ管の出口端からコリジョンセルに供給される。

特開２０１９－１９１０８１号公報 国際公開第２０１９／１５５７２５号 国際公開第２０２２／０５９２４７号

Yuji Simabukuro、ほか4名、「タンデム・マス・スペクトロメトリー・オブ・ペプタイド・イオンズ・バイ・マイクロウェイブ・エキサイテッド・ハイドロジェン・アンド・ウォーター・プラズマズ（Tandem Mass Spectrometry of Peptide Ions by Microwave Excited Hydrogen and Water Plasmas）」、Analytical Chemistry、2018年、Vol.90、No.12、pp.7239-7245 島袋祐次（Yuji Simabukuro）、「コンプリヘンシブ・スタディ・オン・ザ・ロー-エナジー・アトミック・ハイドロゲン・ビーム：フロム・プロダクション・トゥー・ベロシティ・ディストリビューション・メジャーメント（Comprehensive Study on the Low-energy Atomic Hydrogen Beam: From Production to Velocity Distribution Measurement」（博士論文本文）、［online］、［2020年4月8日検索］、同志社大学学術リポジトリー、インターネット＜URL: https://doors.doshisha.ac.jp/duar/repository/ir/27819/zk1079.pdf＞ Hidenori Takahashi、ほか6名、「ハイドロゲン・アタッチメント／アブストラクション・ディソシエーション（HAD）・オブ・ガス－フェーズ・ペプタイド・イオンズ・フォア・タンデム・マス・スペクトロメトリー（Hydrogen Attachment/Abstraction Dissociation (HAD) of Gas-Phase Peptide Ions for Tandem Mass Spectrometry）」、Analytical Chemistry、2016年、Vol.88、No.7、pp.3810-3816

ラジカル生成部では、ラジカルの生成を繰り返すうちにキャピラリ管の内部に汚れが生じる。キャピラリ管の内部に汚れが生じると、その汚れに由来する不純物がラジカルとともにコリジョンセルに流入し、MS/MS分析の測定結果に影響を及ぼしてしまう。そのため、適宜の時点でラジカル生成部をコリジョンセルから取り外し、キャピラリ管を洗浄及び交換する必要がある。従来のラジカル生成部では、キャピラリ管の出口端がケーシングから露出しているため、ラジカル生成部をコリジョンセルに着脱する際にキャピラリ管の出口端をコリジョンセルの壁面などにぶつけて破損させやすいという問題があった。

ここでは原料ガスのプラズマを発生させてラジカルを生成するラジカル生成部を例に説明したが、加熱したキャピラリ管に原料ガスを導入することによってラジカルを生成するラジカル生成部（例えば非特許文献３）を用いる場合にも上記同様の問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、キャピラリ管の内部でラジカルを生成し、試料成分由来のイオンが導入される反応室に該ラジカルを供給することによって該イオンを解離させる質量分析装置において、キャピラリ管を反応室に着脱する際にキャピラリ管の出口端が破損するのを防止することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置は、
内部にラジカル流路を有するキャピラリ管と、
試料成分由来のイオンが導入される反応室と、
前記反応室の壁面に設けられた、前記キャピラリ管の外径よりも大きい径を有する開口と、
前記キャピラリ管の出口端を露出させて該キャピラリ管を保持する保持部材と、
一端が前記保持部材に固定され、他端が前記キャピラリ管の出口端に達し、該キャピラリ管の長さ方向に収縮可能な、該キャピラリ管の外周を取り囲む筒状の弾性部材であって、前記開口の径よりも大きい外径を有する管保護部材と
を備える。

本発明に係る質量分析装置では、キャピラリ管の内部のラジカル流路を通ってラジカルを反応室に供給する。キャピラリ管の外周には、該キャピラリ管の出口端を露出させて該キャピラリ管を保持する保持部材と、一端が該保持部材に固定され他端がキャピラリ管の出口端に達する筒状の弾性部材であって、該キャピラリ管の長さ方向に収縮する管保護部材が配置されている。また、反応室にはキャピラリ管を挿入するための開口が形成されている。

