JP3583758B2

JP3583758B2 - Mass spectrometer and mass spectrometry method

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Publication number: JP3583758B2
Application number: JP2002013215A
Authority: JP
Inventors: 夏樹育田; 健廣川; 洋二郎堀田
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: JP2003217503A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶媒中の被検物質を同定するための質量分析装置及び質量分析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析は、被検物質の分子量やその化学構造を分析するための有効な方法である。
質量分析を行うための装置（質量分析装置）は、主として分子量等の被検物質の分子構造に関する情報を得る装置である。この装置は、例えば、（ｉ）被検物質を構成する分子を、エレクトロスプレー、イオン衝撃、原子衝撃又は電子衝撃によってイオン化し、（ｉｉ）原子の塊（フラグメント）に分解（フラグメント化）し、（ｉｉｉ）イオン化されたフラグメントをその質量と電荷数との比に従って分離し、（ｉｖ）分離したフラグメントを検出手段で順次捕獲し、（ｖ）そして電流として検出することにより、質量分析を行う。被検物質は、イオン化から検出までの間、何らの妨害を受けることなく運ばれる必要があるため、通常、質量分析装置は高真空状態に維持されている。そして、イオン化のために前記いずれかの方法を使用するかにより、その原理の相違によって要求される真空度は相違する（例えば、ＩＯＮＩＺＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＳＩＮＯＲＧＡＮＩＣＭＡＳＳＳＰＥＣＴＯＭＥＴＲＹ、ＡｌｉｓｏｎＥ．Ａｓｈｃｒｏｆｔ（有機質量分析イオン化法、土屋正彦・横山幸男共訳、丸善（株））参照）。
【０００３】
被検物質のイオン化をエレクトロスプレー（ＥｌｅｃｔｒｏＳｐｒａｙ：静電噴霧）、イオン衝撃又は原子衝撃（ＥｌｅｃｔｏｒｏｎＩｍｐａｃｔ）によって行う場合には、質量分析装置の真空度は１０^−３Ｔｏｒｒ程度とさほど高めなくても良い。しかし、エレクトロスプレーでは、被検物質がその分子状態をほぼ保ったままイオン化されるため、比較的容易にイオン化される高分子の被検試料にしか使用できず、またイオン衝撃又は原子衝撃によってイオン化を行う場合には、イオン化に際して衝撃用に使用したイオン又は原子を含んだフラグメントが生成されてしまうため、捕獲したイオンから被検物質の分子構造を決定する際に複雑な分析が必要になるという課題がある。これに対して、電子衝撃によって被検物質分子をイオン化した場合には、質量分析装置の真空度は１０^−６Ｔｏｒｒ程度にまで高めなければならないが、捕獲されるフラグメントは全て被検物質に由来するフラグメントであるため、被検物質の分子構造を決定する際の分析が容易であるという特徴がある。
【０００４】
ところで、試料中に二種以上の被検物質が含まれている場合には、予め被検物質を他の被検物質から分離し、実質的に純粋な状態にしたうえで質量分析に供しなければならない。そこで、試料が二種以上の被検物質（気体）の混合気体である場合には、被検物質を他の被検物質から分離するためにガスクロマトグラフィー手段を使用することが有効である。
【０００５】
また、二種類以上の被検物質が液体に溶解している場合には、該液体中の被検物質を他の被検物質から分離する手段として、液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段を使用することが有効である。例えば、液体クロマトグラフィー手段は、試料と溶離液の量がある程度以上必要となるため、極微量の試料中に含まれる被検物質の分離には適しておらず、また分離効率という点では電気泳動手段に劣るものの、分子排除クロマトグラフィー（いわゆるＧＰＣ）、特定リガンドに対するアフィニティーに基づくアフィニティークロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー等、被検物質の特性に合致した分離モードを選択し得るという点で有効な分離手段である。また電気泳動手段は、原理的に等速電気泳動とキャピラリー電気泳動の二種類に分けることができるが、その中でも微量の試料に含まれる被検物質の分離に特に好適なキャピラリー電気泳動について簡単に説明すると、これは、直径が１ｍｍ、内径が５０μｍから１００μｍ、長さが５０ｃｍから１ｍ程度のガラス管内に支持電解液を充満させておき、その両端に１０ｋＶから３０ｋＶ程度の高電圧を付加し、そこに微量の試料を注入するものである。被検物質は、その電気移動度の大きさに従って支持電解液中を移動するため、電気移動度の相違によって他の被検物質から分離されるが、極微量の試料について被検物質の分離を実施し得るという点で優れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
質量分析に供する試料が気体であれば、質量分析装置の真空度を維持することは比較的容易である。このため、ガスクロマトグラフィー手段によって各被検物質を分離したうえで、原子衝突、イオン衝突又は電子衝撃のいずれかのイオン化法によって分離された被検物質をフラグメント化・イオン化して検出する質量分析装置が既に実用化され、使用されている。しかしながら、液体試料中の被検物質について質量分析を行う場合、試料をそのまま質量分析装置に供すると真空度の低下を招き、分析が不可能となるため、真空度の低下を招くことのない液体試料の導入方法を検討する必要があった。
【０００７】
例えば特表平２−５０３３５４号公報（発明の名称；電気泳動−エレクトロスプレーを結合するインターフェイスおよび方法）には、液体試料を溶媒電極液とともに電気泳動手段で分離して実質的に純粋な被検物質の溶出液を形成し、該溶出液をエレクトロスプレーインターフェース（ＥＳＩ）で噴霧して微粒化・イオン化後、微粒化・イオン化された液滴の水分を蒸発させ、そして該水分が除去された被検物質を検出手段に導入して分析を行う方法及び装置が開示されている。
【０００８】
しかしながら特表平２−５０３３５４号公報は、具体的には、イオン化された分子を直接検出する質量分光分析方法及び装置を主として開示するものであり、表面の赤外線分析やあらゆる表面高感度分析法が可能であるとしているが、ＥＳＩでイオン化された被検物質をおよそ１０^−３Ｔｏｒｒ程度という比較的大気圧に近い低真空状態においてそのまま直接分析することしか意図していない。その結果、該方法及び装置では、質量分析用の検出手段であれ、他の検出手段であれ、ＥＳＩによって十分にイオン化し得る被検物質、即ち、ＥＳＩによって比較的容易にイオン化される高分子の被検物質の分析にしか適用できないという課題があった。
【０００９】
なお、特表平２−５０３３５４号公報は、イオン化を行う場合に要求される真空度が１０^−３Ｔｏｒｒ程度と比較的低いイオン衝撃又は原子衝撃により付随的にイオン化を行うのためのリボン又は帯を使用する質量分析方法及び装置も開示している。しかし、前述したように質量分析においてイオン衝撃又は原子衝撃によりイオン化を行う場合には、イオン化に際して衝撃用に使用したイオン又は原子を含んだフラグメントが生成されてしまうため、捕獲したイオンから被検物質の分子構造を決定する際に複雑な分析が必要になるという課題は解決できない。
【００１０】
上記のような課題を解決するためには、イオン化にあたり電子衝撃を使用することである。質量分析を行うにあたり、電子衝撃によって被検物質分子をイオン化した場合には、捕獲されるフラグメントは全て被検物質に由来するフラグメントであるため、被検物質の分子構造を決定する際の分析が容易となり、またＥＳＩに比較して適用できる被検物質の範囲も広くなるからである。しかし、これもまた前述したが、電子衝撃により被検物質分子をイオン化するには質量分析装置の真空度を１０^−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に維持しなければならず、液体試料を装置内に導入するため真空度の低下を招きやすい液体試料用の質量分析装置では、高真空状態でのみ使用可能な電子衝撃を使用することは困難であった。
【００１１】
例えば特表平２−５０３３５４号公報に開示された方法及び装置では、ＥＳＩの噴霧ノズルとしていわゆる圧力噴霧ノズルを使用しているため液体試料を十分に微粒化することができず、しかも、微粒化された液体試料の気化のため、微粒液滴の流れに対して水分蒸発用ガス（ヘリウムガス）を向流衝突させて熱交換効率を上げているため、被検物質分子のイオンが蒸発用ガスによって分散されやすく検出手段でのイオン集中が非効率となり、大量の液体試料を導入しなければならない。このため、結局は大量に導入された液体試料の液滴の水分蒸発が不十分となって真空度の低下を招き、電子衝撃によるイオン化に必要な１０^−６Ｔｏｒｒを維持することが不可能となる。
【００１２】
そこで、本願発明は、上記した従来技術の課題を解決し、液体試料を導入した場合であっても装置の真空度を電子衝撃によるイオン化のために必要な、例えば、１０^−６Ｔｏｒｒ程度に維持することが可能な質量分析装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本願発明は、ＥＳＩ部において二流体噴霧ノズルを用いていることで、単に圧力噴霧ノズルを用いる従来の装置に比較して、液体試料をより微細な液滴として噴霧することができる質量分析装置及び方法を提供することを目的とする。これにより、本発明は、該液滴中の水分の気化率を高め、後段の慣性分離部で気化した水分を除去することにより、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することを可能とする。しかも、本願発明は、前記二流体噴霧ノズルにおいて、液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧することにより、その微粒化を促進するとともに熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるようにし、質量分析部を高真空状態に一層維持するようにした質量分析装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、従来の質量分析装置では、熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるためのガスを向流としていたため、質量分析部に導入される被検物質イオンの量が減少し、十分な量の被検物質イオンを導入するためＥＳＩ部での噴霧量を増加しなければならず、結果的に質量分析部へ導入される水分が増えて真空度が低下してしまう。これに対して本願発明では、前述の通り二流体噴霧ノズルからかかるガスを液体試料とともに噴霧することで、ＥＳＩ部での噴霧量を必要以上に増やす必要をなくし、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することを可能とする質量分析装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１５】
