JP3191147B2

JP3191147B2 - ガス・クロマトグラフに試料を導入する方法と装置

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Publication number: JP3191147B2
Application number: JP04324897A
Authority: JP
Inventors: アミラブアビブ
Original assignee: アミラブアビブ
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH09325140A; US5686656A; CN1166598A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料分析を行うた
めのガス・クロマトグラフに試料を導入する方法と装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】伝統的に、試料は隔膜を浸透する小注射
針からの注入によりガス・クロマトグラフ（ＧＣ）に導
入され、少量の測定量の液体試料がＧＣインゼクタに分
配されて蒸発し、そしてキャリヤーガスによる掃引によ
り更に分離カラムに移動する。

【０００３】然し、分析を必要とする試料の大部分は、
ＧＣに直接導入しえない天然の形体にある。このことは
複雑な混合物についてそうである、なんとなれば試料の
一部のみが蒸発し、残余は固体の塩（尿）、凝固の固体
（血液）、又は炭化した有機繊維及び残渣（食品）とし
て析出するからである。これらの残渣は迅速にＰＧイン
ゼクタ及びカラムを詰らせ、痕跡水準の分析物の捕捉の
場として働くからである。従って、試料を処理してこれ
をＧＣ注入の要件に適合する形体にすることが一般の慣
習である。伝統的に、主要試料の製造及び使用されるク
リーンアップ法は液・液試料抽出を含むが、最近は固相
抽出法も使用される。これら試料製造法のすべては高価
で労力が嵩み、時間がかかり、異なった分析物の間の抽
出効率の大きな変化のために多数のエラーを受け易い。

【０００４】試料分析のための重要な付加的道具は質量
分光計（ＭＳ）である。それは試料の導入とイオン源で
の蒸発、及びそれに続く分子イオン化に基づいている。
イオンは更に質量によりそれらを分離する質量分析器に
はこばれ、検出したイオンは試料の確認に非常に有効な
特徴ある質量スペクトルを生ずる。質量分光計はガス・
クロマトグラフと組合せてＧＣ−ＭＳ装置とすることが
でき、これは時間と質量分離との組合せにより複雑な混
合物の分析に特に有効である。従って今日の殆どの質量
分光計はその試料入口系としてＧＣを含み、成長しつつ
あるＧＣの数はその検出器としてＭＳを含む。伝統的
に、試料は、カラム端部がＭＳイオン源にあるＧＣか
ら、又は使い捨てのビン中の未分離粗試料をイオン源に
直接もたらしてその蒸発温度を調節する直接試料導入
（挿入）（ＤＳＩ）装置の使用により、質量分光計に導
入される。サンプリングのためのＧＣの使用は遅く、代
表的に３０分以上かかる。試料はまたイオン源において
数秒を費やすにすぎず；これは試料の質量スペクトル又
はＭＳ−ＭＳに影響するパラメータの研究にとって短す
ぎる。ＧＣサンプリングはまた比較的非揮発性でＧＣカ
ラム中で又はインゼクタ中で分解する熱的に不安定な化
合物を搬送するその能力に限定がある。他方、通常のＤ
ＳＩは、大気圧からイオン源真空室への試料容器の移動
のために特別な空気ロック室とバイ・パスポンプ系を必
要とする。それはまたイオン源内側の蒸発を制御するた
めに特別な移動機構と別個の加熱系を必要とする。全体
としては有効であるけれども、ＤＳＩは複雑でコストの
かさむ装置である。その上、ひとたび使用すると、多く
の場合、大量の試料がイオン源に直接蒸発して、ＧＳ−
ＭＳ操作への切替えが可能である前に長いクリーニング
期間を必要とする。また、直接の溶媒導入は困難であ
る、これらの溶媒は直接に激しく沸騰し、イオン源に入
る前に真空系内側にスプラッシュするからである。従っ
て固体は液体の溶液ではなく粉末として導入しなければ
ならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の広い
目的は、試料を質量分光計に向ける方法と装置を提供す
ることにある。本発明の更なる目的は、従来記述された
多くの欠点と限定を克服するＧＣへの注入によるスラッ
ジ及び他の汚い試料のガス・クロマトグラフへの直接の
導入法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、注射器（シリ
ンジ）から液体として分配する代わりに、取りはずし可
能な試料容器中のＧＣインゼクタへの試料の導入を容易
にする新規な方法と装置を組み入れたものである。従っ
て汚い非揮発性の有害物質は試料容器中にとどまり、次
の分析の前に除去することができて、従来のクリーンア
ップと抽出なしにスラッジ及び汚い試料の分析を可能に
する。あるいはまた、ＧＣインゼクタの温度を調節し
て、容器からの試料化合物の一定の蒸発速度を与え、質
量分光計又は他のＧＣ検出器によるその研究又は分析の
ために使用することができる。

【０００７】それ故、本発明によれば、試料分析を行う
ためのガス・クロマトグラフに試料を導入する方法であ
って、試料を取りはずし可能な試料容器に入れ、この容
器を試料導入装置に配置し、容器を含むこの装置をガス
・クロマトグラフインゼクタ中に挿入し、ガス・クロマ
トグラフインゼクタ中で試料を蒸発させて試料の分析を
行い、蒸発した試料をキャリヤーガスによってカラム中
を掃引し、そしてカラムからガス・クロマトグラフに接
続する検出器により試料を検出する、ことを特徴とする
方法が提供される。

【０００８】本発明はまた、試料の導入を質量分光計に
向けて試料の分析を行う方法であって、試料を試料容器
中にのせ、この試料をカラムから質量分光計に接続する
ガス・クロマトグラフのインゼクタに導入し、このイン
ゼクタを試料を蒸発させるに十分な温度に加熱して、キ
ャリヤーガスによって質量分光計に掃引される化合物の
流れを作り、そして次の分析を行う前にインゼクタから
該容器を取りはずす、ことを特徴とする方法が提供され
る。

