JP2915115B2 - 大気圧イオン化質量分析装置 - Google Patents

大気圧イオン化質量分析装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は質量分析装置に係り、特に、大気圧イオン化
(Atmospheric Pressure Ionizaton)を利用した質量分
析装置に関する。
〔従来の技術〕
一般に、質量分析装置において、液体試料をイオン化
するためには、試料を噴霧して霧状にする行程を含んで
いる。その一例は以下のようである。
大気圧イオン化法(以下、APIと略称する)の1つで
あるエレクトロスプレイイオン化法(以下、ESIと略称
する)を利用した液体クロマトグラフ直結形質量分析計
(以下、LC/ESI質量分析計と略称する)は、従来の電子
衝撃形イオン化(以下、EIと略称する)を利用したガス
クロマトグラフ直結形質量分析計(以下、GC質量分析計
と略称する)に比べ、そのイオン化機構において衝撃の
少ない穏やかなイオン化手段を用いているため、試料を
イオン化する際分解することなく、特にペプチド等の測
定において分子イオンが観察し易い特徴を有し、GC質量
分析計では得られない多くの知見を有している。
第1図はLC/ESI質量分析計の概略を示す。液体クロマ
トグラフ1(以下、LCと略称する)より溶出する試料お
よび移動相は、試料パイプ2を通つてESIプローブ3に
送られ、ここでネグライザーガス4と共にESIプローブ
3の先端より霧化される。霧化された試料は最初、移動
相で包まれた液滴になつており、しかもESIプローブ3
は高電圧(約2〜7KV)が印加されているため、十分に
チヤージされた状態となつている。この霧化された試
料,移動相の液滴は、イオンサンプリング細孔6に達す
るまでの間、移動相は蒸発を続け液滴は小さくなつてゆ
く。すると液滴は十分チヤージされているのでクーロン
力の反発により破裂をし、更に小さな液滴となる。この
移動相の蒸発と破裂はくり返えし行われる。試料は移動
相溶液の中で移動相よりプロトンを得てイオンの状態と
して存在している。したがつて液滴が十分に小さくな
り、移動相の表面張力より試料イオンと移動相のチヤー
ジによるクーロン反発が大きくなると、試料イオンは移
動相より飛び出し(これをIon Evaporationと呼ぶ)試
料分子イオンとなる。この試料分子イオンは、イオンサ
ンプリング細孔6を通り、更に第2細孔電極7を通つて
質量分析部8に送られ質量分析される。
したがつて、LC/ESI質量分析計によれば、NH,OH,CO等
を有する極性の高い試料、例えばペプチド,蛋白等が高
感度で測定できる。しかもこれらの試料は熱によつて壊
れ易いため、GC質量分析計では全く測定が不可能であつ
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
LC/ESI質量分析計では、試料を感度良く測定するには
ESIプローブの先端とイオンサンプリング細孔の位置に
より、感度が著しく異なるためこの位置を最高感度とな
るところに設定する必要がある。この位置はESIプロー
ブ先端とそれに対抗するイオンサンプリング細孔の中心
軸が一致しているのが最良の状態ではなく、中心位置よ
り左右、或いは上下に約2〜4mmズレているのが良い。
なぜなら、ESI法によるイオン化は、前述したように移
動相に包まれている試料イオンを、いかに効率よくIon
Evaporationを起こされるかにある訳で、これはESIプロ
ーブ先端より飛び出す液滴において、中心部より外側の
方が効率が良いからである。なぜならネブライザーガス
は試料或いは移動相が溶出されるESIプローブのキヤピ
ラリパイプを包む形で噴出するため、内側液滴は外側の
液滴より大きくなり、中心部ではIon Evaporationが起
こりにくいからである。
したがつて従来の技術においては、イオンサンプリン
グ細孔の中心軸より約2〜4mm程度、左右或いは上下に
ズラして固定しておき、この状態で試料或いは移動相の
流量、又はネブライザーガスの流量を可変して最高感度
となる値に設定し測定していた。
したしこの方法では、ESIプローブをメンテナンスし
た後や交換をする度にそれぞれの流量を再設定する必要
があり、非常にやつかいなものとなる。特に試料或いは
移動相の流量をその都度可変することは、リテンシヨン
タイムが異なることとなり実質上測定が不可能となる。
本発明の目的は、容易に最大感度で測定できる大気圧
イオン化質量分析装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するための本発明の特徴は、試料を霧
