JP3616780B2 - コールドスプレー質量分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロスプレー質量分析装置に関し、特に、低温で試料をイオン化させることのできるコールドスプレー質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強い電界の中に置かれた電気伝導性の液体が、電界の作用によって毛管の先端部から自然に噴霧する現象は、エレクトロスプレー（静電噴霧）と呼ばれ、古くから知られていた。１９８０年代前半、このエレクトロスプレーという現象が試料溶液の質量分析に応用され、エレクトロスプレー質量分析装置として広く用いられるようになった。
【０００３】
図１は、従来のエレクトロスプレー質量分析装置を示したものである。図中、５１は、液体クロマトグラフ（ＬＣ）装置や溶液溜などの試料溶液供給源である。試料溶液供給源５１の試料溶液（例えばＬＣ移動相）は、図示しないポンプなどによって毛管状のキャピラリー５２に送られる。このキャピラリー５２は、金属で作られており、内径３０〜１００μｍ、外径１５０〜２５０μｍである。キャピラリー５２に送られた試料溶液は、ＬＣポンプまたは毛管現象により駆動されて、キャピラリー５２の内部に吸い上げられ、該キャピラリー５２の先端部まで到達する。
【０００４】
キャピラリー５２と質量分析装置５３の対向電極５４の間には、数ｋＶの高電圧が印加されていて、強い電界が形成されている。この電界の作用で、キャピラリー５２の中の試料溶液は、大気圧下、キャピラリー５２と対向電極５４の間の空間に静電噴霧され、荷電液滴となって大気中に分散する。このときの試料溶液の流量は、毎分１〜１０マイクロリットルである。このとき生成する荷電液滴は、試料分子の回りに溶媒分子が集まってクラスター状になった帯電粒子なので、熱を加えて溶媒分子を気化させて取り除くと、試料分子のイオンだけにすることができる。
【０００５】
荷電液滴から試料イオンを作る方法としては、キャピラリー５２と対向電極５４の間の空間に７０℃程度に加熱した窒素ガスを供給し、そこに荷電液滴を静電噴霧することによって液滴の溶媒を気化させる方法や、質量分析装置５３の対向電極５４に設けられたサンプリング・オリフィス５５を８０℃程度に加熱して、その輻射熱、あるいは熱伝導で荷電液滴の溶媒を気化させる方法などがある。これらの方法をイオン・エバポレーションと呼んでいる。
【０００６】
イオン・エバポレーションによって生成した試料イオンは、対向電極５４に設けられたサンプリング・オリフィス５５から質量分析装置５３の内部に取り込まれる。大気圧下の試料イオンを真空の質量分析装置５３に導入するために、差動排気壁が構成される。すなわち、サンプリング・オリフィス５５とスキマー・オリフィス５６とで囲まれた区画は、図示しないロータリー・ポンプ（ＲＰ）で２００Ｐａ程度に排気されている。また、スキマー・オリフィス５６と隔壁５７とで囲まれた区画は、図示しないターボ・モレキュラー・ポンプ（ＴＭＰ）で１Ｐａ程度に排気されている。そして、隔壁５７の後段は、ＴＭＰによって１０−３Ｐａ程度に排気され、質量分析部５８が置かれている。
【０００７】
また、サンプリング・オリフィス５５とスキマー・オリフィス５６で囲まれた低真空の区画には、試料イオンの拡散を防ぐためのリングレンズ５９が置かれていて、試料イオンが正イオンの場合には正電圧、試料イオンが負イオンの場合には負電圧が印加されるようになっている。また、スキマー・オリフィス５６と隔壁５７で囲まれた中真空の区画には、試料イオンを質量分析部５８まで導くためのイオンガイド６０が置かれ、高周波電圧が印加されている。
【０００８】
また、図１には図示されていないが、最近のシステムでは、ＬＣの移動相など１０〜１０００マイクロリットル／分の大流量の試料にも対応できるようにするために、キャピラリー５２の出口周囲にネブライジングガスを流せるシース管を設け、電界力だけでは霧化しきれない１０マイクロリットル以上の大流量の試料溶液を、ネブライジングガスの力によって強制的かつ完全に霧化させるように構成した新しいタイプのエレクトロスプレー・イオン源も登場している。
【０００９】
エレクトロスプレー・イオン源の特徴は、試料分子のイオン化に際して、高熱をかけたり高エネルギー粒子を衝突させたりしない非常にソフトなイオン化法であるという点にある。従って、ペプチド、タンパク質、核酸などの極性の強い生体高分子をほとんど破壊することなく、多価イオンとして容易にイオン化することができる。また、多価イオンなので、分子量が１万以上のものでも、比較的小型な質量分析装置で測定することが可能である。
【００１０】
ところが、最近、エレクトロスプレー・イオン化法のような非常にソフトなイオン化法であっても、イオン化の際に、試料イオンの分子構造が破壊されてしまうというサンプルの例が報告されるようになった。それは、例えば、巨大な有機金属錯体、例えば、プラチナなどの遷移金属錯体の自己集合によって高度な秩序を備えた超分子化合物などの例である。これらの金属錯体は、イオンの衝撃や熱に対してのみならず、ソフトなイオン化法であるエレクトロスプレーによるイオン化に対しても不安定であり、イオン気化の際に分子構造の破壊が起きる。
【００１１】
この問題を解決するために、最近、エレクトロスプレー・イオン源に供給されるネブライジングガスや荷電液滴の脱溶媒室などを液体窒素などの冷媒で冷却し、イオン化の際に試料イオンに熱が加わることを極力避けるようにした新しいタイプのエレクトロスプレー質量分析装置が開発された（特許第３１３７９５３号公報参照）。この方法は、コールドスプレー・イオン化法と呼ばれ、図２に示すように、脱溶媒室に直接、液体窒素を吹き付けることにより、初めて、前述のような不安定な自己集合有機金属錯体などの精密な質量数の測定を可能にするものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコールドスプレー質量分析装置の特徴は、何と言ってもネブライジングガスや脱溶媒室を液体窒素などの冷媒で冷却し、荷電液滴に熱が加わることを極力避けるようにしたところにある。
【００１３】
しかしながら、図２の装置では、シース管のガス出口におけるネブライジングガスの温度を、シース管周辺の外部表面に付着する霜の付き具合等から判断しており、その求められた温度はきわめて不正確であった。
【００１４】
また、図２の装置では、シース管のガス出口におけるネブライジングガスの温度を変更するのに、液体窒素中に浸すガス管の長さを調整するしかなかったので、測定に最適な温度領域にネブライジングガス温度を設定することが難しく、その設定に時間がかかるという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ネブライジングガスの温度制御が容易な、使い勝手の良いコールドスプレー質量分析装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のコールドスプレー質量分析装置は、試料溶液を導出するニードルパイプと、前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段とシース管との間のガス流路に熱的に接続されるヒーターブロックに取り付けられ、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、前記ヒーターブロックの温度を検出し、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置であって、前記シース管のガス出口におけるネブライジングガス温度Ｔと、前記ヒーターブロックの温度ｔとの関係を記憶した温度テーブルと、前記ネブライジングガス温度Ｔを指定するための温度指定手段と、前記温度センサーの出力と前記温度テーブルに基づき、前記ネブライジングガス温度Ｔが前記指定手段において指定された温度になるように、前記ヒーターを制御する加熱制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、試料溶液を導出するニードルパイプと、前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段とシース管との間のガス流路に熱的に接続されるヒーターブロックに取り付けられ、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置であって、前記ヒーターブロックは、前記冷却手段から発生する冷媒のガス雰囲気中に配置されることを特徴とする。