【０００９】本発明は更に、試料をガス・クロマトグラ
フに導入して試料を分析するための方法であって、取り
はずし可能な試料容器をガス・クロマトグラフインゼク
タにはこぶための手段をもつ、試料導入装置を結合する
ための手段、試料導入装置と上記の結合用手段を相互に
密封する手段、試料を蒸発させてその分析を行う手段、
試料の蒸気をキャリヤーガスと共に掃引することによっ
て試料蒸気を検出器に移動させる手段、及び試料の検出
のための検出器手段、からなることを特徴とする装置を
提供する。

【００１０】本発明を添付図面を参照して若干の好まし
い態様に関して記述する。それによって本発明が更に十
分に理解されるであろう。詳細に図を特に参照して、図
示する詳細な例であり、本発明の好ましい態様の説明の
例示的討議であって、本発明の原理と概念の面の最も有
用で容易に理解される記述であると信ぜられるものを与
えるためのものであることを示すために与えられること
が強調される。この点で、本発明の基本的理解に必要な
ものよりもより詳細に本発明の構造的な詳細を示すつも
りはない。図面を参照してとった記述は、本発明の若干
の形体がどのようにして具体化されうるかを当業者に明
らかにしている。

【００１１】実施例図１を参照して、そこには温度プログラミングされうる
標準の商業的に入手しうるＧＣインゼクタに取り付けた
直接試料導入装置（ＤＳＩ）の概要図が示してある。実
在するＧＣインゼクタ１の要素は、温度プローブ３及び
冷却剤（空気、ＣＯ₂又は液体窒素）の入口４と出口５
を備える迅速加熱ブロック２を含む。インゼクタ１は、
下部端で分析カラム７を受入れ、上部端容積８で試料導
入装置を受け入れるように設計されたガラス内張り６を
含む。ＧＣキャリヤーガスは入口９から導入されてカラ
ム７に入るか、又は隔膜パージ出口１０からの若しくは
継ぎ目なしインゼクタの分割出口（図示してない）から
低流量で出ることができる。インゼクタ１はまた隔膜ホ
ルダー又は隔膜なしの座席１１を含み、これはＤＳＩ装
置の挿入を可能にするために除かれる。もとの隔膜カバ
ーも除かれ、ＤＳＩ装置結合要素１２と取り替えられ
る。試料は取りはずし可能な試料容器１３に導入され、
これは図示の態様において１．６ｍｍのＯＤ、１．２ｍ
ｍのＩＤ及び１５ｍｍの長さのパイレック製の小試験管
ビンである。

【００１２】この試料容器１３は、試料容器の容易で迅
速な挿入と取りはずしのために設計された試料ホルダー
１４によってはこばれる。ＤＳＩ装置結合用要素１２は
ビトンＯ−リング１５（高温用Ｋａｌｒｅｚ）で密封さ
れ、同様な試料ホルダー１４もＯ−リング１６で密封さ
れる。

【００１３】ＧＣ又はＧＣ−ＭＳ分析のための汚れた試
料の導入のためのこのＤＳＩの代表的操作は次の諸工程
で行われる。１．インゼクタ１および分析カラム７は前の分析の終わ
りの好適な低温に冷却する。２．試料ホルダー１４を除き、低保護ヘリウム流を注入
器から解放して空気の浸透を防ぐ。３．前の試料容器１３を除く。４．新しい測定容量の試料を新しい試料容器にのせる。５．容器を試料ホルダー１４に挿入する。６．試料容器１３を含む試料ホルダー１４を図１に示す
ように内張り６の内側のＧＣインゼクタに導入する。７．ＧＣを活性化する。８．ＧＣインゼクタの温度を、溶媒の沸点より上の比較
的低い値に保つか、又は予め試験したプログラムした様
式で上昇させて試料容器中の代表的に０．５〜５マイク
ロｌの温和な蒸発を可能にする。温度を更に予め定めた
値に自動的に蒸発させて揮発性化合物の蒸発を行い、次
いで代表的に約１分以下の後に、インゼクタの温度を減
少させて低揮発性の又は非揮発性の化合物の更なる蒸発
を無くす。９．蒸発した化合物を、通常の注射器による注入で通常
遭遇するように、分析カラムの始めに捕捉する。カラム
のオーブン温度を比較的低い値に調節して、半揮発性の
有機化合物の有効な捕捉を行うためである。１０．予め定めた時間の後に、ＧＣオーブン温度を予め
定めた温度プログラムに従って上昇させ、ＧＣ分析を通
常の方法で行う。１１．インゼクタ及びカラムを通るキャリヤーガス流量
は最適化するための重要なパラメータである。一時的な
開放インゼクタを含めて、試料荷重工程中、最大流量を
室に限定するための流れ制限要素を備えなければならな
い。限定されたキャリヤーガスの流量はパージ・ガスと
して働いて、カラムへの空気の浸透に対して保護を与
え、カラムを試料荷重中、保護的な比較的低温に保つ。
除去可能な試料容器からの高い有効熱抽出（蒸発）は、
蒸発期間中５〜２０ｍｌ／分の比較的高い流量で達成さ
せることができる。それはＧＣ温度プログラム中より低
い最適カラム流量に減少させうる。注入分割流は、溶媒
蒸発段階のあいだ開放にしてそれをスピード・アップさ
せることもできる。

【００１４】この新しい試みはすべてのＧＣ分析カラム
を用いて使用することができるが、開放毛管カラムを用
いてのその使用は特に有効である。これは毛管カラムの
良好な低温捕捉性及び高温範囲性、ならびに高価格と組
合せた不純物による被着に対する高感度及び被着の受け
易さによる。これらのカラムは、毛管カラムを最適化す
る小さいインゼクタ内張りに適合する点で、本発明の方
法を特に挑戦させる低試料容量及びキャリヤーガス流量
にも特徴がある。

