JP4734628B2 - Collision-induced ionization method and apparatus - Google Patents

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Description

この発明は，衝突誘起によるイオン化方法および装置に関し，特にタンパク質分子やＤＮＡ分子などの生体高分子の質量分析のために好適なイオン化方法および装置に関する。   The present invention relates to a collision-induced ionization method and apparatus, and more particularly to an ionization method and apparatus suitable for mass spectrometry of biopolymers such as protein molecules and DNA molecules.

質量分析のためには，質量分析装置に気体状のイオン化された試料分子イオンを供給しなければならない。イオン化された分子または原子はきわめて短時間のうちに反対極性のイオンまたは電子と再結合するから，これを抑制することも必要である。   For mass analysis, gaseous ionized sample molecular ions must be supplied to the mass spectrometer. Since ionized molecules or atoms recombine with ions or electrons of opposite polarity in a very short time, it is necessary to suppress this.

マトリクスに混ぜた生体試料を質量分析のためにイオン化する方法の一つにイオン衝撃法がある。一次イオンとして，Ａｒ+やＸｅ+を使用する二次イオン質量分析法（ＦＡＢまたはＳＩＭＳ）では，マトリクス分子が激しく損傷を受けるので，生体高分子の分析には適せず，またケミカルノイズが現われ，Ｓ／Ｎ比が悪い。 One method of ionizing a biological sample mixed in a matrix for mass spectrometry is an ion bombardment method. In secondary ion mass spectrometry (FAB or SIMS) using Ar + or Xe + as the primary ion, the matrix molecules are severely damaged, so they are not suitable for analysis of biopolymers, and chemical noise appears. , S / N ratio is bad.

この欠点を取り除く新しいイオン化方法として，マッシブクラスタ衝撃法（Massive Cluster Impact法）（以下，ＭＣＩ法という）が開発された。
J.F.Mahoney, D.S.Cornett and T.D.Lee“Formation of Multiply Charged Ions from Large Molecules Using Massive-cluster Impact”RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRY, VOL.8, 403-406（1994）。 As a new ionization method that eliminates this drawback, a massive cluster impact method (hereinafter referred to as MCI method) has been developed.
JFMahoney, DSCornett and TDLee “Formation of Multiply Charged Ions from Large Molecules Using Massive-cluster Impact” RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRY, VOL. 8, 403-406 (1994).

この方法は，グリセリンの静電場噴霧を利用するものであり，＋100 価から＋1000価に帯電した106から107ｕの質量をもつイオンクラスタにより基板に塗布した試料を衝撃するものである。この方法によると，生体高分子が分解されることなく，しかもケミカルノイズの少ないマススペクトルが得られる。 This method uses electrostatic spraying of glycerin, and bombards a sample coated on a substrate with ion clusters having a mass of 10 6 to 10 7 u charged from +100 to +1000. According to this method, a mass spectrum with less chemical noise can be obtained without degrading the biopolymer.

しかしながら，上記の方法は，グリセリンを静電場噴霧して帯電液滴を形成するので，イオン源がグリセリンで汚染されて帯電し，イオンクラスタビーム強度が不安定になるという問題があり，実用化に到らなかった。   However, the above method has a problem that the ion source is contaminated with glycerin and becomes charged because the glycerin is electrostatically sprayed to form charged droplets, and the ion cluster beam intensity becomes unstable. It did not arrive.

他方，生体試料を液体に混合しておき，この液体を真空中でエレクトロスプレーして生成された帯電液滴をターゲット（基板）に衝突させる方法がある。
Sergei A.Aksyonov and Peter Williams“Impact desolvation of electrosprayed microdroplets - a new ionization method for mass spectrometry of large biomolecules”Rapid Commun.Mass Spectrom. 2001;15:2001-2006 On the other hand, there is a method in which a biological sample is mixed with a liquid and charged droplets generated by electrospraying this liquid in a vacuum are collided with a target (substrate).
Sergei A. Aksyonov and Peter Williams “Impact desolvation of electrosprayed microdroplets-a new ionization method for mass spectrometry of large biomolecules” Rapid Commun. Mass Spectrom. 2001; 15: 2001-2006

しかしながらこの方法（ＩＤＥＭ法）は，真空下でのエレクトロスプレーであるから，実用上はさまざまな問題点を含んでいる。すなわち，真空中では液体が急速気化し，凝結するので，キャピラリーがすぐ詰まる，また不揮発性化合物の析出によりキャピラリー先端がすぐ詰まる，スプレーが安定しない，などの本質的欠陥がある。   However, since this method (IDEM method) is an electrospray under a vacuum, it has various problems in practical use. In other words, since the liquid rapidly vaporizes and condenses in a vacuum, the capillaries are clogged immediately, the tip of the capillary clogs due to the deposition of non-volatile compounds, and the spray is not stable.

