JP6607770B2 - イオン化方法、イオン化装置及び質量分析計 - Google Patents

Description

本発明は、イオン化方法、イオン化装置及び質量分析計に関し、より具体的には、試料の極性に関わらず、試料に含まれる種々の分子を効率的にイオン化する方法及び装置に関する。

従来、質量分析における大気圧イオン化（ＡＰＩ）法として、例えば、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法等が用いられている。

このうち、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法は高極性分子、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）は中極性分子、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法は低極性分子にそれぞれ適用可能である等、イオン化の手法毎に適用可能な試料が制限される。

このように、分子の極性によるイオン化手法の制限から、化学構造が全く予測できない分子を含む試料や、極性が異なる複数の分子の混合試料をイオン化するために、複数の大気圧イオン化（ＡＰＩ）法を逐次的に組み合わせる方法が提案されている。例えば、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法又は大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法と、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法とを組み合わせて用いる多モードイオン化技術により、低極性から高極性まで幅広い極性を有する試料分子のイオン化が可能となることが報告されている（例えば、特許文献１参照）。

このような手法において、低極性分子のイオン化をするために、真空紫外（ＶＵＶ）ランプを利用した大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法を用いる。ここで、このＶＵＶランプは、その構造からフッ化リチウムやフッ化マグネシウム等の結晶を通じてＶＵＶを試料に照射するものであるが、これらの結晶は１１５〜１２０ｎｍよりも小さな波長を有する光を吸収する。そのため、ＶＵＶランプにより照射可能な光の波長は、その下限が１１５〜１２０ｎｍのものに制限される。また、試料を乾燥させるためのネブライザーガスとして、一般的に窒素が使われているが、窒素は１２０ｎｍ付近に吸収帯を有するため、このような波長において試料の感度が低下する。したがって、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法を用いる場合、１２０ｎｍ程度又はそれよりも大きな波長の光が有するエネルギーよりも大きなイオン化エネルギーを有する分子を直接イオン化することが不可能である。

そこで、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法において、より大きいイオン化エネルギーを有する分子をイオン化するために、有機溶媒等をドーパントとして試料に添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、ドーパントの選択は分析対象となる試料によって最適な選択が必要であり、未知試料の場合は対応する適切なドーパントを選択することが困難である。仮に試料に対して不適切なドーパントを選択することによって効果を得られないばかりか、ドーパントと分析対象物質とが二次的な反応を起こすことによって分析対象物質そのものが変化するため、本来の試料を正確に質量分析できないことがある。

一方で、軟Ｘ線を試料に照射することで、試料をイオン化する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。軟Ｘ線は、ＶＵＶに比べエネルギーが高いため、よりエネルギーを必要とする分子もイオン化できる点で、有利である。しかしながら、軟Ｘ線は、大気下で空気中の窒素や酸素等、気体分子に吸収されるため、軟Ｘ線照射によるイオン化の効率は著しく低い。そのため、軟Ｘ線照射により得られたイオンを質量分析に用いる場合、質量分析を行うのに充分なイオンが供給できず、質量分析の感度が低下する。

特開２０１１−８２１８１号公報 特表２００３−５１５１０５号公報 特開２００８−７７９８１号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、試料の極性に関わらず、試料に含まれる種々の分子を効率的にイオン化する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法等において、噴霧された試料に対し、軟Ｘ線を照射することで、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明の第１の発明は、質量分析に用いるイオン化方法であって、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の圧力条件下で、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）及び大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）からなる群から選択される１種以上のイオン化法により荷電した試料を噴霧し、次いで、噴霧された前記試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射し、イオン化された試料を得る、イオン化方法である。

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記試料は、噴霧口から噴霧され、
前記軟Ｘ線は、前記噴霧口近傍に照射される、イオン化方法である。

（３）本発明の第３の発明は、第２の発明において、前記軟Ｘ線は、出力窓から照射され、前記噴霧口は、前記出力窓との間の距離が１０．０ｃｍ以下となるように配置される、イオン化方法である。

（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記イオン化法は、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）を含む、イオン化方法である。

（５）本発明の第５の発明は、第４の発明において、前記エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）における印加電圧は、１５００Ｖ以上２４００Ｖ以下である、イオン化方法である。

（６）本発明の第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記軟Ｘ線の照射が、空気の雰囲気下で行われる、イオン化方法である。