【００１５】図１に示す本発明の設計は、液体の又は液
化した試料の取扱いのために特に最適化されることが強
調されるべきである。試料の大部分は天然の液体であ
り、たとえば飲料水、尿、血液、牛乳、ジュース、油な
どを包含するが、他のものは液化した固体たとえばブレ
ンドしたフルーツ、野菜、ミートなどである。ＧＣ分析
用の固体試料を液化するには若干の理由がある。１）アセトンのような溶媒とのブレンドは、バルクの固
体からの分析化合物の有効な抽出である。これは食品中
の殺菌剤の分析の場合である。２）液体はその容量を単に測定することによって、注射
針により定量的かつ正確に測定することが遙かに容易で
ある。注射針による分配も秤量より遙かに再現性があ
り、且つ自動化することができる。標準毛管ＧＣ相溶性
試料寸法は１μｌであり、その重量は僅か１ｍｇであ
る。これは固体試料として取扱い秤量するのは困難であ
る。３）現在のＧＣ技術は液体（または気体）注入にもとづ
いている。

【００１６】他方、液体は表面の滴下もしくは湿めりの
問題を示すが、これはまたはね返り又は噴霧を形成する
こともできる。従って、図１に示すＤＳＩは取りはずし
可能な容器をその口を上に向けて液体が重力によって滴
下しないように保持するように構成される。また、試料
容器の長さは十分に長くて、比較的低揮発性の残渣の有
効な捕捉をもつ温和な溶媒蒸発を可能にする。

【００１７】本発明によれば、試料は取りはずし可能な
小さい試料容器中にのせることができる。別の試料容器
とそのホルダーのこの態様は、試料容器を低コスト、小
寸法の不活性ガラス容器から作ることを可能にし、それ
は使用後に使い捨てることができる。他方、取りはずし
可能な試料容器ホルダーは頑丈な形状であり、強い非破
壊性の金属たとえば不動態化した表面をもつステンレス
鋼から製造され、頑丈なそれぞれの試料荷重を手動で又
は自動化された方法で作ることを可能にする。

【００１８】ＤＳＩは最適化された「汚い」液体の取扱
いに適するけれども、それは固体及び粉末の溶媒のない
サンプリングにおいても有効である。これは固体試料の
正確な秤量を可能にする取りはずし可能試料容器の正確
な寸法と重量、及び試料の落下を保護する試料ビンの垂
直位置の結果である。

【００１９】質量分光計への直接の試料導入を行うと
き、比較的純粋な試料を試料容器に導入し、インゼクタ
温度を分析された化合物の一定の有用な蒸発速度をもた
らす温度に保つ。これは質量分光計イオン源に必要な試
料分子フラックスを生ぜしめる。この場合、平衡及び応
答の時間を最少にするために１〜２ｍの長さの毛管カラ
ムを、好ましくは非常に薄い又は吸着層コーティングの
ないものを使用し、そしてＧＣオーブンと質量分光計へ
の搬送線とを高温に保持して迅速な応答を確保する。蒸
発した試料はキャリヤーガスと共に質量分光計に迅速に
流れ、そこで通常の方法でイオン化され質量分析されて
試料の分析又は試料の質量スペクトルの確定が行われ
る。ＤＳＩ結合要素１２は容易に除去され、ＧＣインゼ
クタは短時間で通常の注射針系の液体分配用注入に戻す
ことができる。

【００２０】標準のベンチ・トップＧＣ−ＭＳ機器につ
いて、短い微孔毛管カラムが第２の標準分析カラムを用
いる通常のＧＣ−ＭＳ操作中のＭＳのガス荷重を最少に
するために望ましい。その外観及び用途において非常に
簡単であるけれども、この新規な直接試料導入装置と操
作法は、汚い試料分析において、ならびに質量分光計へ
の直接試料導入において、従来の方法および装置よりす
ぐれたいくつかの重要な利点をもつ。

【００２１】除去可能な試料容器中の試料をＧＣインゼ
クタにはこぶこの直接試料導入装置は、ＧＣ分析の及び
質量分光分析もしくは研究のための質量分光計への試料
導入という２つの異なった用途に使用することができ
る。これらの方法のそれぞれはいくつかの重要な利点を
もつ。Ａ．質量分光計への直接試料導入従来のエア・ロック及びバイパスポンプ組立体よりすぐ
れた本発明の新規な試みの利点は次のとおりである。Ｇ
Ｃインゼクタ法を介するＤＳＩは簡単であり、従って製
作コストがずっと少ない。ＧＣインゼクタはすべてのＧ
Ｃ−ＭＳ装置に既に存在し、そして費用のかさむエアロ
ック室、バイパスポンプ装置、及びロータリーポンプの
使用は無くなるからである。ＧＣインゼクタを通しての
ＤＳＩは、バイパスポンプ工程の消去のために操作がず
っと速く、容易である。

【００２２】ＧＣを通るＤＳＩは、通常のＤＳＩ法とは
対照的に、希薄溶媒を受け入れることができる。１〜３
気圧の溶媒の蒸発は真空系へのはね返りなしに非常に温
和でありうるからである。この特徴は、通常の溶媒中で
のその溶媒和による粉末の導入及び、小さなビンへの注
射針による導入を簡単にする能力になる。ＧＣを通るＤ
ＳＩは試料から試料への切替えがずっと清浄で容易であ
り且つ速い。ＧＣインゼクタは速く清浄するように設計
されているので、失活したガスの超清浄物質で構成され
るからである。これは、イオン化用に最適な、従って金
属から作られた、ＭＳイオン源とは非常に対照的であ
る。ＧＣインゼクタは、速い清浄のあいだでさえ高キャ
リヤーガス流量下で迅速に加熱することができる。