この発明は，上記のＭＣＩ法およびＩＤＥＭ法の欠点を解消し，しかも数万を超えるタンパク質分子の脱離も可能であるとともに，正，負イオン分子同士の再結合を抑制し，高感度の質量分析が可能となるイオン化方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention eliminates the disadvantages of the MCI method and IDEM method described above, and can desorb more than tens of thousands of protein molecules, suppresses recombination of positive and negative ion molecules, and has a highly sensitive mass. It is an object of the present invention to provide an ionization method and apparatus capable of analysis.

この発明によるイオン化方法は，揮発性の液体（溶媒）に試料を混合しておき，エレクトロスプレーにより，大気中で（大気圧下で），試料が混合した帯電液滴を生成し，生成した帯電液滴を真空室内に導き，真空室内に電場を形成し，電場によって帯電液滴を加速して，ターゲット（基板）に衝突させ，これによって試料を脱離，イオン化するものである。イオン化された分子は質量分析装置に導かれる。   In the ionization method according to the present invention, a sample is mixed with a volatile liquid (solvent), and charged droplets are generated by electrospray in the atmosphere (at atmospheric pressure), and the sample is mixed. The droplet is guided into the vacuum chamber, an electric field is formed in the vacuum chamber, the charged droplet is accelerated by the electric field, and collides with the target (substrate), thereby desorbing and ionizing the sample. The ionized molecules are guided to a mass spectrometer.

この発明によるイオン化装置は，質量分析装置のイオン導入口の外側に設けられ，上記イオン導入口を通して質量分析装置の内部と連通し，内部に加速電極とターゲット（基板）が配置された真空加速室を有する加速装置，および上記真空加速室の液滴導入口を通して上記真空加速室と連通する帯電液滴生成室を備え，この液滴生成室内において，試料が混合された揮発性の液体（溶媒）の帯電液滴を，エレクトロスプレー（ナノエレクトロスプレーを含む）により大気中で（大気圧下で）生成する帯電液滴生成装置を備え，上記帯電液滴生成装置によって生成された試料が混合された帯電液滴が上記帯電液滴生成室から上記液滴導入口を通して上記真空加速室に導かれ，高電圧が印加された上記加速電極によって加速されて上記ターゲットに衝突し，これによって脱離，イオン化された試料のイオンが上記イオン導入口を通して質量分析装置に導入されるようになされているものである。   The ionization apparatus according to the present invention is provided outside the ion inlet of the mass spectrometer, communicates with the inside of the mass spectrometer through the ion inlet, and includes an acceleration electrode and a target (substrate) inside. And a charged droplet generation chamber communicating with the vacuum acceleration chamber through the droplet inlet of the vacuum acceleration chamber, and a volatile liquid (solvent) in which the sample is mixed in the droplet generation chamber A charged droplet generator that generates charged droplets in the atmosphere (at atmospheric pressure) by electrospray (including nanoelectrospray), and the sample generated by the charged droplet generator was mixed Charged droplets are led from the charged droplet generation chamber to the vacuum acceleration chamber through the droplet introduction port, and accelerated by the acceleration electrode to which a high voltage is applied, and then the target. Collide, thereby leaving one in which ions ionized sample is adapted to be introduced into the mass spectrometer through the ion inlet.

このイオン化装置を用いて，この発明によるイオン化方法を実現することができる。   By using this ionizer, the ionization method according to the present invention can be realized.

揮発性の液体（溶媒）としては，水／メタノール混合液（酢酸またはアンモニアなどを添加），水，酢酸，アセトン，アセトニトリルなど，あらゆる揮発性の溶媒を用いることができる。   As the volatile liquid (solvent), any volatile solvent such as a water / methanol mixed solution (added with acetic acid or ammonia), water, acetic acid, acetone, acetonitrile or the like can be used.

