JP4699535B2 - インターフェイス - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置を接続するインターフェイス、液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置及び分析方法に関する。

安定同位体比質量分析装置（ＩＲ−ＭＳ）は、窒素、二酸化炭素、二酸化硫黄等のガス中の安定同位体比を精密に分析することができるため、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や液体クロマトグラフ（ＬＣ）と接続して、用いられている。

ＧＣと接続されたＩＲ−ＭＳとしては、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｉｒｍ−ＧＣ／ＭＳ（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）が知られており、ＧＣから流出したガスを燃焼させて二酸化炭素を生成した後、炭素の安定同位体比を分析する。しかしながら、非揮発性物質や熱分解性物質を分析することができない。

一方、ＨＰＬＣと接続されたＩＲ−ＭＳとしては、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＬＣ ＩｓｏＬｉｎｋ（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）が知られており、特許文献１に開示されている。Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＬＣ ＩｓｏＬｉｎｋでは、ＬＣの展開溶媒が水であるため、ＬＣから溶出した液体を酸化して二酸化炭素を生成した後、水を除去して、炭素の安定同位体比を分析する。しかしながら、ＬＣの展開溶媒として、有機溶媒を用いることができず、汎用性が低いという問題がある。

また、非特許文献１には、ＨＰＬＣと接続されたＩＲ−ＭＳにおいて、ＨＰＬＣから溶出した液体から有機溶媒を除去する際に、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（Ｖｅｓｔｅｃ）を用いることが記載されているが、有機溶媒を十分に除去できないため、安定同位体比を精度良く分析できないという問題がある。

米国特許第７２１３４４３号明細書

Ｙｏｈａｎｎｅｓ Ｔｅｆｆｅｒａ，Ｊｏｓｅｆ Ｊ．Ｋｕｓｍｉｅｒｚ，ａｎｄ Ｆｒｅｄ Ｐ．Ａｂｒａｍｓｏｎ Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９６，６８，１８８８−１８９４

本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、液体クロマトグラフの展開溶媒として、有機溶媒を用いても、安定同位体比を精度良く分析することが可能な液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置、該液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置の液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置を接続するインターフェイス及び該液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置を用いる分析方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置を接続するインターフェイスであって、前記液体クロマトグラフから溶出された溶液に含まれる成分を、大気圧イオン化法を用いて、イオン化することによりイオンを生成するイオン化手段と、該イオン化手段により生成されたイオンを案内する案内手段と、該案内手段により案内されたイオンを中性化することにより中性分子を生成する中性化手段と、該中性化手段により生成された中性分子を酸化する酸化手段を有し、前記案内手段は、イオンガイド又はイオントラップを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインターフェイスにおいて、前記イオン化手段は、前記液体クロマトグラフから溶出された溶液に含まれる成分を、大気圧イオン化法を用いて、プロトン化することによりイオンを生成し、前記中性化手段は、電子銃を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置を接続するインターフェイスであって、前記液体クロマトグラフから溶出された溶液に含まれる成分を、大気圧イオン化法を用いて、イオン化することによりイオンを生成するイオン化手段と、該イオン化手段により生成されたイオンを案内する案内手段と、該案内手段により案内されたイオンを酸化する酸化手段を有し、前記案内手段は、イオンガイド又はイオントラップを有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインターフェイスにおいて、前記案内手段は、前記イオン化手段により生成したイオンを案内する向きに対して、複数のオリフィスと、前記イオンガイド又は前記イオントラップが順次設けられており、該複数のオリフィスを用いて差動排気する差動排気手段がさらに設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインターフェイスにおいて、前記案内手段は、前記イオン化手段により生成したイオンを案内する向きに対して、前記イオンガイド又は前記イオントラップと、オリフィスが順次設けられており、該オリフィスは、前記イオンガイド又は前記イオントラップの中心軸の延長線上とは異なる位置に設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のインターフェイスにおいて、前記案内手段は、前記イオン化手段により生成したイオンを案内する向きに対して、前記イオンガイド又は前記イオントラップと、オリフィスが順次設けられており、前記イオンガイド又は前記イオントラップと、該オリフィスの間に電圧を印加する手段がさらに設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置において、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインターフェイスを介して、液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置が接続されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、分析方法において、請求項７に記載の液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置を用いて、複数の成分を含む溶液を分析することを特徴とする。

