JP6780617B2 - 荷電粒子の供給制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体試料を荷電粒子化し、荷電粒子導入開口を通じてその後段に設けられた荷電粒子分析部に送出する荷電粒子の供給制御方法及び装置に関する。

液体試料に含まれる目的成分の定性や定量を行う装置の一つに、液体クロマトグラフと質量分析計を組み合わせてなる液体クロマトグラフ質量分析装置がある。液体クロマトグラフでは液体試料を移動相の流れに乗せてカラムに導入し、該液体試料に含まれる目的成分を他の成分から時間的に分離する。質量分析計では、液体クロマトグラフのカラムから溶出する試料を逐次イオン源でイオン化し、生成されたイオンを質量電荷比毎に測定する。これにより、所定の時間にカラムから溶出する目的成分をその質量電荷比により正確に同定し、定量を行うことができる。液体クロマトグラフ質量分析装置では、取り扱いの容易さからESIプローブ等を備えた大気圧イオン源が用いられることが多い。

大気圧イオン源で生成されたイオンは、イオン導入開口を介して連通する分析室内に配置されたイオン輸送光学系で集束され、質量分離部で質量分離された後、検出器で測定される。このとき、目的成分由来のイオンだけでなく、液体試料に含まれる分析対象外の成分（移動相、液体試料の溶媒等）由来のイオンや中性分子もイオン輸送光学系や質量分離部に導入される。イオン輸送光学系及び質量分離部が配置される分析室は真空ポンプにより排気されているが、それでも導入された成分の一部はイオン輸送光学系のインターフェース部やレンズ系、あるいは質量分離部を構成する電極などに付着する。特に、イオン輸送光学系はイオン化室に近い位置に設けられているため、分析対象外の成分の流入により汚染されやすい。例えば、イオン輸送光学系のイオンレンズが付着物で汚染されると、イオンビームの集束効率が悪くなり質量分離部に導入されるイオン量が減少して感度が悪くなる。また、質量分離部の電極が付着物により汚染されると、所期の電場が形成されず正確な質量分離を行うことができなくなる。従って、ある程度の時間、質量分析を行った後には、イオン輸送光学系や質量分離部を洗浄するために、それらが配置された分析室の真空を解除して大気開放する必要がある。

一旦、真空を解除すると、測定を再開するために所定の真空度まで排気するのに時間がかかる。こうした作業に要する時間（ダウンタイム）には測定を行うことができないため、イオン輸送光学系や質量分離部の汚染を抑制して洗浄のためのダウンタイムの発生間隔を長くすることが求められる。

特許文献１には、イオン源としてESIプローブを備えた液体クロマトグラフ質量分析装置において、液体クロマトグラフから目的成分が溶出する時間帯とそれ以外の時間帯でESIプローブに印加する電圧及びESIプローブへのネブライザガスの送給の有無を切り替えることが記載されている。具体的には、目的成分の溶出時間帯にはESIプローブに所定の電圧を印加しつつネブライザガスを送給する第１モード、それ以外の時間帯にはESIプローブへの電圧の印加及びネブライザガスの送給を停止する第２モードを実行する。第１モードでは、液体クロマトグラフからの目的成分を含む溶出液の噴霧により生成された帯電液滴が気化に伴ってイオン化する。第２モードでは液体クロマトグラフからの溶出液をESIプローブからそのまま流下させる。この液体クロマトグラフ質量分析装置では、目的成分を含む溶出液以外は質量分析装置に導入されないため、イオン輸送光学系などが配置された分析室の汚染が抑制され、洗浄のためのダウンタイムの間隔を長くすることができる。

米国特許出願公開第2015/0144781号明細書 特開2015-75348号公報 国際公開WO2016/002647号明細書 米国特許第6744046号明細書

液体クロマトグラフ質量分析装置はペプチドの分析にも広く用いられている。ペプチドを分析する際には、その前処理工程において、ペプチドを所定のアミノ酸の位置で切断するためにタンパク質分解酵素や変性剤を用いたり、ペプチドを溶解するためにpHを調整する塩や界面活性剤を用いたりすることがある。これらには難揮発性の成分が含まれている場合があるため、こうした前処理が施された液体試料を特許文献１に記載の液体クロマトグラフ質量分析装置にそのまま導入すると、第２モード実行中にプローブから流下する際に溶出液に含まれる変性剤等の難揮発性の成分がプローブの先端で析出してプローブの出口を塞いだり、析出物によって第１モード実行時にスプレーの安定性が低下したりする可能性がある。液体試料を液体クロマトグラフに導入する前に変性剤等を除去する前処理を行えばこうした問題は回避できるが、その前処理には時間と手間がかかり、また前処理の過程で目的成分のロスが生じる可能性がある。