化する霧化手段と当該霧化手段に対向する位置に形成さ
れた開口電極とを有し、当該霧化手段によって霧化され
た試料のイオン化を行うイオン化部、及び当該イオン化
部で生成したイオンを前記開口電極を介して導入する質
量分析部とを備える大気圧イオン化質量分析装置におい
て、 前記霧化手段は試料を噴霧する噴霧部と、前記開口電極
と噴霧部先端との間隙を可変する手段と、及び前記開口
電極に対向する面で噴霧部先端を回転する手段とを有す
ることである。
また好ましくは、前記霧化手段は、前記質量分析部で
の計測を実行時に前記噴霧部位置を可変することであ
る。
又、上記手段の場合、連続的に移動させる構造が複雑
となり高価なものとなる。したがつてESIプローブの先
端位置を、イオンサンプリング細孔の中心軸に対し偏芯
して公転させる構造にすることにより、より安価に達成
することが可能となる。
更に、上記構造においてESIプローブ先端の位置の設
定は、実試料を測定しながら最大感度となる位置に設定
するのが最も良い。しかしながら、ESIプローブには高
電圧が印加されているため、直接手で触れて操作するこ
とは不可能である。したがつてESIプローブを電気的に
絶縁し、実試料或いはバツググランドスペクトルを観測
しながら、これらのピークが最大となる位置に設定する
ことにより、容易に最高感度となる位置で測定が可能と
なる。
上記手段は、ESIプローグの先端位置を水平移動,垂
直移動、或いは公転移動によつて、イオンサンプリング
細孔の中心軸とのズレを設定するためのものであるが、
ESIプローグの先端とイオンサンプリング細孔との前後
の距離によつても感度は異なる。この距離による感度改
善は前述した手段ほどの効果はないが、2〜3倍の感度
向上は期待できる。したがつて、前述の手段に加え、更
に前後に移動可能な構造にすることにより、更に高感度
の測定が可能となる。
〔作用〕
上記構成によれば、霧化手段と、試料と質量分離部に
導くための開口の距離が可変となり質量分析精度が良好
となるように調整可能である。
特に、ESIプローブとその先端をイオンサンプリング
細孔の中心軸に対し、上下左右或いは偏芯させて連続的
に移動できることは、ESIプローブ先端より飛び出る液
滴が、最も効率良くIon Evaporationを起こす位置、い
わゆる最高感度位置に容易に設定することが可能とな
る。しかもESIプローブが絶縁されて高電圧が印加され
た状態、いわゆる実試料のピーク強度或いはバツググラ
ンドのピーク強度をモニターにて確認しながら最高感度
点に設定できることは、更に容易に設定が可能となる。
〔実施例〕
第2図にESIプローブ3の先端が、イオンサンプリン
グ細孔6の中心軸に対し、偏芯して回転できる構造と
し、ESIプローブ3の先端とイオンサンプリング細孔6
のズレ位置が連続的に設定可能な本発明の一実施例を示
す。
まず最初に本実施例の構成について説明する。KESIプ
ローブ3は、例えばテフロン或いはダイフロン等の絶縁
物で構成されたホルダー10に固定されている。更にホル
ダー10は支持台11に取付けられ、ホルダー10は回転或い
はイオンサンプリング細孔6に対し前後に移動可能な構
造となつている。しかもホルダー10の中心軸は、イオン
サンプリング細孔6の中心軸に対し、例えば10〜20mm偏
芯して支持台11によつて取付けられている。したがつて
ホルダー10が回転することにより、ESIプローブ3の先
端がイオンサンプリング細孔6に対して移動するその軌
跡は、第3図の如く描かれることとなる。又、ESIプロ
ーブ3には、LC1より溶出される試料,移動相を接続す
るための試料パイプ2と、ネブライザーガスを接続する
ためのネブライザーガスパイプ12と、高電圧を印加する
ための高電圧ケーブル13が接続されている。通常、LC1
からの流量は30〜50μl/min、ネブライザーガスの流量
は5〜10l/min、高電圧は5〜8KVに設定されている。
次に以上の構成において、高感度で測定するためのES
Iプローブ3の位置の設定方法について説明する。もち
ろん質量分析部8,データ処理装置部9,LC1,ESIプローブ
3等測定に必要な装置はすべて稼動状態にあるものとす
る。LC1に試料として例えばTUFTSIN(分子量は500)を
注入したとする。ESI法ではTUFTSINは通常1価のイオン
(M+H)+と2価のイオン(M+2H)2+を生成する
が、ここではESI法の特徴である多価イオンの(M+2
H)2+の2価イオンに注目し、感度を調整することとす
る。したがつてこの場合(M+2H)2+の2価イオンは、
質量分析部8のマスマーカーが251のところに出現する
こととなるため、この値に出現するマススペクトルのピ