本発明に係る質量分析装置においてキャピラリ管を反応室に取り付ける際には、キャピラリ管の出口端を反応室の壁面の開口の位置に合わせる。このとき、キャピラリ管の外周及び先端は管保護部材で覆われているため、キャピラリ管が反応室の壁面などに接触して破損することはない。反応室に設けられた開口の径は、キャピラリ管の外径よりも大きく管保護部材の外径よりも小さいため、キャピラリ管の出口端を開口から更に進出させていくと、管保護部材は開口の周辺で反応室の壁面に当接した状態で収縮し、キャピラリ管が管保護部材の先端から露出して反応室の内部に挿入される。キャピラリ管を取り外す際にも、キャピラリ管の出口端が反応室の開口から引き出されると同時に、その出口端が管保護部材によって保護される。このように、本発明に係る質量分析装置では、反応室以外の空間でキャピラリ管の出口端が露出することがないため、キャピラリ管を反応室に着脱する際にキャピラリ管が破損するのを防止することができる。

本発明に係る質量分析装置の一実施形態の概略構成図。 本実施形態におけるラジカル生成部の概略構成を示す断面図。 本実施形態におけるラジカル生成部の先端部の概略構成を示す側面図。 本実施形態においてラジカル生成部をコリジョンセルに装着した状態の概略構成を示す断面図。 本実施形態においてラジカル生成部をコリジョンセルに装着する手順を説明する図。

本発明に係る質量分析装置の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で使用する図面においては、本実施形態における主要な部材の構成を分かりやすくするために、各部材の縮尺等を実際の比率から適宜変更し、また一部の部材の図示を省略している。

＜質量分析装置１の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態である質量分析装置１の概略構成図である。本実施形態の質量分析装置１は、大気圧イオン源を備えた四重極－飛行時間型（Q-TOF型）質量分析装置である。この質量分析装置１は、その前段に液体クロマトグラフ（LC）を接続し、液体クロマトグラフ質量分析装置として使用することもできる。

図１に示すように、本実施形態の質量分析装置１は、イオン化室１０と真空チャンバ１００を有する。イオン化室１０内は略大気圧雰囲気である。真空チャンバ１００の内部は複数（本実施形態では4室）に区画されており、イオン化室１０に近い側から順に、第１中間真空室１１、第２中間真空室１２、第１分析室１３、及び第２分析室１４となっている。これらの各室はそれぞれ図示しない真空ポンプ（ロータリーポンプ及び／又はターボ分子ポンプ）により真空排気されており、略大気圧雰囲気であるイオン化室１０から高真空雰囲気である第２分析室１４に向かって順に真空度が高まる、多段差動排気系の構成を有している。

イオン化室１０には、液体試料に電荷を付与して噴霧するエレクトロスプレーイオン化（ESI）プローブ１０１が設置されている。ESIプローブ１０１には、例えば図示しないLCのカラムで分離された試料成分を含む試料液が導入される。

イオン化室１０と第１中間真空室１１は、細径の脱溶媒管１０２を通して連通している。第１中間真空室１１には、イオン光軸Ｃを取り囲むように配置された複数のロッド電極で構成され、該イオン光軸Ｃの近傍にイオンを収束させるイオンガイド１１１が配置されている。

第１中間真空室１１と第２中間真空室１２は、頂部に小孔を有するスキマー１１２で隔てられている。第２中間真空室１２には、イオン光軸Ｃを取り囲むように配置された複数のロッド電極で構成され、該イオン光軸Ｃの近傍にイオンを収束させるイオンガイド１２１が配置されている。

第１分析室１３には、イオン光軸Ｃに沿って、イオンを質量電荷比（m/z）に応じて分離する四重極マスフィルタ１３１、多重極イオンガイド１３３を内部に備えたコリジョンセル１３２、及びコリジョンセル１３２を通過したイオンを輸送するためのイオン輸送電極１３４が配置されている。四重極マスフィルタ１３１及び多重極イオンガイド１３３はそれぞれ複数のロッド電極で構成されている。イオン輸送電極１３４は、複数のリング状の電極で構成されている。

コリジョンセル１３２の壁面には、ラジカル生成部４のキャピラリ管４１０を挿入するための開口１３２１が設けられている。また、一端がこの開口１３２１を囲うように、筒状の管接続部材６１が設けられている。コリジョンセル１３２では、ラジカル生成部４から供給される酸素ラジカル等のラジカルによってイオンを解離させる。ラジカル生成部４については後記する。コリジョンセル１３２には、ラジカル生成部４以外に、衝突誘起解離を生じさせるための衝突ガス（通常はアルゴンなどの不活性ガス）を供給するガス供給部も必要に応じて接続することができる。