このように本願発明は、二流体噴霧ノズルや慣性分離部を具備することにより、液体試料をそのまま又は適当な分離手段によって分離した後、連続的に、電子衝撃でイオン化して質量分析することを可能とするものである。本願発明の装置により、従来装置では同定不可能であった被検物質であっても、同定を可能とする。また更には、液体試料が二種類以上の被検物質を含む場合であっても、液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段によって被検物質を分離し、各被検物質を短時間で同定することを可能とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を進めた結果、本願発明を完成した。本願発明の第１の解決手段によると、液体試料中の被検物質を分析するための質量分析装置であって、以下（１）から（４）を備えた質量分析装置である。
（１）液体試料を導入するための試料導入部、
（２）以下の（ａ）及び（ｂ）とを有するエレクトロスプレーインターフェース部；
（ａ）前記試料導入部から導入された被検物質を含む液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに熱交換により微粒化液滴の水分を気化させる二流体噴霧ノズル、
（ｂ）二流体噴霧ノズルで微粒化された液滴をイオン化し帯電させる静電的イオン化手段、
（３）前記エレクトロスプレーインターフェース部において噴霧された前記微粒化用ガス及び気化した水分を除去する慣性分離手段を有する慣性分離部；及び
（４）以下の（ｃ）及び（ｄ）とを有する質量分析部；
（ｃ）前記エレクトロスプレーインターフェース部でイオン化された被検物質分子を更にイオン化する電子衝撃イオン化手段、
（ｄ）電子衝撃イオン化手段でイオン化された被検物質分子のフラグメントについて質量分析を行う検出手段。
また、本願発明の第２の解決手段によると、液体試料中の被検物質を分析するための質量分析方法であって、以下（１）から（６）を含む質量分析方法である。
（１）液体試料を導入し、
（２）前記導入された被検物質を含む液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに熱交換により微粒化液滴の水分を気化させ、
（３）前記微粒子化された液滴をイオン化して帯電し、
（４）前記噴霧された微粒化用ガス及び前記気化した水分を除去し、
（５）前記帯電された被検物質分子を更にイオン化し、
（６）前記更にイオン化された被検物質分子のフラグメントについて質量分析を行うこと。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の質量分析装置を、図面に記載した一実施形態に基づいて詳細に説明する。なお図面に記載したのはあくまで本願発明の一実施形態であり、本願発明を限定するものではない。
図１に、本願発明の質量分析装置の概略構成図を示す。
この質量分析装置は、例えば、試料導入部１００と、ＥＳＩ部（エレクトロスプレーインターフェース部）２００と、慣性分離部３００と、質量分析部４００とを備える。
【００１８】
本願発明の質量分析装置では、試料導入部１００において、液体試料が単一の被検物質のみを含有することが明らかである場合には当該液体試料をそのまま、液体試料が二種類以上の被検物質を含むことが予想される場合には、例えば液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段によって各被検物質を他の被検物質から分離し、実質的に純粋な状態としたうえで、ＥＳＩ部２００に導入する。ＥＳＩ部２００では、導入された液体試料を二流体噴霧ノズルにおいて高温の微粒化用ガスの噴霧流に乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに当該ガスとの熱交換により微粒化液滴の水分を気化させる。更に、ＥＳＩ部２００では、それと共に、二流体噴霧ノズルで微粒化された液滴をイオン化し帯電させる。次に慣性分離部３００において前記微粒化用ガス及び気化した水分を除去し、イオン化した被検物質分子を質量分析部４００に導く。そして質量分析部４００においては、導入された被検物質分子のイオンを電子衝撃手段により更にイオン化し、フラグメントに分解した後、当該フラグメントをその質量と電荷数との比に従って分離し、分離したフラグメントを検出手段で順次捕獲し、そして電流として検出する。
【００１９】
上記の説明から明らかなように、本願発明の装置においてＥＳＩ部２００は、主に、被検物質を質量分析のためにイオン化するというよりは、むしろ、被検物質分子のイオンを質量分析部４００に導入するための手段として使用される。むろんイオン化された被検物質分子以外にも、ＥＳＩ部２００で完全に気化できず、慣性分離部３００において除去し切れなかった微粒液滴が質量分析部４００に導入される可能性はあるが、その量は微量であり、質量分析部４００における電子衝撃イオン化手段及び検出手段における被検物質のイオン化や検出に支障をきたすものではない。
【００２０】
まず、主に、図２の質量分析装置について説明する。
図２は、本願発明の質量分析装置のうち、試料導入部１００が液体クロマトグラフィー手段１を具備する形態のものを、図３は、本願発明の質量分析装置のうち、試料導入部１００が電気泳動手段（キャピラリー電気泳動手段）２を具備する形態のものをそれぞれ示すものである。本願発明の質量分析装置において、分析に供する液体試料が一種類の被検試料を純粋な状態で含む場合等、液体クロマトグラフィー手段１や電気泳動手段２のような被検物質の分離のための手段が必要とされない場合には、試料導入部１００は、例えば、液体クロマトグラフィーの分野において使用されている試料バルブ（オートサンプラー）で構成することができる。
【００２１】
図２において、被検物質を含む液体試料は、まず液体クロマトグラフィー手段１に導入される。液体クロマトグラフィー手段１としては、好ましくは高速液体クロマトグラフィー手段を使用する。液体クロマトグラフィー手段１としては、具体的には、例えば被検物質の分離カラムのほか、被検試料を自動的に採取する試料バルブ（オートサンプラー）や被検物質を分離カラムから溶出するための溶離液タンク及び送液ポンプ等を装備した、通常の液体クロマトグラフィー装置を使用することができる。ここで、分離カラムとしては、被検物質を他の被検物質から分離することができるものであれば特に制限なく、分子排除クロマトグラフィー（いわゆるＧＰＣ）用、特定リガンドに対するアフィニティーに基づくアフィニティークロマトグラフィー用、又は、逆相クロマトグラフィー用等の、従来公知の分離カラムを使用できる。これらのなかでも、後述する好適な溶離液との関係で、例えばメチル（ＣＩ）−アミノプロピル、シアノプロピル−、フェニル−、オクチル（Ｃ８）−又はオクタデシル（Ｃ１８）−シリカ基でシリカの表面のヒドロキシル基を化学修飾した充填材を充填した逆相クロマトグラフィー用の分離カラムを用いて、逆相モードで被検物質を分離する液体クロマトグラフィー手段１が特に好ましい。
【００２２】
液体クロマトグラフィー手段１においては、各被検物質を他の被検物質から分離するため、適当な溶離液を送液する。このため、被検物質は溶離液で希釈されることになり、結果としてＥＳＩ部２００に導入される液体試料の量は図３に示したような電気泳動手段２を用いた場合と比較して大量となる。従って、図３に示したような電気泳動手段２を具備する場合に必要となるシース液の供給は不要である。なお、ＥＳＩ部２００に導入される液体試料が大量すぎる場合には、当該試料中の被検物質濃度が十分に高ければスプリッタを配置する等して、分離カラムから溶出し、ＥＳＩ部２００に送液される液体試料の量を例えば１００μｌ／分程度と、二流体噴霧ノズル３で十分に微細な微粒液滴が噴霧される程度に制限することが好ましい。
【００２３】
被検物質の分離のために使用する溶離液としては、ＥＳＩ部２００での噴霧に際して微粒化用ガスとの接触によって気化し易い、例えば酢酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム等の揮発性の高い緩衝液や、アセトニトリル、メタノール、アセトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エタノール又はイソプロパノール等の有機溶媒が特に好ましく、かかる緩衝液に試薬を添加して溶離液とする場合にも、該試薬としては０．１％（ｖ／ｖ）程度のギ酸、酢酸又はトリフルフルオロ酢酸等の酸や、トリアルキルアミン又はアンモニア水等の塩基を使用することが好ましい。逆に不揮発性の緩衝液（例えばリン酸塩や過塩素酸塩等）や無機の酸等を使用することは避けることが好ましい。また溶離液には、あまりに高濃度（１００ｍＭ以上）の試薬を添加するのは避けることが好ましい。
【００２４】
液体クロマトグラフィー手段１によって分離され、実質的に純粋な状態となった被検物質は、溶離液とともにＥＳＩ部２００に導入され、微粒化、イオン化される。ＥＳＩ部２００は、二流体噴霧ノズル３と静電的イオン化手段（高電圧源）１７を備えるが、これらは、微粒化液滴等の飛散を防止し、また塵等が質量分析部４００に導入されることを防止するためにシールドで覆う。
【００２５】
試料導入部１００から導入された液体試料はＥＳＩ部２００において微粒化されるが、本願発明では、この液体試料の微粒化のために、二流体噴霧ノズル３を使用する。二流体噴霧ノズル３は、液体試料を２５０℃程度と高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧する。微粒化用ガスとしては、例えばヘリウムガス、ネオンガス等の希ガスが好適である。このように、微粒化用ガスに乗せて液体試料を噴霧することにより、液体試料の微粒化は促進され、かつ、液体試料の噴霧により生じる微粒化液滴の水分の気化も促進される。
【００２６】
本願発明で使用する二流体噴霧ノズル３の一例を図４に示す。なお図４は、本願発明で使用する二流体噴霧ノズル３の一例を示したものであり、本願発明を限定するものではない。
図４（ａ）は、ノズル内に３つの流路が形成されたタイプのものであり、中央の流路には、圧縮した微粒化用ガス１３を導入する。一方、液体試料１４は、他の流路に導入され、ノズル内で微粒化用ガス１３に乗ってノズルの吐出口から噴霧される。図４（ｂ）は、ノズル内に５つの流路が形成されたタイプのものであるが、各流路に導入されるのは微粒化用ガス１３と液体試料１４の二流体である。このように本願発明が使用する二流体噴霧ノズル３では、微粒化用ガス１３はノズル先端部で液体試料（上述の図３の装置においては、液体試料及びシース液）１４と衝突し、ノズル出口から噴射するという、いわゆる予混合噴射が行われるので、細かい微粒化液滴が得られるのである。
