JP4882559B2

JP4882559B2 - 液体クロマトグラフ質量分析計

Info

Publication number: JP4882559B2
Application number: JP2006190567A
Authority: JP
Inventors: 智仁中野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008021455A

Description

本発明は、エレクトロスプレーイオン化方式による液体クロマトグラフ質量分析計に関する。

エレクトロスプレーイオン化法（以下、ＥＳＩと略称する）を利用して試料を大気圧下でイオン化して質量分析計に導くＥＳＩ質量分析計は、液体クロマトグラフ直結形質量分析計（以下、ＬＣ／ＭＳと略称する）に広く用いられており、従来の電子衝撃イオン化法（ＥＩ）を利用したガスクロマトグラフ直結形質量分析計に比べ、そのイオン化機構において衝撃の少ない穏やかなイオン化手段を用いているため、試料をイオン化する際分解することなく、特にペプチド等の測定において擬分子イオンや多価イオンが観察し易い特徴を有し、ＧＣ質量分析計では得られない多くの知見を有している。

ＥＳＩ質量分析計におけるＥＳＩプローブは液体クロマトグラフ（以下、ＬＣと略称する）から供給される液体試料を送液する送液流路系統と、送液された液体試料を霧化するためのネブライザーガス流路系統と、送液流路先端に設けられた液体試料を霧化するスプレー部とによって構成される。スプレー部には直流の高電圧が印加されているため、生成した試料の霧滴は効率よくイオン化される。図６にスプレー部の模式的構造を示す。

スプレー部３の先端は、図６に示すように細孔を有するノズルを形成しており、細孔の中心にはキャピラリ５が保持されている。スプレー部３はステンレスのような耐食性の高い金属で作られており、分析時には高電圧電源２５より３〜８ｋＶの高電圧が印加されている。キャピラリ５にはＬＣから送液された液体試料が供給され、キャピラリ５の周囲にはネブライザーガスが供給される。ネブライザーガスの流速を最適に調節すると、スプレー部３のノズル先端に生ずる負圧によって液体試料がキャピラリ５の先端から霧散する。

霧化された試料が質量分析計の試料導入孔に達するまでの間に、液滴中の移動相は蒸発を続け液滴はさらに微細になってゆく。高電圧で帯電した液滴の電荷密度は急激に上昇し、遂にはクーロン力の反発により破裂をし、更に小さな液滴となる。試料は移動相溶液の中で移動相よりプロトンを得てイオンの状態として存在している。したがって液滴が十分に小さくなり、移動相の表面張力より試料イオンと移動相のチャージによるクーロン反発が大きくなると、試料イオンは移動相より飛び出し試料分子イオンとなる。この分子イオンが質量分析計試料導入口に到達して、分析が行われる（特許文献１参照）。

ＬＣ／ＭＳ分析の感度および安定性を向上するためには、ＬＣから流出する試料のイオン化効率を高めることが必要であり、そのためにはスプレー部３で発生する試料の霧滴のサイズが十分小さく、また霧滴のサイズが揃っていることが重要である。スプレー部３で発生する霧滴の粒径を最小限に保ち、かつその粒径分布を狭い範囲に抑えるために、図６に示すスプレー部３の先端からキャピラリ５が突出する距離ｄを最適の値に調節する必要があり、実際の組立作業時に、目視によって、あるいは治具を用いて突出距離ｄの微調節が行われる。

従来のＥＳＩプローブの１例を図７に示す。図７において、マニホールド１は絶縁性、機械加工性が高く、耐薬品性に優れたＰＥＥＫなどを材料とした円筒形ブロックから作られており、その右端面上にはステンレスのような耐食性の材料で製作されたスプレー部３がパッキン４を挟んでネジ止めされている。マニホールド１の中心には、スプレー部３の中心の細孔と連通する第１の孔が貫通しており、その左端部では外周にオネジが施された突起部の中心を通っている。この貫通孔にはキャピラリ５がその外側を囲繞するライナー８と共に挿入されている。ライナー８の上にフェルール７を嵌めた後、カップリングジョイント６の一方の接続部をマニホールド１の突起部の廻りのオネジに締め込むと、フェルール７がカップリングジョイント６の孔のテーパー部に圧迫されて変形しライナー８を締め付けることによって、キャピラリ５は貫通孔の中心に保持される。カップリングジョイント６の他方の接続部にはフェルール７とＬＣから流出する試料を導く送液パイプ１０が挿入され、メールナット９によって締着されている。

