JP3654246B2 - 質量分析計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体物質の分析に重要なキャピラリ電気泳動と質量分析計とを結合した装置、すなわち、キャピラリ電気泳動・質量分析計におけるインタフェースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体物質の分析の分野では、分離能力に優れた方法と分析能力の優れた方法との結合が重要視されている。分離に関しては、最近、極微量の試料を扱うことができ、かつ、分離能力に優れたキャピラリ電気泳動法が注目されている。この手法は、内径０.１ mm以下のキャピラリ（毛細管）に試料を導入し、キャピラリの両端に高電圧を印加して電気泳動させ、各々の試料の易動度の差により分離する方法である。
【０００３】
通常の電気泳動法ではジュール発熱が問題となって分離性能を損ねるため、あまり高い電圧を印加することはできない。一方、キャピラリ電気泳動法の場合、内径が小さいためインピーダンスが大きく、高電圧が印加可能で、高速で分離できる特徴を持つ。また、キャピラリ電気泳動法では、一度の分析でキャピラリ中に導入される試料溶液の体積は数ナノリットルにすぎず、微量な生体試料を扱う場合に特に有利となる。キャピラリ電気泳動法の検出器として、試料の分子量という定性情報が得られる質量分析計が注目されており、キャピラリ電気泳動と質量分析計とを結合したキャピラリ電気泳動・質量分析計の発展が望まれている。
【０００４】
図８は従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計の全体の構成図を示すブロック図である。バッファ槽１にバッファ溶液の充填されたキャピラリ２の一端を挿入し、キャピラリ２の他端との間に高圧電源３により高電圧を印加し、キャピラリ２中に導入された試料を電気泳動させる。キャピラリ２の末端に到達した試料はイオン源４に導入され、気体状のイオンへと変換される。生成されたイオンは質量分析部５へと導入される。質量分析部５は排気系６により真空に排気されている。質量分析されたイオンは検出部７で検出され、信号は信号ライン８ａを介してデータ処理装置９へと送られ処理される。
【０００５】
このように、キャピラリ電気泳動・質量分析計の構成は簡単であるが、キャピラリ電気泳動が一般に溶液中の試料を扱うのに対し、質量分析計が真空中のイオンを扱うという相性の悪さから、キャピラリ電気泳動・質量分析計の開発では、キャピラリと質量分析計とを結ぶイオン源の部分が最も重要である。
【０００６】
ところで、イオン源として重要視されているのは、試料を含む溶液を噴霧し、溶液中に含まれる試料をイオン化して質量分析部へと取り込む噴霧イオン化法を用いたイオン源である。噴霧イオン化法の例として、アナリティカル ケミストリ １９８８年，６０巻，１９４８頁(Analytical Chemistry, 60 (1988) 1948）に記載されている静電噴霧法について説明する。
【０００７】
図９は静電噴霧イオン源を備えたキャピラリ電気泳動・質量分析計の構造を示す断面図である。フューズドシリカ製キャピラリ２はステンレス管１０の中に挿入されている。キャピラリ２とステンレス管１０との間には一定流量のシースフローが流される。電気浸透流により送り出される試料溶液はキャピラリ２の末端でシースフローと混合される。ステンレス管１０と対向電極１１との間に数キロボルトの電圧を印加すると、溶液が噴霧される、いわゆる静電噴霧現象が起きる。静電噴霧により生成した液滴に対し、気化用ガス噴出口１２から窒素などのガスを吹きかけ、液滴の気化を促進させる。このようにして生成されたイオンはイオン導入細孔１３ａ，１３ｂから真空中に取り込まれ、質量分析される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に、図９に示した構造の電気回路の構成図を示す。電気泳動用には直流数十キロボルトの電源１４，静電噴霧用には直流数キロボルトの電源１５が必要となる。キャピラリ２の両端に数十キロボルトの電位が印加されると、キャピラリ２中に電流Ｉ0 が流れる。電流Ｉ0 の一部は噴霧された液滴によって電流Ｉ1として対向電極１１へと流れる。一般に、キャピラリ２中を流れる電流Ｉ0 は約１０マイクロアンペアであるのに対し、静電噴霧により対向電極１１側へ流れる電流Ｉ1は１マイクロアンペア以下にすぎない。従って、過剰な電流はＩ2として静電噴霧用電源１５へと流れる。この陽極側から流れ込む電流Ｉ2 によって、静電噴霧用電源１５が安定に動作しないという問題があった。
【０００９】
例えば、電流Ｉ2 が流れ込むと静電噴霧用電源１５によりステンレス管１０の電位を制御することができなくなり、ステンレス管１０の電位は電流Ｉ2 と静電噴霧用電源１５の内部抵抗で決まる電位になった。ステンレス管１０に印加される電圧が制御できなくなると、静電噴霧が不安定になり、従ってイオンも安定して観測できなくなった。