この発明によると（特に上記エレクトロスプレー法によると），試料が混合されたミクロンオーダないしはサブミクロンオーダの帯電液滴を生成することが可能である。帯電液滴は帯電液滴生成室から真空室（真空加速室）に導かれる。このような試料を含むイオンが真空室（真空加速室）内で電場により加速され，これによって運動エネルギーが付与され，ターゲットに衝突する。衝突界面において衝撃波が発生し，試料がピコ秒オーダーで気化，イオン化される。   According to the present invention (especially according to the electrospray method), it is possible to generate charged droplets of micron order or submicron order mixed with a sample. The charged droplets are guided from the charged droplet generation chamber to the vacuum chamber (vacuum acceleration chamber). Ions containing such a sample are accelerated by an electric field in a vacuum chamber (vacuum acceleration chamber), thereby giving kinetic energy and colliding with a target. A shock wave is generated at the collision interface, and the sample is vaporized and ionized in picosecond order.

試料を含むクラスタイオンをターゲット（基板）に衝突させているので，衝突時に試料中の分子の運動エネルギーのみが選択的に励起される。このようにして，試料はソフトに衝撃を受けるので，数万を超える分子量の分子であっても損傷を受けずにイオン化される。   Since cluster ions including the sample collide with the target (substrate), only the kinetic energy of molecules in the sample is selectively excited at the time of collision. In this way, since the sample is softly impacted, even a molecule having a molecular weight exceeding tens of thousands is ionized without being damaged.

また，正，負イオン同士の再結合寿命よりも短いピコ秒という短時間内に試料が気化され，イオン化されるので，再結合が抑制され，発生したイオンを効率よく質量分析装置に導くことができる。   In addition, since the sample is vaporized and ionized within a short period of picoseconds shorter than the recombination lifetime between the positive and negative ions, recombination is suppressed and the generated ions can be efficiently guided to the mass spectrometer. it can.

この発明によると，上記のＭＣＩ法のように難揮発性のグリセリンを用いず，揮発性液体を用いているので，イオン源が汚染されるという問題が生じない。また，ＩＤＥＭ法のように真空中ではなく，大気中（減圧された状態を含む）で帯電液滴を生成しているので，キャピラリーが詰まるという問題が殆どなく，安定なスプレーが得られる。   According to the present invention, unlike the MCI method described above, since the volatile liquid is used instead of the hardly volatile glycerin, there is no problem that the ion source is contaminated. Further, since charged droplets are generated not in vacuum but in the atmosphere (including a decompressed state) as in the IDEM method, there is almost no problem of clogging of the capillaries, and a stable spray can be obtained.

大気中におけるエレクトロスプレーによる帯電液滴の生成において，温度制御された冷たい窒素（Ｎ2 ）ガス（アシストガス），または逆に加熱された窒素（Ｎ2 ）ガスを併用すると，冷却または加熱（温調），帯電液滴の生成（噴霧），乾燥，真空室（真空加速室）への移送等を効率的に行うことができる。 In the generation of charged droplets by electrospray in the atmosphere, cooling or heating (warm temperature) can be achieved by using a temperature-controlled cold nitrogen (N 2 ) gas (assist gas) or conversely heated nitrogen (N 2 ) gas. Adjustment), generation (spraying) of charged droplets, drying, transfer to a vacuum chamber (vacuum acceleration chamber), and the like can be performed efficiently.

図１において，質量分析装置10のイオン導入口を含む部分にイオン化装置20が装備されている。   In FIG. 1, an ionizer 20 is installed in a portion including the ion inlet of the mass spectrometer 10.

質量分析装置（たとえば飛行時間型質量分析装置）10のイオン導入口の部分には，孔11ａがあけられたスキマー11が取付けられている。孔11ａ（イオン導入口）により方向の揃ったイオンを質量分析装置へと導く。質量分析装置10の内部は，排気装置（図示略）により高真空に保たれている。   A skimmer 11 having a hole 11a is attached to a portion of an ion introduction port of a mass spectrometer (for example, a time-of-flight mass spectrometer) 10. Ions aligned in the direction are introduced into the mass spectrometer through the holes 11a (ion introduction ports). The inside of the mass spectrometer 10 is kept at a high vacuum by an exhaust device (not shown).

イオン化装置20は，帯電液滴生成室（イオン源室。好ましくは温調（冷却または加熱）されたエレクトロスプレーチャンバー）31を備えた帯電液滴生成装置30と，帯電液滴生成室31と一直線状に連なる真空加速室41を備えた加速装置40とから構成されている。   The ionization apparatus 20 includes a charged droplet generation apparatus 30 having a charged droplet generation chamber (ion source chamber, preferably an electrospray chamber that is temperature-controlled (cooled or heated)) 31, and the charged droplet generation chamber 31 in a straight line. And an accelerating device 40 having a vacuum accelerating chamber 41 connected in a shape.