【００２３】ＧＣインゼクタを通るＤＳＩは、通常のＤ
ＳＩとは対照的に、非常に迅速にＧＣ−ＭＳ分析と交換
することができる。実施の際には、２本のカラムをＭＳ
イオン源に接続することができる。１本はＤＳＩ−ＧＣ
インゼクタからであり、１本は標準ＧＣカラムに結合し
たＧＣインゼクタからである。ＤＳＩ−ＧＣインゼクタ
の速い冷却とその流量の減少は、ＭＳイオン源に及ぼす
その効果を実用上無くし、ＤＳＩ−ＧＣインゼクタの清
浄なしでさえ、そしてＤＳＩ試料容器の除去なしでさ
え、迅速なＧＣ−ＭＳ分析を可能にする。

【００２４】ＧＣインゼクタを通るＤＳＩは、ＧＣ−Ｍ
Ｓ分析中、ＭＳイオン源へのオンラインの別個に最適化
された試料導入に役立てることができる。この方法は下
記のいくつかの用途に使用することができる。ａ）化学的イオン化剤（ＣＩ）として役立つ液体（又は
固体）化合物の導入；ｂ）ＯＨ、ＮＨ基中の可動性水素原子を重水素と交換し
てその確認を行うための重水又は重水素メタノールの導
入；ｃ）特別の非揮発性高質量化合物を絶えず導入してオン
ラインの正確なキャリブレーションを行う方法。

【００２５】ＧＣインゼクタを通るＤＳＩは溶液誘導体
のような選択化学反応の利用を可能にする。ＧＣ注入器
を通るＤＳＩの方法は、非常に僅かなハードウエアの変
化で実在するすべてのＧＳ−ＭＳ機器に適用することが
できる。上記のＤＳＩは汚い試料をＧＣカラムに注入し
て標準ＧＣ−ＭＳ分析を行なうために使用することもで
きる。すなわち、この装置の二重の使用はこの装置をコ
スト的に更に有効なものにする。明らかに、これらの利
点の多くは、ＦＩＤ，ＥＣＤ，ＮＰＤ，ＦＰＤ，ＴＣ
Ｄ，ＩＲＤ，ＳＣＤ，ＡＥＤなどを包含する他の標準ガ
ス・クロマトグラフ検出器の最適化、キャリブレーショ
ン及び診断に役立てることもできる。

【００２６】Ｂ．ＧＣ分析のための直接試料導入これはＧＣサンプリングの新しい試みである。通常の注
射針による液体の分配に比べて、それはいくつかの非常
に重要な利点と新規な特徴をもつ。「スラッジ」を含む
非常に汚い試料、たとえば尿、血液（血漿または血
清）、非揮発性化合物を含む溶液、液化野菜、フルーツ
又はミート（アセトン、エチルアセテート、イソプロパ
ノール又は別の溶媒とのブレンドによる）、牛乳、原油
など、を導入することができる。汚い試料の製造とクリ
ーンアップを含めた試料のクリーンアップと抽出法の消
去または減少により、実質的な時間とコストが節約にな
る。この方法はまた、メチレンクロライドのような有害
抽出溶媒の消去により、環境上より好都合である。固体
の複雑な小試料たとえばバクテリア及び細菌、組織の非
常に小さい片、毛髪などを分析することができる。これ
らの試料は熱抽出により分析される。

【００２７】尿のようなバイオ流体中の薬品及び野菜、
フルーツ及び他の食品中の殺菌剤の分析において、内部
ＧＣインゼクタ−熱抽出の方法は、液相または固相抽出
法よりもその回収において有力に均一である。試料の寸
法は、抽出溶媒取扱い要件の消去により実質的に減少さ
せることができる。

【００２８】低い最小検出濃度は通常の抽出試料を用い
て実現させることができる。種々の抽出物の試料寸法は
一般に１μｌに限定される。この限定の理由の１つは抽
出法の試料のクリーンアップが不完全で、若干の望まし
くない種が有効に除去されないためである。我々のＤＳ
Ｉの方法と装置を用いれば１０μｌ以上の大きい抽出物
試料が、減少された最小検知濃度のために、注入及び分
析することができる。分析された試料の量は、ＧＣイン
ゼクタへの導入の前に、除去可能試料容器からの通気低
温オーブン（たとえば古いＧＣ）中の前の溶媒の蒸発に
よって、更に増大させることができる。

【００２９】同じ試料容器に少量の誘導化剤又は別の化
学反応剤を含有させて低容量の有効試料化学変性の促進
を、最小量の化学品及び努力で与えることができる。基
本アイディアは取りはずし可能な試料容器中でのサンプ
リング、すなわちＧＣインゼクタに直接導入される取り
はずし可能な容器中でのサンプリングであるけれども、
抽出物の用途に応じて若干の改良と変化が考えられ、こ
の方法を更に最適化させることができる。

【００３０】試料容器を得るのに最も簡単で最も容易な
のはガラスびん又は試験管である。これらの試験管は、
融点決定のために、又は質量分光計イオン源への通常の
直接試料導入のために、広範囲の好適な寸法で商業的に
入手しうる。これらの小容器はそれぞれ１０〜２５セン
トのコストであり、従って使い捨てできる。他方、純粋
な石英試験管も商業的に入手可能であり、オーブン酸化
及び次の溶媒攪拌によってリサイクルすることができ
る。ＤＳＩを使用する最も容易な方法は、それを実在の
ＧＣ注入器内張りに挿入するように設計することであ
る。然し、大きな内径をもつ内張りは幅広い試料容器の
導入を可能にし、試料の使用と容器への導入を容易に
し、大きな試料容量を含ませることができる。従って、
いくつかの用途にとって、ＧＣ内張りは幅広いものと取
替えることができ、全体のＧＣインゼクタさえ最適のＤ
ＳＩ性能のために再設計することができる。

