JP4576774B2

JP4576774B2 - 液体クロマトグラフ質量分析装置

Info

Publication number: JP4576774B2
Application number: JP2001257902A
Authority: JP
Inventors: 充昭福田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003066007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体クロマトグラフ質量分析装置（以下「ＬＣ/ＭＳ」略す）に関し、更に詳しくは、液体クロマトグラフ部と質量分析部とを接続するために利用される大気圧イオン化インタフェイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣ/ＭＳでは、液体クロマトグラフ部（ＬＣ）のカラムから時間的に分離して溶出する試料液を、イオン化して質量分析部（ＭＳ）へと導入するためのインタフェイス（以下、単に「インタフェイス部」という）が用いられる。このインタフェイス部には、試料液を加熱、高速気流、高電界等を利用して霧化させつつ気体イオンを生成するイオン化装置を含む。
【０００３】
このようなＬＣ/ＭＳのイオン化には、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）やエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）などの、いわゆる大気圧イオン化法が広く使用されている。ＡＰＣＩでは、例えばＬＣのカラムの末端に接続されたノズルを略大気圧にあるイオン化室内に向けて開口して配設し、そのノズル先端の前方に針電極を配置しておき、ノズルにおいて加熱により霧化した試料液の液滴に、針電極からのコロナ放電により生成したキャリアガスイオン（バッファイオン）を化学反応させてイオン化を行なう。一方、ＥＳＩでは、ノズルの先端部に数ｋＶ程度の高電圧を印加して強い不平等電界を発生させる。試料液はこの電界により電荷分離し、クーロン引力により引きちぎられて霧化する。周囲の空気に触れて液滴中の溶媒は蒸発し、気体イオンが発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたイオン化装置では、ノズルから噴出した試料液がイオン化室の内面に付着して汚れてくると、その汚染物質によるイオンが分析対象であるイオンに混じって質量分析され、クロマトグラム上で目的ピークに不所望のピークの重なりが生じたり、ベースレベルが全体的に上昇して目的ピークが同定しにくくなったりする。そのため、こうした汚染が分析に支障をきたす程度にまで進行してきた場合には、イオン化室の内部を洗浄する必要がある。そこで、従来のＬＣ/ＭＳでは、イオン化室を内部に形成するチャンバを質量分析部を含む装置本体にネジで固定する構成としておき、イオン化室内面つまりチャンバ内面の汚れが酷くなってくると、ネジを取り外してチャンバを装置本体から取り外し、チャンバの内面を洗浄するという作業を行うようにしている。
【０００５】
しかしながら、金属製（通常はステンレス製）であるチャンバ内面に付着した汚れは取れにくく洗浄作業には時間がかかるため、分析の途中でこうした洗浄作業を行わなければならない事態に至ると、分析が中断して分析効率を大きく妨げるという問題があった。本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、イオン化室内部の汚れなどによる分析作業の中断を極力短くして、分析効率の向上を図ることができる液体クロマトグラフ質量分析装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段、及び効果】
上記課題を解決するために成された本発明は、液体クロマトグラフ部で成分分離した試料液を略大気圧にあるイオン化室内に噴霧してイオン化し、発生したイオンを質量分析部へ導入する液体クロマトグラフ質量分析装置において、
前記イオン化室は、前記質量分析部を含む装置本体に対して着脱自在であるハウジングと、該ハウジングの内側に着脱容易に装着された内装体との二重構造を有することを特徴としている。
【０００７】
ここで、内装体がハウジングの内側に「着脱容易に装着された」状態とは、ネジなどの他の締結用又は固定用部品を用いることなく、且つ着脱作業に際しては特殊な工具等を必要とすることなく作業者の手作業によって容易に着脱可能に、例えば嵌め込み式になっている状態をいう。
【０００８】
