JP3187299U

JP3187299U - イオン化室

Info

Publication number: JP3187299U
Application number: JP2013005092U
Authority: JP
Inventors: 智仁中野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2023-09-03

Abstract

【課題】液体クロマトグラフ質量分析装置において、分析実行中等に、調整ツマミに誤って触れてしまうことを防止できるイオン化室を提供する。
【解決手段】筐体１２０と、筐体１２０の内部に配置されたチャンバ１１０と、プローブ本体部１５１とノズル１５２とを有するプローブと、プローブをチャンバ１１０に対して位置調整するためのネジ機構１３０とを備えるイオン化室１００であって、ネジ機構１３０は、測定者に把持されるための調整ツマミ１３１と、プローブ本体部１５１に形成されたネジ穴１５３に挿入されるネジ部１３２とを有し、調整ツマミ１３１は、ネジ部１３２に対して移動可能となるように形成されており、プローブが位置調整される際には、調整ツマミ１３１は筐体１２０の外部となる操作位置に配置され、試料が分析される際には、調整ツマミ１３１は筐体１２０の内部となる収納位置に配置されるように構成する。
【選択図】図２

Description

本考案は、イオン化室に関し、さらに詳しくは、液体クロマトグラフ部から溶出してきた液体試料をイオン化するイオン化室と、イオン化室からイオンが導入される質量分析部とを備える液体クロマトグラフ質量分析装置に関する。

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（インタフェース部）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、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）やエレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）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。また、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５ｋＶ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。

このようなＡＰＣＩやＥＳＩでは、大気圧に近い状態で液体試料をイオン化するため、高い圧力状態（つまり大気圧に近い状態）にあるイオン化室と、ごく低い圧力状態（つまり高真空度の状態）にあるＭＳ部との間での圧力差を確保するため、イオン化室とＭＳ部との間に中間室等を設け、段階的にその真空度を高めるようにする構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

図５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。図６は、図５に示すイオン化室の拡大断面図である。
液体クロマトグラフ質量分析装置には、イオン化室２００と、イオン化室２００に隣接する第１中間室１２と、第１中間室１２に隣接する第２中間室１３と、第２中間室１３に隣接する質量分析室（ＭＳ部）１４とがそれぞれ隔壁を介して連続的に設けられている。
ＬＣ部にて成分分離された液体試料は、流路１５５を介して供給される。また、ネブライズガス（窒素ガス）が、流路１５６を介して供給される。その結果、液体試料とネブライズガスとは、スプレー（プローブ）１５に導かれて噴霧されることになる。

ここで、図４（ａ）は、スプレーの側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡの拡大断面図である。スプレー１５は、プローブ本体部１５１と、試料を噴霧するノズル１５２とを有する。
プローブ本体部１５１は、下部円柱状体（例えば直径１２ｃｍ×高さ３ｃｍ）１５１ｂと上部円柱状体（例えば直径５ｃｍ×高さ２ｃｍ）１５１ａとの二段構造となっている。

ノズル１５２は、下部円柱状体１５１ｂの下方に突出するよう形成された二重管構造になっている。流路１５５を介して供給される液体試料は内部円管１５２ｂの内側から噴出される。一方、流路１５６から供給される窒素ガスは内部円管１５２ｂと外部円管１５２ａとの間から噴射される。このようにすることにより、噴出された液体試料は、内部円管１５２ｂの周囲に噴射されるネブライズガスとの衝突作用により霧状態となって噴霧される。また、図示は省略するが、外部円管１５２ａの先端には電圧源から５ｋＶ程度の高電圧が印加されるようにケーブルが接続されており、イオン化が行われるようになっている。
なお、図４におけるスプレー１５はＥＳＩ用のものを示したが、一般的にスプレー１５はイオン化室２００に対して着脱自在となっており、ＡＰＣＩ法を用いたい場合には、ＥＳＩ用のスプレー１５を取り外して、その代わりに放電用の針電極がユニット化されたＡＰＣＩ用のものをイオン化室２００に取り付けることになる。

