JP7258799B2 - イオン源、質量分析計、イオン源制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料をイオン化するイオン源に関する。

質量分析などにおいて用いる一般的なイオン化法であるエレクトロスプレー法（以下「ＥＳＩ法」という）は、試料溶液をキャピラリの上流端から導入し、電界などにより下流端からイオンや液滴を噴霧する方式である。イオン化効率向上のため、キャピラリの外側にガス噴霧管を配置してガスを噴霧し、あるいはキャピラリから噴霧されたイオンや液滴に対して加熱ガスを噴霧する場合がある。

キャピラリの内径は非常に小径なので詰まりを生じる可能性が高く、試料溶液の種類や使用条件などによっては頻繁にキャピラリを交換する必要がある。しかし従来のＥＳＩイオン源のキャピラリ交換作業は煩雑な上、交換後のキャピラリ下流端の位置の再現性は検出感度の再現性に影響する。質量分析計のイオン導入口に対するキャピラリ下流端の位置は検出感度に大きく影響するためである。

下記特許文献１は、キャピラリ下流端の位置を調整する技術を記載している。同文献においては、あらかじめキャピラリとジョイントを締着して一体化し、ジョイントをマニホルドに対して回転螺入することにより、前後方向に移動可能（キャピラリを筐体部に取り付けた状態でキャピラリ下流端位置を調節可能）となるようにしている（同文献の要約参照）。

特開２００８－０２１４５５号公報

特許文献１記載の方法は、実際に試料溶液を流して生成したイオンの感度を見ながら位置を最適化するのに適した技術であり、イオンを生成する前に最適位置か否かを判断することができない。そのため、スループット低下や試料のロスが生じる。

また、キャピラリを抜き差しして交換する場合、キャピラリが小径であるので挿入時に途中部分（例えば、ガス噴霧管の内部）で引っかかり、所望の位置（例えば、ガス噴霧管下流端から僅かにキャピラリ下流端が飛び出した位置）まで達していない可能性も考えられる。この状態で試料溶液を送液してしまうと、ガス噴霧管内部が水浸しになり、汚染や装置故障のトラブルの要因になり得る。

キャピラリの飛び出し具合はある程度目視で確認できるが、目視で得られる位置分解能には限界がある。カメラやセンサなどを配置しキャピラリ下流端位置を管理する方法も考えられるが、装置の大型化、複雑化につながる。また、ＥＳＩイオン源においてはイオン化効率向上のため、キャピラリ下流端から噴霧されたイオンや液滴を、加熱ガスなどで加熱する。これによりイオン源周辺は高温になるので、その近傍にカメラやセンサを配置することは現実的ではない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、キャピラリ下流側の先端位置が適正であるか否かを正確かつ効率的に把握することができるイオン源およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るイオン源は、キャピラリに対して試料を導入していないとき電源がキャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流を計測し、前記電流が許容範囲内にある場合は前記キャピラリの露出量が適正である旨を表す露出量情報を出力し、前記許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力する。

本発明に係るイオン源によれば、分析スループットを低下させることなく、キャピラリ下流側の先端位置が適正であるか否かを正確かつ効率的に把握することができる。これによりキャピラリ先端位置の再現性が向上し、高い分析再現性を実現できる。