【００３１】図２を参照して、そこにはＧＣインゼクタ
へのこのような試料変形が示してあり、これによって
３．８ｍｍの広い内径ｄ、及び標準ガラス内張りと同様
の４．６ｍｍの外径ＤをもつＶｅｓｐｅｌ内張り６の使
用が可能になる。試料容器ホルダーを２片に分割するの
が有用であることが見出された。すなわちハンドル１８
と実際の試料支持ユニット２０で、ユニット２０はハン
ドル１８にスクリュー式にはめ込まれ、取替が容易にな
る。３種の試料容器支持ユニットは次のとおりである。
すなわち、不活性のＶｅｓｐｅｌ除去可能試料容器支持
ユニット２０（図３）を１．６ｍｍのＯＤをもつ標準ガ
ラス容器を保持するように設計する；ステンレス鋼の取
りはずし可能試料容器支持ユニット２０（図４）を３ｍ
ｍＯＤをもつ大きいガラスびんを保持するように設計す
る；そして試料容器支持ユニット２０（図５）を質量分
光計イオン源へのＣＩ又は重水素化剤の連続導入の目的
で比較的大容量の溶媒を含むように設計する。

【００３２】使い捨て試験管は除去可能試料容器として
使用するのに最も簡単であると思えるけれども、試料挿
入ユニットを試料をはこび且つそれ自身除去可能な試料
容器として働くように設計することができる。この場
合、大きい寸法の試料を、ＤＳＩ取りはずし可能装置の
高頻度のクリーニングの利点において使用することがで
きる。この方法は、化学イオン化又は重水素交換のため
の、又は質量キャリブレーション化合物の一定導入のた
めの、ＭＳイオン源に一定に導入されるメタノール又は
重水素化メタノールのような比較的クリーンな試料につ
いて特に実用的でありうる。非常に試料の一体化された
取りはずし可能試料容器とそのホルダーは、蒸発孔２２
（図５）及び内部カバーをもつ長い試験管でありうる。
この組合せは、低コストで使い捨て試料容器として製作
することができる。インゼクタの温度とそこを通るキャ
リヤーガス流量は、この用途用に最適化することができ
また最適化すべきである。温度と流れの両方のプログラ
ミングの性能をもつＧＣインゼクタは今日では商業的に
入手しうる。

【００３３】ＧＣ試料の分離と分析を同時に行なうため
のＤＳＩ装置の適用について、通常の毛管ＧＣカラム
を、不純物に対して更なるガードを行なうための予備カ
ラムと共に又は予備カラムなしで、使用することができ
る。他方、ＤＳＩを質量分光計イオン源への一定のフラ
ックス試料導入のために使用するときは、使用するＧＣ
カラムは好ましくは短くあるべきである。代表例は内径
１００μｍ、狭いコーティングフィルム厚さ０．１μｍ
をもつ１〜２ｍの微孔毛管である。最小の保持（リテン
ション）と最速のクリーニング時間のために、内部コー
トしたフィルムは無くすことができ、又は純粋な失活石
英と取替えるとができる。熱移動性で比較的揮発性の化
合物の最速の応答時間及び最良の取扱い性能のために、
キャリヤーガスの速度は、ＭＳイオン源真空要件の許す
最大値に増大させるべきである。

【００３４】超音速自由ジェット膨張または超音速分子
ビームＧＣ−ＭＳ界面は、通常のベンチ・トップＧＣ−
ＭＳで許されるよりも２００倍も高くありうる非常に高
いカラム流量を可能にする点において、いくつかの重要
な利点を与える。超音速分子質量分光計の使用も分子中
の「飛行」運動によりイオン源記憶効果を完全に無くす
超高速ＭＳイオン源応答時間を与える。従ってＤＳＩと
ＧＣ−ＭＳとの間の切替えは非常に速い。熱移動性の非
揮発性化合物の分析も、超音速分子ビームよりすぐれる
振動過冷却条件により、分子量ピークの増大した相対的
な豊富さから大きく利点を受ける。

【００３５】代表的に、ＤＳＩ装置は分析時間中ＧＣイ
ンゼクタにとどまり、インゼクタは蒸発後に冷却され
る。注入器温度プログラミング能力が利用できなけれ
ば、いくつかの用途にとって試料びん温度は注入器の中
心からの距離により機械的に制御することができ、試料
容器は短い蒸発時間の後に取出すことができ、そしてＧ
Ｃ注入器はＧＣ操作の開始のために塞ぐことができる。
他の用途において、試料容器は加熱してから所定温度に
冷却し、次いで極性カラムによりＧＣ分析を行なってか
ら、試料を更に加熱して揮発性の小さい化合物の分析を
行なうことができる。

【００３６】図１に示す装置は手動操作用に設計されて
いる。今日では、商業的に入手しうるＧＣは、自動サン
プル注入と分析用に自動サンプラーのオプションをもっ
ている。取りはずし可能試料容器をもつＤＳＩの方法
は、いくつかの方法で容易に自動化することができる。
最も簡単な方法は恐らく、１の試料を他の試料の後に自
動的に（ロボット式に）操作し分析するように設計され
た、小さくて手動ハンドルのない若干の試料容器ホルダ
ーをもたせることである。取りはずし可能試料容器への
試料の自動導入、及びそのホルダーへの取りはずし可能
試料容器の自動載置、を含ませて自動操作の品質を更に
アップグレードすることもできる。

【００３７】図６は本発明による取りはずし可能試料容
器をもつＤＳＩの自動化の説明図である。取りはずし可
能試料容器１３をそのホルダー１４に置き、若干の試料
をのせたホルダー（代表的に６−１０）を、通常のＧＣ
自動サンプラーのように、カローセル２４に配置する。
ロボット腕２６は、コンピュータ制御によって、ホルダ
ー中の試料を自動的にはこび、試料をガス・クロマトグ
ラフインゼクタ１に導入する。同じロボット腕２６はま
た、使用した試料容器をそのホルダー中の前の分析から
除き、これをカローセルに戻す。