【００２７】
本願発明で使用する二流体噴霧ノズル３の寸法には特別の制限はなく、試料導入部１００から導入する液体試料１４の単位時間当たりの量、微粒化用ガスによる水分の除去の程度、最終的に質量分析部４００に導入される被検物質イオンの量等を勘案して適宜決定すれば良いが、十分に微細な微粒液滴が噴霧されるように予備的実験を行う等して決定することが好ましい。
【００２８】
ＥＳＩ部２００の静電的イオン化手段１７は、二流体噴霧ノズル３が噴霧した微粒化液滴を、噴霧と同時又は略同時にイオン化して帯電させるものである。この静電的イオン化手段１７は、例えば前記二流体噴霧ノズル３とその後段の慣性分離手段（ジェットセパレーター）４への試料管５との間に、通常のＥＳＩで使用されているように高電圧を付加するための高圧電源を配置することによって構成することが可能である。ＥＳＩ部２００におけるイオン化は電子衝突によるイオン化と比較してソフトなものであり、被検物質の種類にも依存するが、後述する実施例で示したピリジン等に対しては、該分子をフラグメントすることなく、単に帯電させる程度のイオン化である。なおＥＳＩ部２００の真空度はおよそ１０^−３Ｔｏｒｒ程度に維持すれば十分である。
【００２９】
ＥＳＩ部２００でのイオン化後、被検物質分子のイオンは、気化した水分や二流体噴霧ノズル３が噴霧した微粒化用ガス１３とともに、試料導入管５を通って慣性分離部３００の慣性分離手段４に導入される。慣性分離手段４は、帯電した微粒子はその慣性によってそのまま通過させる一方で、気体のように軽い物質を除去し得るものであれば特に制限されないが、その一例として、図に示したようなＴ字型形状のものを示すことができる。図中の慣性分離手段４は、水平な本管及び本管と概ね直交する枝管とからなり、前記本管によりＥＳＩ部２００と質量分析部４００を連絡するＴ字型形状で、枝管は負圧発生手段（排気ポンプ７）と排気管６を介して連結されている。そして、イオン化され、帯電した被検物質分子のイオンは、前記本管の中をその慣性によってそのまま通過するが、微粒化用ガス１３や気化した液体試料等の軽い物質は枝管から排出される。
【００３０】
図に示したＴ字型形状の慣性分離手段４の本管の一端は、ＥＳＩ部２００の二流体噴霧ノズル３の吐出口と同軸に対向して配置してあるが、これは被検物質分子のイオンを効率よく慣性分離手段４に導くためである。両者は、あまりに近接して配置すると放電が起きやすくなり、また両者を離間しすぎると被検物質分子のイオンを効率よく慣性分離手段４に導入できなくなるため、通常は３ｍｍから２０ｍｍ程度離間して配置することが好ましい。
【００３１】
従来の質量分析装置（例えば特表平２−５０３３５４号公報に開示された装置）でも、水分を蒸発させるために高温のヘリウムガスを導入することが記載されているが、該開示は、熱交換効率を向上するために該ガスを噴霧粒子に向流衝突させるというものである。この結果、噴霧され、微粒化した微粒液滴は、ヘリウムガスの向流によって分散されてしまう。これに対して本願発明の装置では、微粒化用ガス１３は液体試料とともに噴霧され、またイオン化された微粒液滴は静電的イオン化手段１７の電極の方に誘引されて慣性分離手段４へと続く試料導入管５に導入されながら水分が気化されることから、被検物質分子のイオンを効率良く質量分析部４００に導入することができる。
【００３２】
上記のようにして慣性分離手段４を通過した被検物質分子のイオンは、電子衝撃イオン化手段９と検出手段８とを備えた質量分析部４００に導入される。質量分析部４００は、およそ１０^−５〜１０^−７Ｔｏｒｒ、好ましくは１０^−６〜１０^−７Ｔｏｒｒ程度という高真空状態に維持する。電子衝撃イオン化手段９は、ＥＳＩ部２００でイオン化された被検物質分子のイオンに対し、６０〜１５０ｅＶの電子を衝突させ、更にイオン化するとともに被検物質分子を種々の分子量のフラグメントに分解する。このように、電子衝撃イオン化によるイオン化はＥＳＩ部２００における静電的イオン化手段１７によるイオン化より強力である。本願発明の装置におけるＥＳＩ部２００でのイオン化は、いわば被検物質分子のイオンをＥＳＩ部２００から質量分析部４００に導入する手段として機能するものである。これに対して質量分析部４００における電子衝撃イオン化手段９によるイオン化は、検出手段８での質量分析のためのイオン化で、被検物質分子のフラグメント化を引き起こすものである。なお、電子衝撃イオン化手段９によって更にイオン化される分子は、ＥＳＩ部２００でソフトにイオン化されただけの、元の分子構造状態をほぼ保った分子であるので、これによって生成するフラグメントはランダムなフラグメントではなく、かなり限定された種類のものだけである。従って、従来の装置では同定不可能であった液体試料中の被検物質分子でも、気体分子と同程度に限定されたフラグメント化が可能となり、同定が容易となる。
【００３３】
電子衝撃イオン化手段９でイオン化され、フラグメント化した被検物質に由来するイオンは、その後、検出手段８においてその質量及び電荷に応じて分離され、それぞれの個数が計測されて物質同定が行われる。検出手段８としては、イオンをその質量及び電荷に応じて分離し検出するための公知のものを使用できるが、その一例を述べれば、例えば光電子増倍管、電子増倍管、マイクロチャンネルプレート又はダイオードアレイ等の検出器を具備した扇形磁場（ｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｃｔｏｒ）型検出手段、飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ；ＴＯＦ）型検出手段又は四重極（ｑｕａｄｏｒｕｐｏｌｅ）型検出手段等と、そしてデータ解析用の演算手段（コンピューター）等を組み合わせたものが例示できる。本願発明の質量分析装置では、前記いずれの検出手段であっても使用することができるが、装置の小型化に有利で、電子衝撃によるイオン化との相性が良く、しかも信頼性や耐久性に優れた四重極型検出手段を使用することが特に好ましい。また本願発明では、二つ以上の検出手段を連結する、いわゆるタンデム型検出手段を使用することもできる。
【００３４】
つぎに、図３の質量分析装置について説明する。なお、図２と共通の構成については、上述の通りである。
図３においては、図２の装置と異なり、被検物質分離手段として電気泳動手段２を使用している。電気泳動手段２に供する液体試料の量は液体クロマトグラフィー手段（図２における１）に供する液体試料の量と比較して僅かで良い。キャピラリー内での電気泳動用の媒体として電極液を加えた後、液体試料を分離に供すると、被検物質はキャピラリー内で電気泳動しながら分離され、順次キャピラリー出口から出てくる。このようにして他の被検物質から分離された被検物質は、以下、図２において説明したようにＥＳＩ部２００、慣性分離部３００、質量分析部４００に順次導入され、質量分析が行われる。
ところで、電気泳動手段２によって被検物質を分離した場合、ＥＳＩ部２００に導入される液体試料は少量で、二流体噴霧ノズル３での噴霧（微粒化）に支障をきたす恐れがある。このため、電気泳動手段２によって被検物質を分離した場合には、二流体噴霧ノズル３での噴霧（微粒化）を良好に行う目的で、該ノズル３近傍の流路で、例えば、次の図５に示したように二重管等を用いて液体試料の周囲にシース液を流入させたうえでＥＳＩ部２００に導入すれば良い。
【００３５】
図５は、シース液を液体試料に流入させる、二重管の断面を示す図である。図５では、その内管内に電気泳動手段２からの液体試料１５を導入し、内管と外管の間隙に、シリンジポンプ等で構成したシース液供給器１２からシース液供給管１０を介してシース液１６を導入した後、その下流の流路の途中で内管を消滅させている。
【００３６】
図３の装置では、電気泳動手段２による被検物質の分離のために、高圧電源１７、１８を配置し、試料管５と電気泳動手段２との間にも高電圧を付加している。従って、ＥＳＩ部２００に至る流路の途中で液体試料に流入されるシースの組成は、通電のために電解質であることが求められる。また更にシース液は、後段のＥＳＩ部２００での気化のため、揮発性であることも求められる。かかる要求を満たす好ましいシース液としては、例えばメタノールやエタノール等の揮発性の高い有機溶媒に酢酸やアンモニア等の電解質を混合したものが例示できる。
【００３７】
【実施例】
以下、本願発明を更に詳細に説明するために実施例を記載するが、これら実施例は本願発明を限定するものではない。
実施例１
図６のような、試料導入部１００が液体クロマトグラフィー手段１を具備する質量分析装置を製作し、これを用いてピリジン（ｐｙｒｉｄｉｎｅ）の測定を実施した。ピリジンは可燃性で特異な不快臭を持つ無色の液体で、多くの有機、無機化合物の溶剤となり、分子量７９．１でその分子式はＣ_５Ｈ_５Ｎである。
【００３８】
液体クロマトグラフィー手段１は、溶離液を送液するポンプ３１、試料を導入する試料バルブ３２、そして分離カラム３３から構成した。分離カラム３３は充填剤としてＣ１８シリカを充填したカラムである。そして液体クロマトグラフィー手段１に対しては、１０ｍＭのピリジン１０μｌを導入し、溶離液として１０ｍＭテトラブチルアンモニウム、ｐＨ８．０の０．２％アセトニトリル水溶液を送液した。
【００３９】
液体クロマトグラフィー手段１によって分離された液体試料は二流体噴霧ノズル３において、２５０℃に加熱した圧縮ヘリウムガスとともに噴霧し、微粒化した。本実施例で使用した二流体噴霧ノズル３は、図４（ａ）に示したような構成のノズルであり、微粒化用ガス（ヘリウム）１３の流路は直径８００μｍ、液体試料の流路は直径６００μｍで、材質はステンレスである。なお、液体クロマトグラフィー手段１における送液速度は１００μｌ／ｍｉｎ、微粒化用ガス（ヘリウム）１３送ガス速度は４００ｃｍ^３／ｍｉｎとした。
【００４０】
ＥＳＩ部２００の二流体噴霧ノズル３と後段の慣性分離部３００の慣性分離手段４の間には高圧電源１７を配置し、１ｋＶの高電圧を付加することにより、噴霧された微粒化液滴のイオン化及び慣性分離部３００へのイオンの導入を実現した。なおＥＳＩ部２００は微粒化用ガスであるＨｅガスが充填されるが、下部が解放されておりほぼ大気圧と同じである。
慣性分離部３００に配置した慣性分離手段（ジェットセパレーター）４は、直径３００μｍ、長さ４ｃｍの水平な本管と、該本管のほぼ中央に本管とは直交するように接続した直径４００μｍ、長さ３ｃｍの枝管とを有するＴ字型形状であり、枝管にはローターリーポンプを取り付けた。また本管の一端はＥＳＩ部２００を覆う塩化ビニル製のシールドの内部に、二流体噴霧ノズル３の吐出口と１０ｍｍ離間して同軸に対向配置し、本管の他の一端は、質量分析部４００の電子衝撃イオン化手段９内に配置した。
【００４１】