帯電液滴生成装置30はエレクトロスプレー装置32を備え，このエレクトロスプレー装置32は，高電圧が印加される金属（導電性）細管（キャピラリー）33と，この周囲を間隔をあけて覆う囲繞管34とを備えている。これらの金属細管33と囲繞管34の先端部は帯電液滴生成室31内に突出している。金属細管33には帯電液滴となる揮発性の液体（溶媒）が供給される。この液体には試料（生体試料）が混合されている。金属細管33と囲繞管34との間の空間には冷却媒体，たとえば冷い窒素（Ｎ2 ）ガスまたは加熱された窒素（Ｎ2 ）ガスがネブライザーガス（アシストガス）として供給される。窒素ガスは液体窒素から生成され，温度制御（加熱を含む）されて囲繞管34に導入される。 The charged droplet generator 30 includes an electrospray device 32. The electrospray device 32 includes a metal (conductive) thin tube (capillary) 33 to which a high voltage is applied, and a surrounding tube 34 covering the periphery with a space therebetween. And. The tips of the metal thin tubes 33 and the surrounding tube 34 protrude into the charged droplet generation chamber 31. The thin metal tube 33 is supplied with a volatile liquid (solvent) that becomes charged droplets. A sample (biological sample) is mixed with this liquid. A cooling medium such as cold nitrogen (N 2 ) gas or heated nitrogen (N 2 ) gas is supplied as a nebulizer gas (assist gas) to the space between the metal thin tube 33 and the surrounding tube 34. Nitrogen gas is generated from liquid nitrogen, temperature-controlled (including heating), and introduced into the surrounding tube 34.

高電圧が印加された金属細管33の先端からは，試料を含み高度に帯電した微細な液滴（直径数ミクロンないしはサブミクロン，またはそれ以下）Ｄが帯電液滴生成室31内に噴霧される。また，窒素ガスが金属細管33の先端の周囲において囲繞管34の先端から帯電液滴生成室31内に噴射される。窒素ガスは帯電液滴の噴霧を助けるとともに帯電液滴を冷却または加熱（温度調節）し，さらに，帯電液滴Ｄを真空加速室41の方向に移送する。窒素ガスは排気口を通して帯電液滴生成室31から外部に排出される。   From the tip of the metal thin tube 33 to which a high voltage is applied, a fine droplet (a few microns or a submicron in diameter or less) D including the sample is sprayed into the charged droplet generation chamber 31. . Further, nitrogen gas is injected into the charged droplet generation chamber 31 from the tip of the surrounding tube 34 around the tip of the metal thin tube 33. Nitrogen gas helps spray charged droplets, cools or heats (charges the charged droplets), and further transfers charged droplets D toward vacuum acceleration chamber 41. Nitrogen gas is discharged from the charged droplet generation chamber 31 through the exhaust port.

揮発性の帯電液滴が気化（乾燥）すると液滴サイズが小さくなる。帯電液滴の気化を促進または抑制するために，帯電液滴の生成において，そして帯電液滴が真空加速室41に到達するまで，帯電液滴を加熱または冷却するのが窒素ガスである。   When volatile charged droplets are vaporized (dried), the droplet size decreases. In order to promote or suppress vaporization of the charged droplets, nitrogen gas is used to heat or cool the charged droplets in the generation of the charged droplets and until the charged droplets reach the vacuum acceleration chamber 41.

帯電液滴となる揮発性の液体としては，たとえば，水／メタノール混合液（酢酸またはアンモニアなどを添加），水（酢酸またはアンモニアなどを添加してもよい），酢酸，エタノール，アセトン，アセトニトリル等を挙げることができる。帯電液滴の気化を防ぐために冷却する温度は，上記水／エタノール混合液（酢酸またはアンモニアなどを添加）の場合にはドライアイス−アセトン温度付近である。気化を促進するために加熱する場合には，試料液体の沸点以下である。   Examples of volatile liquids that become charged droplets include water / methanol mixed liquid (addition of acetic acid or ammonia, etc.), water (acetic acid or ammonia may be added), acetic acid, ethanol, acetone, acetonitrile, etc. Can be mentioned. In the case of the water / ethanol mixture (added with acetic acid or ammonia), the cooling temperature to prevent vaporization of the charged droplets is around the dry ice-acetone temperature. When heating to promote vaporization, it is below the boiling point of the sample liquid.