ここでは液体クロマトグラフ質量分析装置を例に挙げたが、例えばキャピラリ電気泳動装置を成分分離部として用いる場合や、液体クロマトグラフ等の成分分離部を用いず第１液（例えば移動相）の流れに第２液（例えば標準試料の溶液）を注入する場合にも上記同様の問題があった。また、質量分析計のほか、例えば、イオン移動度分光計（例えば特許文献２）や分級装置（例えば特許文献３）を荷電粒子分析部として用いる場合にも上記同様の問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、液体試料を荷電粒子化し、荷電粒子導入開口を通じてその後段に設けられた荷電粒子分析部に導入する方法及び装置であって、荷電粒子分析部内が汚染されるのを防ぐことができ、また難揮発性の成分を含む液体試料についての特別な前処理を必要としない、荷電粒子の供給制御方法及び装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、液体試料をプローブに導入して噴霧するとともに電荷を付与して荷電粒子化し、荷電粒子導入開口を通じてその後段に設けられた荷電粒子分析部に送出する荷電粒子の供給制御方法であって、
前記液体試料中の目的成分が前記プローブに導入される時間帯に、予め決められた所定の位置及び所定の向きに該プローブを配置して前記液体試料を噴霧し、
前記時間帯以外の時間帯に、前記所定の位置と異なる位置に、又は／及び前記所定の向きと異なる向きに前記プローブを配置して前記液体試料を噴霧する
ことを特徴とする。

前記液体試料中の目的成分は、例えば液体クロマトグラフ等の成分分離部で他の成分から時間的に分離されたものや、あるいは第１液（例えば移動相）の流れの中に注入された第２液に含まれる標準試料である。前記目的成分が成分分離部で他の成分から時間的に分離されたものである場合には、該目的成分がプローブに導入される時間帯（例えば、成分分離部が液体クロマトグラフである場合は保持時間）はデータベースを参照したり予備測定を行ったりすることにより事前に決めておけばよい。

前記所定の位置及び前記所定の向きは、荷電粒子化装置の製造者や使用者が事前に行った予備測定の結果に基づいて、荷電粒子導入開口への荷電粒子の導入効率が高くなるように定められた位置及び向きである。

プローブの種類や大きさ、該プローブに導入される液体試料の流速等によって異なるが、液体試料の荷電粒子化に用いられる典型的なプローブであるマイクロESIプローブやAPCIプローブを直交スプレー型の配置で使用する場合、その先端から噴霧される液体試料はネブライザガス等により約5mm程度の拡がりをもった柱状の噴霧領域に集束し、その内部に含まれる微細な液滴が荷電粒子導入開口に導かれる。そこで、前記所定の位置と異なる位置、又は／及び前記所定の向きと異なる向きを、例えば荷電粒子導入開口から20mm以上ずれた（オフセットした）位置や、プローブの中心軸が荷電粒子導入開口から20mm以上離れた位置を通るような向きにするとよい。また、ナノESIプローブのように、より小型のプローブである場合は、前記所定の位置と異なる位置、又は／及び前記所定の向きと異なる向きを、例えば、荷電粒子導入開口から5mm以上オフセットした位置や、プローブの中心軸が荷電粒子導入開口から5mm以上離れた位置を通るような向きにするとよい。これにより、プローブから噴霧される物質が荷電粒子導入開口を通過し荷電粒子分析部に進入するのを十分に抑制することができる。

本発明に係る荷電粒子の供給制御方法では、目的成分がプローブに導入される時間帯には該プローブが所定の位置及び所定の向きに配置され、該目的成分から生成された荷電粒子が荷電粒子導入開口を通じてその後段に位置する荷電粒子分析部に送出される。一方、それ以外の時間帯には前記所定の位置と異なる位置に、又は／及び前記所定の向きと異なる向きにプローブが配置され、液体試料中の目的成分以外のものから生成された荷電粒子や中性分子などが荷電粒子導入開口から荷電粒子分析部に導入されるのが抑制される。従って、荷電粒子分析部（例えばイオン輸送光学系や質量分離部）の内部が汚染されるのを防ぐことができる。

また、この荷電粒子の供給制御方法では、目的成分がプローブに導入される時間帯とそれ以外の時間帯で該プローブの配置を変更するのみで、いずれの時間帯にも該プローブの先端から液体試料を噴霧し続ける。そのため、液体試料に変性剤、塩、あるいは界面活性剤といった難揮発性の成分が含まれている場合でも、プローブ先端から流出すると速やかに飛び離れ、こうした成分がプローブ先端に析出して該プローブの出口を塞いだりスプレーを不安定化させたりする心配がない。