また、本発明は、試料溶液を導出するニードルパイプと、前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段とシース管との間のガス流路に配置され、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたコールドスプレー質量分析装置であって、前記ニードルパイプの先端から噴霧された試料溶液の荷電液滴が通過する通路を有し、前記通路を通過する荷電液滴から溶媒を取り除く脱溶媒ブロックと、前記脱溶媒ブロックを冷却するための冷却手段と、前記脱溶媒ブロックを加熱するための加熱手段と、前記脱溶媒ブロックの温度を検出する温度センサーとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図３は、本発明にかかるコールドスプレー質量分析装置の一実施例を示したものである。このうち、（ａ）は、コールドスプレー質量分析装置を上から見た平面図を表わし、（ｂ）は、コールドスプレー質量分析装置を横から見た側面図を表わす。
【００１９】
図中１は、イオン化室である。イオン化室１の内部には、試料溶液を静電噴霧させるために高電圧が印加されたニードルパイプ２と、ニードルパイプ２の先端から静電噴霧された荷電液滴を脱溶媒化するための脱溶媒ブロック３とが設けられている。
【００２０】
前記ニードルパイプ２は、そのニードルパイプ２と同軸形状をなすシース管４の中に入れられており、ニードルパイプ２とシース管４とで二重管が構成されている。このシース管４は、静電噴霧を助けるためのネブライジングガスを通すものである。そして、シース管４とニードルパイプ２は、ＥＳＩプローブ５に保持されている。
【００２１】
６は液体送液ポンプであり、この液体送液ポンプ６には試料溶液が入れられている。液体送液ポンプ６は、樹脂製のパイプ７を介して前記プローブ５に接続されている。
【００２２】
また、樹脂製のガス管８の一端が、プローブ５に着脱可能に取り付けられている。一方、ガス管８の他端は、金属製（たとえば銅製）のヒーターブロック９に接続されている。このヒーターブロック９には、樹脂製のガス管１０の一端が接続されており、そして、ヒーターブロック９には、ガス管１０からのガスを後段のガス管８に導くためのガス通路１１が設けられている。ガス通路１１は、その長さをかせぐために、曲がった通路に形成されている。
【００２３】
また、ヒーターブロック９には、ヒーターブロック９を加熱するためのヒーター１２と、ヒーターブロック９の温度を検出する温度センサー１３とが埋設されており、それらは、温度コントロールユニット（加熱制御手段）１４にそれぞれ接続されている。温度コントロールユニット１４は、温度センサー１３で検出されたヒーターブロック９の温度ｔを、そのユニット上の温度表示部１５に表示する。また、温度コントロールユニット１４は、前記ヒーター１２を制御するものであり、そのユニット上には、ヒーター１２の加熱量を調整するためのヒーター調整つまみ１６が設けられている。
【００２４】
そして、前記ガス管１０の他端は、ヒーターカバー１７の通し穴１８，１９に通されて、ガスの流量を監視するためのフローメーター２０に接続されている。このヒーターカバー１７は筒状に形成されており、前記ヒーターブロック９はこのカバー１７の中に配置されている。また、ヒーターカバー１７は、液体窒素タンク２１の栓でもあり、液体窒素タンク２１の口に取り付けられている。タンク２１の中には液体窒素２２が入れられており、前記ガス管１０の一部は、図３（ｂ）に示すように液体窒素２２に浸っている。
【００２５】
また、図３（ｂ）において、２３はネブライジングガス源であり、その中には、たとえば乾燥窒素が入れられている。ガス源２３は、樹脂製のガス管２４を介して前記フローメーター２０に接続されており、そのガス管２４の途中には、ガスの流量を設定するフローコントロールバルブ２５が配置されている。
【００２６】
一方、上述した脱溶媒ブロック３のブロック壁には、脱溶媒ブロック３を加熱するためのヒーター２６と、脱溶媒ブロック３の温度を検出する温度センサー２７が埋設されている。
【００２７】
脱溶媒ブロック３には、荷電液滴を高温で脱溶媒するための加熱用通過穴２８と、荷電液滴を低温で脱溶媒するための冷却用通過穴２９とが用意されていて、ニードルパイプ２の先端の位置を、位置調整ノブ３０によって、加熱用通過穴２８の入り口側に配置させたり、冷却用通過穴２９の入り口側に配置させたり、移動させることができるようになっている。これは、通常のエレクトロスプレー・イオン化法とコールドスプレー・イオン化法とを、任意に選択して行なえるようにするためのものである。また、冷却用通過穴２９の途中には、静電噴霧された荷電液滴がただちに第１のオリフィス３１に到達してしまうことがないように、荷電液滴を迂回させるための迂回棒３２が設けられている。
【００２８】
尚、脱溶媒後、イオン化室１の室壁に結露した溶媒や、ニードルパイプ２から噴霧された試料溶液の内、余分なものなどは、廃液ライン３３を通って、イオン化室１から外部の図示しないドレインに向けて排出される。
【００２９】
大気圧下の脱溶媒ブロック３で脱溶媒された試料イオンを、真空の質量分析装置内に導入するために、差動排気壁が構成される。すなわち、第１のオリフィス３１と第２のオリフィス３４とで囲まれた区画は、図示しないロータリー・ポンプ（ＲＰ）で２００Ｐａ程度に排気されている。また、第２のオリフィス３４と図示しない隔壁とで囲まれた区画は、図示しないターボ・モレキュラー・ポンプ（ＴＭＰ）で１Ｐａ程度に排気されている。更に、図示しない隔壁の後段は、ＴＭＰによって１０−３Ｐａ程度に排気され、最終段に質量分析部３５が置かれている。
【００３０】
脱溶媒ブロック３で脱溶媒されてイオンとなった試料は、第１のオリフィス３１から質量分析装置内に取り込まれる。そして、第１のオリフィス３１と第２のオリフィス３４で囲まれた低真空の区画では、試料イオンが正イオンの場合には正電圧、試料イオンが負イオンの場合には負電圧が印加されるリングレンズ３６が置かれていて、試料イオンの拡散を防ぐ構造になっている。また、第２のオリフィス３４と図示しない隔壁で囲まれた中真空の区画には、試料イオンを質量分析部３５まで導くためのイオンガイド３７が置かれ、高周波電圧が印加されている。
【００３１】
また、図３において３８は冷媒流路であり、冷媒流路３８は、脱溶媒ブロック３のブロック壁に穿設されている。この冷媒流路２８は、ガス管３９を介して冷却用ガス源４０に接続されている。
【００３２】
また、図３において、４１はヒーター２６や温度センサー２７の配線接続部、４２はケース、４３は第２の部屋であり、４４はネブライジングガス出口部を示している。