第２分析室１４には、第１分析室１３から入射したイオンを輸送するためのイオン輸送電極１４１、イオンの光軸Ｃを挟んで対向配置された1組の押出電極と引込電極を有する直交加速部１４２、該直交加速部１４２により飛行空間に送出されるイオンを加速する加速電極１４３、飛行空間においてイオンの折り返し軌道を形成するリフレクトロン電極１４４、イオン検出器１４５、及び飛行空間を内部に形成するフライトチューブ１４６を備えている。イオン検出器１４５は、例えば電子増倍管やマルチチャンネルプレートである。

本実施形態の質量分析装置１は、さらに、制御・処理部７、入力部８１、及び表示部８２を備えている。制御・処理部７は、上記各部の動作を制御するとともに、イオン検出器１４５による検出信号を受けて、所定のデータ処理を実行する機能を有する。制御・処理部７は、例えば汎用のパーソナルコンピュータ（PC）により構成され、該コンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウェアをプロセッサで実行することにより、各種の機能が具現化される。

本実施形態の質量分析装置１における典型的なMS/MS分析の動作の一例を説明する。

ESIプローブ１０１は、供給される液体試料に電荷を付与しつつ、該液体試料をイオン化室１０内に噴霧する。噴霧された帯電液滴中の試料成分は、液滴が微細化されるとともに溶媒が気化する過程でイオン化される。生成された試料成分由来のイオンは、脱溶媒管１０２の両側に位置するイオン化室１０と第１中間真空室１１の圧力差によって形成されるガス流に乗って脱溶媒管１０２に吸い込まれ、第１中間真空室１１へ送られる。第１中間真空室１１に入射したイオンはイオン光軸Ｃに沿って飛行し、イオンガイド１１１、スキマー１１２の小孔、イオンガイド１２１を順に通過して第１分析室１３に送られ、四重極マスフィルタ１３１に進入する。

四重極マスフィルタ１３１を構成する複数のロッド電極には、図示しない電源から直流電圧と高周波電圧を重畳した電圧が印加される。この印加電圧に応じた特定のm/z値を有するイオン（プリカーサイオン）のみが選択的に四重極マスフィルタ１３１を通過し、コリジョンセル１３２に進入する。コリジョンセル１３２には、ラジカル生成部４からラジカルが供給され、コリジョンセル１３２に導入されたプリカーサイオンはラジカルと反応して解離する。解離により生成された各種のプロダクトイオンは、多重極イオンガイド１３３により形成される電場の作用によって収束されつつコリジョンセル１３２を通過し、イオン輸送電極１３４、イオン輸送電極１４１を順に通過して直交加速部１４２に進入する。

直交加速部１４２の電極には、図示しない電源から所定のタイミングでパルス電圧が印加される。このパルス電圧の印加により押出電極と引込電極の間に形成される電場によって、直交加速部１４２に導入されたイオンはイオン光軸Ｃと略直交する方向に射出される。直交加速部１４２から射出されたイオンは加速電極１４３で加速され、フライトチューブ１４６内の飛行空間に導入される。その後、イオンは、リフレクトロン電極１４４により形成される反射電場で折り返し飛行し、イオン検出器１４５に到達する。イオンが直交加速部１４２を出発した時点からイオン検出器１４５に到達する時点までの飛行時間は、イオンの速度に依存し、そのイオン速度はそのイオンのm/z値に依存する。制御・処理部７では、イオン検出器１４５により得られた検出信号に基いて飛行時間とイオン強度との関係を示す飛行時間スペクトルを作成し、飛行時間をm/z値に換算することでマススペクトルを作成する。

例えば、試料成分の分子構造を推定する場合、四重極マスフィルタ１３１で選択するイオンのm/z値を目的の試料成分に対応する代表的なイオンのm/z値に設定し、その特定のプリカーサイオンから生成されるプロダクトイオンをm/z値に応じて分離しつつ網羅的に検出する。そうして得られるマススペクトル（プロダクトイオンスペクトル）には、目的の試料成分分子の様々な部分構造に対応するイオンが観測される。制御・処理部７は、そうしたマススペクトルを解析することにより試料成分の構造推定を実施することができる。