マニホールド１の上方からには第２の孔が第１の細孔に直角に連結するように開設されており、この穴には、ネブライザーガスパイプ１１がフェルール７と共に接続され、メールナット９によって締結されている。

スプレー部３と同体に設けられた端子２がマニホールド１に開削された第３の孔に挿入されており、この第３の孔の反対方向から挿入された高電圧ケーブル１２がコネクタ１３を介して端子２に接続されている。この結線を通じてスプレー部３に高電圧が付加される。

上記の構造を持つＥＳＩプローブに液体試料とネブライザーガスの供給を開始すれば、ネブライザーガスはネブライザーガスパイプ１１を介してキャピラリ５の周囲を流れ、スプレー部３先端より噴出する。これによって液体試料は霧化されると共に、スプレー部３に印加された電圧によって効率よくイオン化されて、質量分析が遂行される。
特開平６−７６７８９号公報

しかしながら、上記の従来法に於けるＥＳＩプローブには、以下に述べるような問題点がある。

上述のように、スプレー部３先端からキャピラリ５が突出する距離（図６のｄ）が分析感度と安定性を高く保つために非常に重要であり、組立作業時に突出距離の微調節が行われてきた。しかし、上記の従来法におけるＥＳＩプローブでは、この微調節が非常に困難であるという問題があった。

従来のＥＳＩプローブの組立手順は、まずスプレー部３とマニホールド１を固定し、キャピラリ５とライナー８をマニホールド１に挿入し、突出距離ｄを目視あるいは治具によって最適値に合わせ、キャピラリ５をその位置に保ちながらカップリングジョイント６を締め込んで、フェルール７とカップリングジョイント６でキャピラリ５を固定する。この最後の段階で、フェルール７はカップリングジョイント６に圧迫されて変形するため、これによって往々にしてキャピラリ５の位置にずれが生じる。このことから、キャピラリ５の先端の突出距離を所定の値に正確に合わせることが容易ではない。また、一旦不適切な突出距離に調節されたキャピラリ５を再調節する場合には、カップリングジョイント６、フェルール７を取り外し、変形したフェルール７を新品に交換し、必要ならばライナー８、キャピラリ５も新品に交換して、再度上の手順を繰り返さなくてはならない。

本発明は、上記の問題を解決するために、キャピラリ先端のスプレー部先端からの突出距離を容易に最適な値に調節できるＥＳＩプローブを備えたＬＣ／ＭＳを実現するもので、試料送液パイプと試料噴霧用キャピラリとを連結・保持する１個のカップリングジョイントと、前記カップリングジョイントを前記キャピラリと一体に受容する貫通孔を有する１個のマニホールドと、前記マニホールドに連結され、前記貫通孔に連通する開孔を有する１個のスプレー部から構成されるエレクトロスプレーイオンプローブを備えたことを特徴とする。具体的には、カップリングジョイントの外周がオネジを形成しており、マニホールドの貫通孔内壁またはその延長上にはメネジが施されており、前記カップリングジョイントを前記メネジ内に螺入させ、相互の螺入距離を変化させることよってキャピラリ先端位置を調節可能としたことを特徴とする。

さらに、本発明が提示する変形例は、前記カップリングジョイントの外周にオネジが施されており、前記マニホールドには、前記オネジに螺合するメネジを備えた円環形回転体が円周方向には回転自在で、かつ軸方向には拘束されて保持されており、前記カップリングジョイントを前記円環形回転体のメネジに螺入し、前記円環形回転体を円周方向に回転して前記カップリングジョイントの螺合量を調節することにより、前記カップリングジョイントの位置を移動・調節できることを特徴とする。また、前記カップリングジョイントには前記マニホールドに対する相対的回転運動を阻止する回り止め機構が設けられていることを特徴とする。

キャピラリのスプレー部先端より突出する距離が容易に最適値に調節できるようになり、ＥＳＩプローブの組立作業時間が大幅に短縮される。また、調整部の固定（回り止め）はカップリングジョイントのみに対して行うため、部品点数の増加が抑えられる。

本発明の特徴は、キャピラリをライナーやフェルールと共にあらかじめカップリングジョイントに締着し、キャピラリとカップリングジョイントを一体としてマニホールドに前後方向に移動可能な状態で装着することを主眼点としており、これを実現するために
外周にオネジを施したカップリングジョイントを全ての実施例において使用することを構成上の特徴としている。

