JP5873443B2 - 質量分析方法、イオン生成装置及び質量分析システム - Google Patents
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Description
本発明は、質量分析方法、イオン生成装置及び質量分析システムに関する。
大気圧イオン化法として、種々の方法が知られているが、近年、ＤＡＲＴ（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）が注目されている（特許文献１参照）。
ＤＡＲＴは、電子励起状態の原子又は分子を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを試料に付加してイオン化させる方法である。例えば、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を用いると、以下のようにして、試料Ｍをイオン化させることができる。
Ｈｅ（２３Ｓ）＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２Ｏ＋＊＋Ｈｅ（１１Ｓ）＋ｅ−
Ｈ２Ｏ＋＊＋Ｈ２Ｏ→Ｈ３Ｏ＋＋ＯＨ＊
Ｈ３Ｏ＋＋ｎＨ２Ｏ→［（Ｈ２Ｏ）ｎＨ］＋
［（Ｈ２Ｏ）ｎＨ］＋＋Ｍ→ＭＨ＋＋ｎＨ２Ｏ
しかしながら、高分子化合物を分析することが困難であるという問題がある。
Ｈ２Ｏ＋＊＋Ｈ２Ｏ→Ｈ３Ｏ＋＋ＯＨ＊
Ｈ３Ｏ＋＋ｎＨ２Ｏ→［（Ｈ２Ｏ）ｎＨ］＋
［（Ｈ２Ｏ）ｎＨ］＋＋Ｍ→ＭＨ＋＋ｎＨ２Ｏ
しかしながら、高分子化合物を分析することが困難であるという問題がある。
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、高分子化合物を分析することが可能な質量分析方法及び質量分析システム並びに該質量分析方法及び質量分析システムに用いるイオン生成装置を提供することを目的とする。
本発明の質量分析方法は、電圧印加手段を用いて抵抗発熱線に電圧を印加することにより、試料を加熱してガスを発生させ、ＤＡＲＴを用いて、該ガスから生成したイオンを質量分析計に導入して質量分析する。
本発明の質量分析方法は、電圧印加手段を用いて抵抗発熱線に電圧を印加することにより、試料を加熱すると共に、ＤＡＲＴを用いて、該試料から生成したイオンを質量分析計に導入して質量分析する。
本発明のイオン生成装置は、試料を加熱して発生したガスからイオンを生成させるイオン生成装置であって、電圧印加手段と抵抗発熱線を備え、該電圧印加手段を用いて該抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱してガスを発生させる加熱手段と、該ガスからイオンを生成させるＤＡＲＴイオン源を有する。
本発明のイオン生成装置は、試料を加熱してイオンを生成させるイオン生成装置であって、電圧印加手段と抵抗発熱線を備え、該電圧印加手段を用いて該抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱する加熱手段と、該試料からイオンを生成させるＤＡＲＴイオン源を有する。
本発明の質量分析システムは、本発明のイオン生成装置と、質量分析計を有する。
本発明によれば、高分子化合物を分析することが可能な質量分析方法及び質量分析システム並びに該質量分析方法及び質量分析システムに用いるイオン生成装置を提供することができる。
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、本発明の質量分析方法の一例を示す。なお、図１中、加熱装置１０のみを断面図として示す。
まず、ポット１１に試料Ｓを入れた後、ポット１１をポット保持部材１２に保持する。このとき、ポット保持部材１２は、抵抗発熱線１２ａが巻き付けられているため、電源（不図示）を用いて抵抗発熱線１２ａに電圧を印加することにより、ポット保持部材１２を加熱することができる。これにより、試料Ｓを加熱してガスを発生させることができる。また、ポット保持部材１２の周囲には、断熱部材１３が設置されている。