＜ラジカル生成部４の概略構成＞
図２は、ラジカル生成部４におけるプラズマ生成部４１の構造を模式的に示す要部断面図である。図３は、キャピラリ管４１０の先端部分を保護する各部材の外観を示す側面図である。

プラズマ生成部４１は、原料ガス供給源４８から供給される原料ガスを基にプラズマを生成し、該プラズマ中で発生したラジカルをコリジョンセル１３２に導入する。原料ガスには、例えば水蒸気、酸素ガス、窒素ガス、乾燥空気、水素ガスが用いられる。マイクロ波電源４６は、プラズマを生成するための電力を供給する。原料ガス供給源４８から供給する原料ガスの量は、原料ガス供給源４８とキャピラリ管４１０を結ぶ流路に設けられたバルブ４０によって調整される。

プラズマ生成部４１は、絶縁体で且つ誘電体である石英や酸化アルミニウム（又はそのほかの誘電体）から成るキャピラリ管４１０と、キャピラリ管４１０の周囲に螺旋状に巻回された帯状の導電体（通常は銅などの金属）であるヘリカルアンテナ４１１と、キャピラリ管４１０と同軸で、その内径がキャピラリ管４１０の外径よりも一回り大きい円筒開口を有する導電体からなる外側導体部４１２と、外側導体部４１２に埋設された永久磁石４１３と、外側導体部４１２を保持するケーシング４１４と、ケーシング４１４の底部に配置された永久磁石４１５を有している。ヘリカルアンテナ４１１には、例えば、導電性と成形性が高い純銅に近い材料（無酸素銅、タフピッチ銅など）が用いられる。また、酸化防止のために、その表面に金メッキが施されることが好ましい。

ケーシング４１４には、マイクロ波供給コネクタ４１６が設けられている。また、ケーシング４１４には、キャピラリ管４１０の内部に紫外光を発する光源４１７と、該キャピラリ管４１０の内部で生じるプラズマの発光を検出する光検出器４１８が取り付けられている。光源４１７は、制御・処理部７から送信される制御信号に基づいて点灯／消灯する。本実施形態では、275nm以下の波長の深紫外光を発する光源４１７を用いる。この波長帯域の光を石英や酸化アルミニウムからなるキャピラリ管４１０に照射すると、該キャピラリ管４１０の壁面から電子が放出される。この電子によってプラズマの着火が誘発される。光源４１７には、例えばUV-LEDを用いることができる。光検出器４１８には、光源４１７から発せられる光の波長帯域に感度を持たず、キャピラリ管４１０の内部のプラズマから発せられる光の波長帯域のみに感度を持つものを使用する。光検出器４１８には、例えばフォトダイオードを用いることができる。光検出器４１８の検出信号は、制御・処理部７に送信される。制御・処理部７では、光検出器４１８の検出信号の大きさを予め決められた閾値と比較するなどして、プラズマの着火の有無を判定する。

キャピラリ管４１０は、原料ガス供給源４８から原料ガスが導入される原料導入管であり、その内部がプラズマ生成室及びラジカル流路となる。マイクロ波供給コネクタ４１６は同軸コネクタであり、同軸ケーブルを介してマイクロ波電源４６に接続される。同軸コネクタの導電線は、ヘリカルアンテナ４１１の一端に接続されている。また、外側導体部４１２は接地されている。ヘリカルアンテナ４１１の一部と外側導体部４１２とは共振器調整機構４２０を介して電気的に接続されており、その接続位置においてヘリカルアンテナ４１１は接地されている。ヘリカルアンテナ４１１、外側導体部４１２、共振器調整機構４２０などによって電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance: ECR）の共振器が構成されている。共振器調整機構４２０は、ECRの共振器の調整に用いられる。共振器調整機構４２０は、特許文献３に記載のものと同じ構成を有するものであるため、詳細な構成や動作に関する説明を省略する。マイクロ波電源４６は、同軸ケーブル及びマイクロ波供給コネクタ４１６を介して、この共振器に電力を供給する。