慣性分離部３００とその直後段の電子衝撃イオン化手段９の間はステンレス管で結合し、これによりソフトにイオン化した被検物質分子が電子衝撃イオン化手段９に導入されるようにした。そして電子衝撃イオン化手段９は、真空度を１０^−５〜１０^−７Ｔｏｒｒ程度に維持したうえで、６０〜１５０ｅＶの電子を被検物質分子のイオンに衝突させるものである。本実施例の装置では、このようにしてイオン化され、フラグメントに分解された被検物質分子を光電子増倍管（ＰＭＭ）を検出器として具備する四重極型検出手段８により分析するように構成した。
【００４２】
図７は、本実施例の装置を使用してピリジンを質量分析した場合のクロマトグラムを示す図である。図７から明らかなように、二流体噴霧ノズル３を具備するＥＳＩ部２００や慣性分離部３００によって質量分析部４００を高真空状態に維持し得るようにし、それ故に電子衝撃イオン化手段９によって被検物質分子のイオン化・フラグメント化を可能とした本願発明の質量分析装置では、ピリジンのフラグメントとして、イオンの質量（ｍ）と電荷数（ｚ）の比（ｍ／ｚ）＝７９、５３、５２、５１及び５０の、合計５つのフラグメントが得られた。
【００４３】
比較のため、図６の装置から電子衝撃イオン化手段９を省き、ＥＳＩ部２００でイオン化された被検物質分子を直接検出手段８（例えば、四重極型分離手段と光電子増倍管（ＰＭＭ）等を具備する検出手段）に導入した場合のクロマトグラムを図８に示す。図８では、ピリジンの分子イオンピークを示すｍ／ｚ＝７９しか検出できないこと、即ち、ＥＳＩ部２００における静電的イオン化手段１７でのイオン化によってはピリジン分子はフラグメント化されていないことが分かる。
【００４４】
なお、図８の結果は、被検物質がピリジンである可能性を示唆するものの、分子量が７９で、かつ、イオン化される他の分子である可能性を否定することはできないが、図７の結果からは、ｍ／ｚ＝７９以外に、５３、５２及び５１のフラグメントが得られていることから、このようなフラグメントが他の分子から生成される可能性があるか否かという拘束条件を加味することにより、被検物質をピリジンと同定する確率は飛躍的に高まる。
【００４５】
実施例２
図９のような、試料導入部１００が電気泳動手段（キャピラリー電気泳動手段）２を具備する質量分析装置を製作し、これを用いてピリジンの測定を実施した。
キャピラリー電気泳動手段２は、液体試料を入れたセル４４と、該セル４４内から液体試料を吸い上げ、キャピラリー４１に導入するプローブ４２、該プローブ４２に接続された不図示のポンプ、液体試料を電気泳動させるキャピラリー４１、そして電気泳動用の電極４３から構成した。なおキャピラリー電気泳動手段２に供した液体試料は、１０ｍＭのピリジン溶液を５０ｍｂａｒで５秒間キャピラリーに導入した。なお、上記キャピラリー４１の内径は７５μｍ、全長は７０ｃｍで、支持電解液は酢酸でｐＨを４．８に調整した１０ｍＭのアンモニア水を使用し、泳動電圧は３０ｋＶである。
【００４６】
キャピラリー電気泳動によって分離された液体試料を実施例１と同様のＥＳＩ部２００、慣性分離部３００及び質量分析部４００に順次導入し、ピリジンの分析を行った（本実施例では、ＥＳＩ部２００に付加した電圧は１．４ｋＶである）。なお、キャピラリー４１内に吸い上げられ、電気泳動によって分離された液体試料に対しては、二流体噴霧ノズル３での噴霧に先立ち、図５のような二重管を用いてシース液を流入した。使用した二重管の内径及び外径はそれぞれ７５μｍ、４２０μｍであり、外管の内径は５００μｍである。使用したシース液は３％（ｗ／ｖ）酢酸メタノール溶液であり、その流量は０．２ｍｌ／ｈである。
【００４７】
図１０は、本実施例の装置を使用してピリジンを質量分析した場合のクロマトグラムを示す図である。図１０から明らかなように、二流体噴霧ノズル３を具備するＥＳＩ部２００や慣性分離部３００によって質量分析部４００を高真空状態に維持し得るようにし、それ故に電子衝撃イオン化手段９によって被検物質分子のイオン化・フラグメント化を可能とした本願発明の質量分析装置では、ピリジンのフラグメントとして、イオンの質量（ｍ）と電荷数（ｚ）の比（ｍ／ｚ）＝７９、５３、５２、５１及び５０の、合計５つのフラグメントが得られた。
【００４８】
比較のため、図９の装置から電子衝撃イオン化手段９を省き、ＥＳＩ部２００でイオン化された被検物質分子を直接検出手段（四重極型分離手段と光電子増倍管（ＰＭＭ）を具備する検出手段）に導入した場合のエレクトロフェログラムを図１１に示す。図１１では、ピリジンの分子イオンピークを示すｍ／ｚ＝７９しか検出できないこと、即ち、ＥＳＩ部２００における静電的イオン化手段１７でのイオン化によってはピリジン分子はフラグメント化されていないことが分かる。
【００４９】
なお、図１１の結果は、被検物質がピリジンである可能性を示唆するものの、分子量が７９で、かつ、イオン化される他の分子である可能性を否定することはできないが、図１０の結果からは、ｍ／ｚ＝７９以外に、５３、５２及び５１のフラグメントが得られていることから、このようなフラグメントが他の分子から生成される可能性があるか否かという拘束条件を加味することにより、被検物質をピリジンと同定する確率は飛躍的に高まる。
【００５０】
図１２は、本願発明によって得られた図１０のエレクトロフェログラムにおいて、各ピーク位置で得られたマススペクトルから電場印加直後に得られたマススペクトルを引いた差スペクトルを示した図であり、該差スペクトルから、被検物質がピリジンであることが容易に推定できる。このように本願発明の分析装置では、分子量７９の、被検物質分子（ピリジン分子）のフラグメント化されていないイオン以外に多くのフラグメントイオンを検出することが可能であるため、従来装置と比較して、未知の被検物質の同定により有効である。
【００５１】
【発明の効果】
本願発明の質量分析装置では、ＥＳＩ部において二流体噴霧ノズルを用いているから、単に圧力噴霧ノズルを用いる従来の装置に比較して、液体試料をより微細な液滴として噴霧することができる。これにより該液滴中の水分の気化率が高まり、後段の慣性分離部で気化した水分を除去することにより、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することが可能となる。しかも本願発明の装置では、前記二流体噴霧ノズルにおいて、液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧することにより、その微粒化を促進するとともに熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるようにしたから、質量分析部を高真空状態に維持できるという前記効果は、より一層強化される。また従来の質量分析装置では熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるためのガスを向流としていたため、質量分析部に導入される被検物質イオンの量が減少し、十分な量の被検物質イオンを導入するためＥＳＩ部での噴霧量を増加しなければならず、結果的に質量分析部へ導入される水分が増えて真空度が低下してしまう。これに対して本願発明の装置では、前述の通り二流体噴霧ノズルからかかるガスを液体試料とともに噴霧するため、ＥＳＩ部での噴霧量を必要以上に増やす必要がなく、翻って、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することが可能となる。
【００５２】
このように本願発明の装置は、二流体噴霧ノズルや慣性分離部を具備することにより、液体試料をそのまま又は適当な分離手段によって分離した後、連続的に、電子衝撃でイオン化して質量分析することを可能とするものである。本願発明の装置により、従来装置では同定不可能であった被検物質であっても、同定が可能となる。また更には、液体試料が二種類以上の被検物質を含む場合であっても、液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段によって被検物質を分離し、各被検物質を短時間で同定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の質量分析装置の概略構成図。
【図２】試料導入部として液体クロマトグラフィー手段を具備する本願発明の質量分析装置の構成を示す図。
【図３】試料導入部として電気泳動手段を具備する本願発明の質量分析装置の構成を示す図。
【図４】二流体噴霧ノズルの断面を示す図。
【図５】シース液を液体試料に流入させる、二重管の断面を示す図。
【図６】実施例１にて調製した、試料導入部として液体クロマトグラフィー手段を具備する本願発明の質量分析装置を示す図。
【図７】実施例１において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部及び質量分析部の電子衝撃イオン化手段の両方で行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図８】実施例１において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部のみで行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図９】実施例２にて調製した、試料導入部としてキャピラリー電気泳動手段を具備する本願発明の質量分析装置を示す図。
【図１０】実施例２において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部及び質量分析部の電子衝撃イオン化手段の両方で行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図１１】実施例２において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部のみで行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図１２】図１０のクロマトグラムの各ピーク位置で得られたマススペクトルから電場印加直後に得られたマススペクトルを引いた差スペクトルを示す図。
【符号の説明】
１液体クロマトグラフィー手段
２電気泳動手段
３二流体噴霧ノズル
４慣性分離手段（ジェットセパレーター）
５試料管
６排気管
７排気ポンプ
８検出手段
９電子衝撃イオン化手段
１０シース液供給管
１１微粒化用ガス供給管
１２シース液供給手段
１３微粒化用ガス
１４液体試料
１５液体試料
１６シース液
１００試料導入部
２００ＥＳＩ部
３００慣性分離部
４００質量分析部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass spectrometer and a mass spectrometry method for identifying a test substance in a solvent.
[0002]
[Prior art]
Mass spectrometry is an effective method for analyzing the molecular weight of a test substance and its chemical structure.