【００３８】取りはずし可能試料容器とそのホルダーの
表面の品質は、良好な熱抽出回収と再現性ある結果を達
成するために非常に重要なパラメータである。ガラス又
は石英のビンは容易に失活させることができるけれど
も、ホルダーの標準ステンレス鋼は吸着および接触解離
を促進しうる活性物質である。然し、ステンレス鋼は薄
い壁のその強度にもとづいて通常はえらばれる。広い注
入器内張りを使用する場合には、試料容器ホルダーの一
部（又はその全部）を高温Ｖｅｓｐｅｌ不活性プラスチ
ックに取替えることができる。あるいはまた、ステンレ
ス鋼はその不動態化のためにニッケル−又は金−被覆す
ることができ、又は特別の不活性高温ラッカーで被覆す
ることができる。最近は、特別の非常に不活性な溶融シ
リカ被覆法がレステック・コーポレーションによって開
発され、試料容器ホルダーとして理想と思われる非常に
約束された高度に不活性の表面を提供する。

【００３９】本発明のＤＳＩ方法と装置は、純粋な固
体、液体、溶液、残渣を含む汚い試料溶液、スラッジ、
尿または血液、処理した血液（血清、血漿、エキス）を
包含するバイオ流体、器官組織、皮膚、微生物、毛髪、
汚い土壌流体又はエキス、及びフルーツ、ジュース、野
菜、スパイス、ミート、牛乳などを包含する液体または
液化した食品、を包含する非常に広範囲の試料に適用す
ることができることが容易に理解されるであろう。

【００４０】上記の方法と装置を、最適の操作条件およ
び性能の点で、実験的に試験し、研究しそして評価し
た。図７において、質量分光計への直接のサンプリング
のためのＤＳＩの使用が説明されている。使用したＧＣ
−ＭＳは、４極質量分光計への超音速分子ビームに面し
た、バリアンの標準商業的ＧＣモデルＳｔａｒＣＸに
基づいている。ガス・クロマトグラフには、超音速ノズ
ル界面に接続する、内径０．５３ｍｍをもつ長さ３ｍの
毛管カラムを有する、温度プログラミングしうる注入器
が備えてある。

【００４１】図７には、３種の操作態様の代表的結果が
示されている。図７Ａのトレースは、試料化合物を図１
に示すように試験管に粉末として導入したときの質量分
光計の１７β−エストラジオールのフラックスと時間と
の関係を示している。１７β−エストラジオールは熱移
動性で極性の化合物であり、ＧＣ分析用に誘導化するこ
とを通常は必要とし、従って純粋試料として、そのＤＳ
Ｉサンプリングは好ましい分析法である。ＧＣインゼク
タ温度は２２０℃であり、カラム温度は５０ｍｌ／分の
ヘリウムカラム流量で２８０℃であった。これらの条件
下で、１７β−エストラジオール信号は数秒後に現れ、
１分以下で定常状態フラックスに達した。この期間は、
試料容器とそのホルダーの熱容量によって恐らく決定さ
れた。これは、標準のＤＳＩ装置と比較してずっと速い
応答である。２分後に、試料容器を除き、そしてインゼ
クタを開放したとき、信号はゼロに低下した。インゼク
タを空の試料ホルダーで再び閉じたとき、信号は、ホル
ダー位置の変化による小さいスパイクと共に、迅いクリ
ーニング運動を示した。標準のＤＳＩ装置とは対照的
に、図７Ａのトレースは４分以下でサンプリングとクリ
ーニングとの完全なサイクルを示す。図７Ｂのトレース
において、１７β−エストラジオールの１ｇを含むメタ
ノールの１μｌ溶液をサンプリングした。この場合、ビ
ンへの試料充てん時間は標準の液体分配用注射針を用い
迅速で簡単であった。再び、２２０℃の注入器温度にお
いて、溶媒の蒸発と定常状態のサンプリングが３０秒未
満で達成された。２分後に、時間プログラミングされた
クリーニングがインゼクタを３５０℃に加熱することに
よって行なわれ、１７β−エストラジオール信号は、そ
れが蒸発して迅速に自己クリーニングされるまで、瞬時
に増大し、新試料が同じ又は別のビンに荷重される用意
ができる。約４ナノグラム／秒のフラックで数分間に達
成される定常信号は、重量分光計の研究にとって非常に
有用である。

【００４２】図７らのトレースにおいて、試料は１５０
℃のインゼクタ温度で導入され、これは１５０℃／分の
速度で３２０℃にまで上昇する。１７β−エストラジオ
ールのフラックスは約８秒幅の時間依存性のピーク及び
やや高いフラックス（１００ｎｇ／秒以上）に特徴があ
る。この場合、ＤＳＩは高い信号フラックス及び速い自
己クリーニングの他に、単一段階蒸留の追加の時間寸法
を、大きな群の化合物に対する汎用応答と組合せて示し
た。