前記荷電粒子分析部は、例えば質量分析計、イオン移動度分光計、あるいは分級装置である。前記プローブは、例えば上述のESIプローブやAPCIプローブである。ESIプローブを用いる場合には、該ESIプローブにイオン化（荷電粒子化）電圧を印加して液体試料を帯電させつつ気化促進ガスによって霧化することによりイオン化する。ESIプローブは、単体で設けられるもの（マイクロESIプローブ）であってもよく、あるいはカラムと一体的に構成されたもの（ナノESIプローブ）であってもよい。APCIプローブを用いる場合には、気化促進ガスによって液体試料を霧化し、APCIプローブとイオン（荷電粒子）導入開口の間に配置されたニードル（コロナニードル）に電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。これにより、APCIプローブから噴霧された液体試料に含まれる、イオン化しやすい分子（例えば移動相分子）をイオン化し、さらに目的成分の分子との間で電荷交換させることにより該目的成分をイオン化する。

上記課題を解決するために成された本発明の別の態様は、液体試料を荷電粒子化し、荷電粒子導入開口を通じてその後段に設けられた荷電粒子分析部に送出する荷電粒子の供給制御装置であって、
a) 前記液体試料が導入されるプローブと、
b) 前記プローブの位置及び／又は向きを変更するプローブ配置変更機構と、
c) 前記液体試料中の目的成分が前記プローブに導入される時間帯に関する情報である目的成分導入時間帯情報の入力を受け付ける時間帯情報入力受付部と、
d) 前記目的成分導入時間帯情報に基づき、前記目的成分が前記プローブに導入される時間帯には予め決められた所定の位置及び所定の向きに該プローブを配置し、それ以外の時間帯には前記所定の位置と異なる位置に、又は／及び前記所定の向きと異なる向きに前記プローブを配置するように前記プローブ配置変更機構を動作させる制御部と
を備えることを特徴とする。

本発明に係る荷電粒子の供給制御方法や荷電粒子の供給制御装置を用いることにより、荷電粒子分析部内が汚染されるのを防ぐことができる。また、析出しやすい難揮発性の成分が液体試料に含まれている場合であってもそうした成分を除去する前処理を行う必要がない。

本発明に係る荷電粒子の供給制御装置の一実施形態であるイオンの供給制御装置を備えた液体クロマトグラフ質量分析装置の概略構成図。 本実施例のイオンの供給制御装置におけるESIプローブとイオン導入開口の位置関係等を説明する図。 本実施例のイオンの供給制御装置及び方法において用いられる化合物データベースの例。 本発明に係る荷電粒子の供給制御方法の一実施形態であるイオンの供給制御方法のフローチャート。 本実施例において分析条件及び目的成分を入力する画面の例。 本実施例において目的成分を入力する別の画面の例。 本実施例において作成されるメソッドファイルについて説明する図。 本発明に係る荷電粒子の供給制御装置のさらに別の実施形態。 本発明に係る荷電粒子の供給制御装置のさらに別の実施形態。

本発明に係る荷電粒子の供給制御方法及び装置の実施例について、以下、図面を参照して説明する。本実施例の荷電粒子の供給制御方法及び装置はイオンの供給を制御する方法及び装置である。本実施例のイオンの供給制御装置は、液体クロマトグラフ質量分析装置が有する液体クロマトグラフ（LC）と質量分析計（MS）のイオン源として設けられ、後述する制御部等と協働することによって具現化される。本実施例のイオンの供給制御装置は、液体クロマトグラフのカラムで時間的に分離された成分をイオン化して質量分析計に送出するために用いられる。

図１は、本実施例のイオンの供給制御装置を備えた液体クロマトグラフ質量分析装置の概略構成図である。液体クロマトグラフ１０のインジェクタ１３から導入された液体試料は、ポンプ１２により一定の速度で移動相容器１１から供給される移動相の流れに乗ってカラム１４に導入され時間的に成分分離される。液体クロマトグラフ１０のカラム１４からの溶出液は、イオン源２０に導入される。