（７）本発明の第７の発明は、第６の発明において、前記軟Ｘ線の照射が、大気圧下で行われる、イオン化方法である。

（８）本発明の第８の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記軟Ｘ線の照射が、不活性ガスの雰囲気下で行われる、イオン化方法である。

（９）本発明の第９の発明は、第１乃至第８のいずれかの発明において、ドーナツ型電極を用いて、前記イオン化された試料を質量分析計のイオン導入口に誘導する、イオン化方法である。

（１０）本発明の第１０の発明は、第１乃至第９のいずれかの発明において、前記イオン化法及び／若しくは前記軟Ｘ線の照射の開始並びに／又は停止を制御する工程をさらに含む、イオン化方法である。

（１１）本発明の第１１の発明は、第１乃至第１０のいずれかの発明において、前記イオン化法及び／又は前記軟Ｘ線の照射は、イオン化室でなされ、前記イオン化室内の部位に、０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長の軟Ｘ線を照射する工程をさらに含む、イオン化方法である。

（１２）本発明の第１２の発明は、質量分析に用いるイオン化装置であって、内部の圧力が、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である、イオン化室と、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）及び大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）からなる群から選択される１種以上のイオン化法により荷電した試料をイオン化室に噴霧する、試料噴霧部と、前記イオン化室内で、噴霧された前記試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射してイオン化された試料を得る、軟Ｘ線照射部と、を備えるイオン化装置である。

（１３）本発明の第１３の発明は、第１２の発明において、前記試料は、試料噴射部が備える噴霧口から噴霧され、前記軟Ｘ線照射部は、Ｘ線を照射する出力窓を有し、前記出力窓が、前記噴霧口近傍に向けられている、イオン化装置である。

（１４）本発明の第１４の発明は、内部の圧力が、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である、イオン化室と、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）及び大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）からなる群から選択される１種以上のイオン化法により荷電した試料をイオン化室に噴霧する、試料噴霧部と、前記イオン化室内で、噴霧された前記試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射してイオン化された試料を得る、軟Ｘ線照射部と、前記イオン化された試料の質量を分析する、質量分析部と、を備える質量分析計である。

通常、ＬＣ／ＭＳ測定時に多用されるＥＳＩ法を用いることで、低極性分子をイオン化することは一般的に困難である。このような分子は、ドーパント（イオン化促進剤）を添加し、ＡＰＣＩやＡＰＰＩ法等を用いてイオン化するものであるが、本発明によれば、ＥＳＩ法と軟Ｘ線照射とを併用することによって、ＥＳＩ法単独でイオン化が困難な低極性分子だけでなく、極性分子まで、種々の極性を有する分子を含む試料をイオン化することができる。例えば、本発明によれば、低極性分子であり、通常のＥＳＩ法を用いてイオン化することはできないベンズアルデヒド（Ｍ_ｗ：１０６．１２）等を、ドーパントを用いずにイオン化することができる。

ＥＳＩイオン源と軟Ｘ線照射を併用するイオン化装置の構造を示す図である。 Ｎａｎｏ ＥＳＩイオン源と軟Ｘ線照射を併用するイオン化装置の構造を示す図である。 Ｘ線出力窓とキャピラリー先端との間の距離と、イオン化強度との関係を示す図である。 実施例１における試料のマススペクトル測定結果を示す図である。 実施例２における試料のマススペクトル測定結果を示す図である。 実施例３における試料のマススペクトル測定結果を示す図である。 実施例４における試料のマススペクトル測定結果を示す図である。 比較例１における試料のマススペクトル測定結果を示す図である。 比較例２における試料のマススペクトル測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、「本実施の形態」という）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更を加えて実施することができる。

なお、本明細書において、「極性」とは、分子内での正負の電荷の偏りの大きさをいう。また、「極性分子」とは、分子内での正負の偏りの大きな分子をいう。一方で、「低極性分子」とは、分子内での正負の偏りの小さな分子をいう。ここで、低極性分子の具体例としては、ヘキサン、ベンゼン類、アルキルベンゼン類、四塩化炭素、クロロホルム、二硫化炭素、シクロヘキサン、ジエチルエーテル、等の溶媒又は二酸化炭素、メタン、窒素等が挙げられる。
≪１．イオン化方法≫
本実施の形態に係るイオン化方法は、質量分析（Ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）に用いるものであり、当該質量分析の対象である試料を、イオン化法により荷電させた後、特定の圧力に制御された空間内にその試料を噴霧する、イオン化処理工程と、特定の圧力に制御された空間内で、イオン化処理工程で噴霧した試料に軟Ｘ線を照射し、試料分子イオンを得る、軟Ｘ線照射工程とを含む。