【００１０】
この様な場合、図１１に示すように、電気泳動用高圧電源１４含む回路を電源１５により浮かせる構成が用いられるが、この構成では絶縁トランス等が必要になる上、十分な安全上の対策が必要となり、簡便ではない。キャピラリ電気泳動法では、キャピラリの温度制御を行えば、より高い電圧を使用することにより、より高速で分離が可能となる。また、高い分離能力を実現するには、バッファ溶液の組成を幅広く変え、最適な組成を見つけ出すことが重要になる。このため、バッファ溶液の組成によっては、バッファ溶液の電気伝導度が高くなり、キャピラリ中に大きな電流が流れることがある。従って、キャピラリ中を流れる電流値によらず安定に噴霧できる静電噴霧イオン源の開発が望まれていた。
【００１１】
本発明の目的は、キャピラリ中を流れる電流値によらず、安定に噴霧できる静電噴霧イオン源を提供することにあり、キャピラリ電気泳動と質量分析計とを直結したキャピラリ電気泳動・質量分析計において、安定に噴霧可能な静電噴霧イオン源を備え、イオンを安定して観測できるキャピラリ電気泳動・質量分析計を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的、すなわち静電噴霧イオン源の安定動作を可能とするために、混合物を分離するためのキャピラリ、このキャピラリから送られてくる試料溶液を静電噴霧させイオンを生成する静電噴霧イオン源、この生成したイオンを真空部に導入するためのイオン導入細孔、及びこの導入されたイオンを質量分析するための質量分析部とを備えた質量分析計において、噴霧細管にインピーダンスを有する負荷を接続し、負荷に流れる電流による電位降下により、静電噴霧を行うための噴霧細管の電位を数キロボルトに保持する。より詳細には、負荷を流れる電流値に応じて負荷のインピーダンスを変えることにより、噴霧細管の電位を一定に保つ。
【００１３】
負荷部を流れる電流による電位降下により噴霧細管を高い電位に保持するので、静電噴霧用高圧電源が不要となり、電気回路構成が簡単となる。また、負荷を流れる電流値に応じてインピーダンスを変えるので、噴霧細管の電位を一定に保つことができ、従って安定な静電噴霧が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１から図７を用いて説明する。図１は本発明の実施例を示す電気回路の構成図である。図１０に示した静電噴霧用電源に替わり、負荷16ａを設ける。この負荷１６ａのインピーダンスと負荷１６ａを流れる電流Ｉ2 による電位降下により、ステンレス管１０を数キロボルトの電位に保持する。キャピラリ２の一端に電気泳動用電源１４により高電圧を印加する。キャピラリ２中に導入された試料は電気泳動され、キャピラリ２の他端へと移動する。キャピラリ２の他端ではシースフローと混合され、噴霧細管１０より、対向電極１１方向へ静電噴霧される。このように静電噴霧用電源に替わり負荷１６ａを設ける構成により、静電噴霧用電源が不要となり、回路構成が簡単になる。また、電位降下により噴霧細管の電位を一定に保つことができ、安定に静電噴霧が可能となる。バッファ溶液の組成を変化させたい場合、すなわち、キャピラリ２部分のインピーダンスが変化する場合や、電気泳動用電源１４の出力電圧を変化させたい場合には、負荷１６ａとしてインピーダンスが可変な負荷を用い、負荷１６ａのインピーダンスを変えることによりステンレス管１０の電位を調節しても良い。インピーダンスを調節することによりステンレス管の電位が一定に保たれるので、安定に静電噴霧を行うことができる。したがって、質量分析計においてイオンを安定に観測することができる。
【００１５】
また、図２や図３に示したように、電流計１７を用いて電流Ｉ0や電流Ｉ2を測定し、あるいは電圧計１８を設けて噴霧細管１０の電位を測定し、この信号を信号ライン８ｂを介して負荷１６ａ部に送り、信号に応じて負荷１６ａのインピーダンスを制御する機構を設けてもよい。
【００１６】
また、図４に示すように、静電噴霧用電源１５を用いる構成でも、流入する電流Ｉ2 に応じて電源１５のインピーダンスを調節する機構を設け、ステンレス管１０の電位を保ってもよい。
【００１７】
さらに、図５に示すように、負荷１６ａと静電噴霧用電源１５とを並列に設け、電流計１７あるいは電圧計１８からの信号に応じてスイッチ１９を切り替えてもよい。
【００１８】
キャピラリ２中を流れる電流Ｉ0 の変動に対して、噴霧細管１０の電位の変動を少なくするために、図６に示すように、電源１５により電流Ｉ3 を流し、電流Ｉ0に比べて大きい電流Ｉ2を負荷１６ａに流してもよい。この構成にすることにより、電流Ｉ0が変動した場合にも安定な静電噴霧が可能となる。
【００１９】