【００３３】
以上、図３の装置構成について説明した。以下、図３の装置における試料分析手順について説明する。
【００３４】
まず、コールドスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合について説明する。その場合、まずオペレータは、フローメーター２０を見ながらフローコントロールバルブ２５を調整して、ガス源２３からのネブライジングガスの流量をたとえば２ｌ／ｍｉｎに合わせる。
【００３５】
次にオペレータは、温度表示部１５を見ながら、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さを調整して、ヒーターブロック９の温度ｔをたとえば−８０℃に設定する。なお、このとき、ヒーター１２の電源は切られている。
【００３６】
さて、図４は、オペレータが実験により事前に求めた温度テーブル表を示したものである。この温度テーブル表において、横軸には前記ヒーターブロック９の温度ｔがとられており、その縦軸には、前記シース管４のガス出口部４４におけるネブライジングガス温度（プローブ温度）Ｔがとられている。そして、この温度テーブル表は、前記ガス源２３から流量２ｌ／ｍｉｎのネブライジングガスを前記シース管４に流したときの、ヒーターブロック９の温度ｔとネブライジングガス温度Ｔの関係をグラフで示したものである。なお、この実験においては、前記シース管４のガス出口部４４に熱電対が配置されて、ネブライジングガスの温度Ｔが測定された。
【００３７】
また、図４の温度テーブル表には、「−◆−」と「−■−」と「−△−」で示された３種類のグラフが記載されているが、これらの測定条件の違いは、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さである。
【００３８】
すなわち、「−◆−」で示されたグラフは、ヒーター１２がオフのときにヒーターブロック９の温度ｔが−８０℃になるように、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さが調整されたときの実験データを示している。また、「−■−」で示されたグラフは、ヒーター１２がオフのときにヒーターブロック９の温度ｔが−６０℃になるように、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さが調整されたときの実験データを示している。そして、「−△−」で示されたグラフは、ヒーター１２がオフのときにヒーターブロック９の温度ｔが−４０℃になるように、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さが調整されたときの実験データを示している。
【００３９】
この図４の温度テーブル表からわかるように、上述したオペレータによる、ヒーターブロック９の温度ｔを−８０℃に設定するガス管１０の長さ調整により、現時点でのシース管４のガス出口部４４におけるネブライジングガス温度Ｔは、−４３℃になっている。
【００４０】
次にオペレータは、ヒーター１２の電源を入れる。そして、前記ネブライジングガス温度Ｔをたとえば−１０℃に設定したい場合、オペレータは、図４の「−◆−」のグラフから、設定すべきヒーターブロック９の温度ｔを求める。この場合、その温度ｔは−５℃であり、オペレータは、温度表示部１５を見ながらヒーター調整つまみ１６を調整して、ヒーターブロック９の温度ｔを−５℃に設定する。
【００４１】
このようなヒーターブロック９の温度上昇により、そのガス通路１１を流れるネブライジングガスはヒーターブロック９で加熱され、シース管４のガス出口部４４におけるネブライジングガス温度Ｔは、所望の−１０℃になる。
【００４２】
ところで、図３の装置では、シース管出口でのネブライジングガス温度Ｔは安定しており、温度ドリフトはほとんど発生しない。これは、ヒーターブロック９が、液体窒素２２が気化した乾燥窒素ガスの雰囲気中にあるためであるが、この理由を以下に詳しく説明する。
【００４３】
図３に示すように、ガス管１０は液体窒素２２中に浸されるが、このガス管１０内を通るガスの熱で液体窒素２２は気化する。そして、その気化した低温の乾燥窒素ガスは、ヒーターカバー１７の通し穴１８，１９を通って、ヒーターカバー１７内にあふれ出る。このため、ヒーターカバー１７内に配置されたヒーターブロック９の周りは、常に乾燥した状態に保たれ、ヒーターブロック９の結露や、ヒーターブロック９表面への霜の付着を防止することができる。
【００４４】
仮に、このような結露や霜がヒーターブロック９において発生すると、その影響で、シース管出口でのネブライジングガス温度Ｔは安定せずにドリフトしてしまうが、本発明においては、上述したようにその結露や霜の発生を防止できるので、ネブライジングガス温度Ｔは安定している。
【００４５】
なお、図３には示されていないが、ヒーターブロック９内には、ヒーター１２や温度センサー１３の配線接続部が収納されている。この配線接続部も上述した乾燥窒素ガスの雰囲気中にあるので、その配線接続部は結露せず、その配線接続部における結露による電気的なリークを防止できる。
【００４６】
さて、ここまで、ネブライジングガスの冷却について説明した。一方、脱冷媒ブロック３については、却用ガス源４０からの冷却用窒素ガスが冷媒流路３８に供給されて、脱溶媒ブロック３はマイナス温度に冷却される。
【００４７】
こうして、ネブライジングガスと脱溶媒ブロック３が冷却されると、液体送液ポンプ６から試料溶液がニードルパイプ２に流され、試料分析が開始される。なお、この際、ニードルパイプ２の先端は、位置調整ノブ３０によって冷却用通過穴２９側に合わされ、荷電液滴は、冷却用通過穴４５を通過することによって脱溶媒される。
【００４８】
そして、オペレータは、質量分析部３５の表示部に表示されるサンプルのシグナル（分析スペクトル）を見ながら、ヒーターブロック９の設定温度を変えて行き、分析の最適条件を探っていく。シース管出口のネブライジングガスの温度Ｔによっては、分析波形にピークが現れない場合もあるので、このような設定温度の変更は必要である。
【００４９】
また、実際には、ネブライジングガスの温度Ｔと、脱溶媒ブロック３の温度の組み合わせによっても、分析スペクトルの出方が違ってくるので、それらの温度のバランス調整が行われている。
【００５０】
以上、図３の装置において、コールドスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合について説明したが、このように本発明においては、ヒーターブロック９を温度制御することにより、シース管のガス出口でのネブライジングガス温度を迅速かつ正確に設定することができる。
【００５１】
なお、プローブ５をメンテナンスのためにイオン源から抜き出すときは、プローブ５をガスで温めるためにヒーターブロック９が６０℃まで加熱されてから、ガス管８がプローブ５から取り外される。そして、プローブ５がイオン源から抜き出される。このような操作により、プローブ５の結露を防ぐことができる。
【００５２】
一方、通常のエレクトロスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合には、ネブライジングガス源２３から供給されるネブライジング用窒素ガスを室温のままシース管４から噴出させるとともに、冷却用ガス源４０からの冷却用窒素ガスの供給を止め、脱溶媒ブロック３をヒーター２６によって１００〜３００℃に加熱させ、測定中、試料の荷電液滴に、熱が加わるようにコントロールする。このとき、ニードルパイプ２の先端の位置は、位置調整ノブ３０によって加熱用通過穴２８側に合わされ、荷電液滴は、加熱用通過穴２８を通過することによって脱溶媒される。