【００４３】図８において、図７で使用したのと同じＤ
ＳＩ装置及びカラムを、人尿中のフェノチアジン薬剤の
標準ガス・クロマトグラフ分析のために使用した。１ｐ
ｐｍのフェノチアジンを含む２μｌの尿を、取りはずし
可能試験管に注射針で入れた。試験管をＧＣ注入器に導
入し、１２０℃で５分間保っておだやかに水蒸発を行な
った。０．５分後に、インゼクタ温度を３００℃／分の
速度で２３０℃に上昇させ、その後に直ちに１２０℃に
冷却した。ＧＣカラム温度を８０℃で１分間保持し、次
いで５０℃／分の速度で２８０℃にまでプログラミング
により上昇させた。カラムの流量は２０ｍｌ／分であっ
た。最も重要なのは、図８が抽出又は試料処理なしにサ
ンプリングした未処理の尿中の薬剤の分析を示してい
る、という事実である。然も非常に明瞭で情報に富むＧ
Ｃ−ＭＳトレースが下部の全イオンカウントクロマトグ
ラムにおいて明瞭なフェノチアジンピークをもって観察
されている。分子イオン（ｍ／ｚ１９９）でのコンピ
ュータ再構成単一イオンモニタリングトレースは、１０
⁴に近い信号／ノイズの比を特徴とするフェノチアジン
の単一ＧＣピークを示している。従って、尿中のｐｐｂ
水準以下の薬剤は試料の調製なしにＧＣ−ＭＳによって
分析することができる。２．７分のピークを除いて未確
認の天然化合物の他のピークはカフェインであることが
確認された。数ダースのこのような試料の導入の後にお
いてさえ、ＧＣ内張りには汚れは実際に観察されず、性
能は未変化のまま残った。取りはずし可能試料容器はそ
の底に塩の褐色スポットと未確認残渣析出物を示した。
この残渣の大部分は底部にあったけれども、その若干は
数ミリメートル上方に移動した。１．６ｍｍのＯＤ及び
１．２ｍｍのＩＤをもつ長さ１２〜１５ｍｍのビンは、
半揮発性化合物の有効熱抽出と組合せて、大部分の残渣
を含むに十分であった。

【００４４】ＤＳＩはまた、フルーツ、野菜、ミート、
及び牛乳中の殺菌剤の分析においても研究された。この
研究において、使用した検出器はパルス状火炎高度計検
出器（ＰＦＰＤ）、すなわちイオウ化合物も選択的に検
出できる、含リン殺菌剤の存在の選択的検出器であっ
た。０．２５ｍｍのＩＤをもつ６ｍ長さの毛管カラム
を、試験管からの殺菌剤の良好な熱抽出に望ましい５ｍ
ｌ／分のヘリウムカラム流量で使用した。この流量はＧ
Ｃ分離の最適容量よりも上である。

【００４５】図９にはイチゴ中の含リン殺菌剤の分析が
示されている。１０５ｇのイチゴを２１０ｍｌのアセト
ンと混合し、３分間ブレンドした。生成するアセトン−
ブレンドのイチゴの濃厚液１μｌを除去可能試料容器ビ
ン（長さ１５ｍｍ、ＯＤ１．６ｍｍ、ＩＤ１．２ｍ
ｍ）に入れ、ＧＣに導入した。ＧＣインゼクタの温度を
１２０℃に保って溶媒を蒸発させ、１分後にこれを１２
０℃／分のインゼクタ温度プログラミング速度で２４０
℃に上昇させた。カラムは殺菌剤の寒剤捕捉のために５
０℃であり、そして２分後にこれを４０℃／分で２８０
℃にまで温度プログラミングした。

【００４６】図９において、低いトレースは見出された
天然産有機リン及び殺菌剤を示している。上部のクロマ
トグラムは、ブレンドしていないイチゴ中の約１ｐｐｍ
を反映する０．３３ｐｐｍのクロルピリホスを含むブレ
ンドしたイチゴ試料のスパイクによってえられた。クロ
ルピリホス殺菌剤の明瞭な信号が観察され、これは他の
殺菌剤のキャリブレーションのために使用することがで
きた。図１０には、抽出法を使用することによって１．
４ｐｐｍのジクロルボス殺菌剤を含むことの見出された
チム（種）の真の試料の分析が示されている。ここでも
また、図９に示すように、エキスのないサンプリングを
図１のＤＳＩ装置を使用して、図９で述べたのと同様の
条件でブレンドした単一試料について行なった。図１１
には、３％の脂肪含量をもつ牛乳の分析が示されてい
る。この牛乳にそれぞれの殺菌剤すなわちダイアジノ
ン、メチルパラチオン、パラチオン、メチルトリチオン
およびエチオンをそれぞれ３００ｐｐｂを含ませた。こ
の牛乳を試料調製なしに試料ビンに導入した。１μｌの
牛乳を追加の１μｌの水と一緒にした。ＧＣ注入器とオ
ーブンの条件は図９に関して上述したとおりであった。
上記の５種の殺菌剤のすべては、それらのリン化合物に
もとづいて評価されたように均一な応答に近い応答で明
瞭に観察されるが、広い早期のピークは未確認のイオウ
含有化合物に基因している。

【００４７】牛乳の分析はビン中に十分に含まれる「焦
げた」牛乳の濃灰褐色析出物をもたらし、このものは分
析後に廃棄されるべきものであった。同様に、チム及び
イチゴ試料は使用したビンの中に緑および黄／橙の汚れ
を残した。ＧＣ内張り中に汚れは実質上観察されなかっ
た。また、図７−１１のクロマトグラムは、高真空系に
おいて洩れ密封剤としてふつうに使用される高温ラッカ
ーで被覆したステンレス鋼から作った除去可能試料ホル
ダーを用いて達成されたことも注目される。

【００４８】本発明は上記の具体例の詳細に限定されな
いこと、及び本発明はその精神又は実質的寄与から逸脱
することなしに他の特定の形体で具体化しうること、が
当業者にとって明らかであろう。それ故、本発明の態様
はすべての点で例示的のものであって限定的なものでな
いと考えるべきである。本発明の範囲は以上の記述より
もむしろ特許請求の範囲によって示されており、それ
故、特許請求の範囲の意味とその均等範囲に入るすべて
の変化は特許請求の範囲内に含まれることが意図されて
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】標準ＧＣインゼクタに接続した本発明の直接試
料導入装置の部分断面及び平面図である。