イオン源２０は、液体クロマトグラフ１０のカラム１４からの溶出液（分離された試料成分と移動相の混合液）に含まれる試料成分をESI（エレクトロスプレイイオン化）法によりイオン化する装置（エレクトロスプレイイオン源）である。イオン源２０に設けられたマイクロESIプローブ２２（以下、単に「ESIプローブ」と記載する。）は、図２に示すように、カラム１４からの溶出液が流通する試料送液管２２１と、試料送液管２２１の外周部を覆うように設けられたネブライザガス供給管２２２とを有し、その先端部には数kVの直流高電圧（ESI電圧）が印加される。ネブライザガス供給管２２２には、窒素ガス等のネブライザガスを送給するネブライザガス送給ライン２２３が接続されている。また、ESIプローブ２２は、回転ステージ、ガイドレール、モータ等を有するプローブ配置変更機構２４に取り付けられており、その位置及び向きを適宜に変更することができるようになっている。

ESIプローブ２２の試料送液管２２１に導入された溶出液は、該試料送液管２２１の先端部に到達すると高電圧により帯電し、また、ネブライザガス供給管２２２から放出されるネブライザガスが吹き付けられることにより霧化してイオン化室２１に放出されイオン化する。生成されたイオンはイオン導入開口２３を通過してイオン輸送光学系３１が配置された中間真空室に送出される。イオン導入開口２３の中央には脱溶媒管２３１が取り付けられている。また、脱溶媒管２３１には、加熱された乾燥ガスが質量分析計３０側からイオン化室２１側に向かって吹き付けられており、これによってESIプローブ２２から噴霧される試料成分の脱溶媒化がさらに促進される。このような乾燥ガスを用いると、中性粒子や溶媒由来の低分子イオンが後段のイオン輸送光学系３１等に入射するのを防ぐことができる。しかし、その一方で目的成分由来のイオンの導入量も減少する。従って、目的成分の量や濃度に応じて乾燥ガスの使用／不使用、また使用する際の流量を適宜に決めておくことが好ましい。

中間真空室にはイオン導入開口２３（及び脱溶媒管２３１）から導入されたイオンを収束させつつ後段へと送るイオン輸送光学系３１が配置されている。また、中間真空室の後段に位置する分析室にはイオン輸送光学系３１を通過したイオンを質量分離して測定する質量分離部３２が配置されている。イオン輸送光学系３１はイオンレンズ３１１及び多重極イオンガイド３１２を備えている。質量分離部３２はいわゆるトリプル四重極型（三連四重極型）であり、上流側から順に、イオンを質量電荷比に応じて分離する前段四重極マスフィルタ（Ｑ１）３２１、多重極イオンガイド（ｑ２）３２３が内部に設置されたコリジョンセル３２２、イオンを質量電荷比に応じて分離する後段四重極マスフィルタ（Ｑ３）３２４、及びイオン検出器３２５を備えている。イオン輸送光学系３１及び質量分離部３２が本発明の荷電粒子分析部に相当する構成要素である。中間真空室及び分析室の内部は、分析実行中、真空ポンプ（図示なし）により所定の高真空に維持されている。なお、上述したイオン輸送光学系３１及び質量分離部３２の具体的な構成は一例であって、上記以外のものを用いてもよい。

制御部５０は、記憶部５１の他に、機能ブロックとして時間帯情報入力受付部５３及び分析制御部５４を備えている。記憶部５１には化合物データベース（化合物DB）５２が保存されている。化合物データベース５２には、分析条件（移動相の種類や流量、カラムの種類等）やイオン源の各種パラメータ（ESI電圧値、ネブライザガス流量、ヒータ温度等）毎に、複数の化合物のそれぞれの保持時間（カラム１４から溶出されはじめる溶出開始時間とカラム１４からの溶出が終了する溶出終了時間）とESIプローブ２２の配置に関する情報が対応付けられて保存されている。この化合物データベース５２には、新たな分析条件やイオン源のパラメータでの分析や新たな化合物の分析が実行されると、それらの情報が順次、追加登録される。また、目的成分がESIプローブ２２に導入されない時間帯のESIプローブ２２の配置に関する情報も併せて保存されている。各化合物の保持時間は、本発明における、目的成分がプローブに導入される時間帯に対応する。本実施例では各化合物の保持時間をそのまま前記時間帯として用いるが、カラム１４からESIプローブ２２までの流路が長い場合には、保持時間から該流路を流れるのに要する時間だけ遅れた時間帯を前記時間帯とすることが好ましい。

図３(a)に一例を示すように、ESIプローブ２２の配置に関する情報は、予め決められたESIプローブ２２の標準位置を原点とするxyz座標と、z軸に対してESIプローブ２２が成す角度の組み合わせである。ただし、説明を容易にするために、本実施例ではESIプローブ２２の角度を全て0としている。化合物データベース５２にはまた、例えば疎水性や分子量といった化合物の特性とESIプローブ２２の配置に関する情報を対応付けたものも保存されている（図３(b)（c））。