An apparatus for performing mass spectrometry (mass spectrometer) is an apparatus that mainly obtains information on the molecular structure of a test substance such as a molecular weight. This apparatus, for example, (i) ionizes molecules constituting a test substance by electrospray, ion bombardment, atom bombardment or electron bombardment, and (ii) decomposes (fragments) into atomic masses (fragments); (Iii) Separating the ionized fragments according to the ratio of their mass to the number of charges, (iv) sequentially capturing the separated fragments by a detection means, (v) and detecting them as a current to perform mass spectrometry. Since the test substance must be transported without any interference from ionization to detection, the mass spectrometer is usually maintained in a high vacuum state. The degree of vacuum required by the difference in the principle differs depending on which of the above methods is used for ionization (for example, IONIZATION METHODS IN ORGANIC MASS SPECTROMETRY, Alison E. Ashcroft (organic mass spectrometry ionization method). , Masahiko Tsuchiya and Yukio Yokoyama, translated by Maruzen Co., Ltd.).
[0003]
When the ionization of the test substance is performed by electrospray (electrospray), ion bombardment or atom bombardment (electron impact), the degree of vacuum of the mass spectrometer is 10 ^-3 It does not need to be so high as about Torr. However, in the case of electrospray, the test substance is ionized while keeping its molecular state substantially, so it can be used only for a polymer sample that is relatively easily ionized. Is performed, fragments containing ions or atoms used for bombardment during ionization are generated, so that complicated analysis is required when determining the molecular structure of the test substance from the captured ions. There are issues. On the other hand, when the analyte molecules are ionized by electron impact, the vacuum degree of the mass spectrometer becomes 10 ^-6 Although it must be increased to about Torr, all the captured fragments are fragments derived from the test substance, so that the analysis is easy when determining the molecular structure of the test substance.
[0004]
When two or more test substances are contained in a sample, the test substances must be separated from other test substances in advance, made substantially pure, and then subjected to mass spectrometry. Must. Therefore, when the sample is a mixed gas of two or more test substances (gases), it is effective to use gas chromatography means to separate the test substance from other test substances.
[0005]
When two or more test substances are dissolved in a liquid, a liquid chromatography means or an electrophoresis means is used as a means for separating the test substance in the liquid from other test substances. It is effective. For example, liquid chromatography means requires a certain amount of sample and eluent, so it is not suitable for separation of analytes contained in a very small amount of sample, and electrophoresis in terms of separation efficiency. Although it is inferior to the means, it is an effective separation in that it can select a separation mode that matches the characteristics of the test substance, such as molecular exclusion chromatography (so-called GPC), affinity chromatography based on affinity for a specific ligand, and reversed-phase chromatography. Means. In addition, electrophoresis means can be divided in principle into two types: isotachophoresis and capillary electrophoresis. Among them, capillary electrophoresis, which is particularly suitable for separation of test substances contained in trace samples, is briefly described. To explain, this is a method in which a supporting electrolyte is filled in a glass tube having a diameter of 1 mm, an inner diameter of 50 μm to 100 μm, and a length of about 50 cm to 1 m, and a high voltage of about 10 kV to about 30 kV is applied to both ends thereof. A small amount of sample is injected there. Since the test substance moves in the supporting electrolyte according to the magnitude of the electric mobility, the test substance is separated from other test substances by the difference in the electric mobility. It is excellent in that it can be implemented.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
If the sample to be subjected to mass spectrometry is a gas, it is relatively easy to maintain the vacuum of the mass spectrometer. For this reason, mass spectrometry that separates each analyte by gas chromatography means and then fragments and ionizes the analyte separated by any one of atomization, ion collision, and electron impact ionization methods and detects it The device has already been put into practical use. However, when performing mass spectrometry on a test substance in a liquid sample, if the sample is directly supplied to a mass spectrometer, the degree of vacuum will be reduced, and analysis will not be possible. It was necessary to consider the sample introduction method.
[0007]
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 2-503354 (title of the invention; interface and method for combining electrophoresis and electrospray) discloses that a liquid sample is separated by electrophoresis together with a solvent electrode solution and a substantially pure test sample is separated. An eluate of the substance is formed, and the eluate is sprayed with an electrospray interface (ESI) to atomize and ionize, evaporate the water of the atomized and ionized droplets, and remove the water from the water. A method and an apparatus for introducing a test substance into a detection means and performing analysis are disclosed.
[0008]
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-503354 specifically discloses a mass spectrometry method and apparatus for directly detecting ionized molecules. Although it is considered possible, the test substance ionized by ESI ^-3 It is only intended to perform the analysis directly as it is in a low vacuum state near the atmospheric pressure of about Torr. As a result, the method and apparatus provide a test substance that can be sufficiently ionized by ESI, whether a detection means for mass spectrometry or other detection means, that is, a polymer that is relatively easily ionized by ESI. There was a problem that it could only be applied to the analysis of test substances.
[0009]
It should be noted that Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-503354 discloses that the degree of vacuum required for ionization is 10 degrees. ^-3 Also disclosed is a mass spectrometry method and apparatus that uses ribbons or bands for ionization by ion or atomic bombardment as low as Torr. However, as described above, when ionization is performed by ion impact or atomic impact in mass spectrometry, fragments containing ions or atoms used for impact during ionization are generated. It cannot solve the problem that complicated analysis is required to determine the molecular structure of.
[0010]
In order to solve the above problems, electron impact is used for ionization. In performing mass spectrometry, when analyte molecules are ionized by electron bombardment, all of the captured fragments are fragments derived from the analyte, so the analysis for determining the molecular structure of the analyte must be performed. This is because the range of the test substance which can be applied becomes wider as compared with ESI. However, as described above, in order to ionize analyte molecules by electron impact, the degree of vacuum of the mass spectrometer must be increased by 10%. ^-6 A mass spectrometer for liquid samples, which must maintain a high vacuum of about Torr and introduces a liquid sample into the device, which tends to cause a decrease in vacuum, causes electron impact that can be used only in a high vacuum. It was difficult to use.
[0011]
For example, in the method and apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-503354, a so-called pressure spray nozzle is used as an ESI spray nozzle, so that the liquid sample cannot be sufficiently atomized. In order to evaporate the sampled liquid sample, the heat exchange efficiency is increased by countercurrent collision of the gas for evaporation of water (helium gas) with the flow of the fine droplets. Therefore, the concentration of ions in the detection means becomes inefficient, and a large amount of liquid sample must be introduced. As a result, the evaporation of the water droplets of the liquid sample introduced in a large amount becomes insufficient, causing a decrease in the degree of vacuum. ^-6 It becomes impossible to maintain Torr.
[0012]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and even when a liquid sample is introduced, the degree of vacuum of the apparatus is required for ionization by electron impact. ^-6 It is an object of the present invention to provide a mass spectrometer and a method capable of maintaining the pressure at about Torr.
[0013]
In addition, the present invention uses a two-fluid spray nozzle in the ESI unit, so that a mass spectrometer capable of spraying a liquid sample as finer droplets as compared to a conventional apparatus that simply uses a pressure spray nozzle is provided. It is an object to provide an apparatus and a method. As a result, the present invention increases the vaporization rate of water in the liquid droplets and removes water vaporized in the inertia separation unit at the subsequent stage, so that the mass analysis unit can be maintained in a high vacuum state. And In addition, the present invention provides a two-fluid spray nozzle which sprays a liquid sample on a high-temperature atomizing gas to promote atomization and vaporize moisture of atomized droplets by heat exchange. It is another object of the present invention to provide a mass spectrometer and a method for further maintaining the mass spectrometer in a high vacuum state.
[0014]
Further, in the conventional mass spectrometer, since the gas for vaporizing the moisture of the atomized droplets due to heat exchange is countercurrent, the amount of analyte ions introduced into the mass spectrometer decreases, and the In order to introduce a large amount of analyte ions, the amount of spray in the ESI unit must be increased, and as a result, the amount of water introduced into the mass spectrometric unit increases, and the degree of vacuum decreases. On the other hand, in the present invention, as described above, the gas is sprayed from the two-fluid spray nozzle together with the liquid sample, so that it is not necessary to increase the spray amount in the ESI unit more than necessary, and as a result, the mass spectrometric unit is increased. An object of the present invention is to provide a mass spectrometer and a method capable of maintaining a vacuum state.
[0015]
As described above, the present invention includes the two-fluid spray nozzle and the inertial separation unit to separate the liquid sample as it is or by an appropriate separation means, and then continuously ionize the sample by electron impact for mass spectrometry. It is possible. The apparatus of the present invention enables identification of a test substance that could not be identified by a conventional apparatus. Furthermore, even when the liquid sample contains two or more types of test substances, it is necessary to separate the test substances by liquid chromatography means or electrophoresis means and identify each test substance in a short time. Make it possible.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, completed the present invention. According to a first aspect of the present invention, there is provided a mass spectrometer for analyzing a test substance in a liquid sample, the mass spectrometer including the following (1) to (4).
(1) a sample introduction unit for introducing a liquid sample,
(2) an electrospray interface having the following (a) and (b);
(A) A liquid sample containing a test substance introduced from the sample introduction section is sprayed on a high-temperature atomizing gas to promote atomization and vaporize moisture of atomized droplets by heat exchange. Two-fluid spray nozzle,
(B) electrostatic ionization means for ionizing and charging droplets atomized by the two-fluid spray nozzle,
(3) an inertia separation unit having inertia separation means for removing the atomizing gas and vaporized water sprayed in the electrospray interface unit; and
(4) a mass spectrometer having the following (c) and (d);
(C) electron impact ionization means for further ionizing the test substance molecules ionized by the electrospray interface unit;
(D) detection means for performing mass spectrometry on the fragments of the analyte molecules ionized by the electron impact ionization means.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a mass spectrometry method for analyzing a test substance in a liquid sample, the mass spectrometry method including the following (1) to (6).
(1) introducing a liquid sample,
(2) The liquid sample containing the introduced test substance is sprayed on a high-temperature atomization gas, and the atomization is promoted and the moisture of the atomized droplets is vaporized by heat exchange.
(3) ionizing and charging the micronized droplets;
(4) removing the atomized gas for atomization and the vaporized water,
(5) The charged analyte substance molecules are further ionized,
(6) performing mass spectrometry on the fragment of the analyte substance molecule which has been further ionized.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a mass spectrometer of the present invention will be described in detail based on one embodiment illustrated in the drawings. It should be noted that what is shown in the drawings is merely an embodiment of the present invention, and does not limit the present invention.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the mass spectrometer of the present invention.
The mass spectrometer includes, for example, a sample introduction unit 100, an ESI unit (electrospray interface unit) 200, an inertial separation unit 300, and a mass analysis unit 400.