実施形態１に係る質量分析計１の構成図である。 キャピラリ１１を交換する手順を説明するフローチャートである。 液体クロマトグラフ（ＬＣ）と質量分析計１を組み合わせた例である。 キャピラリを交換するタイミングについて説明するチャートである。 交換可能状態や分析可能状態を判断する機能の例である。 キャピラリ１１の下流端１２の位置による電流値の違いを確認するために使用した予備実験のための構成例を示す。 Ｚ_ｎｅｂを固定しキャピラリ１１の突出量（Ｌ）を変化させたとき対向電極２６に流れる電流値を電流計３４でモニタした結果を示す。 Ｚ_ｃａｐｉを５～１２ｍｍの範囲で１ｍｍ間隔で固定し、キャピラリ１１の突出量（Ｌ）を変化させたときの電流値をプロットしたものである。 Ｌを一定にしてＺ_ｃａｐｉを変えた条件毎に電流値をプロットした結果を示す。 実施形態２に係るイオン源２の構成図である。 実施形態２においてキャピラリ１１を交換する手順を説明するフローチャートである。 実施形態３に係るイオン源２の構成図である。 実施形態４に係るイオン源２の構成図である。 実施形態５に係るイオン源２の構成図である。 実施形態６に係るイオン源２の構成図である。 実施形態７に係るイオン源２の構成図である。 実施形態８に係るキャピラリ交換手順を説明するフローチャートである。 Ｉ_３≦Ｉ≦Ｉ_４の範囲について説明するグラフである。 実施形態９に係るキャピラリ交換手順を説明するフローチャートである。 基準プロファイルと計測結果を比較する例を示す。 基準プロファイルと計測結果を比較する例を示す。 基準プロファイルと計測結果を比較する例を示す。 実施形態１０に係るイオン源２の動作手順を説明するフローチャートである。 電流値を繰り返し計測した結果の例である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る質量分析計１の構成図である。質量分析計１は、イオン源２、真空容器４などから構成される。真空容器４は内部に質量分析部３などを有する。イオン源２は、主にイオン生成部５とイオン源チャンバ６から構成される。

イオン源２が生成したイオンは、導入電極７の穴８から真空容器４の中に導入され、質量分析部３によって分析される。質量分析部３には電源９から様々な電圧が印加される。電源９による電圧印加のタイミングや電圧値は制御部１０（演算部）が制御する。制御部１０はその他、イオン源２が備える各部や質量分析計１が備える各部を制御することもできる。

イオン生成部５においては、キャピラリ１１に対して試料溶液を導入し、キャピラリ１１の下流端１２から電界などによりイオンや液滴を噴霧する。キャピラリ１１に印加する電圧値は、数ｋＶ程度（絶対値）が一般的である。正イオンを生成する場合、キャピラリ１１には＋数ｋＶの電圧が印加される。負イオンを生成する場合、キャピラリ１１には－数ｋＶの電圧が印加される。試料溶液の流量は、キャピラリ１１の内径に依存するが、一般にはｎＬ／分オーダからｍＬ／分オーダ程度の範囲に設定される。試料溶液の流量などの条件にもよるが、キャピラリ１１の内外径は、共に１ｍｍ以下程度に設定するのが一般的である。

真空容器４に導入されない液滴やそれらが気化した成分などが装置外に漏洩しないように、イオン源チャンバ６と真空容器４の間は、密閉状態（または密閉に近い状態）にする場合がある。さらに、この余分な成分などを排気するための排気ポート１３を有してもよい。キャピラリ１１の下流端１２の噴霧状態を観察するために、イオン源チャンバ６の一部にガラスなどの透明な部材で構成した窓１４を有してもよい。

真空容器４の内部は図１に示すように、複数の真空室１５、１６、１７で区切られている場合もある。各真空室は各々、小径の穴１８、１９によってつながっている。導入電極７の穴８やこれらの穴１８、１９は、イオンの通り道であり、各々の穴を有する部材に電圧を印加してもよい。その場合は、真空容器４などの筐体部と絶縁物（図示せず）などを介して絶縁する必要がある。真空室の数は図１よりも多い場合も少ない場合もある。

真空室１５、１６、１７は、各々、真空ポンプ２０、２１、２２で排気されて、各々、数百Ｐａ程度、数Ｐａ程度、０．１Ｐａ以下程度に保持するのが一般的である。真空室１６には、イオンを収束させながら透過させるイオン輸送部２３がある。イオン輸送部２３としては多重極電極や静電レンズなどを用いることができる。イオン輸送部２３は真空室１５や１７など、その他の真空室に配置する場合もある。イオン輸送部２３には電源９から、高周波電圧、直流電圧、交流電圧などの他、これらを組み合わせた電圧などが印加される。