本実施形態のプラズマ生成部４１は、プラズマの生成及び維持に、局所的な誘導結合型放電と電子サイクロトロン共鳴とを利用する、ECR-LICP（Electron Cyclotron Resonance-Localized Inductively Coupled Plasma）型と呼ばれる構成を有している。ECR-LICP型のプラズマ生成部４１では、ECRによってプラズマの密度を高め、また安定化させることができる。

ケーシング４１４の底面には、略円盤状のマグネットホルダ５１が取り付けられている。ケーシング４１４とマグネットホルダ５１は、キャピラリ管４１０を保持する保持部材５０として機能する。マグネットホルダ５１の中央部にはキャピラリ管４１０及びガイド部材５２を挿通する開口が形成されている。ガイド部材５２は、キャピラリ管４１０と同軸に、該キャピラリ管４１０の外周に配置された円筒状の部材であり、その外周にはキャピラリ管４１０の軸方向に伸縮する圧縮ばね５６が取り付けられている。また、ガイド部材５２の先端部には円筒状のプロテクタ５３が設けられている。キャピラリ管４１０のうち、マグネットホルダ５１から露出した先端部分の外周にはガイド部材５２とプロテクタ５３が配置されており、プロテクタ５３の先端は、キャピラリ管４１０の先端よりも外方に位置している。これによって、ガイド部材５２とプロテクタ５３と圧縮ばね５６が、キャピラリ管４１０のうち、保持部材５０から露出した部分の外周と先端を保護する管保護部材５４として機能する。

＜コリジョンセル１３２へのラジカル生成部４の装着＞
図４は、ラジカル生成部４をコリジョンセル１３２に取り付けた状態の、両者の接続部分の構成を模式的に示す概略断面図である。図５は、ラジカル生成部４をコリジョンセル１３２に取り付ける手順を示す概略断面図である。

コリジョンセル１３２は真空チャンバ１００に図示しない部分で固定されている。真空チャンバ１００及びコリジョンセル１３２の壁面には開口が形成されており、該開口には管接続部材６１が挿入されている。管接続部材６１は、貫通孔が形成された底面部材と該底面部材に立設された筒状部材で構成されており、その底部がコリジョンセル１３２の壁面に設けられた開口１３２１に取り付けられている。管接続部材６１の底面に形成された貫通孔の径は、キャピラリ管４１０の外径よりも大きく、プロテクタ５３の外径よりも小さい。管接続部材６１の入口は、入口端に向かって広がるテーパ状に形成されている。また、プロテクタ５３も外周先端がテーパ状に形成されている。

真空チャンバ１００の開口には、シールジョイント６２が挿入されている。シールジョイント６２は全体として筒状の部分であり、その長さ方向の中央部に外周から外側に延出する円盤部分を有している。シールジョイント６２の入口は、入口端に向かって広がるテーパ状に形成されている。シールジョイント６２の円盤部分の下面と真空チャンバ１００はＯリング６３でシールされている。また、シールジョイント６２の内周面と管接続部材６１の外周面はＹパッキン６４でシールされている。さらに、ラジカル生成部４を取り付けた状態で、シールジョイント６２の上面とマグネットホルダ５１もＯリング６５でシールされる。これによって、キャピラリ管４１０からコリジョンセル１３２に至るラジカル流路が気密に維持される。

ラジカル生成部４をコリジョンセル１３２に取り付ける際には、まず、ガイド部材５２及びプロテクタ５３で外周及び先端が覆われたキャピラリ管４１０を、シールジョイント６２の上部開口に差し込む（図５左上）。このときシールジョイント６２の入口側の開口とプロテクタ５３の外周先端がいずれもテーパ状に形成されているため、プロテクタ５３の先端部分を必ずしもシールジョイント６２の開口の直上から挿入しなくても、プロテクタ５３の先端をシールジョイント６２の入口に挿入しさえすれば、両者のテーパ部によってシールジョイント６２の内部に位置する管接続部材６１の入口へとガイドされる。管接続部材６１の入口も同様に、入口側に向かって広がるテーパ状に形成されているため、プロテクタ５３を更に挿入すると、スムーズに管接続部材６１内部へとガイドされる。