[0018]
In the mass spectrometer of the present invention, when it is clear that the liquid sample contains only a single test substance in the sample introduction unit 100, the liquid sample is used as it is, and two or more types of liquid samples are tested. When it is expected that the test substance is contained, each test substance is separated from other test substances by, for example, liquid chromatography means or electrophoresis means to make it substantially pure, and then the ESI unit 200 To be introduced. In the ESI unit 200, the introduced liquid sample is sprayed on a two-fluid spray nozzle by placing it on a spray flow of a high-temperature atomization gas, and the atomization is promoted and the heat exchange with the gas causes the atomization of the atomized droplets. Vaporizes moisture. Further, in the ESI unit 200, the droplets atomized by the two-fluid spray nozzle are ionized and charged. Next, the gas for atomization and vaporized water are removed in the inertia separation unit 300, and the ionized analyte molecules are led to the mass analysis unit 400. In the mass spectrometer 400, the ions of the introduced analyte molecules are further ionized by electron impact means and decomposed into fragments, and the fragments are separated according to the ratio of their mass to the number of charges. Are sequentially captured by the detection means and detected as a current.
[0019]
As is clear from the above description, in the apparatus of the present invention, the ESI unit 200 mainly converts the ions of the analyte molecules into the mass analysis unit 400 rather than ionizing the analyte for mass analysis. Used as a means to introduce Of course, other than the ionized test substance molecules, fine droplets that cannot be completely vaporized in the ESI unit 200 and cannot be completely removed in the inertial separation unit 300 may be introduced into the mass analysis unit 400, The amount is very small and does not hinder the ionization and detection of the analyte in the electron impact ionization means and the detection means in the mass spectrometer 400.
[0020]
First, the mass spectrometer of FIG. 2 will be mainly described.
FIG. 2 shows a mass spectrometer of the present invention in which the sample introduction unit 100 includes the liquid chromatography means 1, and FIG. 3 shows a mass spectrometer of the present invention in which the sample introduction unit 100 is electrically operated. 1 shows a configuration including an electrophoresis unit (capillary electrophoresis unit) 2. In the mass spectrometer of the present invention, for example, when the liquid sample to be analyzed contains one kind of test sample in a pure state, the liquid sample for separation of a test substance such as the liquid chromatography means 1 or the electrophoresis means 2 is used. If no means is required, the sample introduction unit 100 can be constituted by, for example, a sample valve (autosampler) used in the field of liquid chromatography.
[0021]
In FIG. 2, a liquid sample containing a test substance is first introduced into liquid chromatography means 1. As the liquid chromatography means 1, a high performance liquid chromatography means is preferably used. As the liquid chromatography means 1, specifically, for example, in addition to a separation column for a test substance, a sample valve (autosampler) for automatically collecting a test sample, and a valve for eluting a test substance from the separation column An ordinary liquid chromatography device equipped with an eluent tank, a liquid sending pump, and the like can be used. Here, the separation column is not particularly limited as long as the test substance can be separated from other test substances, and is used for molecular exclusion chromatography (so-called GPC) and affinity chromatography based on affinity for a specific ligand. Or a conventionally known separation column for reverse phase chromatography or the like. Among them, for example, methyl (CI) -aminopropyl, cyanopropyl-, phenyl-, octyl (C8)-or octadecyl (C18) -silica groups may be used in relation to a suitable eluent described below. Liquid chromatography means 1 for separating a test substance in a reversed-phase mode using a separation column for reversed-phase chromatography packed with a packing material having a hydroxyl group chemically modified is particularly preferred.
[0022]
In the liquid chromatography means 1, an appropriate eluent is sent to separate each test substance from other test substances. For this reason, the test substance is diluted with the eluent, and as a result, the amount of the liquid sample introduced into the ESI unit 200 is smaller than when the electrophoresis means 2 shown in FIG. 3 is used. It becomes a large amount. Therefore, the supply of the sheath liquid necessary when the electrophoresis means 2 as shown in FIG. 3 is provided is unnecessary. When the amount of the liquid sample introduced into the ESI unit 200 is too large, if the concentration of the test substance in the sample is sufficiently high, the sample is eluted from the separation column by disposing a splitter or the like and sent to the ESI unit 200. It is preferable to limit the amount of the liquid sample to be liquefied to, for example, about 100 μl / min, to such an extent that sufficiently fine fine droplets are sprayed by the two-fluid spray nozzle 3.
[0023]
Examples of the eluent used for separating the test substance include highly volatile buffers such as ammonium acetate and ammonium hydrogen carbonate, which are easily vaporized by contact with the atomizing gas during spraying in the ESI unit 200. , Acetonitrile, methanol, acetone, dioxane, tetrahydrofuran, ethanol or isopropanol is particularly preferable. Even when a reagent is added to such a buffer to prepare an eluent, the reagent may contain 0.1% (v / v). It is preferred to use an acid such as v) formic acid, acetic acid or trifluoroacetic acid, or a base such as trialkylamine or aqueous ammonia. Conversely, it is preferable to avoid using a non-volatile buffer (for example, phosphate or perchlorate) or an inorganic acid. Also, it is preferable to avoid adding a reagent having an excessively high concentration (100 mM or more) to the eluent.
[0024]
The test substance separated by the liquid chromatography means 1 and brought into a substantially pure state is introduced into the ESI unit 200 together with the eluent, and is atomized and ionized. The ESI unit 200 includes the two-fluid spray nozzle 3 and the electrostatic ionization means (high voltage source) 17, which prevent scattering of atomized droplets and the like, and introduce dust and the like into the mass analysis unit 400. Cover with a shield to prevent
[0025]
The liquid sample introduced from the sample introduction unit 100 is atomized in the ESI unit 200. In the present invention, the two-fluid spray nozzle 3 is used for atomizing the liquid sample. The two-fluid spray nozzle 3 sprays the liquid sample on a gas for atomization having a high temperature of about 250 ° C. As the atomizing gas, a rare gas such as helium gas or neon gas is suitable. As described above, by spraying the liquid sample on the atomizing gas, the atomization of the liquid sample is promoted, and the vaporization of the water of the atomized droplets generated by spraying the liquid sample is also promoted.
[0026]
FIG. 4 shows an example of the two-fluid spray nozzle 3 used in the present invention. FIG. 4 shows an example of the two-fluid spray nozzle 3 used in the present invention, and does not limit the present invention.
FIG. 4A shows a type in which three channels are formed in a nozzle, and a compressed atomizing gas 13 is introduced into a central channel. On the other hand, the liquid sample 14 is introduced into another flow path, and is sprayed from the discharge port of the nozzle on the atomizing gas 13 in the nozzle. FIG. 4B shows a type in which five flow paths are formed in the nozzle, and two fluids of the atomizing gas 13 and the liquid sample 14 are introduced into each flow path. As described above, in the two-fluid spray nozzle 3 used by the present invention, the atomizing gas 13 collides with the liquid sample (the liquid sample and the sheath liquid in the above-described apparatus of FIG. Since the so-called pre-mixing injection is performed, fine atomized droplets can be obtained.
[0027]
The size of the two-fluid spray nozzle 3 used in the present invention is not particularly limited, and the amount of the liquid sample 14 introduced from the sample introduction unit 100 per unit time, the degree of water removal by the atomizing gas, and the final May be appropriately determined in consideration of the amount of the analyte ions introduced into the mass spectrometry unit 400, etc., but may be determined by performing preliminary experiments or the like so that sufficiently fine fine droplets are sprayed. Is preferred.
[0028]
The electrostatic ionization means 17 of the ESI unit 200 ionizes and charges the atomized droplets sprayed by the two-fluid spray nozzle 3 simultaneously or substantially simultaneously with the spraying. The electrostatic ionization means 17 is connected between the two-fluid spray nozzle 3 and the sample tube 5 to the inertia separation means (jet separator) 4 at the subsequent stage, for example, by a high voltage as used in normal ESI. Can be configured by arranging a high-voltage power supply for adding the following. The ionization in the ESI unit 200 is softer than the ionization due to electron collision, and depends on the type of the test substance. However, the molecule is fragmented with respect to pyridine and the like shown in Examples described later. Instead, it is an ionization of a degree to simply charge. The degree of vacuum of the ESI unit 200 is about 10 ^-3 It is sufficient to maintain the pressure at about Torr.
[0029]
After ionization in the ESI unit 200, the ions of the analyte substance molecules pass through the sample introduction pipe 5 together with the vaporized moisture and the atomizing gas 13 sprayed by the two-fluid spray nozzle 3, and then pass through the inertia separation unit 300. 4 is introduced. The inertia separating means 4 is not particularly limited as long as it can remove light substances such as gas while the charged fine particles are allowed to pass as it is due to their inertia. Mold shapes can be shown. The inertia separating means 4 in the figure comprises a horizontal main pipe and a branch pipe which is substantially perpendicular to the main pipe. The main pipe connects the ESI unit 200 and the mass spectrometer 400 with a T-shape. It is connected to a negative pressure generating means (exhaust pump 7) via an exhaust pipe 6. Then, ions of the ionized and charged analyte substance molecules pass through the main pipe as it is by inertia, but light substances such as the atomizing gas 13 and the vaporized liquid sample are discharged from the branch pipe. .
[0030]
One end of the main pipe of the T-shaped inertial separation means 4 shown in the figure is disposed coaxially opposite to the discharge port of the two-fluid spray nozzle 3 of the ESI unit 200. In order to efficiently guide the ions to the inertial separation means 4. If both are disposed too close to each other, a discharge is likely to occur. If they are too far apart, ions of the analyte molecules cannot be efficiently introduced into the inertial separation means 4, so that they are usually separated by about 3 mm to 20 mm. It is preferable to arrange them.
[0031]
A conventional mass spectrometer (for example, a device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-503354) also describes introducing high-temperature helium gas to evaporate water. In order to improve the efficiency, the gas is caused to impinge on the spray particles in a countercurrent manner. As a result, the sprayed and atomized fine droplets are dispersed by the countercurrent of the helium gas. On the other hand, in the apparatus according to the present invention, the atomizing gas 13 is sprayed together with the liquid sample, and the ionized fine droplets are attracted toward the electrode of the electrostatic ionizing means 17 to the inertia separating means 4. Since water is vaporized while being introduced into the subsequent sample introduction tube 5, ions of the analyte substance molecules can be efficiently introduced into the mass spectrometer 400.