また、少なくとも、試料液を噴霧する噴霧器の先端部、及び噴霧された試料液滴や発生したイオンを取り込んで次段へと送るための取込み口は内装体の内側に露出している必要があるから、当該内装体をこれら部分を避けてハウジングの内側を覆っており、また着脱に際してもこれら部分の挿脱が可能な形態とすることが好ましい。
【０００９】
本発明の構成によれば、噴霧された試料液滴が接触する部分の多くは内装体で覆われているので、分析作業の途中でイオン化室内部が汚れた場合でも、ハウジングを装置本体から取り外し、その内部の内装体を取り外して予め用意していた洗浄済みの内装体を代わりに装着することによって、速やかに分析を再開することができる。従って、分析の中断時間が短くてすみ、効率的に分析を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は本実施形態によるＬＣ/ＭＳにおいてインタフェイス部以降の構成図である。
【００１１】
この装置では、イオン化室１１、質量分析室１４、及び、それらの間にそれぞれ隔壁で隔てられた第１中間室１２及び第２中間室１３が設けられている。イオン化室１１には、図示しないＬＣのカラム出口端に接続されたイオン化プローブ１５が配設される。質量分析室１４には四重極フィルタ１６及びイオン検出器１７が設けられ、それらの中間にある第１及び第２中間室１２、１３にはそれぞれ第１イオンレンズ１９及び第２イオンレンズ２０が設けられている。イオン化室１１と第１中間室１２との間は細径の脱溶媒管１８を介して、第１中間室１２と第２中間室１３との間は極小径の通過孔を有するスキマー２１を介してのみ連通している。
【００１２】
イオン化室１１内はイオン化プローブ１５から連続的に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっている。一方、質量分析室１４内は、質量分析のためにターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２５により約１０^−３〜１０^−４Ｐａの高真空状態まで真空排気される。このように真空度の差の大きいイオン化室１１と質量分析室１４との間に、イオンを通過させるための穴を設けなければならないことから、両者１１、１４の間に第１及び第２中間室１２、１３を設け、段階的に真空度を上げるようにしているのである。具体的には、第１中間室１２内はロータリポンプ（ＲＰ）２３により約１０^２Ｐａまで、第２中間室１３内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２４により約１０^−１〜１０^−２Ｐａまで真空排気される。
【００１３】
試料液はイオン化プローブ１５の先端からイオン化室１１内に噴霧され、液滴中の溶媒が蒸発する過程で試料分子はイオン化される。発生したイオンは未だイオン化していない微小液滴とともに、イオン化室１１と第１中間室１２との圧力差により脱溶媒管１８中に引き込まれる。第１中間室１２内には第１イオンレンズ１９が設けられており、その電界により脱溶媒管１８を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー２１の通過孔近傍に収束させる。
【００１４】
スキマー２１の通過孔を通って第２中間室１３に導入されたイオンは、第２イオンレンズ２０により収束及び加速された後、小孔２２を通して質量分析室１４へと送られる。質量分析室１４では、特定の質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみが四重極フィルタ１６中央の長手方向の空間を通り抜け、イオン検出器１７に到達して検出される。
【００１５】
この実施形態によるＬＣ/ＭＳの特徴はイオン化室１１の構造にある。図３はこのイオン化室１１の構造を説明するための要部の構成図である。図３（ａ）は図１と同様の使用状態、図３（ｂ）は分解状態、図３（ｃ）は後記内装体の交換時の状態を示している。
【００１６】
イオン化室１１は、金属（例えばステンレス）製のハウジング３０と、該ハウジング３０の内部に嵌挿される内装体３１の二重構造になっている。ハウジング３０は略円筒状であり、一方の端面は開放してその周囲に鍔部３０ａを有し、他方の端面は閉塞して中央に開口部３０ｂを有している。ハウジング３０は、その鍔部３０ａに穿孔されたネジ孔に挿通したネジ３３によって質量分析部の本体ハウジング３２に固定される。また、イオン化プローブ１５はその先端部１５ａがハウジング３０の開口部３０ｂから内部に挿入され、鍔部１５ｂに穿孔されたネジ孔に挿通したネジ３４によってハウジング３０の閉塞側端面に固定されるようになっている。
【００１７】