＜１−１．イオン化処理工程＞
イオン化処理工程は、試料にイオン化のための前処理を施した後、その試料を噴霧する工程である。本工程により、試料の荷電エアロゾルを発生させることができる。

イオン化処理工程としては、大気圧付近、具体的には、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の圧力条件下でなされるものであれば、特に制限されるものではない。例えば、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）、大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）等を用いることができる。このような手法から選択される１種を単独で用いることも、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

ここで、本明細書において、「前処理」とは、試料を噴霧する前に施すイオン化のための処理をいう。例えば、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法においては、電圧の印加処理、大気圧化学イオン化においては、加熱処理をいう。

エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法を用いる場合の印加電圧としては、特に制限されるものではなく、好ましくは１５００Ｖ以上、より好ましくは１６００Ｖ以上、さらに好ましくは１７００Ｖ以上とする。印加電圧が１５００Ｖ未満であると、イオンの発生が不安定となるおそれがある。一方、印加電圧の上限としては、好ましくは２４００Ｖ以下、より好ましくは２３００Ｖ以下、さらに好ましくは２２００Ｖ以下とする。印加電圧が２２００Ｖを超えると、コロナ放電が発生し、軟Ｘ線によるイオン化についての相乗効果が得られなくなるおそれがある。

噴霧方法としては、特に制限されるものではなく、上述のイオン化処理において採用される通常の方法を用いることができる。例えば、イオン化処理として、エレクトロスプレーイオン化処理を施す場合には、ＥＳＩスプレイヤーの金属キャピラリー先端の噴霧口から噴霧することができる。

スプレイヤーとしては、特に制限されるものではない。スプレイヤーの形状としては、例えば、中空状のスプレイヤーを用いることができる。

試料が噴霧される空間としては、特に制限されるものではなく、例えば、イオン化室としてチャンバー等を設け、閉じた空間とすることができる。また、後述の軟Ｘ線照射工程を行う空間と同一の空間に試料を噴霧することも、それらの空間と異なる空間に試料を噴霧することもできる。空間の移動等による生成イオンの損失を防ぐ観点から、軟Ｘ線照射工程を行う空間と同一の空間に噴霧することが好ましい。

＜１−２．軟Ｘ線照射工程＞
軟Ｘ線照射工程は、噴霧した試料に、０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射し、試料分子イオンを得る工程である。試料にイオン化の前処理を施し、荷電エアロゾルを生成させた後、さらにこの荷電エアロゾルに軟Ｘ線照射の処理を施すことで、試料の極性に関わらず、試料を効率良くイオン化することができる。

試料に照射する軟Ｘ線の波長としては、０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下のものを用いる。このような範囲の波長を有する軟Ｘ線を照射することで、大気圧イオン化方法との相乗効果が得られる。なお、このような軟Ｘ線は、０．１ｋｅＶ以上１０ｋｅＶ以下のエネルギーを有する。

軟Ｘ線の発生装置としては、特に制限されるものではなく、例えば、電子線、冷陰極線、電解電子放出現象等を利用したＸ線管球を用いたＸ線発生器、シンクロトロン放射光、Ｘ線レーザー光等を用いることができる。また、イオン源内部にレーザー光を導入し、金属表面等に照射してＸ線を直接発生させることもできる。

軟Ｘ線の照射箇所としては、特に制限されるものではないが、試料を噴霧する噴霧口近傍であることが好ましい。具体的には、噴霧口の半径２ｃｍ以内であることが好ましく、半径２ｃｍ以内であることがより好ましい。

試料を噴霧するための噴霧口と、軟Ｘ線を照射するための出力窓との間の距離としては、特に制限されるものではないが、好ましくは１０．０ｃｍ以下、より好ましくは９．０ｃｍ以下、さらに好ましくは８．０ｃｍ以下、特に好ましくは７．０ｃｍ以下となるように軟Ｘ線を照射する。