[0032]
The ions of the analyte substance molecules that have passed through the inertial separation means 4 as described above are introduced into the mass analysis unit 400 including the electron impact ionization means 9 and the detection means 8. The mass spectrometry section 400 has approximately 10 ^-5 -10 ^-7 Torr, preferably 10 ^-6 -10 ^-7 Maintain a high vacuum of about Torr. The electron impact ionization means 9 collides the ions of the test substance molecules ionized by the ESI unit 200 with electrons of 60 to 150 eV, further ionizes and decomposes the test substance molecules into fragments having various molecular weights. Thus, ionization by electron impact ionization is stronger than ionization by the electrostatic ionization means 17 in the ESI unit 200. The ionization in the ESI unit 200 in the apparatus of the present invention functions as a means for introducing the ions of the analyte molecules from the ESI unit 200 to the mass spectrometer 400. On the other hand, the ionization by the electron impact ionization means 9 in the mass analysis unit 400 is an ionization for mass analysis by the detection means 8 and causes fragmentation of the analyte substance molecules. Since the molecules which are further ionized by the electron impact ionization means 9 are molecules which are ionized softly by the ESI unit 200 and substantially maintain the original molecular structure, fragments generated by this are random fragments. But rather of a very limited variety. Therefore, even for a test substance molecule in a liquid sample, which cannot be identified by a conventional apparatus, fragmentation limited to the same degree as a gas molecule is possible, and identification is facilitated.
[0033]
The ions derived from the test substance ionized and fragmented by the electron impact ionization means 9 are then separated by the detection means 8 according to their mass and charge, and the number of each is measured to identify the substance. As the detecting means 8, a known means for separating and detecting ions according to their mass and charge can be used. For example, a photomultiplier, an electron multiplier, a microchannel plate or A magnetic sector type detector having a detector such as a diode array, a time-of-flight (TOF) type detector or a quadrupole type detector, and the like for data analysis And a combination of the above calculation means (computer). In the mass spectrometer of the present invention, any of the above detection means can be used, but it is advantageous for miniaturization of the device, has good compatibility with ionization by electron impact, and has excellent reliability and durability. It is particularly preferred to use a quadrupole detection means. Further, in the present invention, a so-called tandem-type detecting unit that connects two or more detecting units can be used.
[0034]
Next, the mass spectrometer of FIG. 3 will be described. The configuration common to FIG. 2 is as described above.
In FIG. 3, unlike the apparatus of FIG. 2, the electrophoresis means 2 is used as the analyte separation means. The amount of the liquid sample supplied to the electrophoresis means 2 may be slightly smaller than the amount of the liquid sample supplied to the liquid chromatography means (1 in FIG. 2). When an electrode solution is added as a medium for electrophoresis in the capillary and the liquid sample is subjected to separation, the test substance is separated while being electrophoresed in the capillary, and sequentially comes out of the capillary outlet. The test substance thus separated from the other test substances is introduced into the ESI unit 200, the inertial separation unit 300, and the mass analysis unit 400 sequentially as described with reference to FIG. .
By the way, when the test substance is separated by the electrophoresis means 2, a small amount of the liquid sample introduced into the ESI unit 200 may hinder spraying (atomization) by the two-fluid spray nozzle 3. For this reason, when the test substance is separated by the electrophoresis means 2, for example, the following flow is provided in the flow path near the nozzle 3 for the purpose of performing good spraying (atomization) with the two-fluid spray nozzle 3. As shown in FIG. 5, the sheath liquid may be introduced into the ESI unit 200 after the sheath liquid flows around the liquid sample using a double tube or the like.
[0035]
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of a double tube in which a sheath liquid flows into a liquid sample. In FIG. 5, a liquid sample 15 from the electrophoresis means 2 is introduced into the inner tube, and a gap between the inner tube and the outer tube is supplied via a sheath liquid supply tube 10 from a sheath liquid supply device 12 constituted by a syringe pump or the like. After the sheath liquid 16 is introduced, the inner tube is extinguished in the middle of the downstream flow path.
[0036]
In the apparatus shown in FIG. 3, high-voltage power supplies 17 and 18 are arranged for separating the test substance by the electrophoresis means 2, and a high voltage is applied between the sample tube 5 and the electrophoresis means 2. Therefore, the composition of the sheath that flows into the liquid sample in the middle of the flow path leading to the ESI unit 200 is required to be an electrolyte for energization. Further, the sheath liquid is also required to be volatile due to vaporization in the subsequent ESI unit 200. As a preferable sheath liquid satisfying such requirements, for example, a liquid in which an electrolyte such as acetic acid or ammonia is mixed with a highly volatile organic solvent such as methanol or ethanol can be exemplified.
[0037]
【Example】
Hereinafter, examples will be described in order to explain the present invention in more detail, but these examples do not limit the present invention.
Example 1
As shown in FIG. 6, a mass spectrometer in which the sample introduction unit 100 includes the liquid chromatography unit 1 was manufactured, and pyridine was measured using the mass spectrometer. Pyridine is a colorless liquid that is flammable and has a peculiar unpleasant odor. It is a solvent for many organic and inorganic compounds. ₅ H ₅ N.
[0038]
The liquid chromatography means 1 includes a pump 31 for sending an eluent, a sample valve 32 for introducing a sample, and a separation column 33. The separation column 33 is a column filled with C18 silica as a filler. Then, 10 μl of 10 mM pyridine was introduced into the liquid chromatography means 1, and a 0.2% aqueous solution of 10% tetrabutylammonium, pH 8.0, acetonitrile was sent as an eluent.
[0039]
The liquid sample separated by the liquid chromatography means 1 was sprayed with the compressed helium gas heated to 250 ° C. in the two-fluid spray nozzle 3 to be atomized. The two-fluid spray nozzle 3 used in this embodiment is a nozzle having a configuration as shown in FIG. 4A, the flow path of the atomizing gas (helium) 13 is 800 μm in diameter, and the flow path of the liquid sample is The diameter is 600 μm, and the material is stainless steel. The liquid sending speed in the liquid chromatography means 1 is 100 μl / min, and the gas sending speed for atomization gas (helium) 13 is 400 cm. ³ / Min.
[0040]
A high-voltage power supply 17 is arranged between the two-fluid spray nozzle 3 of the ESI unit 200 and the inertia separation means 4 of the inertia separation unit 300 at the subsequent stage, and by applying a high voltage of 1 kV, the atomized droplets of the atomized droplets are sprayed. The introduction of ions into the ionization and inertia separation unit 300 was realized. The ESI section 200 is filled with He gas, which is a gas for atomization, but its lower part is open, and the pressure is almost equal to the atmospheric pressure.
An inertia separating means (jet separator) 4 arranged in the inertia separating section 300 has a horizontal main pipe having a diameter of 300 μm and a length of 4 cm, and a 400 μm diameter connected to the center of the main pipe so as to be orthogonal to the main pipe. It had a T-shape with a 3 cm long branch, fitted with a rotary pump. One end of the main pipe is coaxially opposed to the discharge port of the two-fluid spray nozzle 3 by 10 mm inside a shield made of vinyl chloride which covers the ESI unit 200, and the other end of the main pipe is connected to the mass spectrometer. 400 electron impact ionization means 9.
[0041]
The inertia separating section 300 and the electron impact ionization means 9 immediately after the inertia separation section 300 are connected by a stainless steel tube, whereby the analyte molecules softly ionized are introduced into the electron impact ionization means 9. The electron impact ionization means 9 sets the degree of vacuum to 10 ^-5 -10 ^-7 After maintaining the pressure at about Torr, electrons of 60 to 150 eV are made to collide with ions of the analyte substance molecules. In the apparatus of the present embodiment, the analyte substance molecules ionized and decomposed into fragments in this manner are analyzed by the quadrupole detection means 8 having a photomultiplier tube (PMM) as a detector. did.
[0042]
FIG. 7 is a diagram showing a chromatogram when pyridine was subjected to mass spectrometry using the apparatus of this example. As is clear from FIG. 7, the mass spectrometry unit 400 can be maintained in a high vacuum state by the ESI unit 200 and the inertia separation unit 300 having the two-fluid spray nozzle 3, and therefore, the test object can be detected by the electron impact ionization means 9. In the mass spectrometer of the present invention which enables ionization and fragmentation of a substance molecule, the ratio (m / z) of the mass (m) of an ion to the number of charges (z) = 79, 53, 52, A total of 5 fragments, 51 and 50, were obtained.
[0043]
For comparison, the electron impact ionization means 9 is omitted from the apparatus of FIG. 6, and the analyte substance ionized by the ESI unit 200 is directly detected by the detection means 8 (for example, a quadrupole separation means and a photomultiplier tube (PMM)). FIG. 8 shows a chromatogram obtained when the sample is introduced into the detection means having the above-mentioned features. In FIG. 8, it can be seen that only m / z = 79 indicating the molecular ion peak of pyridine can be detected, that is, the pyridine molecule is not fragmented by the ionization by the electrostatic ionization means 17 in the ESI unit 200.
[0044]
Although the result of FIG. 8 suggests that the test substance may be pyridine, it cannot be denied that the molecular weight is 79 and that it is another molecule to be ionized. The results show that fragments 53, 52 and 51 were obtained in addition to m / z = 79, so that the constraint of whether or not such fragments could be generated from other molecules was determined. By taking this into account, the probability of identifying the test substance as pyridine is dramatically increased.
[0045]
Example 2
As shown in FIG. 9, a mass spectrometer in which the sample introduction unit 100 includes the electrophoresis means (capillary electrophoresis means) 2 was manufactured, and pyridine was measured using the mass spectrometer.
The capillary electrophoresis means 2 comprises a cell 44 containing a liquid sample, a probe 42 for sucking up the liquid sample from the cell 44 and introducing it into a capillary 41, a pump (not shown) connected to the probe 42, It was composed of a capillary 41 for electrophoresis and an electrode 43 for electrophoresis. The liquid sample supplied to the capillary electrophoresis means 2 was prepared by introducing a 10 mM pyridine solution into the capillary at 50 mbar for 5 seconds. The capillary 41 has an inner diameter of 75 μm and a total length of 70 cm. The supporting electrolyte is 10 mM ammonia water adjusted to pH 4.8 with acetic acid, and the electrophoresis voltage is 30 kV.