上記の通り、管接続部材６１の貫通孔の径は、キャピラリ管４１０の外径よりも大きく、プロテクタ５３の外径よりも小さくなっている。そのため、プロテクタ５３の先端が管接続部材６１の底面に達するまでキャピラリ管４１０等を挿入した状態（図５右上）から、さらにキャピラリ管４１０を進入させていくと、プロテクタ５３の先端は管接続部材６１の底面に当接してそれ以上進出せず、圧縮ばね５６が収縮していく（図５左下）。そして、キャピラリ管４１０のみが管接続部材６１の底面の開口からコリジョンセル１３２の内部に進入する（図５右下）。こうして、キャピラリ管４１０がコリジョンセル１３２の内部に挿入され、ラジカル生成部４で生成されたラジカルが、該キャピラリ管４１０を通ってコリジョンセル１３２へと供給される。

また、ラジカル生成部４をコリジョンセル１３２から取り外す際には、上記の逆の手順（図５右下→図５左下→図５右上→図５左上）でキャピラリ管４１０をコリジョンセル１３２及び真空チャンバ１００から抜き出す。

非特許文献１、２に記載のような従来のラジカル生成部では、キャピラリ管の先端が露出していたため、長時間の使用後にキャピラリ管を交換するなどの目的でラジカル生成部をコリジョンセルに着脱する際に、キャピラリ管の出口端をコリジョンセルの壁面などにぶつけて破損させやすいという問題があった。

また、真空チャンバの内部空間は真空排気されており、また、コリジョンセル１３２の内部には、衝突誘起解離を促進するためのガスが導入される場合がある。また、ラジカル生成部からラジカルを供給する場合には、そのラジカルが外部に漏れ出すのを防止する必要がある。非特許文献１及び２では、コリジョンセルに設けられる管接続部材の内周とキャピラリ管の外周の間にＯリングやＶリングを配置して、キャピラリ管からコリジョンセルに至る流路を気密にシールしていた。しかし、この場合、ラジカル生成部をコリジョンセルから取り外す際に、キャピラリ管の外周に大きな摩擦抵抗が生じ、無理に力を入れて取り外そうとするとキャピラリ管を破損させてしまうことがあった。

先願（特願2022-121645）では、ラジカル生成部の本体部分とコリジョンセルの間にシールジョイントを配置し、これらの間をシールすることで、上記の問題を解決していた。しかし、この先願においてもキャピラリ管の先端が露出した構成であったため、ラジカル生成部の着脱時にキャピラリ管を破損させないように、キャピラリ管を慎重に着脱する必要があった。

これに対し、本実施形態では、上記のように、ラジカル生成部４をコリジョンセル１３２に着脱する際、コリジョンセル１３２の内部以外の空間ではキャピラリ管４１０の外周及び先端がガイド部材５２及びプロテクタ５３によって覆われている。そのため、キャピラリ管４１０をコリジョンセル１３２に着脱する際にキャピラリ管が破損するのを防止することができる。

例えば、本実施形態のように、飛行時間型の質量分離部を備えた質量分析装置では、イオンを鉛直方向に加速するように質量分離部が配置されることがある。その場合、コリジョンセル１３２が地上から高所（例えば1m強の高さ）に位置し、そのコリジョンセル１３２の上方に設けられた開口１３２１の直上からキャピラリ管４１０を挿入することは難しい。本実施形態では、シールジョイント６２の入口、管接続部材６１の入口、及びプロテクタ５３の外周先端がいずれもテーパ状に形成されている。そのため、キャピラリ管４１０をこれらの直上から傾いた方向から挿入しても、シールジョイント６２のテーパ状の入口と、管接続部材６１のテーパ状の入口によって順に内方へとガイドされる。従って、ラジカル生成部４の取り付け位置が高所にある場合でも、キャピラリ管４１０を容易かつスムーズにコリジョンセル１３２の内部に挿入することができる。

また、本実施形態においても、シールジョイント６２を設け、マグネットホルダ５１とシールジョイント６２、真空チャンバ１００とシールジョイント、管接続部材６１とシールジョイント６２をそれぞれシールする構成を採っているため、先願と同様に、ラジカル生成部４の着脱時にキャピラリ管４１０に対して摩擦抵抗が生じることがなく、摩擦抵抗によるキャピラリ管４１０の破損を防止することができる。