軟Ｘ線照射処理を施す圧力条件としては、１ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下とする。圧力条件の下限値としては、好ましくは１０ｋＰａ以上、より好ましくは２０ｋＰａ以上、さらに好ましくは５０ｋＰａとする。また、圧力条件の上限値としては、好ましくは２５０ｋＰａ以下、より好ましくは２００ｋＰａ以下、さらに好ましくは１５０ｋＰａ以下とする。上述したイオン化法は通常大気圧下付近で動作するものであり、圧力がこのような範囲内にないと、イオン化が適当になされないおそれがある。

軟Ｘ線照射処理を施す空間（以下、「イオン化室」ともいう）の雰囲気としては、特に制限されるものではなく、空気又は窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気で軟Ｘ線を照射することができる。イオン化の前処理を試料に施し、予め荷電したエアロゾルの状態とすることで、試料のイオン化に要するエネルギーが低下するため、軟Ｘ線が空気や不活性ガス中の気体分子に吸収され、エネルギーが低下しても、試料のイオン化に充分なエネルギーを供給できる。

＜１−３．イオン誘導工程＞
必須の態様ではないが、本実施の形態に係るイオン化方法は、例えば、試料分子イオンを、ドーナツ型電極等のイオン誘導装置を用いて当該イオン誘導装置近傍へ誘導する、イオン誘導工程を含むことが好ましい。このように、試料分子イオンをイオン誘導装置近傍へ誘導し、さらに質量分析のための装置へ効率的に誘導することで、試料分子イオンの損失を抑え、試料分子イオンを感度良く分析することができる。また、ドーナツ電極の正負の電圧を切り替えることによって正負それぞれの試料分子イオンを選択的に質量分析装置へ導くことができる。

＜１−４．洗浄工程＞
必須の態様ではないが、本実施の形態に係るイオン化方法は、イオン化処理工程及び／又は軟Ｘ線照射工程がなされるイオン化室のうち、試料等の付着による汚れが生じた部分に特定の波長の軟Ｘ線を照射し、当該汚れを除去する洗浄工程を含むことが好ましい。イオン化法は、試料分子を破壊するものであり、使用に伴い、当該試料分子や破壊された分子によりイオン化室内に汚染が生じ得る。

そして、試料を噴霧するための噴霧口や、軟Ｘ線照射工程で得られたイオンを輸送するためのイオン導入口に、汚れが付着すると、分析すべき試料が汚染され、正確で且つ安定した分析がされなくなるおそれがある。また、大気圧光イオン化法（ＡＰＰＩ）等のＶＵＶランプを用いる試料のイオン化の手法においては、ＶＵＶランプ中の結晶の表面に汚れが付着すると、当該結晶を透過するＶＵＶが汚れに吸収され、安定した測定が困難となるおそれもある。しかしながら、イオン化のための装置を分解し洗浄することは容易でない。そこで、汚染に軟Ｘ線を照射し分子をイオン化する洗浄工程を設けることで、装置の分解等を要さず、簡易に汚染を除去することができる。

洗浄工程においては、０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長の軟Ｘ線を照射する。このような波長の軟Ｘ線を照射することで、イオン化室内に発生した汚れを除去し、正確で且つ安定的な分析を行うことができる。

＜１−５．イオン化処理制御工程、イオン化処理出力制御工程＞
必須の態様ではないが、本実施の形態に係るイオン化方法は、イオン化処理工程及び／又は軟Ｘ線照射工程の開始及び／又は停止を制御する、イオン化処理制御工程を含むことが好ましい。
また、必須の態様イオン化処理工程及び／又は軟Ｘ線照射工程における、イオン化のための前処理等の出力を制御する、イオン化処理出力制御工程を含むことが好ましい。

制御する出力としては、特に制限されるものではないが、具体的には、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法における印加電圧や、大気圧化学イオン化における加熱温度、軟Ｘ線の波長等が挙げられる。

制御の手段としては、特に制限されるものではなく、ハードウェア又はソフトウェアいずれを用いても、制御することができる。

≪２．イオン化装置≫
本実施の形態に係るイオン化装置は、質量分析（Ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）に用いるものであり、内部の圧力が、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である、イオン化室と、試料にイオン化のための前処理を施す、イオン化処理部と、試料をイオン化室に噴霧する、試料噴霧部と、試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射する、軟Ｘ線照射部とを備える。

また、本実施の形態に係るイオン化装置は、ドーナツ型電極等の当該装置近傍へ誘導するイオン誘導部、試料等の付着による汚れが生じた部分に特定の波長の軟Ｘ線を照射する洗浄部、イオン化処理部及び／又は軟Ｘ線照射部の動作を制御するイオン化処理制御部やイオン化処理出力制御部を備えることが好ましい。