この実施例では温度制御された窒素ガスにより帯電液滴を加熱または冷却しているが，帯電液滴生成装置30の全体，または帯電液滴生成室31を所定の温度に温度制御（温度調節）するようにしてもよい。帯電液滴生成装置の他の例としては，超音波振動装置がある。帯電液滴生成室31内は大気圧程度であるが，減圧状態に保ってもよい。   In this embodiment, charged droplets are heated or cooled by temperature-controlled nitrogen gas, but the entire charged droplet generation device 30 or the charged droplet generation chamber 31 is temperature-controlled (temperature adjustment). You may make it do. Another example of the charged droplet generator is an ultrasonic vibration device. The inside of the charged droplet generation chamber 31 is about atmospheric pressure, but may be kept in a reduced pressure state.

帯電液滴生成室31と真空加速室41との境界にはオリフィス34が設けられ，このオリフィス34に微細な孔34ａが形成されている。この微細な孔34ａが帯電液滴導入口である。帯電液滴導入口34ａを通して帯電液滴生成室31と真空加速室41とが連通している。   An orifice 34 is provided at the boundary between the charged droplet generation chamber 31 and the vacuum acceleration chamber 41, and a fine hole 34 a is formed in the orifice 34. These fine holes 34a are charged droplet introduction ports. The charged droplet generation chamber 31 and the vacuum acceleration chamber 41 communicate with each other through the charged droplet introduction port 34a.

金属細管33の先端から噴霧された試料を含む帯電液滴Ｄは，加熱または冷却された窒素ガスとともに帯電液滴生成室31内を真空加速室41の方向に移動し，オリフィス34の微細な孔34ａを通って真空加速室41内に導入される。   The charged droplet D containing the sample sprayed from the tip of the thin metal tube 33 moves in the charged droplet generation chamber 31 in the direction of the vacuum acceleration chamber 41 together with the heated or cooled nitrogen gas. It is introduced into the vacuum acceleration chamber 41 through 34a.

真空加速室41内には，加速電極42とターゲット43とが設けられている。加速電極42には正または負の（帯電液滴の極性とは反対の）高電圧（たとえば10KV）が印加される。ターゲットは硬質の物質，たとえばステンレス・スチール等の各種金属，シリコン等により実現される。真空加速室41内に導入された帯電液滴Ｄは加速電極42によって加速かつ収束（フォーカス）され，ターゲット43に斜めに衝突し，液滴試料からイオン化された分子が脱離する。スキマー11にあけられたイオン導入口11ａを通して質量分析装置10の内部と真空加速室41とは連通しており，試料を含む帯電液滴のターゲット43への衝突により発生し，ターゲット43の面から垂直に飛び出たイオン分子（または原子）はこのイオン導入口11ａを通して質量分析装置10内に導入される。   In the vacuum acceleration chamber 41, an acceleration electrode 42 and a target 43 are provided. The acceleration electrode 42 is applied with a positive or negative high voltage (opposite to the polarity of the charged droplet) (for example, 10 KV). The target is realized by a hard substance, for example, various metals such as stainless steel and steel, silicon and the like. The charged droplet D introduced into the vacuum acceleration chamber 41 is accelerated and converged (focused) by the accelerating electrode 42, collides obliquely with the target 43, and the ionized molecules are desorbed from the droplet sample. The inside of the mass spectrometer 10 and the vacuum acceleration chamber 41 communicate with each other through an ion introduction port 11a opened in the skimmer 11, and is generated by the collision of a charged droplet containing a sample with the target 43, from the surface of the target 43. The ion molecules (or atoms) jumping out vertically are introduced into the mass spectrometer 10 through the ion introduction port 11a.

上述のように帯電液滴生成装置30によって生成される試料を含む帯電液滴はミクロンないしはサブミクロンオーダのものである。これを（巨大）クラスタ−イオンという。この（巨大）クラスタ−イオンがミクロンないしはサブミクロンオーダの液滴サイズを保ったまま帯電液滴生成室31から真空加速室41に導入され，加速電極42の電場によって加速される。たとえば（巨大）クラスタ−イオンには10KeV 程度の運動エネルギーが付与される。   As described above, the charged droplets including the sample generated by the charged droplet generator 30 are of the order of microns or submicrons. This is called (giant) cluster-ion. The (giant) cluster ions are introduced into the vacuum acceleration chamber 41 from the charged droplet generation chamber 31 while maintaining the droplet size on the order of micron or submicron, and are accelerated by the electric field of the acceleration electrode 42. For example, a (giant) cluster ion is given a kinetic energy of about 10 KeV.