イオン化室２００は、１５ｃｍ×１５ｃｍ×１４ｃｍの直方体形状の筐体２２０と、筐体２２０内部に配置された１３ｃｍ×１３ｃｍ×１２ｃｍの直方体形状のチャンバ２１０とを備える。
筐体２２０は、上面（第一壁面）２２０ａと前面２２０ｂと右側面と後面２２０ｄと左側面と下面２２０ｃとを有する。上面２２０ａには、上下方向に貫通する円形状の開口２２１が形成されており、開口２２１にスプレー１５の上部円柱状体１５１ａが挿入されている。

チャンバ２１０は、上面（第一壁面）２１０ａと前面２１０ｂと右側面と後面２１０ｄと左側面と下面２１０ｃとを有する。上面２１０ａには、上下方向に貫通する円形状の開口２１１が形成されており、開口２１１にスプレー１５のノズル１５２が挿入されている。また、後面２１０ｄは、チャンバ２１０の内部と第１中間室１２の内部とを仕切るように配置され、後面２１０ｄには、温調機構（図示せず）が内蔵されたヒータブロック２０が固定してあり、ヒータブロック２０には、円管形状（直径外径１．６ｍｍ、内径０．５ｍｍ）の脱溶媒管１９が形成されている。これにより、チャンバ２１０の内部と第１中間室１２の内部とは、脱溶媒管１９を介して連通する。よって、脱溶媒管１９は、ノズル１５２により噴霧されたイオンや微細な試料の液滴が内部を通過するときに、加熱作用や衝突作用により脱溶媒化、イオン化が促進される機能を有する。
なお、脱溶媒管１９の入口は、ノズル１５２からの試料噴霧方向に対して略直角方向に向けられており、噴霧された巨大な試料の液滴がそのまま脱溶媒管１９内に飛び込むのを防ぐようにしてある。

第１中間室１２の内部には、第１イオンレンズ２１が設けられ、第１中間室１２の下面には、油回転ポンプ（ＲＰ）で真空排気するための排気口３１が設けられている。第１中間室１２と第２中間室１３との間の隔壁には、細孔（オリフィス）を有するスキマー２２が形成され、この細孔を介して第１中間室１２の内部と第２中間室１３の内部とが連通する。
第２中間室１３の内部には、オクタポール２３と、フォーカスレンズ２４とが設けられ、第２中間室１３の下面には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）で真空排気するための排気口３２が設けられている。第２中間室１３と質量分析室１４との間の隔壁には、細孔を有する入口レンズ２５が設けられ、この細孔を介して第２中間室１３の内部と質量分析室１４の内部とが連通する。
質量分析室１４の内部には、第１四重極１６と、第２四重極１７と、検出器１８とが設けられ、質量分析室１４の下面には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）で真空排気するための排気口３３が設けられている。

このような液体クロマトグラフ質量分析装置において、イオン化室２００で生成されたイオンは、脱溶媒管１９、第１中間室１２内の第１イオンレンズ２１、スキマー２２、第２中間室１３内のオクタポール２３及びフォーカスレンズ２４、入口レンズ２５を順に経て質量分析室１４に送られ、四重極１６、１７により不要イオンが排出され、検出器１８に到達した特定イオンのみが検出されることになる。

ところで、上述したような液体クロマトグラフ質量分析装置では、液体試料を噴霧するノズル１５２と脱溶媒管１９の入口との適切な位置関係が、測定する液体試料の種類やネブライズガスの流量等の測定条件によって異なるため、分析を行う前にノズル１５２と脱溶媒管１９の入口との位置関係等を適切に調整することが必要となる。

よって、イオン化室２００には、スプレー１５を移動させるためのネジ機構２３０が形成されている。なお、スプレー１５の下部円柱状体１５１ｂの下面には、下方に突出するよう突起部１５１ｃが形成されるとともに、スプレー１５の下部円柱状体１５１ｂの上面には、下部円柱状体１５１を下方に押し付けるよう作用するバネ１５１ｄが形成されている。そして、スプレー１５の下部円柱状体１５１ｂは、チャンバ２１０の上面２１０ａと筐体２２０の上面２２０ａとの間に配置されて、突起部１５１ｃが上面２１０ａに形成されたＹ方向溝２１２に挿入されることで、スプレー１５はチャンバ２１０と筐体２２０とに対してＹ方向や−Ｙ方向に移動可能となっている。