本実施例のイオン源２０におけるESIプローブ２２とイオン導入開口２３の相対的な位置関係について、図２を参照して説明する。ESIプローブ２２の最適位置、即ちイオン導入開口２３に最も効率よくイオンが導入されるESIプローブ２２の位置は、化合物毎に異なる。これは、ESIプローブ２２の先端から噴霧されるイオンの広がり方や脱溶媒のしやすさが該溶出液に含まれる目的成分や移動相等の種類によって異なるためである。特許文献４に記載されているように、ESIプローブ２２の先端から噴霧されるイオンの好ましい広がりの形状はESIプローブ２２の先端に頂点を有する円錐状であり、これはテイラーコーンと呼ばれる。テイラーコーンの中心軸上にイオン導入開口２３が位置するようにESIプローブ２２を配置するよりも、該中心軸をイオン導入開口２３からオフセットした方がイオンの導入効率が高くなる場合があることが知られており、そのオフセットの程度は化合物の種類や特性によって異なる（位置A及びB）。例えばテイラーコーンが広がりやすい化合物ほどオフセット量が大きくなる傾向がある（位置B）。また、脱溶媒しやすい化合物は短い飛行距離でイオン化されるため、それらを効率よくイオン導入開口２３に導くことができるように、脱溶媒しにくい化合物に比べてイオン導入開口２３に近い位置がESIプローブ２２の最適配置とされる。

目的成分がESIプローブ２２に導入されない時間帯のESIプローブ２２の配置は、上述した（目的成分がESIプローブ２２に導入される時間帯のESIプローブ２２の）位置や向きと異なる位置や向きであり、具体的には、例えば、ESIプローブ２２の先端をイオン導入開口２３から遠ざけた位置や、ESIプローブ２２の先端がイオン導入開口２３から離れた位置を向くような向きである。これにより、目的成分がESIプローブ２２に導入されない時間帯に、該ESIプローブ２２の先端から噴霧される溶出液に由来するイオンや中性分子がイオン導入開口２３に導入されるのが抑制される。

化合物データベース５２には、測定対象になりうる化合物全てについての情報が保存されていることが好ましいが、複数の分析条件であらゆる化合物の予備測定を行ったり利用可能な既存の化合物データベースを探索したりすることは現実的でない。そこで、本実施例の化合物データベース５２では、代表的な化合物についてのみ、予備実験等に基づいて決められたESIプローブ２２の最適配置に関する情報を保存しておく。それ以外の化合物についてもESIプローブ２２の最適配置を決定することができるように、化合物の特性（本実施例では疎水性及び分子量）とESIプローブ２２の配置に関する情報を対応付けたものが保存されている。また、上述したテイラーコーンの形状や脱溶媒のしやすさは、移動相の種類によっても異なるため、各分析条件の中に、当該分析に用いられる移動相に対応したESIプローブ２２の配置が補正値（例えば化合物毎に決められた座標や角度からの追加変化量）として設定されており、これは分析条件の一つのパラメータとして組み込まれている。

時間帯情報入力受付部５３は、使用者による、目的成分がESIプローブ２２に導入される時間帯に関する情報の入力を受け付ける。分析制御部５４は、使用者からの入力指示に応じて分析動作を制御するものであり、例えば、液体試料をインジェクタ１３から注入したり、電源部４０に制御信号を送信して液体クロマトグラフ１０及び質量分析計３０の各部に所定の電圧を印加したりする等の動作を行う。制御部５０の実体はパーソナルコンピュータであり、記憶部５１に保存された分析制御プログラムを動作させることにより時間帯情報入力受付部５３及び分析制御部５４が具現化される。また、制御部５０には入力部６０及び表示部７０が接続されている。

本実施例における液体クロマトグラフ質量分析装置の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。本実施例の液体クロマトグラフ質量分析装置は、液体試料に含まれる既知の目的成分を行うために好適に用いられる。

使用者が分析開始を指示すると、時間帯情報入力受付部５３は、表示部７０に時間帯情報入力受付画面を表示する（ステップS1）。この画面には、分析条件（移動相の種類、移動相の流量、カラムの種類等）と目的成分（化合物）の名称を入力する欄が設けられている（図５）。本実施例では、使用者が分析条件を簡便に入力できるように、移動相の種類及び流量とカラムの種類が予め組み合わされたもの（分析条件A等）をプルダウン形式で入力するようになっている。各分析条件の組み合わせの詳細は図示しない別画面に表示される。また、予め用意された組み合わせの中に分析条件として使用するものがない場合、プルダウン項目から「該当なし」を選択し、分析条件を個別に入力することができるようになっている。