ーク強度に注目し、ESIプローブ3の設定を行う。LC1に
注入された試料(TUFTSIN)は試料パイプ2を通つてESI
プローブ3に達し、試料(TUFTSIN)がイオン化され
る。と同時にマスマーカー251のピーク強度が徐々に増
大する。この時、ホルダー10のノブを持ちホルダー10を
ゆつくり回転させESIプローブ3の先端をイオンサンプ
リング細孔6に対し公転させる。そしてマスマーカー25
1のピーク強度が最大となる位置に合わせる。更に回転
方向だけによる調整によつて期待する感度が得られない
場合には、前後にも移動させ最大感度となる位置に調整
を行う。この時、従来方法と同じように、LC1の流量を
可変させてはならない。なぜなら、LC1の流量を可変さ
せることはリテンシヨンタイムを変化させてしまうから
である。通常LC1にはカラムが取付けられており、混合
物の試料を測定する場合、このリテンシヨンタイムは重
要な意味を持つからである。本発明によればホルダー10
を回転或いは前後に移動させるのみで容易に感度が得ら
れることとなる。
本発明の実施例において、最も感度の良い状態で長時
間測定した場合のイオンサンプリング細孔6の汚れ状態
を第4図に示す。この図からも分かるように、Ion Evap
orationが最も効率よく起こり高感度で測定できる霧化
の位置は、外側の一部であることが分る。このようにES
Iプローブ3の先端をイオンサンプリング細孔6に対し
その位置を調整する必要がある訳であるが、本発明によ
れば実試料のピーク強度を確認しながら、しかもESIプ
ローブ3は回転或いは前後方向に連続的に可変できるこ
とから、容易に設定が可能となる。
第5図にESIプローブ3の位置を調整前のTUFTSINの
(M+2H)2+のピーク強度を示す。この時のピーク強度
は約70mVである。第6図はESIプローブ3の位置を調整
後のTUFTSINの(M+2H)2+のピーク強度を示す。この
時のピーク強度は約0.5Vであり、このようにESIプロー
ブ3の先端とイオンサンプリング細孔6との距離を調整
することにより、7〜8倍の感度の向上を図ることがで
きる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、霧化手段と試料を質量分離部に導く
ための開口の距離が可変となり、調整可能により質量分
析精度が向上する。さらには、実試料のピーク強度を確
認しながらイオンサンプリング細孔に対し、ESIプロー
ブの先端位置を回転或いは前後に連続的に移動可能なこ
とから、非常に容易に最高感度の位置に設定することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はLC/ESI質量分析計の概略図、第2図は本発明の
一実施例を示す図、第3図はESIプローブ先端が第1細
孔電極に対して描く移動の軌跡を示す図、第4図は最も
感度良く測定できる状態の第1細孔電極の試料による汚
れの状態図、第5図はESIプローブの位置を調整前のTUF
TSINのピーク強度を示す図、第6図はESIプローブの位
置を調整後のTUFTSINのピーク強度を示す図である。 1……液体クロマトグラフ、2……試料パイプ、3……
ESIプローブ、4……ネブライザーガス、6……イオン
サンプリング細孔、7……第2細孔電極、8……質量分
析部、9……データ処理装置部、10……ホルダー、11…
…支持台。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 49/00 - 49/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料を霧化する霧化手段と当該霧化手段に
    対向する位置に形成された開口電極とを有し、当該霧化
    手段によって霧化された試料のイオン化を行うイオン化
    部、及び当該イオン化部で生成したイオンを前記開口電
    極を介して導入する質量分析部とを備える大気圧イオン
    化質量分析装置において、 前記霧化手段は試料を噴霧する噴霧部と、前記開口電極
    と噴霧部先端との間隙を可変する手段と、及び前記開口
    電極に対向する面で噴霧部先端を回転する手段とを有す
    ることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
  2. 【請求項2】前記請求項1において、 前記霧化手段は、前記質量分析部での計測を実行時に前
    記噴霧部位置を可変することを特徴とする大気圧イオン
    化質量分析装置。
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