加速された試料を含む（巨大）クラスタ−イオンがターゲット43に衝突する。これによってピコ秒という短時間内に（巨大）クラスタ−イオン中に溶け込んでいる試料が気化される。過剰電荷で帯電しているが，帯電液滴中には多くの正イオンと負イオンが混在する。しかし，正負イオンの再結合寿命よりも短い時間帯でイオンが発生するので，発生したイオンの再結合（中性化反応）が抑制（防止）され，多くのイオンが真空加速室41からイオン導入口11ａを通って質量分析装置10内に供給される。これによって高感度の質量分析が可能となる。   (Gigantic) cluster ions containing the accelerated sample collide with the target 43. This vaporizes the sample dissolved in the (giant) cluster ions within a short period of picoseconds. Although charged with excess charge, many positive ions and negative ions are mixed in the charged droplet. However, since ions are generated in a time period shorter than the recombination lifetime of positive and negative ions, recombination (neutralization reaction) of the generated ions is suppressed (prevented), and many ions are introduced from the vacuum acceleration chamber 41. The gas is supplied into the mass spectrometer 10 through the mouth 11a. This enables highly sensitive mass spectrometry.

また，巨大サイズのクラスタイオンに含まれた状態で試料がターゲットに衝突しているので，運動エネルギーのみが選択的に励起される。これによってタンパク質のような数万を超える分子量の分子であっても損傷を受けることなくイオン化される。すなわち，タンパク質を含む生体分子の質量分析（たとえば，オーソゴナル飛行時間型質量分析）が可能となる。   In addition, since the sample collides with the target in a state of being included in a large cluster ion, only the kinetic energy is selectively excited. As a result, even a molecule having a molecular weight exceeding tens of thousands such as a protein is ionized without being damaged. That is, mass spectrometry (for example, orthogonal time-of-flight mass spectrometry) of biomolecules including proteins becomes possible.

一例を挙げると，酢酸１Ｍ水溶液中に10-5ＭのクラミシジンＳを混ぜてエレクトロスプレーし，ステンレス基板（ターゲット）に衝突させたところ，図２に示すように，溶液中に混合したクラミシジンＳがきわめて高いＳ／Ｎ比で観測された。 For example, 10-5 M chlamicidin S was mixed in 1M acetic acid aqueous solution, electrosprayed and collided with a stainless steel substrate (target). As shown in FIG. It was observed at a very high S / N ratio.

上記実施例ではＮ2ガスによりネブライズしている。ネブライザガスにより帯電液滴を加熱または冷却することができる。しかしながら，ネブライザガス（アシストガス）も必ずしも用いる必要はない。ターゲット43表面に試料を保持しておき，これを試料を含まない揮発性の帯電液滴（クラスタイオン）により衝撃してもよい。 In the above embodiment, nebulization is performed with N 2 gas. The charged droplets can be heated or cooled by the nebulizer gas. However, nebulizer gas (assist gas) is not necessarily used. A sample may be held on the surface of the target 43 and may be bombarded with volatile charged droplets (cluster ions) that do not include the sample.