目的成分についても同様に、化合物データベース５２に保存されている化合物の名称をプルダウンで選択できるようになっている。使用者が目的成分を選択して「追加」ボタンを押すと、画面下部の「選択済みの目的成分一覧」の欄に当該化合物の名称と化合物データベースから読み出された当該化合物の保持時間が追加されていく。使用者は追加した各化合物の保持時間を確認し、それらが時間的に重複していないことを確認することができる。各化合物名の横の「キャンセル」ボタンを押すと、当該化合物が目的成分一覧から削除される。

使用者が、目的成分のプルダウン項目から「該当なし」を選択すると、使用者に目的成分の名称及び保持時間を手入力させる欄と、当該目的成分の特性を選択させる欄が表示される（図６）。本実施例では、目的成分の特性として、疎水性（弱、中、強）及び分子量（小、中、大）が用意されており、それらをプルダウンで選択入力できるようになっている。使用者がこれらを入力して「追加」ボタンを押すと、図５の画面下方の欄に当該化合物が目的成分として追加される。目的成分の特性としては、これらのほか、イオンの極性や価数等を入力することができる。これらを入力させる場合には、それぞれに対応するESIプローブ２２の配置に関する情報を予め化合物データベースに保存しておく。

使用者が分析条件及び目的成分の入力を終えると（ステップS2）、分析制御部５４は、化合物データベースから入力された分析条件及び目的成分の名称に合致するESIプローブ２２の配置を読み出してメソッドファイルを作成し（ステップS3）、記憶部５１に保存するとともに表示部７０に表示する。図７に目的成分として化合物A、化合物B、及び化合物Xを選択した場合に作成されるメソッドファイルの例を示す。なお、メソッドファイルには分析条件の詳細等、多岐に渡る項目が含まれるが、図７では本実施例に特徴的な項目のみを示している。なお、図７の化合物Xに対応するESIプローブ２２の座標（x', y', z'）は、疎水性「弱」に対応する座標（x4, y4, z4）と分子量「中」に対応する座標（x8, y8, z8）の中間位置である。このように、化合物に関する複数の特性や移動相等のそれぞれに対応する座標を用いてESIプローブ２２の位置を決定する場合には、それらの平均値を用いればよい。あるいは、それらに重み付けを付して平均することにより得た位置を用いることもできる。

表示部７０に表示されたメソッドファイルを使用者が確認し、測定開始を指示すると（ステップS4）、分析制御部５４は、インジェクタ１３から液体試料を注入する。インジェクタ１３から注入された試料は移動相の流れに乗ってカラム１４に導入され、その内部で各成分が時間的に分離される。カラム１４から溶出した成分はESIプローブ２２に導入され、ESI電圧の印加及びネブライザガスの送給により帯電液滴となってイオン化室２１内に噴霧されイオン化される。

分析制御部５４は、分析開始と同時に、メソッドファイルに記載された配置に基づいてESIプローブ２２の位置（及び角度）を変更するとともに所定のESI電圧を印加する。また、ネブライザガス供給管に所定の流量のネブライザガスを送給するように各部を制御する。分析開始時には、目的成分はESIプローブ２２に導入されないため、ESIプローブ２２は座標（x0, y0, z0）の位置（初期位置）に配置される（ステップS5）。上述したとおり、この位置（及び向き）は、ESIプローブ２２の先端がイオン導入開口２３から遠ざけられた位置であり、目的成分を含まない溶出液から生成されたイオンや中性分子がイオン導入開口２３に導入されることが抑制される。

分析開始後、目的成分の溶出開始時間（最初は3.5min）になると（ステップS6でYES）、分析制御部５４は、ESIプローブ２２の位置（及び角度）を変更する。具体的には、化合物Bに対応付けられている座標（x2, y2, z2）の位置にESIプローブ２２を移動する。（ステップS7）。このように、目的成分の溶出時間帯には該目的成分から生成されるイオンが効率よくイオン導入開口２３に導入される位置にESIプローブ２２を配置するため、各目的成分を高感度で測定することができる。その後、目的成分の溶出終了時間になると（ステップS8でYES）、全ての目的成分が溶出していれば（ステップS9でYES）測定を終了し、未だ溶出していない目的成分がある場合（ステップS9でNO）には、ステップS5に戻ってESIプローブ２２を初期位置に移動する。ある目的成分の溶出終了時刻に別の目的成分が溶出し始める場合には、ESIプローブ２２を初期位置に移動することなく次の目的成分に対応する位置に移動すればよい