≪３．質量分析計≫
本実施の形態に係る質量分析計は、内部の圧力が、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である、イオン化室と、試料にイオン化のための前処理を施す、イオン化処理部と、試料をイオン化室に噴霧する、試料噴霧部と、試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射する、軟Ｘ線照射部と、質量分析部とを備える。

また、本実施の形態に係る質量分析計は、ドーナツ型電極等の当該装置近傍へ誘導するイオン誘導部、試料等の付着による汚れが生じた部分に特定の波長の軟Ｘ線を照射する洗浄部、イオン化処理部及び／又は軟Ｘ線照射部の動作を制御するイオン化処理制御部やイオン化処理出力制御部を備えることが好ましい。

＜３−１．質量分析部＞
質量分析部としては、特に制限されるものではなく、具体的には、磁場型、四重極型、イオントラップ型、飛行時間型、イオンサイクロトロン型等の一般的なイオン分離装置を用いることができる。

＜３−２．その他の構成＞
本実施の形態に係るイオン化装置は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）と接続し、ＬＣ／ＭＳ等として用いることができる。また、ＨＰＬＣ以外にも、例えば、キャピラリー電気泳動（ＣＺＥ）、薄層クロマトグラフ（ＴＬＣ）等を接続することができる。このように、任意のクロマトグラフィーを用いて、試料のＭＳスペクトル情報を同時に得ることができる。

≪４．本実施の形態に係る質量分析計の構成の具体例≫
以下では、本実施の形態に係る質量分析計の構成の一例として、イオン化処理部としてＥＳＩイオン源を用いた質量分析計について、図１を用いて具体的に説明する。

本発明の第１の態様に係る質量分析計は、イオン化室１１と、ＥＳＩスプレイヤー１２と、軟Ｘ線発生装置１３と、ドーナツ型電極１４と、イオン導入口１５と、質量分析装置１６とから構成される。

ここで、大気圧下のイオン化室１１の中に設けられたＥＳＩスプレイヤー１２の金属キャピラリー先端の噴霧口の向きと直角になるように、軟Ｘ線発生装置１３の出力窓が設定される。また、ドーナツ型電極１４及びイオン導入口１５方向へ軟Ｘ線が照射されるように軟Ｘ線発生装置１３を配置する。イオン導入口１５を隔てて、イオン化室１１及び質量分析装置１６が接続される。ここで、軟Ｘ線発生装置１３の出力窓は、ＥＳＩスプレイヤー１２の金属キャピラリー先端との距離を１０ｃｍ以下の距離を隔てて配置することによって安定的なイオンの発生が可能となる。

外部の高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ：Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）からの試料溶液が送液用の配管を介して導入され、５００〜２０００Ｖ程度の電圧が印加されたＥＳＩスプレイヤー１２の金属キャピラリー先端から、イオン化室内に噴霧される。同時に、軟Ｘ線発生装置１３から軟Ｘ線が、噴霧された帯電液滴に対し照射される。軟Ｘ線の持つエネルギーが、試料分子のイオン化エネルギーを上回った際に、試料分子はイオン化される。このようにしてイオンとなった試料分子は、ドーナツ型電極１４に誘導され、イオン導入口１５から質量分析装置１６の内部に導入される。このようにして、取り込まれたイオンは質量分析計によって質量分離された後、そのＭＳスペクトル情報が測定される。

また、例えば、図２に示すように、イオン化処理部として、Ｎａｎｏ ＥＳＩイオン源を用いることができる。

本発明の第２の態様に係る質量分析計は、イオン化室２１と、Ｎａｎｏ ＥＳＩスプレイヤー２２と、軟Ｘ線発生装置２３と、イオン導入口２４と、質量分析装置２５とから構成される。

ここで、大気圧下のイオン化室２１の中に設けられたＮａｎｏ ＥＳＩスプレイヤー２２の金属キャピラリー先端の噴霧口が、イオン導入口２５に方向を向くように、Ｎａｎｏ ＥＳＩスプレイヤー２２が配置する。一方、このＮａｎｏ ＥＳＩスプレイヤー２２の向きと直角になるように、軟Ｘ線発生装置２３の照射窓が設定される。また、イオン導入口１５を隔てて、イオン化室１１及び質量分析装置１６が接続される。