本発明によれば、液体クロマトグラフの展開溶媒として、有機溶媒を用いても、安定同位体比を精度良く分析することが可能な液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置、該液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置の液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置を接続するインターフェイス及び該液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置を用いる分析方法を提供することができる。

本発明の液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置の一例を示すブロック図である。 図１のイオン化部を示す模式図である。 図１の案内部を示す模式図である。 図１の中性化部を示す模式図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。

図１に、本発明の液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置の一例として、ＨＰＬＣ／ＩＲ−ＭＳ１００を示す。ＨＰＬＣ／ＩＲ−ＭＳ１００は、ＨＰＬＣ１０とＩＲ−ＭＳ３０が、インターフェイス２０を介して接続されている。インターフェイス２０は、ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液に含まれる成分を、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）を用いて、プロトン化することによりイオンを生成するイオン化部２１、イオン化部２１で生成したイオンを案内する案内部２２、案内部２２で案内したイオンを中性化する中性化部２３及び中性化部２３で中性化したイオンを酸化する酸化部２４から構成される。

ＨＰＬＣ１０としては、特に限定されず、ｐｒｏｍｉｎｅｎｃｅシリーズ（島津製作所社製）等を用いることができるが、微量分析が可能となることから、ナノＬＣが好ましい。

図２に、イオン化部２１を示す。イオン化部２１は、スプレイヤー２１ａと、スプレイヤー２１ａに電圧を印加する電源２１ｂと、スプレイヤー２１ａに、ネブライザーガスとして、窒素（Ｎ_２）を供給する窒素供給手段（不図示）が設けられている。

ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液Ｓに含まれる成分をイオン化する際に、スプレイヤー２１ａに印加する電圧は、通常よりも大きい５〜８ｋＶである。スプレイヤー２１ａに印加する電圧が５ｋＶ未満であると、イオンの帯電量が不十分となって、案内部２２でイオンを案内することが困難になることがあり、８ｋＶを超えると、放電することがある。

また、ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液Ｓに含まれる成分をイオン化する際に、窒素の流量は、０．５〜２Ｌ／分である。これにより、ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液Ｓを効率的に気化することができる。

さらに、ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液Ｓに含まれる成分をプロトン化する際に、スプレイヤー２１ａを加熱して、気化をさらに促進してもよい。

なお、イオン化部２１の代わりに、ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液Ｓに含まれる成分を、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）を用いてプロトン化することによりイオンを生成するイオン化部を用いてもよい。ＡＰＣＩを用いる場合も、ＥＳＩを用いる場合と同様に、通常よりも大きい６〜１０ｋＶの放電電圧を印加する必要がある。

図３に、案内部２２を示す。案内部２２は、スキマーコーン２２ａ、サンプリングコーン２２ｂ及びスキマーコーン２２ｃを用いて、第一室２２ｄ及び第二室２２ｅが形成されており、第二室２２ｅに、６重極のイオンガイド２２ｆが設けられている。イオンガイド２２ｆは、中心軸に平行であると共に、中心軸からの距離が同一である６本の電極（不図示）が等間隔で配置されており、各電極に電圧を印加する電源（不図示）が設けられている。また、スキマーコーン２２ａ、サンプリングコーン２２ｂ及びスキマーコーン２２ｃに電圧を印加する電源２２ｇ、２２ｈ及び２２ｉが設けられている。さらに、スキマーコーン２２ａ、サンプリングコーン２２ｂ及びスキマーコーン２２ｃには、それぞれオリフィスが形成されており、第一室２２ｄ及び第二室２２ｅの下方から差動排気するために、それぞれロータリーポンプ（不図示）及びターボ分子ポンプ（不図示）が設けられている。