本実施例のイオンの供給制御方法及び装置では、目的成分がESIプローブ２２に導入される時間帯には、当該目的成分が効率よくイオン導入開口２３に導入されるように予め決められた位置（及び角度）にESIプローブ２２を移動する。そして、それ以外の時間帯には目的成分を含まない溶出液由来のイオンや中性分子がイオン導入開口２３に導入されるのを抑制するように予め決められた位置（及び角度）にESIプローブ２２を移動する。そのため、目的成分以外の化合物由来によって中間真空室や分析室の内部が汚染されるのを防ぐことができる。従って、中間真空室や分析室の内部を洗浄するために真空を解除する頻度を少なくしてダウンタイムの発生頻度を抑えることができる。

また、本実施例のイオンの供給制御方法及び装置では、液体クロマトグラフ１０のカラム１４からの溶出液がESIプローブ２２に導入されている間、分析制御部５４は、目的成分がESIプローブ２２に導入されているか否かを問わず、ESIプローブ２２に所定のESI電圧を印加し、またネブライザガスを送給する。そのため、液体試料に変性剤、塩、あるいは界面活性剤といった難揮発性の成分が含まれている場合でも、それらはESIプローブ２２の先端から流出すると速やかに飛び離れ、こうした成分がプローブ先端に析出して該プローブの出口を塞いだりスプレーを不安定化させたりする心配がない。

上記実施例では、イオン源として一般的なESIプローブ（マイクロESIプローブ）２２を用いる場合について説明したが、他の大気圧イオン源でも同様に構成することができる。以下、図８を参照してナノESIプローブ２２aを備えた構成例を、図９を参照してAPCIプローブ２２bを備えた構成例を、それぞれ説明する。上記実施例と同じ構成要素には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図８及び図９ではプローブ移動機構の図示を省略している。ここでは、大気圧イオン源として特に広く用いられているエレクトロスプレイイオン化及び大気圧化学イオン化法を用いるものについてのみ説明するが、大気圧光イオン化（APPI：Atmospheric Pressure Photo Ionization）法等、他の様々な大気圧イオン化法についても同様に構成することができる。

図８は、極微量の液体試料を測定する際に用いられるナノESIプローブ２２aを備えたイオン源である。ナノESIプローブ２２aでは、液体試料に含まれる各種成分を分離するためのカラム２２４aがナノESIプローブ２２a内に設けられている。液体試料はインジェクタ１３aから、ポンプ１２aにより一定の速度で移動相容器１１aから供給される移動相の流れに乗ってカラム２２４aに導入されて成分分離された後、試料送液管２２１aを通ってナノESIプローブ２２aの先端部に送給され、イオン化室２１内に噴霧されてイオン化される。また、上記実施例と同様に、分析制御部５４による制御の下、分析中は、常時、電源部４０からナノESIプローブ２２aにESI電圧が印加される。また、目的成分の溶出時間帯とそれ以外の時間帯で上記同様にナノESIプローブ２２aの配置を変更する。この構成においても、目的成分の溶出時間帯以外の時間帯に溶出液から生成されたイオンや中性分子がイオン導入開口２３を通じて質量分析計３０に流入するのが防止される。そのため、目的成分以外の成分によって中間真空室や分析室の内部が汚染されるのを防ぐことができる。

図９は、大気圧化学イオン化（APCI: Atmospheric Pressure Chemical Ionization）法によってイオンを生成する構成例であり、APCIプローブ２２bとコロナニードル２５を備えている。ESIプローブ２２を用いる実施例と同様に、液体試料に含まれる各種成分は液体クロマトグラフ１０のカラム１４で分離され、順次、APCIプローブ２２bの試料送液管２２１bに導入される。APCIプローブ２２bに導入された溶出液は、ネブライザガス供給管２２２bからのネブライザガスによりイオン化室２１内に噴霧される。APCIプローブ２２bの出口端近傍には、所定の高電圧（APCI電圧）が印加されたコロナニードル２５が配置されている。APCIプローブ２２bから噴霧された溶出液に含まれる移動相等の溶媒の分子は、コロナ放電領域内でイオン化される。液体試料に含まれる各種成分は、イオン化された溶媒分子と電荷交換することによりイオン化されイオン導入開口２３を通って質量分析計３０に送出される。この構成においても分析制御部５４の動作は上記同様であり、目的成分以外の成分によって質量分析計３０の内部が汚染されるのを防ぐことができる。なお、APCIプローブを用いる場合、目的成分の溶出時間帯とそれ以外の時間帯でAPCIプローブ２２bの配置のみを変更してもよく、あるいはコロナニードル２５の配置も併せて変更するようにしてもよい。