また、図７に示すように、負荷１６ｂをキャピラリ２と並列に設けて電流Ｉ3を流してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、キャピラリ電気泳動と静電噴霧イオン源とを直結した場合、キャピラリ中を流れる電流値によらず、噴霧細管の電位を任意の値に保つことができ、従って静電噴霧を安定に行うことができる。これにより、イオンを安定に観測できるキャピラリ電気泳動・質量分析計が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である負荷を流れる電流による電位降下によりステンレス管を一定の電位に保つ静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図２】本発明の実施例である電流を測定する機構を有し、電流値に応じてインピーダンスを調節する静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図３】本発明の実施例である電流あるいは電圧を測定する機構を有し、電流値あるいは電圧値に応じてインピーダンスを調節する静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図４】本発明の実施例である電流に応じて内部インピーダンスを調節する機構を有する静電噴霧用高圧電源を用いた静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図５】本発明の実施例である負荷と静電噴霧用高圧電源とを並列に設け、電流値あるいは電圧値に応じて負荷と電源とを切り替える機構を有する静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図６】本発明の実施例である負荷を流れる電流による電位降下によりステンレス管を一定の電位に保つ静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図７】本発明の実施例である負荷を流れる電流による電位降下によりステンレス管を一定の電位に保つ静電噴霧イオン源の電気回路の説明図。
【図８】従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計のブロック図。
【図９】従来の静電噴霧イオン源を備えたキャピラリ電気泳動・質量分析計の断面図。
【図１０】従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計の電気回路の説明図。
【図１１】従来のキャピラリ電気泳動・質量分析計の電気回路の説明図。
【符号の説明】
１…バッファ槽、２…キャピラリ、１０…ステンレス管、１１…対向電極、 １４…電気泳動用高圧電源、１６ａ…負荷。

Claims (3)

1. 混合物を電気泳動分離するキャピラリと、該キャピラリの一端とアースとの間に接続される電気泳動用電源と、前記キャピラリの他端に一端が接続される噴霧細管と、該噴霧細管と前記アースとの間に接続される第１の負荷と、前記噴霧細管に対向して配置される対向電極と、前記噴霧細管と前記キャピラリの一端との間に接続される第２の負荷とを具備するイオン源と、該イオン源で生成したイオンを導入するためのイオン導入細孔と、前記導入されたイオンを質量分析するための質量分析部とを有することを特徴とする質量分析計。
2. 混合物を電気泳動分離するキャピラリと、該キャピラリの一端とアースとの間に接続される電気泳動用電源と、前記キャピラリの他端に一端が接続される噴霧細管と、該噴霧細管と前記アースとの間に接続される電圧計と、前記噴霧細管に接続される電流計と、前記アースに並列に接続される負荷及び電源と、該並列に接続される負荷及び電源と前記電流計との間に接続され、前記負荷又は前記電源を選択するスイッチとを具備するイオン源と、該イオン源で生成したイオンを導入するためのイオン導入細孔と、前記導入されたイオンを質量分析するための質量分析部とを有し、前記電流計又は前記電圧計からの信号に応じて前記スイッチが切り替えられることを特徴とする質量分析計。
3. 混合物を電気泳動分離するキャピラリと、該キャピラリの一端とアースとの間に接続される電気泳動用の第１の電源と、前記キャピラリの他端に一端が接続される噴霧細管と、該噴霧細管と前記アースとの間に接続される第１の負荷と、前記噴霧細管に対向して配置される対向電極と、前記噴霧細管に接続される第２の負荷と、該第２の負荷に一端が接続され他端が前記アースに接続される第２の電源とを具備するイオン源と、該イオン源で生成したイオンを導入するためのイオン導入細孔と、前記導入されたイオンを質量分析するための質量分析部とを有し、前記第２の電源より前記第２の負荷に電流を流し、前記キャピラリに流れる電流に比べ大きい電流を前記第２の負荷に流すことを特徴とする質量分析計。

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