質量分析部３は、イオン分析部２４や検出器２５などによって構成される。イオン分析部２４は、イオンを分離または解離する。イオン分析部２４としては、イオントラップ、四重極フィルタ電極、コリジョンセル、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ）などの他、これらを組み合わせた構成などを用いることができる。イオン分析部２４を通過したイオンは検出器２５によって検出される。検出器２５としては、電子増倍管やマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）などを用いることができる。検出器２５が検出したイオンは電気信号などに変換され、制御部１０はその電気信号を用いてイオンの質量や強度などの情報を詳細に分析する。制御部１０は、ユーザからの指示入力の受け付けや電圧等の制御をするための入出力部やメモリ等を備え、電源操作に必要なソフトウェア等なども有している。電源９から質量分析部３に供給する電圧としては、高周波電圧、直流電圧、交流電圧などの他、これらを組み合わせた電圧などを用いることができる。

図１の構成においては、導入電極７の前段に、対向電極２６を配置している。導入電極７と対向電極２６の間にガスを流し、対向電極２６の穴２７から噴霧させることにより、キャピラリ１１の下流端１２から噴霧された過剰な液滴などのノイズ成分が導入電極７の穴８に入ることを抑制できる。ガスの流量は０．５～１０Ｌ／ｍｉｎ程度とし、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用するのが一般的である。対向電極２６の穴２７の直径は１ｍｍ以上、印加電圧は最大±数ｋＶ程度が一般的である。

図１の構成においては、キャピラリ１１の周囲にガス噴霧管２８を配置し、キャピラリ１１とガス噴霧管２８の間にガスを流しガス噴霧管２８の下流端２９から噴霧することにより、キャピラリ１１の下流端１２から噴霧された液滴の気化を促進しイオン化効率を向上できる。ガスの流量は０．５～１０Ｌ／ｍｉｎ程度とし、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用するのが一般的である。ガス噴霧管２８の下流端２９の内径は１ｍｍ以下程度に設定するのが一般的である。

さらなるイオン化効率向上のために、キャピラリ１１の下流端１２からイオンや液滴が噴霧される空間を加熱ガス（最大８００℃程度）により加熱してもよい（図示せず）。加熱ガスの流量は０．５～５０Ｌ／ｍｉｎ程度とし、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用するのが一般的である。

キャピラリ１１は、パッキン、Ｏリング、フェラルなどの密閉手段（図示せず）を介してコネクタ３０に固定される。キャピラリ１１とコネクタ３０は接着、溶接、ロウ付けなどによって一体化されていてもよい。キャピラリ１１とガス噴霧管２８の間にガスを流す場合は、ガスを密閉するためのシール材３１を配置した方がよい。図１においてはシール材は面シールになっているが、気密が保持できれば軸シールなど他の構成でもよい。シール材３１としてはＯリング、パッキンや樹脂やゴムなどのリングなどを用いることができる。

コネクタ３０は配管接続部３２を有し、配管接続部３２を介してコネクタ３０に対して配管（図示せず）を接続することができる。配管に試料溶液を供給することによってキャピラリ１１に試料が供給される。

キャピラリ１１の詰まりなどの原因でキャピラリ１１を交換（ここではキャピラリ１１とコネクタ３０が固定された状態で交換）した後、図１のようにコネクタ３０とガス噴霧管２８の面同士が接するので、キャピラリ１１の長さの器差が小さい場合、下流端１２のＺ方向の位置は再現するはずである。しかしながら、ガス噴霧管２８の下流側は噴霧するガスの速度を速めるために細くなっていることが多く、非常に小径なキャピラリ１１は途中で引っ掛かるなどによって、図１とは異なりキャピラリ１１がガス噴霧管２８の下流端２９から僅かに飛び出すような定位置に来ていない可能性がある。キャピラリ１１の下流端１２がガス噴霧管２８の内部に留まった状態で試料を送液するとガス噴霧管２８の内部が水浸しになり、汚染や装置故障のトラブルの要因になり得る。