イオン化部２１で生成したイオンを案内する際に、スキマーコーン２２ａに印加する電圧は、スプレイヤー２１ａに印加する電圧よりも３〜４ｋＶ低い電圧であり、第一室２２ｄの気圧は、２００〜３００Ｐａである。これにより、イオン化部２１で生成したイオンを効率良く第一室２２ｄに導入することができる。

イオン化部２１で生成したイオンを案内する際に、サンプリングコーン２２ｂに印加する電圧は、スキマーコーン２２ａに印加する電圧よりも１０〜２００Ｖ低い電圧であり第二室２２ｅの気圧は、０．０１〜１Ｐａである。また、サンプリングコーン２２ｂのオリフィスをスキマーコーン２２ａのオリフィスよりも鉛直上方に配置されている。これにより、第一室２２ｄに導入されたイオンを効率良く第二室２２ｅに導入すると共に、ＨＰＬＣ１０の展開溶媒、窒素等の中性分子を除去することができる。

イオン化部２１で生成したイオンを案内する際に、イオンガイド２２ｆは、２〜５ｋＶの直流電圧及び高周波電圧が印加されている。これにより、第二室２２ｅに導入されたイオンを効率良くイオンガイド２２ｆから排出すると共に、ＨＰＬＣ１０の展開溶媒、窒素等の中性分子を除去することができる。

イオン化部２１で生成したイオンを案内する際に、スキマーコーン２２ｃに印加する電圧は、イオンガイド２２ｆに印加する電圧よりも１〜５ｋＶ低い電圧である。また、スキマーコーン２２ｃのオリフィスは、イオンガイド２２ｆの中心軸の延長線に対して、鉛直上方に配置されている。これにより、イオンガイド２２ｆから排出されたイオンを効率良くスキマーコーン２２ｃのオリフィスから排出すると共に、ＨＰＬＣ１０の展開溶媒、窒素等の中性分子を除去することができる。

このとき、イオンガイド２２ｆの中心軸と水平方向のなす角度は、５〜３０°である。この角度が５°未満であると、イオンと同時に中性分子も輸送されることがあり、３０°を超えると、イオンを輸送するのが困難になることがある。

なお、イオンガイド２２ｆは、４重極又は８重極であってもよい。また、イオンガイド２２ｆの代わりに、イオントラップを用いてもよい。イオントラップを用いる場合も、イオンガイドを用いる場合と同様に、イオントラップに直流電圧を印加する必要がある。

図４に、中性化部２３を示す。中性化部２３は、スキマーコーン２２ｃ及び２３ａを用いて、第三室２３ｂが形成されている。また、第三室２３ｂに電子（ｅ⁻）を供給する電子銃２３ｃ及び第三室２３ｂにヘリウム（Ｈｅ）を供給するヘリウム供給手段（不図示）が設けられている。さらに、スキマーコーン２３ａには、オリフィスが形成されており、第三室２３ｂの下方から排気するために、ロータリーポンプ（不図示）が設けられている。

案内部２２で案内したイオンを中性化する際に、第三室２３ｂの気圧は、１００〜３００Ｐａであり、第二室２２ｅの気圧よりも大きいが、イオンガイド２２ｆに印加されている電圧よりも１〜５ｋＶ低い電圧がスキマーコーン２２ｃに印加されているため、スキマーコーン２２ｃのオリフィスから排出されたイオンが第三室２３ｂに導入される。このようにして第三室２３ｂに導入されたイオンは、電子銃２３ｃから供給された電子により中性化され、中性分子が生成される。

また、案内部２２で案内したイオンを中性化する際に、ヘリウムの流量は、０．１〜５Ｌ／分である。

さらに、案内部２２で案内したイオンを中性化する際に、スキマーコーン２３ａに電圧を印加してイオンを案内してもよい。

なお、中性化部２３を設けずに、案内部２２で案内したイオンを酸化部２４で酸化してもよい。

酸化部２４としては、中性化部２３で中性化されたイオンを酸化することが可能であれば、特に限定されず、必要に応じて、白金等の触媒の存在下、常圧で加熱するものであってもよいし、酸化銅等の酸化剤の存在下で加熱するものであってもよいし、紫外線を照射するものであってもよい。なお、中性化されたイオンが酸化されると、窒素、二酸化炭素、二酸化硫黄等のガスが生成する。