【００５３】
このように、本実施例では、コールドスプレー・イオン化モードと、通常のエレクトロスプレー・イオン化モードとは、任意に切り換えることができるようになっている。
【００５４】
また、イオン化室１の回りには、ケース４２によって取り囲まれた第２の部屋４３が設けられており、この空間に、ニードルパイプ２、第１のオリフィス３１、第２のオリフィス３４などに高電圧を印加する高電圧電源の配線や、ヒーター２６や温度センサー２７の配線接続部４１などが収納されている。コールドスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合には、脱溶媒ブロック３のブロック壁に設けられた冷媒流路３８を通った冷却用乾燥窒素ガスを、第２の部屋４３の内部に導入・循環させ、使用済みの冷却用乾燥窒素ガスを有効に用いて、第２の部屋４３の内部をパージするようにする。
【００５５】
これにより、イオン化室１がコールドスプレー・イオン化モードで冷やされた際に、外界から第２の部屋４３に水分が呼び込まれることを防止し、第２の部屋の内部での結露を防止し、ニードルパイプ２、第１のオリフィス３１、第２のオリフィス３４などに高電圧を印加する高電圧電源の配線や、ヒーター２６や温度センサー２７の配線接続部４１などの電気的なリークを防止する。
【００５６】
以上、図３および図４を用いて本発明の一例を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【００５７】
たとえば、上記例では、図４に示した温度テーブル表を用いて、ネブライジングガス温度Ｔを設定するようにしているが、これを自動化するようにしても良い。すなわち、図４に示された温度テーブルを予め前記温度コントロールユニット１４に登録しておき、オペレターがネブライジングガス温度Ｔを温度コントロールユニット１４上で直接打ち込むと、温度コントロールユニット１４が、前記温度センサー１３の出力と登録された前記温度テーブルに基づき、前記ネブライジングガス温度Ｔがオペレータにより指定された温度になるように、前記ヒーター１２を制御するようにしても良い。
【００５８】
また、この変形例よりもより簡便な構成として、ヒーターブロック９の温度ｔを指定する温度指定手段を前記温度コントロールユニット１４に設け、その温度コントロールユニットは、指定された温度ｔと温度センサー１３の出力に基づいて、ヒーターブロック９の温度がｔになるように制御することも考えられる。この場合、オペレータは、図４に示した表からヒーターブロック９の温度ｔを指定する。
【００５９】
また、上記例において、脱溶媒ブロック３の冷却を、液体窒素２２を兼用して行うようにしても良い。
【００６０】
また、上記例において、液体窒素の代わりに、電子冷却器やドライアイスなどを用いてネブライジングガスや脱溶媒ブロックを冷却するようにしても良い。
【００６１】
また、上記例において、液体窒素タンク２１の下に高さ調整可能な台を置けば、液体窒素タンクの微妙な高さ調整をスムーズに行うことができる。
【００６２】
また、上記例では脱溶媒ブロック３を設けているが、これを設けないようにしても良い。また、その脱溶媒ブロックを設けない方式の際、上記例のようにプローブと第１のオリフィスとを同軸上に配置せずに、プローブの軸と第１のオリフィスの軸が直交するようにそれらを配置するようにしても良い。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のコールドスプレー質量分析装置によれば、ヒーターを温度制御して、シース管出口でのネブライジングガス温度を設定するようにしたので、迅速かつ正確にネブライジングガスの温度を設定することができ、使い勝手の良いコールドスプレー質量分析装置を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエレクトロスプレー質量分析装置を示す図である。
【図２】従来のコールドスプレー質量分析装置を示す図である。
【図３】本発明にかかるコールドスプレー質量分析装置の一例を示す図である。
【図４】図３の装置における、ヒーターブロック温度とネブライジングガス温度の関係を示した温度テーブル表である。
【符号の説明】
１…イオン化室、２…ニードルパイプ、３…脱溶媒ブロック、４…シース管、５…ＥＳＩプローブ、６…液体送液ポンプ、７…パイプ、８…ガス管、９…ヒーターブロック、１０…ガス管、１１…ガス通路、１２…ヒーター、１３…温度センサー、１４…温度コントロールユニット、１５…温度表示部、１６…ヒーター調整つまみ、１７…ヒーターカバー、１８、１９…通し穴、２０…フローメーター、２１…液体窒素タンク、２２…液体窒素、２３…ネブライジングガス源、２４…ガス管、２５…フローコントロールバルブ、２６…ヒーター、２７…温度センサー、２８…加熱用通過穴、２９…冷却用通過穴、３０…位置調整ノブ、３１…第１のオリフィス、３２…迂回棒、３３…廃液ライン、３４…第２のオリフィス、３５…質量分析部、３６…リングレンズ、３７…イオンガイド、３８…冷媒流路、３９…ガス管、４０…冷却用ガス源、４１…配線接続部、４２…ケース、４３…第２の部屋、４４…ガス出口部、４５…冷却用通過穴、５１…試料溶液供給源、５２…キャピラリー、５３…質量分析装置、５４…対向電極、５５…サンプリング・オリフィス、５６…スキマー・オリフィス、５７…隔壁、５８…質量分析部、５９…リングレンズ、６０…イオンガイド
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロスプレー質量分析装置に関し、特に、低温で試料をイオン化させることのできるコールドスプレー質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強い電界の中に置かれた電気伝導性の液体が、電界の作用によって毛管の先端部から自然に噴霧する現象は、エレクトロスプレー（静電噴霧）と呼ばれ、古くから知られていた。１９８０年代前半、このエレクトロスプレーという現象が試料溶液の質量分析に応用され、エレクトロスプレー質量分析装置として広く用いられるようになった。
【０００３】
図１は、従来のエレクトロスプレー質量分析装置を示したものである。図中、５１は、液体クロマトグラフ（ＬＣ）装置や溶液溜などの試料溶液供給源である。試料溶液供給源５１の試料溶液（例えばＬＣ移動相）は、図示しないポンプなどによって毛管状のキャピラリー５２に送られる。このキャピラリー５２は、金属で作られており、内径３０〜１００μｍ、外径１５０〜２５０μｍである。キャピラリー５２に送られた試料溶液は、ＬＣポンプまたは毛管現象により駆動されて、キャピラリー５２の内部に吸い上げられ、該キャピラリー５２の先端部まで到達する。
【０００４】
キャピラリー５２と質量分析装置５３の対向電極５４の間には、数ｋＶの高電圧が印加されていて、強い電界が形成されている。この電界の作用で、キャピラリー５２の中の試料溶液は、大気圧下、キャピラリー５２と対向電極５４の間の空間に静電噴霧され、荷電液滴となって大気中に分散する。このときの試料溶液の流量は、毎分１〜１０マイクロリットルである。このとき生成する荷電液滴は、試料分子の回りに溶媒分子が集まってクラスター状になった帯電粒子なので、熱を加えて溶媒分子を気化させて取り除くと、試料分子のイオンだけにすることができる。
【０００５】