そこで本実施形態１においては、キャピラリ１１を交換した後、電源３３からキャピラリ１１に対して電圧を印加した時に対向電極２６に流れる電流値をモニタする電流計３４を備えることとした。制御部１０は、モニタした電流値にしたがってキャピラリ１１の下流端１２の位置を判断し、その結果によって、分析実行か中止かを決定する。中止の場合は例えば表示器３５などによってアラートを提示する。アラートとしては、視覚的なモニタ、ランプ、ディスプレイ、聴覚的なブザー、サイレンなど、様々なものを用いることができる。

図２は、キャピラリ１１を交換する手順を説明するフローチャートである。キャピラリ１１の交換時に新しいキャピラリ１１をセットした後に対向電極２６に流れる電流値を電流計３４によってモニタする。制御部１０は測定結果にしたがってキャピラリ１１の下流端１２の位置が正規の位置であるか否かを判断する。制御部１０はその判断結果にしたがって、キャピラリ１１の下流端１２の位置が正規位置であるか否かを表す突出量情報を出力する。突出量については後述の図６～図９を用いて説明する。正規位置であれば分析を実行し、正規位置と判断できない場合、制御部１０は表示器３５によってアラートを出力する。

実際の合否判断に際しては、ある程度の電流値範囲を合格とする場合が多い。例えば、正規位置において計測される電流値（Ｉ）が３０μＡ±２μＡであった場合、ばらつきの最小値（Ｉ_１）＝２８μＡから最大値（Ｉ_２）＝３２μＡの範囲を合格、つまり、Ｉ_１≦Ｉ≦Ｉ_２の条件が合格範囲とすることができる。この合格条件は１例であり、異なる条件式を使用して、さらに広い範囲や狭い範囲に設定することも可能である。不合格判定となってアラートが出た場合、キャピラリ１１を取り付け直す。数度繰り返しても不合格判定となる場合は、部品自体のエラーと判断して、新規のキャピラリ１１と交換してもよい。

図３は、液体クロマトグラフ（ＬＣ）と質量分析計１を組み合わせた例である。一般的に質量分析計１は図３のように液体クロマトグラフ（ＬＣ）３７と組み合わせて使用することが多い。ＬＣ３７は主に、ポンプ３８と３９、ミキサー４０、試料注入部４１、分離カラム４２などから構成される。試料注入部４１に注入した試料は、ポンプ３８と３９によって各々送液され、ミキサー４０によって混合された移動相４３と４４により、分離カラム４２へと送られる。ミキサー４０における混合比は、ポンプ３８と３９の流量比によって調節可能である。移動相４３と４４は、一方が水（または水が主成分の溶媒）、もう一方がメタノールやアセトニトリルなどの有機溶媒（または有機溶媒が主成分の溶媒）を使用することが多い。一般的にＬＣ３７は、移動相４３と４４において使用する水や有機溶媒などによって洗浄・平衡化された分離カラム４２に試料を注入した後、移動相４３または４４、または両移動相を混合した溶液により、分離カラム４２から試料成分を溶出する。溶出の際、移動相４３と４４の混合比を時間的に変化させていくことにより、時間ごとに試料成分のＬＣピークを取得することができる（ＬＣ分離）。図３のようにＬＣ３７の下流にイオン源２を配置することにより、ＬＣピークに対応した試料が時間毎にイオン化され、質量分析計１によってそのイオンが分析される。分離カラム４２の種類、移動相４３と４４の混合比、配管類の長さなどから、試料成分に対応したＬＣピークのタイミング（保持時間）が一義的に定義できる。