ＩＲ−ＭＳ３０としては、酸化部２４で酸化された中性分子の安定同位体比を分析することが可能であれば、特に限定されず、Ｄｅｌｔａ Ｖ（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）等を用いることができる。

なお、ＨＰＬＣ１０から溶出された溶液に含まれる成分を、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）を用いて、プロトン化することによりイオンを生成するイオン化部２１の代わりに、大気圧イオン化法を用いて、脱プロトン化することによりイオンを生成するイオン化部を用いてもよい。この場合、中性化部２３は、案内部２２で案内したイオンをプロトン化することにより中性化する。

ＨＰＬＣ／ＩＲ−ＭＳ１００は、ＨＰＬＣ１０の展開溶媒として、有機溶媒を用いても、有機溶媒を十分に除去できるため、安定同位体比を精度良く分析することができる。その結果、同位体トレーサーを用いて、食物の代謝経路を追跡することができる。

１０ ＨＰＬＣ
２０ インターフェイス
２１ イオン化部
２１ａ スプレイヤー
２１ｂ 電源
２２ 案内部
２２ａ、２２ｃ スキマーコーン
２２ｂ サンプリングコーン
２２ｄ 第一室
２２ｅ 第二室
２２ｆ イオンガイド
２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ 電源
２３ 中性化部
２３ａ スキマーコーン
２３ｂ 第三室
２３ｃ 電子銃
２４ 酸化部
３０ ＩＲ−ＭＳ
１００ ＨＰＬＣ／ＩＲ−ＭＳ

Claims (9)

1. 液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置を接続するインターフェイスであって、
   前記液体クロマトグラフから溶出された溶液に含まれる成分を、大気圧イオン化法を用いて、イオン化することによりイオンを生成するイオン化手段と、
   該イオン化手段により生成されたイオンを案内する案内手段と、
   該案内手段により案内されたイオンを中性化することにより中性分子を生成する中性化手段と、
   該中性化手段により生成された中性分子を酸化する酸化手段を有し、
   前記案内手段は、イオンガイド又はイオントラップを有することを特徴とするインターフェイス。
2. 前記イオン化手段は、前記液体クロマトグラフから溶出された溶液に含まれる成分を、大気圧イオン化法を用いて、プロトン化することによりイオンを生成し、
   前記中性化手段は、電子銃を有することを特徴とする請求項１に記載のインターフェイス。
3. 前記案内手段は、前記イオン化手段により生成したイオンを案内する向きに対して、複数のオリフィスと、前記イオンガイド又は前記イオントラップが順次設けられており、該複数のオリフィスを用いて差動排気する差動排気手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインターフェイス。
4. 前記複数のオリフィスのうち、前記イオンを案内する向きにおける下流側に位置するオリフィスは、前記複数のオリフィスのうち、前記イオンを案内する向きにおける上流側に位置するオリフィスよりも鉛直上方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のインターフェイス。
5. 前記案内手段は、前記イオン化手段により生成したイオンを案内する向きに対して、前記イオンガイド又は前記イオントラップと、オリフィスが順次設けられており、
   該オリフィスは、前記イオンガイド又は前記イオントラップの中心軸の延長線上とは異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインターフェイス。
6. 前記オリフィスは、前記イオンガイド又は前記イオントラップの中心軸の延長線に対して、鉛直上方に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のインターフェイス。
7. 前記案内手段は、前記イオン化手段により生成したイオンを案内する向きに対して、前記イオンガイド又は前記イオントラップと、オリフィスが順次設けられており、前記イオンガイド又は前記イオントラップと、該オリフィスの間に電圧を印加する手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインターフェイス。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインターフェイスを介して、液体クロマトグラフと安定同位体比質量分析装置が接続されていることを特徴とする液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置。
9. 請求項８に記載の液体クロマトグラフ／安定同位体比質量分析装置を用いて、複数の成分を含む溶液を分析することを特徴とする分析方法。

Images