荷電液滴から試料イオンを作る方法としては、キャピラリー５２と対向電極５４の間の空間に７０℃程度に加熱した窒素ガスを供給し、そこに荷電液滴を静電噴霧することによって液滴の溶媒を気化させる方法や、質量分析装置５３の対向電極５４に設けられたサンプリング・オリフィス５５を８０℃程度に加熱して、その輻射熱、あるいは熱伝導で荷電液滴の溶媒を気化させる方法などがある。これらの方法をイオン・エバポレーションと呼んでいる。
【０００６】
イオン・エバポレーションによって生成した試料イオンは、対向電極５４に設けられたサンプリング・オリフィス５５から質量分析装置５３の内部に取り込まれる。大気圧下の試料イオンを真空の質量分析装置５３に導入するために、差動排気壁が構成される。すなわち、サンプリング・オリフィス５５とスキマー・オリフィス５６とで囲まれた区画は、図示しないロータリー・ポンプ（ＲＰ）で２００Ｐａ程度に排気されている。また、スキマー・オリフィス５６と隔壁５７とで囲まれた区画は、図示しないターボ・モレキュラー・ポンプ（ＴＭＰ）で１Ｐａ程度に排気されている。そして、隔壁５７の後段は、ＴＭＰによって１０−３Ｐａ程度に排気され、質量分析部５８が置かれている。
【０００７】
また、サンプリング・オリフィス５５とスキマー・オリフィス５６で囲まれた低真空の区画には、試料イオンの拡散を防ぐためのリングレンズ５９が置かれていて、試料イオンが正イオンの場合には正電圧、試料イオンが負イオンの場合には負電圧が印加されるようになっている。また、スキマー・オリフィス５６と隔壁５７で囲まれた中真空の区画には、試料イオンを質量分析部５８まで導くためのイオンガイド６０が置かれ、高周波電圧が印加されている。
【０００８】
また、図１には図示されていないが、最近のシステムでは、ＬＣの移動相など１０〜１０００マイクロリットル／分の大流量の試料にも対応できるようにするために、キャピラリー５２の出口周囲にネブライジングガスを流せるシース管を設け、電界力だけでは霧化しきれない１０マイクロリットル以上の大流量の試料溶液を、ネブライジングガスの力によって強制的かつ完全に霧化させるように構成した新しいタイプのエレクトロスプレー・イオン源も登場している。
【０００９】
エレクトロスプレー・イオン源の特徴は、試料分子のイオン化に際して、高熱をかけたり高エネルギー粒子を衝突させたりしない非常にソフトなイオン化法であるという点にある。従って、ペプチド、タンパク質、核酸などの極性の強い生体高分子をほとんど破壊することなく、多価イオンとして容易にイオン化することができる。また、多価イオンなので、分子量が１万以上のものでも、比較的小型な質量分析装置で測定することが可能である。
【００１０】
ところが、最近、エレクトロスプレー・イオン化法のような非常にソフトなイオン化法であっても、イオン化の際に、試料イオンの分子構造が破壊されてしまうというサンプルの例が報告されるようになった。それは、例えば、巨大な有機金属錯体、例えば、プラチナなどの遷移金属錯体の自己集合によって高度な秩序を備えた超分子化合物などの例である。これらの金属錯体は、イオンの衝撃や熱に対してのみならず、ソフトなイオン化法であるエレクトロスプレーによるイオン化に対しても不安定であり、イオン気化の際に分子構造の破壊が起きる。
【００１１】
この問題を解決するために、最近、エレクトロスプレー・イオン源に供給されるネブライジングガスや荷電液滴の脱溶媒室などを液体窒素などの冷媒で冷却し、イオン化の際に試料イオンに熱が加わることを極力避けるようにした新しいタイプのエレクトロスプレー質量分析装置が開発された（特許第３１３７９５３号公報参照）。この方法は、コールドスプレー・イオン化法と呼ばれ、図２に示すように、脱溶媒室に直接、液体窒素を吹き付けることにより、初めて、前述のような不安定な自己集合有機金属錯体などの精密な質量数の測定を可能にするものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコールドスプレー質量分析装置の特徴は、何と言ってもネブライジングガスや脱溶媒室を液体窒素などの冷媒で冷却し、荷電液滴に熱が加わることを極力避けるようにしたところにある。
【００１３】
しかしながら、図２の装置では、シース管のガス出口におけるネブライジングガスの温度を、シース管周辺の外部表面に付着する霜の付き具合等から判断しており、その求められた温度はきわめて不正確であった。
【００１４】
また、図２の装置では、シース管のガス出口におけるネブライジングガスの温度を変更するのに、液体窒素中に浸すガス管の長さを調整するしかなかったので、測定に最適な温度領域にネブライジングガス温度を設定することが難しく、その設定に時間がかかるという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ネブライジングガスの温度制御が容易な、使い勝手の良いコールドスプレー質量分析装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のコールドスプレー質量分析装置は、試料溶液を導出するニードルパイプと、前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段とシース管との間のガス流路に熱的に接続されるヒーターブロックに取り付けられ、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、前記ヒーターブロックの温度を検出し、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置であって、前記シース管のガス出口におけるネブライジングガス温度Ｔと、前記ヒーターブロックの温度ｔとの関係を記憶した温度テーブルと、前記ネブライジングガス温度Ｔを指定するための温度指定手段と、前記温度センサーの出力と前記温度テーブルに基づき、前記ネブライジングガス温度Ｔが前記指定手段において指定された温度になるように、前記ヒーターを制御する加熱制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、試料溶液を導出するニードルパイプと、前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段とシース管との間のガス流路に熱的に接続されるヒーターブロックに取り付けられ、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置であって、前記ヒーターブロックは、前記冷却手段から発生する冷媒のガス雰囲気中に配置されることを特徴とする。
また、本発明は、試料溶液を導出するニードルパイプと、前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、前記冷却手段とシース管との間のガス流路に配置され、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたコールドスプレー質量分析装置であって、前記ニードルパイプの先端から噴霧された試料溶液の荷電液滴が通過する通路を有し、前記通路を通過する荷電液滴から溶媒を取り除く脱溶媒ブロックと、前記脱溶媒ブロックを冷却するための冷却手段と、前記脱溶媒ブロックを加熱するための加熱手段と、前記脱溶媒ブロックの温度を検出する温度センサーとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図３は、本発明にかかるコールドスプレー質量分析装置の一実施例を示したものである。このうち、（ａ）は、コールドスプレー質量分析装置を上から見た平面図を表わし、（ｂ）は、コールドスプレー質量分析装置を横から見た側面図を表わす。
【００１９】