図２は内装体３１の外観斜視図である。内装体３１はその周面の外径が上記ハウジング３０の内径よりも若干小さな略円筒状を有し、その両端面は所定の大きさの開口部３１ａ、３１ｂを有する閉塞端面となっている。図３（ｂ）に示すように、開口部３１ａ及び３１ｂはそれぞれ、イオン化プローブ１５の先端部１５ａ及び脱溶媒管入口１８ａを含む脱溶媒部３５が挿通するためのものである。この内装体３１は洗浄によって汚れが落ち易いことが望ましく、例えばテフロン（商品名）を代表とするフッ素系樹脂が有用である。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、本実施形態のＬＣ/ＭＳでは、イオン化室１１の内部は、イオン化プローブ１５の先端部１５ａ及び脱溶媒部３５が突出しているのを除き、その内面の殆どが内装体３１で覆われている。そのため、分析時にイオン化プローブ１５の先端部１５ａから噴出した試料液のうち、仮に内装体３１が無ければハウジング３０の内面に付着するであろう微小液滴の多くが内装体３１の内側に付着する。従って、ハウジング３０の内面は殆ど汚れることなく、分析作業の繰り返しに伴って内装体３１の内面の汚れが進行する。
【００１９】
実際に分析を行う際には、新品又は内部をきれいに洗浄した予備の内装体を別に用意しておく。分析を開始した後に、分析結果であるクロマトグラムやマススペクトルからイオン化室１１内部の汚れが分析に支障をきたす程度まで酷くなったと作業者が判断すると、図３（ｃ）に示すように、ネジ３３を外してハウジング３０をイオン化プローブ１５が固定された状態のまま取り外す。この状態では、ハウジング３０の開放端面に内装体３１が露出しているから、作業者はこれを引き出し、その代わりに用意していた洗浄済みの内装体を挿入して、元のようにハウジング３０をネジ３３により本体ハウジング３２に固定する。このような交換に要する時間は非常に短くてすむため、迅速に次の分析に取り掛かることができる。従って、分析効率の改善に寄与する。
【００２０】
取り外した内装体３１はそのまま洗浄液に浸漬する等の方法により洗浄することができる。内装体３１を上述したようなフッ素系樹脂などから形成しておけば、付着した汚れは簡単に剥離するので、洗浄作業に要する手間も時間も少なくてすむ。
【００２１】
なお、図３においてイオン化プローブ１５はＥＳＩ用のものであるが、ＡＰＣＩによるイオン化を行いたい場合には、図３に示したＥＳＩ用イオン化プローブを取り外し、その代わりに、放電用の針電極がユニット化されたＡＰＣＩ用のイオン化プローブをハウジング３０に取り付ければよい。
【００２２】
なお、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らかである。
【００２３】
例えば、イオン化室１１内部におけるイオン化プローブ１５、脱溶媒部３５の位置関係などは任意であり、過剰に噴霧された試料液を排出するためのドレインを設けている場合には、内装体３１にドレイン孔を設ける等の変形を行うようにすればよい。また、一般には、イオン化プローブ１５の先端部１５ａの後方側は汚れが少なく、仮に汚れた場合であってもその成分がイオン化して分析目的のイオンと混じる可能性は低い。そこで、例えば図２に示す内装体３１に代えて、図４に示すように、イオン化プローブ１５の取付端面側（図４では左側）が完全に開放したような形状の内装体であっても、ほぼ同様の効果を奏する。すなわち、内装体は、イオン化プローブや脱溶媒部など内装体の内側に突出する部分以外のハウジング内面を全面的に覆っている必要はなく、少なくとも噴霧された試料液が付着し易い部分をカバーする構造であればよい。当然のことながら、内装体の形状はハウジングの形状などに合わせて各種の形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＣ/ＭＳのインタフェイス部以降の構成図。
【図２】本実施形態のＬＣ/ＭＳにおける内装体の外観斜視図。
【図３】本実施形態のＬＣ/ＭＳにおけるイオン化室の構造を説明するための要部の構成図。
【図４】他の実施形態による内装体の外観斜視図。
【符号の説明】
１１…イオン化室
１２…第１中間室
１３…第２中間室
１４…質量分析室
１５…イオン化プローブ
１５ａ…先端部
１５ｂ…鍔部
１８…脱溶媒管
１８ａ…脱溶媒管入口
３０…ハウジング
３０ａ…鍔部
３０ｂ…開口部
３１…内装体
３１ａ，３１ｂ…開口部
３２…本体ハウジング
３３，３４…ネジ
３５…脱溶媒部

Claims

液体クロマトグラフ部で成分分離した試料液を略大気圧にあるイオン化室内に噴霧してイオン化し、発生したイオンを質量分析部へ導入する液体クロマトグラフ質量分析装置において、
前記イオン化室は、前記質量分析部を含む装置本体に対して着脱自在であるハウジングと、該ハウジングの内側に着脱容易に装着された内装体との二重構造を有することを特徴とする液体クロマトグラフ質量分析装置。