次に、ＤＡＲＴイオン源２０を用いて、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを、試料Ｓを加熱して発生したガスに照射して生成したイオンを、質量分析計３０のイオン導入管３１から導入して質量分析する。このとき、イオン導入管３１内は、コンプレッサー（不図示）により減圧されている。
これにより、試料Ｓが高分子化合物を含む場合に、高分子化合物が熱分解して発生したガスから生成したイオンが質量分析計３０に導入されるため、高分子化合物の構造を解析することができる。また、試料Ｓを加熱する温度を連続的又は段階的に変化させることにより、それぞれの温度で試料Ｓを加熱して発生したガスから生成したイオンを質量分析計２０に導入することができる。
試料Ｓを加熱するときのポット保持部材１２の温度は、通常、５０〜１２００℃であり、２００〜１０００℃が好ましい。ポット保持部材１２の温度が５０℃未満であると、高分子化合物を熱分解させることが困難になることがあり、１２００℃を超えると、抵抗発熱線１２ａが切断することがある。
ポット１１を構成する材料としては、耐熱性を有していれば、特に限定されないが、ガラス、石英等が挙げられる。
ポット保持部材１２を構成する材料としては、耐熱性を有していれば、特に限定されないが、セラミックス、耐熱ガラス、ステンレス鋼、ニオブ鋼、タンタル鋼等が挙げられる。
抵抗発熱線１２ａを構成する材料としては、特に限定されないが、鉄−クロム−アルミ系合金、ニッケル−クロム系合金等の金属発熱体；白金、モリブデン、タンタル、タングステン等の高融点金属発熱体；炭化ケイ素、モリブデン−シリサイト、カーボン等の非金属発熱体等が挙げられる。
断熱部材１３を構成する材料としては、耐熱性及び断熱性を有していれば、特に限定されないが、セラミックス、ガラス、ステンレス鋼、ニオブ鋼、タンタル鋼等が挙げられる。
試料Ｓとしては、ＤＡＲＴイオン源２０を用いてイオンを生成させることが可能であれば、特に限定されず、有機化合物、高分子化合物等が挙げられる。
なお、ポット保持部材１２に抵抗発熱線１２ａを巻き付ける代わりに、ポット１１に抵抗発熱線１１ａを巻き付けてもよい（図２参照）。なお、図２中、加熱装置１０'のみを断面図として示す。
また、ポット保持部材１２に抵抗発熱線１２ａを巻き付けずに、ポット１１の下方に熱源を設置してもよい。
熱源としては、特に限定されないが、セラミックヒーター、カートリッジヒーターがプレートに埋め込まれているホットプレート等が挙げられる。
プレートを構成する材料としては、熱伝導性が良好であれば、特に限定されないが、銅、アルミニウム等が挙げられる。
図３に、本発明の質量分析方法の他の例を示す。
まず、試料Ｓを抵抗発熱線支持部材４１により支持されている抵抗発熱線４１ａに付着させた後、電源（不図示）を用いて抵抗発熱線４１ａに電圧を印加することにより、試料Ｓを加熱してガスを発生させることができる。
次に、ＤＡＲＴイオン源２０を用いて、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを、試料Ｓを加熱して発生したガスに照射して生成したイオンを、質量分析計３０のイオン導入管３１から導入して質量分析する。このとき、イオン導入管３１内は、コンプレッサー（不図示）により減圧されている。
これにより、試料Ｓが高分子化合物を含む場合に、高分子化合物が熱分解して発生したガスから生成したイオンが質量分析計３０に導入されるため、高分子化合物の構造を解析することができる。また、試料Ｓを加熱する温度を連続的又は段階的に変化させることにより、それぞれの温度で試料Ｓを加熱して発生したガスから生成したイオンを質量分析計３０に導入することができる。
試料Ｓを加熱するときの抵抗発熱線４１ａの温度は、通常、５０〜１２００℃であり、２００〜１０００℃が好ましい。抵抗発熱線４１ａの温度が５０℃未満であると、高分子化合物を熱分解させることが困難になることがあり、１２００℃を超えると、抵抗発熱線４１ａが切断することがある。