上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。

上記実施形態におけるラジカル生成部４、ガイド部材５２、プロテクタ５３、圧縮ばね５６、管接続部材６１、シールジョイント６２などの各部の形態は一例に過ぎず、上記実施形態で説明した機能を実現できる限りにおいて適宜の材料から成る適宜の形状のものを用いることができる。

上記実施形態では、Q-TOF型の質量分離部を備えた質量分析装置としたが、任意の質量分離部を用いることができる。また、上記実施形態では、液体試料からイオンを生成するESIプローブ１０１を備えたイオン源としたが、他の大気圧イオン源を用いることもできる。あるいは、真空雰囲気でイオンを生成するイオン源を用いてもよい。さらに、気体や固体の試料からイオンを生成するイオン源を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、プリカーサイオンとラジカルを反応させるためにコリジョンセル１３２を用いたが、三次元イオントラップ等の他の反応室を用いてもよい。

また、上記実施形態では、石英や酸化アルミニウムからなるキャピラリ管４１０に紫外光を照射する光源４１７を用いたが、光源４１７を使用せずにプラズマを発生させてもよい。

上記実施形態では、原料ガスのプラズマを発生させてラジカルを生成するラジカル生成部４を備えた質量分析装置について説明したが、加熱したキャピラリ管に原料ガスを導入することによってラジカルを生成するラジカル生成部（例えば非特許文献３）を備えた質量分析装置においても上記同様の構成を用いてコリジョンセル等の反応室にラジカル生成部を着脱することができる。

［態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。

（第１項）
本発明の一態様に係る質量分析装置は、
内部にラジカル流路を有するキャピラリ管と、
試料成分由来のイオンが導入される反応室と、
前記反応室の壁面に設けられた、前記キャピラリ管の外径よりも大きい径を有する開口と、
前記キャピラリ管の出口端を露出させて該キャピラリ管を保持する保持部材と、
一端が前記保持部材に固定され、他端が前記キャピラリ管の出口端に達し、該キャピラリ管の長さ方向に収縮可能な、該キャピラリ管の外周を取り囲む筒状の弾性部材であって、前記開口の径よりも大きい外径を有する管保護部材と
を備える。

第１項に係る質量分析装置では、キャピラリ管の内部のラジカル流路を通ってラジカルを反応室に供給する。キャピラリ管の外周には、該キャピラリ管の出口端を露出させて該キャピラリ管を保持する保持部材と、一端が該保持部材に固定され他端がキャピラリ管の出口端に達する筒状の弾性部材であって、該キャピラリ管の長さ方向に収縮する管保護部材が配置されている。また、反応室にはキャピラリ管を挿入するための開口が形成されている。

第１項に係る質量分析装置においてキャピラリ管を反応室に取り付ける際には、キャピラリ管の出口端を反応室の壁面の開口の位置に合わせる。このとき、キャピラリ管の外周及び先端は管保護部材で覆われているため、キャピラリ管が反応室の壁面などに接触して破損することはない。反応室に設けられた開口の径は、キャピラリ管の外径よりも大きく管保護部材の外径よりも小さいため、キャピラリ管の出口端を開口から更に進出させていくと、管保護部材は開口の周辺で反応室の壁面に当接した状態で収縮し、キャピラリ管が管保護部材の先端から露出して反応室の内部に挿入される。キャピラリ管を取り外す際にも、キャピラリ管の出口端が反応室の開口から引き出されると同時に、その出口端が管保護部材によって保護される。このように、第１項に係る質量分析装置では、反応室以外の空間でキャピラリ管の出口端が露出することがないため、キャピラリ管を反応室に着脱する際にキャピラリ管が破損するのを防止することができる。

（第２項）
第２項に係る質量分析装置は、第１項に係る質量分析装置において、さらに、
前記保持部材から露出したキャピラリ管の長さよりも短く、前記開口よりも大きな内径を有し、一端が該開口を囲う筒状の管接続部材
を備える。