ネジ機構２３０は、測定者に把持されるための円板体の調整ツマミ２３１と、円柱形状のネジ部２３２と、調整ツマミ２３１とネジ部２３２とを連結する円柱形状のロッド部２３３とを有する。
筐体２２０の前面２２０ｂには、Ｙ方向に貫通する円形状の管通孔２２２が形成されており、ロッド部２３３の前側に連結された調整ツマミ２３１と、ロッド部２３３に固定された板状体２３３ａとが、筐体２２０の前面２２０ｂを挟むように固定されている。これにより、ネジ機構２３０が筐体２２０に対してＹ方向に移動せず、かつ、筐体２２０に対してＹ方向を回転軸として回転できるようになっている。

プローブ本体部１５１の下部円柱状体１５１ｂには、ネジ部２３２に対応するネジ穴１５３がＹ方向に形成されており、ネジ穴１５３にネジ部２３２が挿入されている。
これにより、測定者は、調整ツマミ２３１を把持して順方向に回転させることにより、ネジ部２３２を順方向に回転させることで、スプレー１５をＹ方向に移動させたり、調整ツマミ２３１を把持して順方向に回転させることにより、ネジ部２３２を逆方向に回転させることで、スプレー１５を−Ｙ方向に移動させたりしている。

特開２００１−３４３３６３号公報

しかしながら、上述したような液体クロマトグラフ質量分析装置では、ＥＳＩ用スプレー１５とＡＰＣＩ用スプレーとの交換やメンテナンスや分析を行う際に、筐体２２０の外部に配置された調整ツマミ２３１が邪魔になるという問題点があった。特に、分析を行っている最中に、調整ツマミ２３１に誤って触れてしまい、適切な位置関係に調整されたスプレー１５がＹ方向や−Ｙ方向に移動しまうことがあった。
そこで、本考案は、分析実行中等に、調整ツマミに誤って触れてしまうことを防止することができるイオン化室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考案のイオン化室は、筐体と、前記筐体の内部に配置されたチャンバと、前記筐体の第一壁面と前記チャンバの第一壁面との間に配置されるプローブ本体部と、前記チャンバの内部に配置され試料を噴霧するノズルとを有するプローブと、前記プローブを前記チャンバに対して位置調整するためのネジ機構とを備えるイオン化室であって、前記ネジ機構は、測定者に把持されるための調整ツマミと、前記プローブ本体部に形成されたネジ穴に挿入されるネジ部とを有し、前記調整ツマミは、前記ネジ部に対して移動可能となるように形成されており、前記プローブが位置調整される際には、前記調整ツマミは前記筐体の外部となる操作位置に配置され、前記試料が分析される際には、前記調整ツマミは前記筐体の内部となる収納位置に配置されるようにしている。

以上のように、本考案のイオン化室によれば、プローブの位置調整後、調整ツマミを筐体の内部へ収納できるため、分析時には調整ツマミの突起がなくなり、安全にプローブ周辺の作業（配管の接続作業やクリーニング作業等）を行うことができる。また、調整ツマミ収納時は調整ツマミに触れることができないので、位置調整後にプローブが動くことがなくなる。さらに、調整ツマミの突起がなくなることでプローブの周辺の美観が向上する。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本考案のイオン化室は、前記調整ツマミは、前記ネジ部に対して軸方向に移動可能となるように形成してもよい。

そして、本考案のイオン化室において、前記ネジ機構は、前記調整ツマミを前記操作位置に移動させるように作用する弾性体と、前記調整ツマミを前記弾性体に対抗して前記収納位置に保持するラッチ機構とを有するようにしてもよい。
さらに、本考案のイオン化室は、前記第一壁面は、上面であり、前記プローブは、前記試料を下方に噴霧するものであり、前記ネジ穴は、前記プローブ本体部に水平方向に形成されているようにしてもよい。

本考案に係る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。スプレー位置調整時のイオン化室の拡大断面図。分析時のイオン化室の拡大断面図。スプレーを示す図。ＥＳＩ法を用いた一般的な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５に示すイオン化室の拡大断面図。