抵抗発熱線支持部材４１としては、耐熱性及び絶縁性を有していれば、特に限定されないが、セラミックス、ガラス等が挙げられる。
抵抗発熱線４１ａを構成する材料としては、特に限定されないが、鉄−クロム−アルミ系合金、ニッケル−クロム系合金等の金属発熱体；白金、モリブデン、タンタル、タングステン等の高融点金属発熱体；炭化ケイ素、モリブデン−シリサイト、カーボン等の非金属発熱体等が挙げられる。
試料Ｓを加熱してガスを発生させる方法としては、抵抗発熱線に電流を流して試料Ｓを加熱してガスを発生させる方法に限定されず、セラミックファイバーヒーターを用いて試料Ｓを加熱してガスを発生させる方法、マイクロ波を試料Ｓに照射して加熱してガスを発生させる方法、熱風器を用いて試料Ｓを加熱してガスを発生させる方法等が挙げられる。
図４に、本発明の質量分析方法の他の例を示す。
試料Ｓを抵抗発熱線支持部材４１により支持されている抵抗発熱線４１ａに付着させた後、電源（不図示）を用いて抵抗発熱線４１ａに電圧を印加することにより、試料Ｓを加熱することができる。このようにして試料Ｓを加熱すると共に、ＤＡＲＴイオン源２０を用いて、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを試料Ｓに照射して生成したイオンを、質量分析計３０のイオン導入管３１から導入して質量分析する。このとき、イオン導入管３１内は、コンプレッサー（不図示）により減圧されている。
これにより、試料Ｓが高分子化合物を含む場合に、高分子化合物が熱分解して発生したガスから生成したイオンが質量分析計３０に導入されるため、高分子化合物の構造を解析することができる。
試料Ｓを加熱するときの抵抗発熱線４１ａの温度は、通常、５０〜１２００℃であり、２００〜１０００℃が好ましい。抵抗発熱線４１ａの温度が５０℃未満であると、高分子化合物を熱分解させることが困難になることがあり、１２００℃を超えると、抵抗発熱線４１ａが切断することがある。
試料Ｓを加熱する方法としては、抵抗発熱線に電流を流して試料Ｓを加熱する方法に限定されず、セラミックファイバーヒーターを用いて試料Ｓを加熱する方法、マイクロ波を試料Ｓに照射して加熱する方法、熱風器を用いて試料Ｓを加熱する方法等が挙げられる。
なお、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）の代わりに、準安定励起状態のネオン、準安定励起状態のアルゴン、準安定励起状態の窒素等を用いてもよい。
［実施例１］
試料Ｓとして、直鎖状低密度ポリエチレンを耐熱ガラス製のポット１１に入れた後、ポット１１をポット保持部材１２に保持した。
試料Ｓとして、直鎖状低密度ポリエチレンを耐熱ガラス製のポット１１に入れた後、ポット１１をポット保持部材１２に保持した。
次に、図１の質量分析方法を用いて、直鎖状低密度ポリエチレンを加熱して発生したガスから生成したイオンを質量分析した。具体的には、まず、ＤＡＲＴイオン源２０を用いて、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを、直鎖状低密度ポリエチレンを加熱して発生したガスに照射して生成したイオンを、質量分析計３０に導入して質量分析した。このとき、抵抗発熱線１２ａに４．５Ａの電流を流すことにより、ポット保持部材１２を５７０℃に加熱した。
なお、ＤＡＲＴイオン源２０として、ＤＡＲＴ ＳＶＰ（イオンセンス社製）を用い、ガスヒーターの温度を３００℃とした。また、質量分析計３０として、ＭｉｃｒＯＴＯＦＱＩＩ（ブルカー ダルトニクス社製）を用い、測定モードをｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｏｎ ｍｏｄｅとした。さらに、セラミックス製のポット保持部材１２を用い、抵抗発熱線１２ａとして、直径が０．３２ｍｍのニクロム線を用い、セラミックス製の断熱部材１３を用いた。