図１に本発明の第１の実施例を示す。

従来のＥＳＩプローブと同様に、マニホールド１は絶縁性、機械加工性が高く、耐薬品性に優れたＰＥＥＫなどを材料とした円筒形ブロックから作られており、その右端面上にはステンレスのような耐食性の材料で製作されたスプレー部３がパッキン４を挟んでネジ止めされている。スプレー部３と同体に設けられた端子２がマニホールド１に開削された孔に挿入されており、この孔の反対方向から挿入された高電圧ケーブル１２がコネクタ１３を介して端子２に接続されている。この接続を通じてスプレー部３に高電圧が付加される。

従来のＥＳＩプローブとは異なり、マニホールド１の左端に開口する円孔Ａが開設され、円孔Ａの底部に連接してスプレー部３の中心に達する細孔が開設されている。円孔Ａの側面には、メールナット９とフェルール７によって締着されたネブライザーガスパイプ１１からネブライザーガスが供給される導通孔が開設されている。また、円孔Ａの開口部近傍の部分には、内壁にメネジＢが設けられている。

カップリングジョイント６の右側接続部にはキャピラリ５がライナー８と共にフェルール７とメールナット９によって締着される。また、カップリングジョイント６の左側接続部には、ＬＣより流出する試料を送液する送液パイプ１０がフェルール７とメールナット９によって締着される。カップリングジョイント６の外周には、マニホールド１の円孔開口部に施されたメネジＢに螺合するオネジが備えられており、カップリングジョイント６を円孔Ａに回転螺入させることができる。

ＥＳＩプローブの組立には、最初にライナー８で被覆したキャピラリ５をカップリングジョイント６の右側接続部の挿入し、フェルール７とメールナット９によって堅く締設する。次に、キャピラリ５とカップリングジョイント６を円孔Ａに挿入し、キャピラリ５を円空底部の細孔中に挿入する。さらに、カップリングジョイント６外周のオネジとメネジＢを噛み合わせ、カップリングジョイント６を回転螺入して、キャピラリ５を右方に侵入させ、先端をスプレー部３先端から突出させる。目視、あるいは治具で確認しつつ、キャピラリ５先端の突出距離が所定の最適値に合致するまでカップリングジョイント６の回転を微調節する。この位置（角度）にカップリングジョイント６を保持し、カップリングジョイント６の外周のオネジに螺合した回り止めナット１４を回転させてマニホールド１の面に堅く締着する。最後に、送液パイプ１０をフェルール７およびメールナット９によってカップリングジョイント６の左側接続部に締着する。

上述の通り、本実施例によるＥＳＩプローブにおいては、カップリングジョイント６を回転させることによって容易にキャピラリ５先端の位置を調節でき、さらに、回り止めナット１４の働きで以後のカップリングジョイント６の弛みや不注意な接触による回転が阻止されて、キャピラリ５先端の位置に変動が生じない。カップリングジョイント６の外周の替りに、たとえばメールナット９の外周にオネジを設ける方法によっても、キャピラリ５の位置調節を容易にすることは可能であるが、この場合には、キャピラリ５の位置変動を阻止するためにマニホールド１とメールナット９の相互の回り止め機構と、メールナット９とカップリングジョイント６の相互の回り止め機構の２箇所の回り止め機構が必要となり、部品点数および操作性の点で本実施例に劣る。

図２に本発明に係る第２の実施例を示す。本実施例におけるマニホールド１には、円孔Ａが開設され、その底部よりスプレー部３に達する細孔が貫通している。円孔Ａの側壁には、メールナット９とフェルール７によって締着されたネブライザーガスパイプ１１からネブライザーガスを供給するための導入孔が開設されている。第１の実施例において施されていた円孔Ａ口部のメネジは、本実施例においては施されない。

貫通する円形の孔の内壁にメネジ加工を施されたナット１６が、マニホールド１の左側面に保持具１７によって保持されており、ナット１６の貫通孔の軸は、マニホールド１の円孔Ａの中心軸と一致する。また、ナット１６は、保持具１７によって軸を中心に回転自在に保持されているが、軸方向および軸に直角方向の動きは拘束されている。

カップリングジョイント６の右側接続部には、キャピラリ５がライナー８と共にフェルール７とメールナット９によって締着される。また、カップリングジョイント６の左側接続部には、ＬＣより流出する試料を送液する送液パイプ１０がフェルール７とメールナット９によって締着される。カップリングジョイント６の外周には、ナット１６の内面に施されたメネジに螺合するオネジが施されており、カップリングジョイント６をナット１６を介して円孔Ａに回転螺入させることができる。また、ネブライザーガスの漏洩を防止するために、Ｏリング１５がカップリングジョイント６の外周に削設された溝に保持されている。