以上では、イオン化処理部としての一種のイオン源に対して、軟Ｘ線照射を併用する例を示したが、例えば、ＥＳＩ法／ＡＰＣＩ法／ＡＰＰＩ法等の複数のイオン源を組み合わせたイオン源に対して、軟Ｘ線照射を併用することもできる。

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

＜Ｘ線出力窓とキャピラリー先端との間の距離の検討＞
まず、Ｘ線出力窓とキャピラリー先端間の距離と、イオン化強度との関係を検討した。質量分析計のイオン取り込み口（オリフィス）の先端から、それぞれ、２．６ｃｍ、４．１ｃｍ、６．４ｃｍ、１０．０ｃｍ、１１．０ｃｍの距離を隔てて、軟Ｘ線光源をこのオリフィスに向けて配置した。オリフィスを隔てて、軟Ｘ線光源と反対側に、瓶又はＮＭＲ用チューブに、試料として、Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ（Ｃ_５Ｈ_９ＮＯ）を入れ静置し、自然気化させた。このようにして気化した試料に、大気圧下で軟Ｘ線を照射し、質量分析を行った。Ｘ線出力窓とキャピラリー先端との間の距離と、イオン化強度との関係を図３に示す。

図３に示すとおり、Ｘ線出力窓とキャピラリー先端との間の距離が１０ｃｍを超えると、質量分析計で測定されるイオン化強度が大きく低下するため、当該距離を１０ｃｍ以下に維持する必要があることが分かった。また、本実施例は、大気圧下でのＸ線照射のみによりイオン化するものであるため、未知の試料等を質量分析するためには、感度は充分でなかった。

＜イオン化及び質量分析＞
図１に示す装置を構成し、以下の実施例１〜４及び比較例１〜２に従い、イオン化及び質量分析を行った。いずれの操作も、大気圧下で行った。ここで、ステンレス製中空状のＥＳＩキャピラリーの試料の噴霧方向と、軟Ｘ線の照射方向とは垂直となるよう配置されている。軟Ｘ線発生装置の出力窓は、ＥＳＩスプレイヤーの金属キャピラリー先端との距離を６．４ｃｍ以下の距離で配置されている。

〔実施例１〕
低極性試料としてベンゼン３０μｌと、高極性試料としてメチルアルコール（ＭｅＯＨ）７０μｌとを混合した試料溶液を作製し、これをＨＰＬＣ用のバイアル瓶に充填した。

試料溶液を充填したバイアル瓶をＨＰＬＣにセットした後、０．１％のギ酸を含むアセトニトリルを移動相として、試料溶液１０μＬを流速５０μｌ／ｍｉｎでＥＳＩキャピラリーへ送液した。この際のＥＳＩキャピラリーの印加電圧は２０００Ｖであった。

ＨＰＬＣから送液され、ＥＳＩキャピラリー先端から噴霧される移動相及び試料溶液に、波長０．１３〜０．４１ｎｍの軟Ｘ線を照射し、発生したイオンの検出に質量分析計を使用して、フローインジェクション分析法（ＦＩＡ：Ｆｌｏｗ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）を行い、データの蓄積を行った。このようにして得られたマススペクトルを図４に示す。

図４に示すとおり、ベンゼンの分子イオン［Ｍ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：７８．０４０）及びプロトン化分子イオン［Ｍ＋Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：７９．０５０）の精密質量が確認された。また、ＭｅＯＨの分子イオン［Ｍ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：３１．９９４）及びプロトン化分子イオン［Ｍ＋Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：３３．０３９）の精密質量も確認された。

〔実施例２〕
低極性試料としてトルエン５００μｌと、ＭｅＯＨで１ｐｐｍに調整したレセルピン５００μｌを混合した試料溶液を作製し、これをＨＰＬＣ用のバイアル瓶に充填した。

試料溶液を充填したバイアル瓶をＨＰＬＣにセットした後、０．１％のギ酸を含むアセトニトリルを移動相にとして、試料溶液１０μＬを流量５０μｌ／ｍｉｎでＥＳＩキャピラリーへ送液した。この際のＥＳＩキャピラリーの印加電圧は２０００Ｖであった。