図５に、直鎖状低密度ポリエチレンのマススペクトルを示す。図５から、ｍ／ｚの差が１４である直鎖状低密度ポリエチレンの熱分解生成物のパターンが見られた。このことから、直鎖状低密度ポリエチレンの構造を解析できることがわかる。
［実施例２］
試料Ｓとして、ポリプロピレンを用いた以外は、実施例１と同様にして、質量分析した。
試料Ｓとして、ポリプロピレンを用いた以外は、実施例１と同様にして、質量分析した。
図６に、ポリプロピレンのマススペクトルを示す。図６から、ｍ／ｚの差が４２であるポリプロピレンの熱分解生成物のパターンが見られた。このことから、ポリプロピレンの構造を解析できることがわかる。
［実施例３］
平均分子量が１０００のポリエチレングリコールの１ｍｇ／ｍＬメタノール溶液に抵抗発熱線４１ａを浸し、試料Ｓとして、ポリエチレングリコールを抵抗発熱線４１ａに付着させた。
平均分子量が１０００のポリエチレングリコールの１ｍｇ／ｍＬメタノール溶液に抵抗発熱線４１ａを浸し、試料Ｓとして、ポリエチレングリコールを抵抗発熱線４１ａに付着させた。
次に、図３の質量分析方法を用いて、ポリエチレングリコールを加熱して発生したガスから生成したイオンを質量分析した。具体的には、まず、ＤＡＲＴイオン源２０を用いて、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを、ポリエチレングリコールを加熱して発生したガスに照射して生成したイオンを、質量分析計３０に導入して質量分析した。このとき、抵抗発熱線４１ａに４．５Ａの電流を流すことにより、ポリエチレングリコール抵抗発熱線４１ａを７００℃に加熱した。
なお、ＤＡＲＴイオン源２０として、ＤＡＲＴ ＳＶＰ（イオンセンス社製）を用い、ガスヒーターの温度を２００℃とした。また、質量分析計３０として、ＭｉｃｒＯＴＯＦＱＩＩ（ブルカー ダルトニクス社製）を用い、測定モードをｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｏｎ ｍｏｄｅとした。さらに、セラミックス製の抵抗発熱線支持部材４１を用い、抵抗発熱線４１ａとして、直径が０．３２ｍｍのニクロム線を用いた。
図７に、ポリエチレングリコールのマススペクトルを示す。図７から、加熱により気化したポリエチレングリコール及びポリエチレングリコールの熱分解生成物のパターンが見られた。このことから、ポリエチレングリコールの構造を解析できることがわかる。
［実施例４］
平均分子量が１０００のポリエチレングリコールの１ｍｇ／ｍＬメタノール溶液に抵抗発熱線４１ａを浸し、試料Ｓとして、ポリエチレングリコールを抵抗発熱線４１ａに付着させた。
平均分子量が１０００のポリエチレングリコールの１ｍｇ／ｍＬメタノール溶液に抵抗発熱線４１ａを浸し、試料Ｓとして、ポリエチレングリコールを抵抗発熱線４１ａに付着させた。
次に、図４の質量分析方法を用いて、ポリエチレングリコールを加熱して発生したガスから生成したイオンを質量分析した。具体的には、まず、ポリエチレングリコールを加熱すると共に、ＤＡＲＴイオン源２０を用いて、準安定励起状態のヘリウムＨｅ（２３Ｓ）を大気中の水に衝突させてペニングイオン化させて生成したプロトンを、ポリエチレングリコールに照射して生成したイオンを、質量分析計３０に導入して質量分析した。このとき、抵抗発熱線４１ａに４．５Ａの電流を流すことにより、抵抗発熱線４１ａを７００℃に加熱した。
なお、ＤＡＲＴイオン源２０として、ＤＡＲＴ ＳＶＰ（イオンセンス社製）を用い、ガスヒーターの温度を２００℃とした。また、質量分析計３０として、ＭｉｃｒＯＴＯＦＱＩＩ（ブルカー ダルトニクス社製）を用い、測定モードをｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｏｎ ｍｏｄｅとした。さらに、セラミックス製の抵抗発熱線支持部材４１を用い、抵抗発熱線４１ａとして、直径が０．２６ｍｍのニクロム線を用いた。