[0046]
The liquid sample separated by capillary electrophoresis was sequentially introduced into the ESI unit 200, the inertial separation unit 300, and the mass spectrometry unit 400 as in Example 1 to analyze pyridine (in this example, the ESI unit 200 was used). The applied voltage is 1.4 kV). Before the liquid sample sucked into the capillary 41 and separated by electrophoresis was sprayed by the two-fluid spray nozzle 3, the sheath liquid was flowed in using a double tube as shown in FIG. The inner diameter and the outer diameter of the used double tube are 75 μm and 420 μm, respectively, and the inner diameter of the outer tube is 500 μm. The sheath liquid used was a 3% (w / v) acetic acid methanol solution, and the flow rate was 0.2 ml / h.
[0047]
FIG. 10 is a diagram showing a chromatogram when pyridine was subjected to mass spectrometry using the apparatus of this example. As is clear from FIG. 10, the mass spectrometric unit 400 can be maintained in a high vacuum state by the ESI unit 200 and the inertial separation unit 300 having the two-fluid spray nozzle 3, and therefore, the test object can be detected by the electron impact ionization means 9. In the mass spectrometer of the present invention which enables ionization and fragmentation of a substance molecule, the ratio (m / z) of the mass (m) of an ion to the number of charges (z) = 79, 53, 52, A total of 5 fragments, 51 and 50, were obtained.
[0048]
For comparison, the electron impact ionization means 9 is omitted from the apparatus of FIG. 9 and the detection substance molecules ionized by the ESI unit 200 are directly detected (a quadrupole separation means and a photomultiplier tube (PMM) are provided). FIG. 11 shows an electropherogram when the electropherogram was introduced into the detection means). In FIG. 11, it can be seen that only m / z = 79 indicating the molecular ion peak of pyridine can be detected, that is, the pyridine molecule is not fragmented by the ionization by the electrostatic ionization means 17 in the ESI unit 200.
[0049]
Although the result of FIG. 11 suggests that the test substance may be pyridine, it cannot be denied that the molecular weight is 79 and that it is another molecule to be ionized. The results show that fragments 53, 52 and 51 were obtained in addition to m / z = 79, so that the constraint of whether or not such fragments could be generated from other molecules was determined. By taking this into account, the probability of identifying the test substance as pyridine is dramatically increased.
[0050]
FIG. 12 is a diagram showing a difference spectrum obtained by subtracting a mass spectrum obtained immediately after application of an electric field from a mass spectrum obtained at each peak position in the electropherogram of FIG. 10 obtained by the present invention, From the difference spectrum, it can be easily estimated that the test substance is pyridine. As described above, the analyzer according to the present invention can detect many fragment ions other than the non-fragmented ions of the analyte substance molecule (pyridine molecule) having a molecular weight of 79, so that it can be compared with the conventional apparatus. Therefore, it is more effective in identifying unknown test substances.
[0051]
【The invention's effect】
In the mass spectrometer of the present invention, since the two-fluid spray nozzle is used in the ESI unit, the liquid sample can be sprayed as finer droplets as compared with a conventional apparatus that simply uses a pressure spray nozzle. As a result, the vaporization rate of the water in the liquid droplets is increased, and by removing the water vaporized in the inertia separation unit at the subsequent stage, the mass analysis unit can be maintained in a high vacuum state. Moreover, in the apparatus of the present invention, the liquid sample is sprayed on the high-temperature atomizing gas in the two-fluid spray nozzle, thereby promoting the atomization and evaporating the water of the atomized droplets by heat exchange. As a result, the above-described effect of maintaining the mass spectrometer in a high vacuum state is further enhanced. In addition, in the conventional mass spectrometer, the gas for vaporizing the moisture of the atomized droplets by heat exchange is countercurrent, so the amount of analyte ions introduced into the mass spectrometer decreases, and a sufficient amount of In order to introduce the analyte ions, the amount of spray in the ESI unit must be increased, and as a result, the amount of water introduced into the mass spectrometric unit increases and the degree of vacuum decreases. On the other hand, in the apparatus of the present invention, since the gas is sprayed from the two-fluid spray nozzle together with the liquid sample as described above, the spray amount in the ESI unit does not need to be increased more than necessary. The analysis unit can be maintained in a high vacuum state.
[0052]
As described above, the apparatus of the present invention is provided with the two-fluid spray nozzle and the inertial separation unit, so that the liquid sample is separated as it is or by an appropriate separation means, and then continuously ionized by electron impact for mass analysis. It is possible to do. According to the device of the present invention, it is possible to identify even a test substance that cannot be identified by the conventional device. Furthermore, even when the liquid sample contains two or more types of test substances, the test substances can be separated by liquid chromatography means or electrophoresis means and each test substance can be identified in a short time. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mass spectrometer of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a mass spectrometer of the present invention including a liquid chromatography means as a sample introduction unit.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a mass spectrometer of the present invention including an electrophoresis unit as a sample introduction unit.
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a two-fluid spray nozzle.
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of a double tube in which a sheath liquid flows into a liquid sample.
FIG. 6 is a diagram showing a mass spectrometer of the present invention provided with liquid chromatography means as a sample introduction part, prepared in Example 1.
FIG. 7 is a diagram showing a chromatogram in the case where the test substance (pyridine) is ionized in both the ESI unit and the electron impact ionization means of the mass spectrometer in Example 1.
FIG. 8 is a diagram showing a chromatogram when ionization of a test substance (pyridine) is performed only in an ESI part in Example 1.
FIG. 9 is a diagram showing a mass spectrometer of the present invention provided with a capillary electrophoresis unit as a sample introduction unit, prepared in Example 2.
FIG. 10 is a view showing a chromatogram in the case where ionization of a test substance (pyridine) is performed in both the ESI unit and the electron impact ionization means of the mass spectrometer in Example 2.
FIG. 11 is a diagram showing a chromatogram when ionization of a test substance (pyridine) is performed only in the ESI part in Example 2.
12 is a diagram showing a difference spectrum obtained by subtracting a mass spectrum obtained immediately after an electric field is applied from a mass spectrum obtained at each peak position of the chromatogram in FIG. 10;
[Explanation of symbols]
1 Liquid chromatography means
2 Electrophoresis means
3 Two-fluid spray nozzle
4 Inertial separation means (jet separator)
5 Sample tube
6 Exhaust pipe
7 Exhaust pump
8 Detecting means
9 Electron impact ionization means
10 Sheath liquid supply pipe
11 Atomizing gas supply pipe
12 Sheath liquid supply means
13 Atomizing gas
14 Liquid sample
15 Liquid sample
16 sheath liquid
100 Sample introduction unit
200 ESI Department
300 Inertial separation unit
400 Mass spectrometer

Claims

A mass spectrometer for analyzing a test substance in a liquid sample,
(1) a sample introduction unit for introducing a liquid sample,
(2)
(A) A liquid sample containing a test substance introduced from the sample introduction section is sprayed on a high-temperature atomizing gas to promote atomization and vaporize moisture of atomized droplets by heat exchange. A two-fluid spray nozzle,
(B) an electrospray interface unit having electrostatic ionization means for ionizing and charging droplets atomized by the two-fluid spray nozzle by applying a high voltage ;
(3) and the electrospray interface unit has been removed the atomizing gas and vaporized water sprayed in, the inertial separation unit Ru is passed through the charged particles due to inertia,
(4)
(C) electron impact ionization means for introducing ions of the test substance molecules which have passed through the inertial separation section by inertia, and further ionizing and fragmenting the test substance molecules ionized by the electrospray interface section;
(D) a mass spectrometer comprising: a mass spectrometer having detection means for mass spectrometry analysis of the fragment of the analyte substance ionized by the electron impact ionization means.

The sample introduction unit, when the liquid sample contains two or more types of test substances, a test substance separation unit for separating each test substance from other test substances and introducing the test substance to the electrospray interface unit. The mass spectrometer according to claim 1, further comprising:

The mass spectrometer according to claim 2, wherein the analyte separation means is a liquid chromatography means or an electrophoresis means provided with a separation column for analyte separation.

The mass spectrometer according to claim 3, wherein the electrophoresis unit is a capillary electrophoresis unit.

A high voltage source that generates a high voltage between the electrophoresis means and the sample tube of the inertial separation unit or the electrospray interface unit,
A sheath liquid supply device that supplies the sheath liquid to the two-fluid spray nozzle,
The liquid sample from the electrophoresis means, a sheath liquid from the sheath liquid supply device, and a gas for atomization are introduced into the two-fluid spray nozzle, and fine particles are generated and output. Mass spectrometer.

The two-fluid spray nozzle,
An inner tube and an outer tube, each of which the atomizing gas and the liquid sample are input to one of them,
A collision part where the inputted two collide,
The mass spectrometer according to claim 1, further comprising one output unit that outputs the fine particles generated by the collision.

The inertial separation unit includes a horizontal main pipe, a branch pipe substantially orthogonal to the main pipe, a T-shape connecting the electrospray interface unit and the mass spectrometry unit by the main pipe, The mass spectrometer according to claim 1, wherein the branch pipe is connected to a negative pressure generating unit.

A mass spectrometry method for analyzing a test substance in a liquid sample,
(1) introducing a liquid sample,
(2) The liquid sample containing the introduced test substance is sprayed on a high-temperature atomization gas, and the atomization is promoted and the moisture of the atomized droplets is vaporized by heat exchange.
(3) By applying a high voltage, the micronized droplets are ionized and charged,
(4) removing the atomized gas for atomization and the vaporized water, and passing charged fine particles by inertia;
(5) The ions of the test substance molecules that have passed by inertia are introduced, and the charged test substance molecules are further ionized and fragmented .
(6) A mass spectrometric method comprising performing mass spectrometry on the fragment of the analyte molecule that has been further ionized.

9. The mass spectrometric method according to claim 8, wherein the introducing is such that, when the liquid sample contains two or more kinds of test substances, each test substance is introduced separately from other test substances.