図中１は、イオン化室である。イオン化室１の内部には、試料溶液を静電噴霧させるために高電圧が印加されたニードルパイプ２と、ニードルパイプ２の先端から静電噴霧された荷電液滴を脱溶媒化するための脱溶媒ブロック３とが設けられている。
【００２０】
前記ニードルパイプ２は、そのニードルパイプ２と同軸形状をなすシース管４の中に入れられており、ニードルパイプ２とシース管４とで二重管が構成されている。このシース管４は、静電噴霧を助けるためのネブライジングガスを通すものである。そして、シース管４とニードルパイプ２は、ＥＳＩプローブ５に保持されている。
【００２１】
６は液体送液ポンプであり、この液体送液ポンプ６には試料溶液が入れられている。液体送液ポンプ６は、樹脂製のパイプ７を介して前記プローブ５に接続されている。
【００２２】
また、樹脂製のガス管８の一端が、プローブ５に着脱可能に取り付けられている。一方、ガス管８の他端は、金属製（たとえば銅製）のヒーターブロック９に接続されている。このヒーターブロック９には、樹脂製のガス管１０の一端が接続されており、そして、ヒーターブロック９には、ガス管１０からのガスを後段のガス管８に導くためのガス通路１１が設けられている。ガス通路１１は、その長さをかせぐために、曲がった通路に形成されている。
【００２３】
また、ヒーターブロック９には、ヒーターブロック９を加熱するためのヒーター１２と、ヒーターブロック９の温度を検出する温度センサー１３とが埋設されており、それらは、温度コントロールユニット（加熱制御手段）１４にそれぞれ接続されている。温度コントロールユニット１４は、温度センサー１３で検出されたヒーターブロック９の温度ｔを、そのユニット上の温度表示部１５に表示する。また、温度コントロールユニット１４は、前記ヒーター１２を制御するものであり、そのユニット上には、ヒーター１２の加熱量を調整するためのヒーター調整つまみ１６が設けられている。
【００２４】
そして、前記ガス管１０の他端は、ヒーターカバー１７の通し穴１８，１９に通されて、ガスの流量を監視するためのフローメーター２０に接続されている。このヒーターカバー１７は筒状に形成されており、前記ヒーターブロック９はこのカバー１７の中に配置されている。また、ヒーターカバー１７は、液体窒素タンク２１の栓でもあり、液体窒素タンク２１の口に取り付けられている。タンク２１の中には液体窒素２２が入れられており、前記ガス管１０の一部は、図３（ｂ）に示すように液体窒素２２に浸っている。
【００２５】
また、図３（ｂ）において、２３はネブライジングガス源であり、その中には、たとえば乾燥窒素が入れられている。ガス源２３は、樹脂製のガス管２４を介して前記フローメーター２０に接続されており、そのガス管２４の途中には、ガスの流量を設定するフローコントロールバルブ２５が配置されている。
【００２６】
一方、上述した脱溶媒ブロック３のブロック壁には、脱溶媒ブロック３を加熱するためのヒーター２６と、脱溶媒ブロック３の温度を検出する温度センサー２７が埋設されている。
【００２７】
脱溶媒ブロック３には、荷電液滴を高温で脱溶媒するための加熱用通過穴２８と、荷電液滴を低温で脱溶媒するための冷却用通過穴２９とが用意されていて、ニードルパイプ２の先端の位置を、位置調整ノブ３０によって、加熱用通過穴２８の入り口側に配置させたり、冷却用通過穴２９の入り口側に配置させたり、移動させることができるようになっている。これは、通常のエレクトロスプレー・イオン化法とコールドスプレー・イオン化法とを、任意に選択して行なえるようにするためのものである。また、冷却用通過穴２９の途中には、静電噴霧された荷電液滴がただちに第１のオリフィス３１に到達してしまうことがないように、荷電液滴を迂回させるための迂回棒３２が設けられている。
【００２８】
尚、脱溶媒後、イオン化室１の室壁に結露した溶媒や、ニードルパイプ２から噴霧された試料溶液の内、余分なものなどは、廃液ライン３３を通って、イオン化室１から外部の図示しないドレインに向けて排出される。
【００２９】
大気圧下の脱溶媒ブロック３で脱溶媒された試料イオンを、真空の質量分析装置内に導入するために、差動排気壁が構成される。すなわち、第１のオリフィス３１と第２のオリフィス３４とで囲まれた区画は、図示しないロータリー・ポンプ（ＲＰ）で２００Ｐａ程度に排気されている。また、第２のオリフィス３４と図示しない隔壁とで囲まれた区画は、図示しないターボ・モレキュラー・ポンプ（ＴＭＰ）で１Ｐａ程度に排気されている。更に、図示しない隔壁の後段は、ＴＭＰによって１０−３Ｐａ程度に排気され、最終段に質量分析部３５が置かれている。
【００３０】
脱溶媒ブロック３で脱溶媒されてイオンとなった試料は、第１のオリフィス３１から質量分析装置内に取り込まれる。そして、第１のオリフィス３１と第２のオリフィス３４で囲まれた低真空の区画では、試料イオンが正イオンの場合には正電圧、試料イオンが負イオンの場合には負電圧が印加されるリングレンズ３６が置かれていて、試料イオンの拡散を防ぐ構造になっている。また、第２のオリフィス３４と図示しない隔壁で囲まれた中真空の区画には、試料イオンを質量分析部３５まで導くためのイオンガイド３７が置かれ、高周波電圧が印加されている。
【００３１】
また、図３において３８は冷媒流路であり、冷媒流路３８は、脱溶媒ブロック３のブロック壁に穿設されている。この冷媒流路２８は、ガス管３９を介して冷却用ガス源４０に接続されている。
【００３２】
また、図３において、４１はヒーター２６や温度センサー２７の配線接続部、４２はケース、４３は第２の部屋であり、４４はネブライジングガス出口部を示している。
【００３３】
以上、図３の装置構成について説明した。以下、図３の装置における試料分析手順について説明する。
【００３４】
まず、コールドスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合について説明する。その場合、まずオペレータは、フローメーター２０を見ながらフローコントロールバルブ２５を調整して、ガス源２３からのネブライジングガスの流量をたとえば２ｌ／ｍｉｎに合わせる。
【００３５】
次にオペレータは、温度表示部１５を見ながら、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さを調整して、ヒーターブロック９の温度ｔをたとえば−８０℃に設定する。なお、このとき、ヒーター１２の電源は切られている。
【００３６】
さて、図４は、オペレータが実験により事前に求めた温度テーブル表を示したものである。この温度テーブル表において、横軸には前記ヒーターブロック９の温度ｔがとられており、その縦軸には、前記シース管４のガス出口部４４におけるネブライジングガス温度（プローブ温度）Ｔがとられている。そして、この温度テーブル表は、前記ガス源２３から流量２ｌ／ｍｉｎのネブライジングガスを前記シース管４に流したときの、ヒーターブロック９の温度ｔとネブライジングガス温度Ｔの関係をグラフで示したものである。なお、この実験においては、前記シース管４のガス出口部４４に熱電対が配置されて、ネブライジングガスの温度Ｔが測定された。
【００３７】
また、図４の温度テーブル表には、「−◆−」と「−■−」と「−△−」で示された３種類のグラフが記載されているが、これらの測定条件の違いは、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さである。
【００３８】