ＨＰＬＣから送液され、ＥＳＩキャピラリー先端から噴霧される移動相及び試料溶液に、波長０．１３〜０．４１ｎｍの軟Ｘ線を照射し、発生したイオンの検出に質量分析計を使用して、フローインジェクション分析法（ＦＩＡ：Ｆｌｏｗ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）を行い、データの蓄積を行った。得られたマススペクトルを図５に示す。

図５に示すとおり、トルエンの分子イオン［Ｍ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：９２．０４８）、プロトン付加分子イオン［Ｍ＋Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：９３．０６６）及びプロトン脱離分子イオン［Ｍ−Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：９１．０４８）の精密質量が確認された。また、レセルピンのプロトン付加分子イオン［Ｍ＋Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：６０９．２５５）の精密質量も確認された。

〔実施例３〕
無極性気体分子として窒素ガスを、ＥＳＩキャピラリー先端から噴霧した窒素ガスに、波長０．１３〜０．４１ｎｍの軟Ｘ線を照射し、発生したイオンの検出に質量分析計を使用してデータ蓄積を行った。この際のＥＳＩキャピラリーの印加電圧は２０００Ｖであった。このようにして得られたマススペクトルを図６に示す。

図６に示すとおり、窒素のプロトン付加分子イオン［Ｍ＋Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：２９．０１７）の精密質量が確認された。また、イオン源内及びガス中に含まれていた高極性分子である水分子のプロトン付加分子イオン［Ｍ＋Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：１９．０２１）の精密質量も確認された。

〔実施例４〕
低極性試料としてトルエン５００μｌと、高極性試料としてＭｅＯＨ５００μｌとを混合し、ＭｅＯＨの５０％トルエン溶液１ｍｌを作製した。

インフュージョン分析法（Ｉｎｆｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）において、シリンジポンプを用い、試料溶液の流量を３０μｌに設定し、ＥＳＩ法と、波長０．１３〜０．４１ｎｍの軟Ｘ線照射とを併用するイオン化処理を施し、発生したイオンの検出に質量分析計を使用してデータ蓄積を行った。この際のＥＳＩキャピラリーの印加電圧は２０００Ｖであった。このようにして得られたマススペクトルを図７に示す。

〔比較例１〕
試料のイオン化処理として、ＥＳＩ法を単独で用いたこと以外、実施例４と同様の操作を行った。得られたマススペクトルを図８に示す。

〔比較例２〕
試料のイオン化処理として、波長０．１３〜０．４１ｎｍの軟Ｘ線照射を単独で行ったこと以外、実施例４と同様の操作を行った。得られたマススペクトルを図９に示す。

図７〜９の結果から分かるように、ＥＳＩ法や軟Ｘ線照射をそれぞれ単独で行った場合にはトルエンの分子イオン［Ｍ］^＋の精密質量が確認されなかった。しかし、軟Ｘ線照射を単独で行ったイオン化処理ではプロトン脱離分子イオン［Ｍ−Ｈ］^＋はわずかながら確認できたがＥＳＩ法では確認できなかった。ＥＳＩ法と軟Ｘ線照射とを併用するイオン化処理を行った場合には、トルエンの分子イオン［Ｍ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：９２．０６０）及びプロトン脱離分子イオン［Ｍ−Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：９１．０４８）の精密質量が確認された。プロトン脱離分子イオン［Ｍ−Ｈ］^＋（質量電荷比ｍ／ｚ：９１．０４８）の精密質量について、ＥＳＩと軟Ｘ線との併用した場合のイオン化強度は、軟Ｘ線照射を単独で行った場合のイオン強度に対して約１０４倍のイオン強度で確認された。

ＭｅＯＨに関して、ＥＳＩと軟Ｘ線との併用したイオン化処理では、メタノールの分子イオン［Ｍ］^＋が確認されたが、一方、ＥＳＩ単独のイオン化処理では、メタノールの分子イオン［Ｍ］^＋は確認されなかった。軟Ｘ線単独でイオン化処理では、わずかにメタノールの分子イオン［Ｍ］^＋が確認できた。