なるべく小さなサイズの帯電液滴を形成するのが好ましく，そのためにはナノエレクトロスプレー装置の使用が望ましい。ナノエレクトロスプレー装置は二重円筒形状のキャピラリーを用い，内側の円筒内に試料を混合した溶媒（液体）を入れ，外側の円筒からネブライザガスを噴霧して，帯電液滴を強制噴霧する。内側の円筒を金属製（ステンレス製）としてこれに高電圧を印加するか，または内側の円筒内に細い導電線（白金線）を円筒の後端から円筒の途中まで挿入し，導電線に高電圧を印加し，導電線と試料液体との接触により高電圧を円筒の先端部内試料液体まで印加する。これにより，小さく，また高度に帯電した微細な液滴が形成される。他のナノエレクトロスプレー装置では，シリコン基板にシリコン・プロセスにより形成された一または複数のキャピラリーを含む。このキャピラリーはシリコン基板と一体的に形成された極細の筒状体であり，基板にあけられた孔と連通し，基板の裏側から上記孔を通して試料液体がキャピラリーに導入される。シリコン基板に高電圧が印加される。シリコン基板はペルチェ素子等により温度調節が可能である。   It is preferable to form charged droplets as small as possible. For this purpose, it is desirable to use a nanoelectrospray apparatus. The nanoelectrospray device uses a double cylindrical capillary, puts a solvent (liquid) mixed with the sample in the inner cylinder, sprays the nebulizer gas from the outer cylinder, and forcibly sprays charged droplets. The inner cylinder is made of metal (stainless steel) and a high voltage is applied to it, or a thin conductive wire (platinum wire) is inserted into the inner cylinder from the rear end of the cylinder to the middle of the cylinder. A voltage is applied, and a high voltage is applied to the sample liquid in the tip of the cylinder by contact between the conductive wire and the sample liquid. As a result, small droplets that are small and highly charged are formed. Other nanoelectrospray devices include one or more capillaries formed by a silicon process on a silicon substrate. The capillary is an extremely thin cylindrical body formed integrally with the silicon substrate, communicates with a hole formed in the substrate, and a sample liquid is introduced into the capillary through the hole from the back side of the substrate. A high voltage is applied to the silicon substrate. The temperature of the silicon substrate can be adjusted by a Peltier element or the like.

イオン化装置の構成図である。It is a block diagram of an ionization apparatus. 質量スペクトルの一例を示す。An example of a mass spectrum is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 質量分析装置
11ａ イオン導入口
20 イオン化室
30 帯電液滴生成装置
31 帯電液滴生成室
32 エレクトロスプレー装置
33 金属細管
40 加速装置
41 真空加速室
43 ターゲット（基板）

10 Mass spectrometer
11a Ion inlet
20 Ionization room
30 Charged droplet generator
31 Charged droplet generation chamber
32 electrospray equipment
33 Metal tube
40 Accelerator
41 Vacuum acceleration chamber
43 Target (substrate)

Claims (3)

質量分析装置のイオン導入口の外側に設けられ，上記イオン導入口を通して質量分析装置の内部と連通し，内部に加速電極とターゲットが配置された真空加速室を有する加速装置，および
上記真空加速室の液滴導入口を通して上記真空加速室と連通する帯電液滴生成室を備え，この帯電液滴生成室内において，試料が混合された揮発性の液体の帯電液滴を，エレクトロスプレーにより大気中で生成する帯電液滴生成装置を備え，
上記帯電液滴生成装置によって生成された試料が混合された帯電液滴が上記帯電液滴生成室から上記液滴導入口を通して上記真空加速室に導かれ，高電圧が印加された上記加速電極によって加速されて上記ターゲットに衝突し，これによって脱離，イオン化された試料のイオンが上記イオン導入口を通して質量分析装置に導入されるようになされている，
衝突誘起によるイオン化装置。 An accelerator provided outside the ion inlet of the mass spectrometer, having an accelerating chamber in which the accelerating electrode and the target are disposed, and communicating with the inside of the mass spectrometer through the ion inlet; and the vacuum accelerating chamber A charged droplet generation chamber that communicates with the vacuum acceleration chamber through the droplet inlet, and in the charged droplet generation chamber, charged droplets of a volatile liquid mixed with the sample are electrosprayed in the atmosphere. Equipped with a charged droplet generator to generate,
Charged droplets mixed with the sample generated by the charged droplet generator are guided from the charged droplet generation chamber to the vacuum acceleration chamber through the droplet introduction port, and are accelerated by the acceleration electrode to which a high voltage is applied. The sample is accelerated and collides with the target, and desorbed and ionized sample ions are introduced into the mass spectrometer through the ion inlet.
Collision-induced ionization device. 上記帯電液滴生成装置は，試料が混合された帯電液滴を，その気化を促進または抑制するように加熱または冷却した状態で生成するものである，請求項１に記載のイオン化装置。 2. The ionization apparatus according to claim 1 , wherein the charged droplet generator generates a charged droplet mixed with a sample in a heated or cooled state so as to promote or suppress vaporization thereof. 上記帯電液滴生成装置は，試料が混合された帯電液滴をアシストガスにより噴霧するものである，請求項１または２に記載のイオン化装置。 The ionization apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the charged droplet generator sprays charged droplets mixed with a sample with an assist gas.
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