すなわち、「−◆−」で示されたグラフは、ヒーター１２がオフのときにヒーターブロック９の温度ｔが−８０℃になるように、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さが調整されたときの実験データを示している。また、「−■−」で示されたグラフは、ヒーター１２がオフのときにヒーターブロック９の温度ｔが−６０℃になるように、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さが調整されたときの実験データを示している。そして、「−△−」で示されたグラフは、ヒーター１２がオフのときにヒーターブロック９の温度ｔが−４０℃になるように、液体窒素２２に浸るガス管１０の長さが調整されたときの実験データを示している。
【００３９】
この図４の温度テーブル表からわかるように、上述したオペレータによる、ヒーターブロック９の温度ｔを−８０℃に設定するガス管１０の長さ調整により、現時点でのシース管４のガス出口部４４におけるネブライジングガス温度Ｔは、−４３℃になっている。
【００４０】
次にオペレータは、ヒーター１２の電源を入れる。そして、前記ネブライジングガス温度Ｔをたとえば−１０℃に設定したい場合、オペレータは、図４の「−◆−」のグラフから、設定すべきヒーターブロック９の温度ｔを求める。この場合、その温度ｔは−５℃であり、オペレータは、温度表示部１５を見ながらヒーター調整つまみ１６を調整して、ヒーターブロック９の温度ｔを−５℃に設定する。
【００４１】
このようなヒーターブロック９の温度上昇により、そのガス通路１１を流れるネブライジングガスはヒーターブロック９で加熱され、シース管４のガス出口部４４におけるネブライジングガス温度Ｔは、所望の−１０℃になる。
【００４２】
ところで、図３の装置では、シース管出口でのネブライジングガス温度Ｔは安定しており、温度ドリフトはほとんど発生しない。これは、ヒーターブロック９が、液体窒素２２が気化した乾燥窒素ガスの雰囲気中にあるためであるが、この理由を以下に詳しく説明する。
【００４３】
図３に示すように、ガス管１０は液体窒素２２中に浸されるが、このガス管１０内を通るガスの熱で液体窒素２２は気化する。そして、その気化した低温の乾燥窒素ガスは、ヒーターカバー１７の通し穴１８，１９を通って、ヒーターカバー１７内にあふれ出る。このため、ヒーターカバー１７内に配置されたヒーターブロック９の周りは、常に乾燥した状態に保たれ、ヒーターブロック９の結露や、ヒーターブロック９表面への霜の付着を防止することができる。
【００４４】
仮に、このような結露や霜がヒーターブロック９において発生すると、その影響で、シース管出口でのネブライジングガス温度Ｔは安定せずにドリフトしてしまうが、本発明においては、上述したようにその結露や霜の発生を防止できるので、ネブライジングガス温度Ｔは安定している。
【００４５】
なお、図３には示されていないが、ヒーターブロック９内には、ヒーター１２や温度センサー１３の配線接続部が収納されている。この配線接続部も上述した乾燥窒素ガスの雰囲気中にあるので、その配線接続部は結露せず、その配線接続部における結露による電気的なリークを防止できる。
【００４６】
さて、ここまで、ネブライジングガスの冷却について説明した。一方、脱冷媒ブロック３については、却用ガス源４０からの冷却用窒素ガスが冷媒流路３８に供給されて、脱溶媒ブロック３はマイナス温度に冷却される。
【００４７】
こうして、ネブライジングガスと脱溶媒ブロック３が冷却されると、液体送液ポンプ６から試料溶液がニードルパイプ２に流され、試料分析が開始される。なお、この際、ニードルパイプ２の先端は、位置調整ノブ３０によって冷却用通過穴２９側に合わされ、荷電液滴は、冷却用通過穴４５を通過することによって脱溶媒される。
【００４８】
そして、オペレータは、質量分析部３５の表示部に表示されるサンプルのシグナル（分析スペクトル）を見ながら、ヒーターブロック９の設定温度を変えて行き、分析の最適条件を探っていく。シース管出口のネブライジングガスの温度Ｔによっては、分析波形にピークが現れない場合もあるので、このような設定温度の変更は必要である。
【００４９】
また、実際には、ネブライジングガスの温度Ｔと、脱溶媒ブロック３の温度の組み合わせによっても、分析スペクトルの出方が違ってくるので、それらの温度のバランス調整が行われている。
【００５０】
以上、図３の装置において、コールドスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合について説明したが、このように本発明においては、ヒーターブロック９を温度制御することにより、シース管のガス出口でのネブライジングガス温度を迅速かつ正確に設定することができる。
【００５１】
なお、プローブ５をメンテナンスのためにイオン源から抜き出すときは、プローブ５をガスで温めるためにヒーターブロック９が６０℃まで加熱されてから、ガス管８がプローブ５から取り外される。そして、プローブ５がイオン源から抜き出される。このような操作により、プローブ５の結露を防ぐことができる。
【００５２】
一方、通常のエレクトロスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合には、ネブライジングガス源２３から供給されるネブライジング用窒素ガスを室温のままシース管４から噴出させるとともに、冷却用ガス源４０からの冷却用窒素ガスの供給を止め、脱溶媒ブロック３をヒーター２６によって１００〜３００℃に加熱させ、測定中、試料の荷電液滴に、熱が加わるようにコントロールする。このとき、ニードルパイプ２の先端の位置は、位置調整ノブ３０によって加熱用通過穴２８側に合わされ、荷電液滴は、加熱用通過穴２８を通過することによって脱溶媒される。
【００５３】
このように、本実施例では、コールドスプレー・イオン化モードと、通常のエレクトロスプレー・イオン化モードとは、任意に切り換えることができるようになっている。
【００５４】
また、イオン化室１の回りには、ケース４２によって取り囲まれた第２の部屋４３が設けられており、この空間に、ニードルパイプ２、第１のオリフィス３１、第２のオリフィス３４などに高電圧を印加する高電圧電源の配線や、ヒーター２６や温度センサー２７の配線接続部４１などが収納されている。コールドスプレー・イオン化モードで測定を行なう場合には、脱溶媒ブロック３のブロック壁に設けられた冷媒流路３８を通った冷却用乾燥窒素ガスを、第２の部屋４３の内部に導入・循環させ、使用済みの冷却用乾燥窒素ガスを有効に用いて、第２の部屋４３の内部をパージするようにする。
【００５５】
これにより、イオン化室１がコールドスプレー・イオン化モードで冷やされた際に、外界から第２の部屋４３に水分が呼び込まれることを防止し、第２の部屋の内部での結露を防止し、ニードルパイプ２、第１のオリフィス３１、第２のオリフィス３４などに高電圧を印加する高電圧電源の配線や、ヒーター２６や温度センサー２７の配線接続部４１などの電気的なリークを防止する。
【００５６】
以上、図３および図４を用いて本発明の一例を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【００５７】
たとえば、上記例では、図４に示した温度テーブル表を用いて、ネブライジングガス温度Ｔを設定するようにしているが、これを自動化するようにしても良い。すなわち、図４に示された温度テーブルを予め前記温度コントロールユニット１４に登録しておき、オペレターがネブライジングガス温度Ｔを温度コントロールユニット１４上で直接打ち込むと、温度コントロールユニット１４が、前記温度センサー１３の出力と登録された前記温度テーブルに基づき、前記ネブライジングガス温度Ｔがオペレータにより指定された温度になるように、前記ヒーター１２を制御するようにしても良い。
【００５８】