以下、本考案の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本考案は、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、本考案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、本考案に係る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及び図３は、図１に示すイオン化室の拡大断面図である。なお、図２は、スプレーが位置調整されるときの図であり、図３は、液体試料が分析されるときの図である。また、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１００と、イオン化室１００に隣接する第１中間室１２と、第１中間室１２に隣接する第２中間室１３と、第２中間室１３に隣接する質量分析室（ＭＳ部）１４とがそれぞれ隔壁を介して連続的に設けられている。

イオン化室１００は、１５ｃｍ×１８ｃｍ×１４ｃｍの直方体形状の筐体１２０と、筐体１２０内部に配置された１３ｃｍ×１３ｃｍ×１２ｃｍの直方体形状のチャンバ１１０と、ネジ機構１３０とを備える。
筐体１２０は、上面（第一壁面）１２０ａと前面１２０ｂと右側面と後面１２０ｄと左側面と下面１２０ｃとを有する。上面１２０ａには、上下方向に貫通する円形状の開口１２１が形成されており、開口１２１にスプレー１５の上部円柱状体１５１ａが挿入されている。また、前面１２０ｂには、Ｙ方向に貫通する円形状の管通孔１２２が形成されている。円形状の管通孔１２２の直径は、調整ツマミ１３１の直径より大きくなっている。

チャンバ１１０は、上面（第一壁面）１１０ａと前面１１０ｂと右側面と後面１１０ｄと左側面と下面１１０ｃとを有する。上面１１０ａには、上下方向に貫通する円形状の開口１１１が形成されており、開口１１１にスプレー１５のノズル１５２が挿入されている。また、後面１１０ｄは、チャンバ１１０の内部と第１中間室１２の内部とを仕切るように配置され、後面１１０ｄには、温調機構（図示せず）が内蔵されたヒータブロック２０が固定してあり、ヒータブロック２０には、円管形状（直径外径１．６ｍｍ、内径０．５ｍｍ）の脱溶媒管１９が形成されている。これにより、チャンバ１１０の内部と第１中間室１２の内部とは、脱溶媒管１９を介して連通する。
また、上面１１０ａには、スプレー１５の突起部１５１ｃが挿入されるＹ方向溝１１２が形成されるとともに、ネジ機構１３０のロッド部１３３が挿入される円形状の管通孔が形成された板状体１１３が固定されている。

ネジ機構１３０は、測定者に把持されるための調整ツマミ１３１と、円柱形状のネジ部１３２と、調整ツマミ１３１とネジ部１３２とを連結する円柱形状のロッド部１３３と、ロッド部１３３の外周面に配置されたバネ（弾性体）１３４とを有する。
調整ツマミ１３１は、円筒状体部を有する円板体１３１ａであり、円筒状体部の内部には、ロッド部１３３の前側部分が挿入され、ロッド部１３３の前側部分を円筒状体部の内部の先端から奥側まで抜き挿しすることができるようになっている。
また、円筒状体部の前側には、球状の突起部１３１ｃと内側に突出するピン１３１ｂとを有する板状体１３１ｄが固定されている。

ロッド部１３３の前側には、ラッチ機構１３３ｂを有する板状体１３３ｄと板状体１３３ｃとが、チャンバ１１０に形成された板状体１１３を挟むように固定されている。これにより、ロッド部１３３がチャンバ１１０に対してＹ方向に移動せず、かつ、チャンバ１１０に対してＹ方向を回転軸として回転できるようになっている。
また、ロッド部１３３の外周面には、Ｙ方向に伸びたＹ方向溝１３３ａが形成されており、このＹ方向溝１３３ａ内に調整ツマミ１３１のピン１３１ｂが挿入されており、調整ツマミ１３１がロッド部１３３に対してＹ方向に移動可能となり、かつ、ロッド部１３３とともにチャンバ１１０に対してＹ方向を回転軸として回転できるようになっている。

そして、ロッド部１３３の板状体１３３ｄと調整ツマミ１３１の板状体１３１ｄとの間には、板状体１３３ｄと板状体１３１ｄとを引き離すよう作用するバネ１３４が配置されている。
板状体１３３ｄに形成されたラッチ機構１３３ｂは、所定の力で突起部１３１ｃが押し込まれると、突起部１３１ｃを保持することができ、さらに突起部１３１ｃを保持した状態で所定の力で突起部１３１ｃが押し込まれると、突起部１３１ｃを解放するようになっている。