図８に、ポリエチレングリコールのマススペクトルを示す。図８から、加熱により気化したポリエチレングリコール及びポリエチレングリコールの熱分解生成物のパターンが見られた。このことから、ポリエチレングリコールの構造を解析できることがわかる。
本国際出願は、２０１０年１２月２７日に出願された日本国特許出願２０１０−２９０７４４に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１０−２９０７４４の全内容を本国際出願に援用する。
１０、１０' 加熱装置
１１ ポット
１１ａ 抵抗発熱線
１２ ポット保持部材
１２ａ 抵抗発熱線
１３ 断熱部材
２０ ＤＡＲＴイオン源
３０ 質量分析計
３１ イオン導入管
４１ 抵抗発熱線支持部材
４１ａ 抵抗発熱線
Ｓ 試料
１１ ポット
１１ａ 抵抗発熱線
１２ ポット保持部材
１２ａ 抵抗発熱線
１３ 断熱部材
２０ ＤＡＲＴイオン源
３０ 質量分析計
３１ イオン導入管
４１ 抵抗発熱線支持部材
４１ａ 抵抗発熱線
Ｓ 試料
Claims (11)
- 電圧印加手段を用いて抵抗発熱線に電圧を印加することにより、試料を加熱してガスを発生させ、ＤＡＲＴを用いて、該ガスから生成したイオンを質量分析計に導入して質量分析することを特徴とする質量分析方法。
- 前記試料を前記抵抗発熱線が巻き付けられているポットに入れ、
前記電圧印加手段を用いて前記抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱することを特徴とする請求項１に記載の質量分析方法。 - 前記試料を前記抵抗発熱線に付着させ、
前記電圧印加手段を用いて前記抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱することを特徴とする請求項１に記載の質量分析方法。 - 電圧印加手段を用いて抵抗発熱線に電圧を印加することにより、試料を加熱すると共に、ＤＡＲＴを用いて、該試料から生成したイオンを質量分析計に導入して質量分析することを特徴とする質量分析方法。
- 前記試料を前記抵抗発熱線に付着させ、
前記電圧印加手段を用いて前記抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱することを特徴とする請求項４に記載の質量分析方法。 - 試料を加熱して発生したガスからイオンを生成させるイオン生成装置であって、
電圧印加手段と抵抗発熱線を備え、該電圧印加手段を用いて該抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱してガスを発生させる加熱手段と、
該ガスからイオンを生成させるＤＡＲＴイオン源と、を有することを特徴とするイオン生成装置。 - 前記加熱手段は、前記試料を入れるポットを有し、
前記ポットは、前記電圧印加手段から前記電圧が印加される前記抵抗発熱線が巻き付けられていることを特徴とする請求項６に記載のイオン生成装置。 - 前記加熱手段において、前記電圧印加手段から前記電圧が印加される前記抵抗発熱線に、前記試料を付着させることを特徴とする請求項６に記載のイオン生成装置。
- 試料を加熱してイオンを生成させるイオン生成装置であって、
電圧印加手段と抵抗発熱線を備え、該電圧印加手段を用いて該抵抗発熱線に電圧を印加することにより、前記試料を加熱する加熱手段と、
該試料からイオンを生成させるＤＡＲＴイオン源と、を有することを特徴とするイオン生成装置。 - 前記加熱手段において、前記電圧印加手段から前記電圧が印加される前記抵抗発熱線に、前記試料を付着させることを特徴とする請求項９に記載のイオン生成装置。
- 請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のイオン生成装置と、質量分析計を有することを特徴とする質量分析システム。
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