また、この変形例よりもより簡便な構成として、ヒーターブロック９の温度ｔを指定する温度指定手段を前記温度コントロールユニット１４に設け、その温度コントロールユニットは、指定された温度ｔと温度センサー１３の出力に基づいて、ヒーターブロック９の温度がｔになるように制御することも考えられる。この場合、オペレータは、図４に示した表からヒーターブロック９の温度ｔを指定する。
【００５９】
また、上記例において、脱溶媒ブロック３の冷却を、液体窒素２２を兼用して行うようにしても良い。
【００６０】
また、上記例において、液体窒素の代わりに、電子冷却器やドライアイスなどを用いてネブライジングガスや脱溶媒ブロックを冷却するようにしても良い。
【００６１】
また、上記例において、液体窒素タンク２１の下に高さ調整可能な台を置けば、液体窒素タンクの微妙な高さ調整をスムーズに行うことができる。
【００６２】
また、上記例では脱溶媒ブロック３を設けているが、これを設けないようにしても良い。また、その脱溶媒ブロックを設けない方式の際、上記例のようにプローブと第１のオリフィスとを同軸上に配置せずに、プローブの軸と第１のオリフィスの軸が直交するようにそれらを配置するようにしても良い。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のコールドスプレー質量分析装置によれば、ヒーターを温度制御して、シース管出口でのネブライジングガス温度を設定するようにしたので、迅速かつ正確にネブライジングガスの温度を設定することができ、使い勝手の良いコールドスプレー質量分析装置を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエレクトロスプレー質量分析装置を示す図である。
【図２】従来のコールドスプレー質量分析装置を示す図である。
【図３】本発明にかかるコールドスプレー質量分析装置の一例を示す図である。
【図４】図３の装置における、ヒーターブロック温度とネブライジングガス温度の関係を示した温度テーブル表である。
【符号の説明】
１…イオン化室、２…ニードルパイプ、３…脱溶媒ブロック、４…シース管、５…ＥＳＩプローブ、６…液体送液ポンプ、７…パイプ、８…ガス管、９…ヒーターブロック、１０…ガス管、１１…ガス通路、１２…ヒーター、１３…温度センサー、１４…温度コントロールユニット、１５…温度表示部、１６…ヒーター調整つまみ、１７…ヒーターカバー、１８、１９…通し穴、２０…フローメーター、２１…液体窒素タンク、２２…液体窒素、２３…ネブライジングガス源、２４…ガス管、２５…フローコントロールバルブ、２６…ヒーター、２７…温度センサー、２８…加熱用通過穴、２９…冷却用通過穴、３０…位置調整ノブ、３１…第１のオリフィス、３２…迂回棒、３３…廃液ライン、３４…第２のオリフィス、３５…質量分析部、３６…リングレンズ、３７…イオンガイド、３８…冷媒流路、３９…ガス管、４０…冷却用ガス源、４１…配線接続部、４２…ケース、４３…第２の部屋、４４…ガス出口部、４５…冷却用通過穴、５１…試料溶液供給源、５２…キャピラリー、５３…質量分析装置、５４…対向電極、５５…サンプリング・オリフィス、５６…スキマー・オリフィス、５７…隔壁、５８…質量分析部、５９…リングレンズ、６０…イオンガイド
Claims (6)
- 試料溶液を導出するニードルパイプと、
前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、
ネブライジングガス源と、
前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、
前記冷却手段とシース管との間のガス流路に熱的に接続されるヒーターブロックに取り付けられ、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、
前記ヒーターブロックの温度を検出し、前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、
前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置であって、
前記シース管のガス出口におけるネブライジングガス温度Ｔと、前記ヒーターブロックの温度ｔとの関係を記憶した温度テーブルと、
前記ネブライジングガス温度Ｔを指定するための温度指定手段と、
前記温度センサーの出力と前記温度テーブルに基づき、前記ネブライジングガス温度Ｔが前記指定手段において指定された温度になるように、前記ヒーターを制御する加熱制御手段と、
を備えたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置。 - 試料溶液を導出するニードルパイプと、
前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、
ネブライジングガス源と、
前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、
前記冷却手段とシース管との間のガス流路に熱的に接続されるヒーターブロックに取り付けられ、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、
前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、
前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置であって、
前記ヒーターブロックは、前記冷却手段から発生する冷媒のガス雰囲気中に配置されることを特徴とするコールドスプレー質量分析装置。 - 試料溶液を導出するニードルパイプと、
前記ニードルパイプと同軸形状をなし、ネブライジングガスを通すシース管と、
ネブライジングガス源と、前記ネブライジングガス源のネブライジングガスを前記シース管に導入するためのガス流路に設けられ、ネブライジングガスを冷却する冷却手段と、
前記冷却手段とシース管との間のガス流路に配置され、前記冷却手段により冷却されたネブライジングガスを加熱するためのヒーターと、
前記ヒーターにより加熱を受けたネブライジングガスの温度に対応した出力を得る温度センサーとを備え、
前記ネブライジングガスを任意の温度に設定可能にしたコールドスプレー質量分析装置であって、
前記ニードルパイプの先端から噴霧された試料溶液の荷電液滴が通過する通路を有し、前記通路を通過する荷電液滴から溶媒を取り除く脱溶媒ブロックと、
前記脱溶媒ブロックを冷却するための冷却手段と、
前記脱溶媒ブロックを加熱するための加熱手段と、
前記脱溶媒ブロックの温度を検出する温度センサーと、
を備えたことを特徴とするコールドスプレー質量分析装置。 - 前記ヒーターブロックは、前記冷却手段から発生する冷媒のガス雰囲気中に配置されることを特徴とする請求項１記載のコールドスプレー質量分析装置。
- 前記ニードルパイプの先端から噴霧された試料溶液の荷電液滴が通過する通路を有し、前記通路を通過する荷電液滴から溶媒を取り除く脱溶媒ブロックと、
前記脱溶媒ブロックを冷却するための冷却手段と、
前記脱溶媒ブロックを加熱するための加熱手段と、
前記脱溶媒ブロックの温度を検出する温度センサーと、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のコールドスプレー質量分析装置。 - 前記ネブライジングガスの冷却と、前記脱溶媒ブロックの冷却とを、共通の冷却手段を用いて行うようにしたことを特徴とする請求項３または５記載のコールドスプレー質量分析装置。
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