これにより、測定者が、調整ツマミ１３１をＹ方向（筐体１２０内部となる収納位置）に押圧していくと、バネ１３４の力に対抗してピン１３１ｂがＹ方向溝１３３ａ内をＹ方向に移動して、突起部１３１ｃがラッチ機構１３３ｂに保持されるようになっている。その結果、測定者が調整ツマミ１３１をＹ方向に押し続けなくても、調整ツマミ１３１はバネ１３４の力に対抗して筐体１２０内部の収納位置に保持される。一方、突起部１３１ｃがラッチ機構１３３ｂに保持された状態で、測定者が、収納位置にある調整ツマミ１３１をＹ方向に１回押圧すると、突起部１３１ｃがラッチ機構１３３ｂから解放されるようになっている。その結果、バネ１３４の力によってピン１３１ｂがＹ方向溝１３３ａ内を−Ｙ方向に移動して、調整ツマミ１３１が筐体１２０外部の操作位置に配置される。

ここで、本考案の液体クロマトグラフ質量分析装置の分析状態と位置調整状態とについて説明する。
（１）位置調整状態（図２参照）
調整ツマミ１３１が、筐体１２０外部の操作位置に保持されている。これにより、測定者は、調整ツマミ１３１を把持して順方向に回転させることにより、調整ツマミ１３１とともにロッド部１３３を順方向に回転させて、ネジ部１３２を順方向に回転させることで、スプレー１５をＹ方向に移動させる。また、調整ツマミ２３１を把持して逆方向に回転させることにより、調整ツマミ１３１とともにロッド部１３３を逆方向に回転させて、ネジ部１３２を逆方向に回転させることで、スプレー１５を−Ｙ方向に移動させる。

（２）分析状態（上記（１）以外の状態、図３参照）
調整ツマミ１３１が、筐体１２０内部の収納位置に保持されている。その結果、測定者は、分析実行中に誤って調整ツマミ１３１に触れてしまうことがなく、適切な位置関係に調整されたスプレー１５がＹ方向や−Ｙ方向に移動してしまうことを防止することができる（位置調整のロック）。また、調整ツマミ１３１の突起がなくなり、安全にスプレー１５周辺の作業（流路１５５、１５６等の配管の接続作業やクリーニング作業等）を行うことができる。さらに、調整ツマミ１３１の突起がなくなることでスプレー１５周辺の美観が向上する。

本考案は、イオン化室を備える質量分析装置に利用することができる。

１５：スプレー（プローブ）
１９：脱溶媒管
５０：質量分析部
１００：イオン化室
１１０：チャンバ
１２０：筐体
１３０：ネジ機構
１３１：調整ツマミ
１３２：ネジ部
１５１：プローブ本体部
１５２：ノズル
１５３：ネジ穴

Claims

筐体と、
前記筐体の内部に配置されたチャンバと、
前記筐体の第一壁面と前記チャンバの第一壁面との間に配置されるプローブ本体部と、前記チャンバの内部に配置され試料を噴霧するノズルとを有するプローブと、
前記プローブを前記チャンバに対して位置調整するためのネジ機構とを備えるイオン化室であって、
前記ネジ機構は、測定者に把持されるための調整ツマミと、前記プローブ本体部に形成されたネジ穴に挿入されるネジ部とを有し、
前記調整ツマミは、前記ネジ部に対して移動可能となるように形成されており、
前記プローブが位置調整される際には、前記調整ツマミは前記筐体の外部となる操作位置に配置され、前記試料が分析される際には、前記調整ツマミは前記筐体の内部となる収納位置に配置されるようになっていることを特徴とするイオン化室。
前記調整ツマミは、前記ネジ部に対して軸方向に移動可能となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン化室。
前記ネジ機構は、前記調整ツマミを前記操作位置に移動させるように作用する弾性体と、前記調整ツマミを前記弾性体に対抗して前記収納位置に保持するラッチ機構とを有することを特徴とする請求項２に記載のイオン化室。
前記第一壁面は、上面であり、
前記プローブは、前記試料を下方に噴霧するものであり、
前記ネジ穴は、前記プローブ本体部に水平方向に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のイオン化室。