上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
上記実施例では液体クロマトグラフとトリプル四重極型の質量分析計を組み合わせてなる液体クロマトグラフ質量分析装置を例に挙げて説明したが、試料に含まれる目的成分を他の成分から時間的に分離して測定することが可能なものであれば、液体クロマトグラフ以外の成分分離部を用いてもよく、またトリプル四重極型以外の構成の質量分析計（飛行時間型の質量分析計等）や、イオン移動度分析計等の他のイオン分析計を用いてもよい。あるいはイオンを分析するものに限らず、イオン以外の荷電粒子の分析装置（分級装置等）においても上記同様の構成を採ることができる。

また、液体クロマトグラフ等の成分分離部を有しない装置、例えば第１液（移動相等）の流れに第２液（標準試料）を注入する場合にも上記同様に構成することができる。この場合には、第２液（標準試料）を目的成分として取り扱い、該第２液が注入される時間帯（あるいはそれよりも少し遅い時間帯）をプローブに導入される時間帯とすればよい。

上記実施例では、目的成分の測定時の動作を説明したが、カラム１４や流路等を洗浄する洗浄液をESIプローブ２２等に導入する際にも上記同様に動作させる（つまり、洗浄中は目的成分がESIプローブ２２等に導入されない時間帯として取り扱う）ことができる。これにより、洗浄液によって質量分析計３０の内部が汚染されるのを防ぐことができる。

１０…液体クロマトグラフ
１１、１１a…移動相容器
１２、１２a…ポンプ
１３、１３a…インジェクタ
１４…カラム
２０…イオン源
２１…イオン化室
２２…（マイクロ）ESIプローブ
２２a…ナノESIプローブ
２２b…APCIプローブ
２２１、２２１a、２２１b…試料送液管
２２２、２２２b…ネブライザガス供給管
２２４a…カラム
２３…イオン導入開口
２３１…脱溶媒管
２４…プローブ配置変更機構
２５…コロナニードル
３０…質量分析計
３１…イオン輸送光学系
３１１…イオンレンズ
３１２…多重極イオンガイド
３２…質量分離部
３２１…前段四重極マスフィルタ
３２２…コリジョンセル
３２３…多重極イオンガイド
３２４…後段四重極マスフィルタ
３２５…イオン検出器
４０…電源部
５０…制御部
５１…記憶部
５２…化合物データベース
５３…時間帯情報入力受付部
５４…分析制御部
６０…入力部
７０…表示部

Claims (6)

1. 液体試料をプローブに導入して噴霧するとともに電荷を付与して荷電粒子化し、荷電粒子導入開口を通じてその後段に設けられた荷電粒子分析部に送出する荷電粒子の供給制御方法であって、
   前記液体試料中の目的成分が前記プローブに導入される時間帯に、予め決められた所定の位置及び所定の向きに該プローブを配置して前記液体試料を噴霧し、
   前記時間帯以外の時間帯に、前記所定の位置と異なる位置に、又は／及び前記所定の向きと異なる向きに前記プローブを配置して前記液体試料を噴霧する
   ことを特徴とする荷電粒子の供給制御方法。
2. 前記予め決められた所定の位置及び前記所定の向きのうちの少なくとも一方が前記目的成分毎に決められていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子の供給制御方法。
3. 前記予め決められた所定の位置及び前記所定の向きのうちの少なくとも一方が前記目的成分の特性に応じて決められていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子の供給制御方法。
4. 液体試料を荷電粒子化し、荷電粒子導入開口を通じてその後段に設けられた荷電粒子分析部に送出する荷電粒子の供給制御装置であって、
   a) 前記液体試料が導入されるプローブと、
   b) 前記プローブの位置及び／又は向きを変更するプローブ配置変更機構と、
   c) 前記液体試料中の目的成分が前記プローブに導入される時間帯に関する情報である目的成分導入時間帯情報の入力を受け付ける時間帯情報入力受付部と、
   d) 前記目的成分導入時間帯情報に基づき、前記目的成分が前記プローブに導入される時間帯には予め決められた所定の位置及び所定の向きに該プローブを配置し、それ以外の時間帯には前記所定の位置と異なる位置に、又は／及び前記所定の向きと異なる向きに前記プローブを配置するように前記プローブ配置変更機構を動作させる制御部と
   を備えることを特徴とする荷電粒子の供給制御装置。
5. 前記予め決められた所定の位置及び前記所定の向きのうちの少なくとも一方が前記目的成分毎に決められていることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子の供給制御装置。
6. 前記予め決められた所定の位置及び前記所定の向きのうちの少なくとも一方が前記目的成分の特性に応じて決められていることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子の供給制御装置。

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