【図２】比較的広い内径を含むように変形した内張りの
説明図である。

【図３】本発明による試料容器支持ユニットの説明図で
ある。

【図４】試料容器支持ユニットとそれに接続したハンド
ルの説明図である。

【図５】ＭＳイオン源へのＣＩ又は重水素化剤の試料容
器支持ユニットの説明図である。

【図６】自動試料荷重装置の概要図である。

【図７】図１の装置によって内部に導入した試料により
供給されたＭＳによってえられた粉末（図７Ａ）、第１
溶液（図７Ｂ）及び第２溶液（図７Ｃ）のガスクロマト
グラムを示す。

【図８】図１の装置を利用することによってえられる人
尿中の薬剤のＧＣ−ＭＳトレースを示す。

【図９】図１の装置を用いて行なわれた、イチゴ中の含
リン殺菌剤のガスクロマトグラムである。

【図１０】図１の装置を用いて行なった、チム試料のガ
スクロマトグラムである。

【図１１】図１の装置を用いて行なった、５種類の殺菌
剤を含有させた牛乳のガスクロマトグラムである。

【符号の説明】

１ＧＣインゼクタ４冷却剤入口５冷却剤出口７分析カラム１３試料容器１４試料ホルダー１５，１６Ｏ−リング１８ハンドル２０試料支持ユニット２４カローセル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 30/16 G01N 30/12 G01N 30/72 H01J 49/04 ＣＡＰＬＵＳ（ＳＴＮ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の分析を行うために試料をガス・ク
ロマトグラフに導入する方法であって；取りはずし可能
な試料容器に試料を導入し；この容器を試料導入装置に
入れ；この容器を入れた試料導入装置をガス・クロマト
インゼクタに挿入し；ガス・クロマトグラフインゼクタ
中の試料を蒸発させて試料の分析を行い；蒸発した試料
をキャリヤーガスによってカラムを通して掃引し；そし
てこのカラムからのガス・クロマトグラフに接続した検
出器により試料を検出する；ことからなることを特徴と
する試料導入方法。
【請求項２】試料の分析を行うために質量分光計に直
接試料導入を行う方法であって；試料容器に試料を入
れ；カラムから重量分光計に接続するガス・クロマトグ
ラフのインゼクタに上記の試料容器を導入し；インゼク
タを試料を蒸発させるに十分な温度に加熱して、キャリ
ヤーガスによって質量分光計に掃引される化合物の流れ
を作り；そして次の分析を行う前にインゼクタから容器
を取り外す；ことからなることを特徴とする試料導入方
法。
【請求項３】試料の非揮発性成分を試料容器中に保持
させながら、蒸発した試料をキャリヤーガスによってガ
ス・クロマトグラフインゼクタからカラム中に掃引する
請求項１の方法。
【請求項４】カラムが、試料分離なしにガス・クロマ
トグラフインゼクタから検出器への試料の移動のための
移動ラインとして働く、請求項１または２の方法。
【請求項５】試料を蒸発させ、ガス・クロマトグラフ
に導入して分離を行う請求項１または２の方法。
【請求項６】カラムが毛管カラムである請求項１また
は２の方法。
【請求項７】ガス・クロマトグラフのインゼクタを一
般の注射器系の溶媒分配用試料注入にも使用する請求項
１または２の方法。
【請求項８】試料容器が使い捨ての試験管または試験
びんである請求項１または２の方法。
【請求項９】容器がリサイクル可能である請求項１ま
たは２の方法。
【請求項１０】試験管が上向きの試料入口をもつよう
に配置される請求項８の方法。
【請求項１１】ガス・クロマトグラフインゼクタの温
度が一定に保たれるか又はタイム・プログラミングされ
ている請求項１または２の方法。
【請求項１２】ガス・クロマトグラフインゼクタとカ
ラムを通るキャリヤーガス流量が一定に保たれるか又は
タイム・プログラミングされている請求項１または２の
方法。
【請求項１３】ガス・クロマトグラフインゼクタを推
進するキャリヤーガスがその全体でガス・クロマトグラ
フに入るか、又は該カラムに入る前にタイム・プログラ
ミング様式で分割される請求項１または２の方法。
【請求項１４】ガス・クロマトグラフが、高ガス流速
超音波膨張により質量分光計と共通接触している請求項
２の方法。
【請求項１５】試料容器が試料の蒸発後に除かれ、そ
してインゼクタが分析を行う前に閉塞されている請求項
１の方法。
【請求項１６】試料導入装置が手動で操作され、ガス
・クロマトグラフインゼクタに導入される請求項１また
は２の方法。
【請求項１７】容器を含む試料導入装置が自動化され
た自動サンプラーによって導入され及び／又は取りはず
される請求項１又は２の方法。
【請求項１８】試料を分析するためのガス・クロマト
グラフへの試料導入用装置であって；取りはずし可能な
試料容器をガス・クロマトグラフインゼクタにはこぶ手
段をもつ、試料導入装置を結合するための手段；試料導
入と上記の相互結合手段を密封する手段；分析を行うた
めの試料を蒸発させる手段；試料の蒸気をキャリヤーガ
スと共に掃引することによって試料蒸気をはこぶ手段；
及び試料の検出を行うための検出器手段；からなること
を特徴とする試料導入用装置。
【請求項１９】次の分析を行う前に試料容器を取りは
ずす手段を更に含む請求項１８の装置。
【請求項２０】インゼクタと試料蒸発用手段が、通常
の注射器系の溶媒分離用注入にも使用可能な標準のガス
・クロマトグラフインゼクタである請求項１８の装置。
【請求項２１】検出器手段が質量分光計である請求項
１８の装置。
【請求項２２】ガス・クロマトグラフが試料の蒸気を
移動させる手段として毛管カラムを含み、該毛管カラム
が短くて短い応答時間及び速い分析を達成させる請求項
１８の装置。
【請求項２３】試料導入装置を作る材料が、表面失活
のために溶融シリカで不動態化また被覆されている請求
項１８の装置。
【請求項２４】取りはずし可能な試料容器が小さいガ
ラスもしくは石英の試験管びんである請求項１８の装
置。