（第３項）
第３項に係る質量分析装置は、第２項に係る質量分析装置において、
前記管接続部材の入口が、入口端に向かって広がるテーパ状を有している。

例えば、飛行時間型の質量分離部を備えた質量分析装置の中にはイオンを略鉛直方向に飛行させる形態のものがある。こうした構成の質量分析装置では、コリジョンセルの位置が地上から高い位置にあるため、ラジカル生成部をコリジョンセルに着脱する作業が高所作業となり、キャピラリ管を開口の直上から正確に挿入することが難しい。第２項に係る質量分析装置では、そうした構成の質量分析装置であっても、管接続部材によってキャピラリ管及び管保護部材をガイドしてキャピラリ管を反応室の壁面の開口の位置に容易に合わせることができる。また、第３項に係る質量分析装置では、管接続部材の直上から傾いた方向からキャピラリ管等を挿入しても、管接続部材の入口のテーパ部によって内方へとガイドされる。従って、ラジカル生成部の取り付け位置が高所にある場合や、視認しづらい位置にある場合でも、キャピラリ管をスムーズに反応室に挿入することができる。

（第４項）
第４項に係る質量分析装置は、第２項又は第３項に係る質量分析装置において、さらに、
前記反応室を収容する真空チャンバと、
前記真空チャンバと前記保持部材の間に配置される円筒状のシールジョイントと、
前記保持部材と前記シールジョイントを気密にシールする第１シール材と、
前記管接続部材と前記シールジョイントを気密にシールする第２シール材と、
前記真空チャンバと前記シールジョイントを気密にシールする第３シール材と
を備える。

第４項に係る質量分析装置によれば、第１シール材、第２シール材、及び第３シール材によって、キャピラリ管から反応室に至る流路が気密に閉鎖される。また、キャピラリ管の着脱時に該キャピラリ管に対して摩擦抵抗が加えられることがないため、キャピラリ管の破損をより確実に防止することができる。

１…質量分析装置
１００…真空チャンバ
１０…イオン化室
１０１…ESIプローブ
１０１…プローブ
１０２…脱溶媒管
１１…第１中間真空室
１１１…イオンガイド
１１２…スキマー
１２…第２中間真空室
１２１…イオンガイド
１３…第１分析室
１３１…四重極マスフィルタ
１３２…コリジョンセル
１３２１…開口
１３３…多重極イオンガイド
１３４…イオン輸送電極
１４…第２分析室
１４１…イオン輸送電極
１４２…直交加速部
１４３…加速電極
１４４…リフレクトロン電極
１４５…イオン検出器
１４６…フライトチューブ
４…ラジカル生成部
４１…プラズマ生成部
４１０…キャピラリ管
４１１…ヘリカルアンテナ
４１２…外側導体部
４１３、４１５…永久磁石
４１４…ケーシング
４１６…マイクロ波供給コネクタ
４１７…光源
４１８…光検出器
４２０…共振器調整機構
４６…マイクロ波電源
４８…原料ガス供給源
５０…保持部材
５１…マグネットホルダ
５２…ガイド部材
５３…プロテクタ
５４…管保護部材
５６…圧縮ばね
６１…管接続部材
６２…シールジョイント
６３、６５…Ｏリング
６４…Ｙパッキン
７…制御・処理部
８１…入力部
８２…表示部
Ｃ…イオン光軸

Claims (4)

1. 内部にラジカル流路を有するキャピラリ管と、
   試料成分由来のイオンが導入される反応室と、
   前記反応室の壁面に設けられた、前記キャピラリ管の外径よりも大きい径を有する開口と、
   前記キャピラリ管の出口端を露出させて該キャピラリ管を保持する保持部材と、
   一端が前記保持部材に固定され、他端が前記キャピラリ管の出口端に達し、該キャピラリ管の長さ方向に収縮可能な、該キャピラリ管の外周を取り囲む筒状の弾性部材であって、前記開口の径よりも大きい外径を有する管保護部材と
   を備える質量分析装置。
2. さらに、
   前記開口よりも大きな内径を有し、一端が該開口を囲う筒状の管接続部材
   を備える、請求項１に記載の質量分析装置。
3. 前記管接続部の入口が、入口端に向かって広がるテーパ状を有している、請求項２に記載の質量分析装置。
4. さらに、
   前記反応室を収容する真空チャンバと、
   前記真空チャンバと前記保持部材の間に配置される円筒状のシールジョイントと、
   前記保持部材と前記シールジョイントを気密にシールする第１シール材と、
   前記管接続部材と前記シールジョイントを気密にシールする第２シール材と、
   前記真空チャンバと前記シールジョイントを気密にシールする第３シール材と、
   を備える、請求項２に記載の質量分析装置。

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