実施例１の場合と同様にキャピラリ５をカップリングジョイント６に締着した後、キャピラリ５とメールナット９をナット１６の貫通孔を通して挿入し、カップリングジョイント６をナット１６に螺合させる。その後は、ナット１６を回転させれば、カップリングジョイント６は円孔Ａの内部に進行し、従ってキャピラリ５はスプレー部３の先端に達する。また、カップリングジョイント６側面にはピン１８が立っており、これをマニホールド１に設けられたピン溝１９に嵌め込むことによってカップリングジョイント６の回転は阻止される。目視、あるいは治具で確認しつつ、キャピラリ５先端の突出距離が所定の最適値合致するまでカップリングジョイント６の回転を微調節した後、送液パイプ１０をフェルール７およびメールナット９によってカップリングジョイント６の左側接続部に締着する。

本実施例では、カップリングジョイント６の回り止めが、第１の実施例よりさらに容易に確実に行われるため、ＬＣからの送液パイプ１０の接続や交換が容易で安全になり、さらに操作性が向上する。

第１実施例における回り止め機構の変形例を図３に示す。図３（ａ）はマニホールド１とカップリングジョイント６の間に図のようにＯリング２２を挟み、押さえ板２０をマニホールド１にネジ止めしてＯリング２２を圧迫・変形させ、その摩擦によってカップリングジョイント６の回転を阻止する。図３（ｂ）はＯリング２２の代わりにフェルール２３を用い、押さえ板２０によってフェルール２３を変形させ、その摩擦力でカップリングジョイント６の回転を阻止する。さらに確実な回り止めは、押さえ板２０に付設された押しネジ２１によってカップリングジョイント６を直接抑えることによっても可能である。

先に述べたように、第１実施例においてはカップリングジョイント６を回転してキャピラリ５の先端位置を調節する。この時カップリングジョイント６の左端部は、手で容易に回すことが可能な形状であることが望ましい。たとえば、図４（ａ）のようにスパナを用いて回転させるため２面を面取りする方法、あるいは図４（ｂ）のように手で回転させるためカップリングジョイント６左端にローレット加工を施す方法も可能である。

第２の実施例における変形例を図５に示す。図５（ｂ）は変形例の断面図を示しており、図５（ａ）は、図５（ｂ）で破線Ａ−Ａの位置から矢印の方向を見た図である。図２における保持具１７の替りにナット押さえ２４がナット１６の軸方向の移動を拘束する。ナット押さえ２４には、（ａ）に示すように矩形の窓があり、この窓に２面を面取りされたカップリングジョイント６の左端部がはまり込むことで、カップリングジョイント６の回転が確実に阻止される。

本発明に係るＥＳＩプローブの第１実施例を示す構成図である。本発明に係るＥＳＩプローブの第２の実施例を示す構成図である。第１の実施例の変形例を示す部分構成図である。第１の実施例の他の変形例を示す部分構成図である。第２の実施例の変形例を示す部分構成図である。ＥＳＩプローブのスプレー部の概念図である。従来技術によるＥＳＩプローブの１例の構成図である。

符号の説明

１マニホールド
２端子
３スプレー部
４パッキン
５キャピラリ
６カップリングジョイント
７、２３フェルール
８ライナー
９メールナット
１０送液パイプ
１１ネブライザーガスパイプ
１２高電圧ケーブル
１３コネクタ
１４回り止めナット
１５、２２Ｏリング
１６ナット
１７保持具
１８ピン
１９ピン溝
２０押さえ板
２１押しネジ
２４ナット押さえ
２５高電圧電源
Ａ円孔
Ｂメネジ

Claims

試料送液パイプと試料噴霧用キャピラリとを連結・保持する１個のカップリングジョイントと、前記カップリングジョイントを前記キャピラリと一体に受容する貫通孔を有する１個のマニホールドと、前記マニホールドに連結され、前記貫通孔に連通する開孔を有する１個のスプレー部から構成されるエレクトロスプレーイオンプローブを備え、前記カップリングジョイントの外周がオネジを形成しており、前記マニホールドの貫通孔内壁またはその延長上にはメネジが施されており、前記カップリングジョイントを前記メネジ内に螺入させ、相互の螺入距離を変化させることよって前記キャピラリ先端位置を調節可能とした液体クロマトグラフ質量分析計において、前記カップリングジョイントには前記マニホールドに対する相対的回転運動を阻止する回り止め機構が設けられていることを特徴とする液体クロマトグラフ質量分析計。