また、実施例４において、メチルアルコール（ＭｅＯＨ）に着目した場合、ＥＳＩ単独のイオン化処理とＥＳＩと軟Ｘ線とを併用したイオン化処理のそれぞれのイオン化処理において、得られたイオンのイオン強度を比較すると、ＥＳＩと軟Ｘ線とを併用するイオン化処理は、ＥＳＩ単独のイオン化処理に比べ、観測される［Ｍ＋Ｈ］^＋のイオン強度が約１８６倍となることがわかった。同一の試料について、軟Ｘ線単独でイオン化処理では、ＥＳＩと軟Ｘ線とを併用したイオン化処理に比べ、［Ｍ＋Ｈ］^＋のイオン強度は約１／５６倍のイオン強度、［Ｍ］^＋は１／１４倍のイオン強度であったことから、ＥＳＩと軟Ｘ線との併用によるイオン生成に対する相乗効果が確認された。また、ＥＳＩで発生した多価イオン等に対し、次いで軟Ｘ線を照射しても、これらの多価イオンに対し、質量分析を行う上で悪影響を及ぼさないことが確認された。

以上のとおり、ＥＳＩと軟Ｘ線とを併用することにより、ＥＳＩや軟Ｘ線単独でのイオン化に比べ、発生するイオン量を数倍〜数百倍に増加させることができることがわかった。

１，２ 質量分析計
１１，２１ イオン化室
１２ ＥＳＩスプレイヤー
１３，２３ 軟Ｘ線発生装置
１４ ドーナツ型電極
１５，２４ イオン導入口
１６，２５ 質量分析装置
２２ Ｎａｎｏ ＥＳＩスプレイヤー

Claims (14)

1. 質量分析に用いるイオン化方法であって、
   ０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の圧力条件下で、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）及び大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）からなる群から選択される１種以上のイオン化法により荷電した試料を噴霧し、次いで、噴霧された前記試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射し、イオン化された試料を得る、イオン化方法。
2. 前記試料は、噴霧口から噴霧され、
   前記軟Ｘ線は、前記噴霧口近傍に照射される、請求項１に記載のイオン化方法。
3. 前記軟Ｘ線は、出力窓から照射され、
   前記噴霧口は、前記出力窓との間の距離が１０．０ｃｍ以下となるように配置される、請求項２に記載のイオン化方法。
4. 前記イオン化法は、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン化方法。
5. 前記エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）における印加電圧は、１５００Ｖ以上２４００Ｖ以下である、請求項４に記載のイオン化方法。
6. 前記軟Ｘ線の照射が、空気の雰囲気下で行われる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のイオン化方法。
7. 前記軟Ｘ線の照射が、大気圧下で行われる、請求項６に記載のイオン化方法。
8. 前記軟Ｘ線の照射が、不活性ガスの雰囲気下で行われる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のイオン化方法。
9. ドーナツ型電極を用いて、前記イオン化された試料を質量分析計のイオン導入口に誘導する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のイオン化方法。
10. 前記イオン化法及び／若しくは前記軟Ｘ線の照射の開始並びに／又は停止を制御する工程をさらに含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のイオン化方法。
11. 前記イオン化法及び／又は前記軟Ｘ線の照射は、イオン化室でなされ、
    前記イオン化室内の部位に、０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長の軟Ｘ線を照射する工程をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のイオン化方法。
12. 質量分析に用いるイオン化装置であって、
    内部の圧力が、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である、イオン化室と、
    エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）及び大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）からなる群から選択される１種以上のイオン化法により荷電した試料をイオン化室に噴霧する、試料噴霧部と、
    前記イオン化室内で、噴霧された前記試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射してイオン化された試料を得る、軟Ｘ線照射部と、
    を備えるイオン化装置。
13. 前記試料は、試料噴射部が備える噴霧口から噴霧され、
    前記軟Ｘ線照射部は、Ｘ線を照射する出力窓を有し、
    前記出力窓が、前記噴霧口近傍に向けられている、請求項１２に記載のイオン化装置。
14. 内部の圧力が、０．５ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である、イオン化室と、
    エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、ナノエレクトロスプレーイオン化（ＮＡＮＯ−ＥＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、ＤＡＲＴイオン化（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、大気圧レーザーイオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）及び大気圧フリット赤外レーザーイオン化（ＡＰ−ＦＲＩＴ−ＩＲ−ＬＤＩ）からなる群から選択される１種以上のイオン化法により荷電した試料をイオン化室に噴霧する、試料噴霧部と、
    前記イオン化室内で、噴霧された前記試料に０．１２４ｎｍ以上１２．４ｎｍ以下の波長を有する軟Ｘ線を照射してイオン化された試料を得る、軟Ｘ線照射部と、
    前記イオン化された試料の質量を分析する、質量分析部と、
    を備える質量分析計。
    

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