図４は、キャピラリを交換するタイミングについて説明するチャートである。図３のシステムにおいては、ポンプ３８と３９がキャピラリ１１に送液する過程において、キャピラリ１１の詰まりによる圧力異常や、キャピラリ１１の下流端１２の劣化による感度低下などが起こり得る。このような現象が起きた場合、キャピラリ１１を新品に交換するのが一般的である。圧力異常や感度低下が起きた場合、一旦分析を停止し、送液、送気、通電などを停止する（この際、通常は真空ポンプ２０、２１、２２を停止しない）。その後、ポンプ３８と３９の圧力やイオン源２の温度が十分に下がってキャピラリ１１の交換が可能な状態になったら、図２の交換フローを実施する。交換フローが終了したら送液、送気、通電などを起動する。ポンプ３８と３９の圧力やイオン源２の温度が十分に安定し、分析可能な状態になったら分析を開始する。

図５は、交換可能状態や分析可能状態を判断する機能の例である。例えばＬＣ３７の圧力をモニタする圧力計４５や、イオン源２の温度をモニタする温度調節部４６を設けてもよい。この他にも、電源類や装置カバー類（図示せず）などに様々なインタロック機能を配置しておくことも可能である。

図６は、キャピラリ１１の下流端１２の位置による電流値の違いを確認するために使用した予備実験のための構成例を示す。簡便のため、図１との相違点のみ説明する。本構成は、対向電極２６の穴２７の中心に対するガス噴霧管２８の下流端２９のＺ方向の相対位置（Ｚ_ｎｅｂ）を変化させるための駆動部４７と、キャピラリ１１の下流端１２のＺ方向の相対位置（Ｚ_ｃａｐｉ）を変化させるための駆動部４８を有する。キャピラリ１１とガス噴霧管２８それぞれのＺ方向の相対位置が変化するので、本構成ではシール材３１を軸シール方式にしている。対向電極２６の穴２７の直径は４ｍｍのものを使用した。

図６において、キャピラリ１１の下流端１２は、イオン源チャンバ６内の空間に対して突出している。この突出量は、キャピラリ１１のうちガス噴霧管２８によって覆われていない部分（長さＬの部分）がイオン源チャンバ６内の空間に対して露出している部分の長さとして定義することもできるし、キャピラリ１１自体がイオン源チャンバ６の内壁から突出している長さとして定義することもできる。いずれの定義を用いる場合においても、この突出量が適正であるか否かを判定することにより、キャピラリ１１の下流端１２の位置が適正であるか否かを判定することができる。このことを検証した結果について図７～図９を用いて説明する。

図７は、Ｚ_ｎｅｂを固定しキャピラリ１１の突出量（Ｌ）を変化させたとき対向電極２６に流れる電流値を電流計３４でモニタした結果を示す。ここでは、対向電極２６とキャピラリ１１の中心との間の距離（Ｘ）を５ｍｍとし、電源３３からキャピラリ１１とガス噴霧管２８に５ｋＶを印加した。図７において、Ｚ_ｎｅｂを５～１５ｍｍの範囲で１ｍｍ間隔で固定し、キャピラリ１１の突出量（Ｌ）を変化させたときの電流値をプロットした。Ｚ_ｎｅｂの固定は、図１のようにガス噴霧管２８の位置がイオン源チャンバ６などの筐体部分によって規制されている構成を前提としている。Ｚ_ｎｅｂを固定してＬを変化させることにより、（ａ）キャピラリ１１のうちガス噴霧管２８によって覆われていない部分（長さＬの部分）がイオン源チャンバ６内の空間に対して露出している部分の長さが変化するとともに、（ｂ）キャピラリ１１自体がイオン源チャンバ６の内壁から突出している長さが変化することになる。すなわちキャピラリ１１がイオン源チャンバ６内の空間に対して突出している突出量が変化することになる。

いずれのＺ_ｎｅｂの条件においてもＬによる電流値の差が顕著である。これは、電流値にしたがって、キャピラリ１１の下流端１２の位置が正規位置か否かを判断可能であることを示唆している。したがって、キャピラリ１１のうちガス噴霧管２８によって覆われていない部分（長さＬの部分）がイオン源チャンバ６内の空間に対して露出している部分の長さＬを用いて、あるいはキャピラリ１１自体がイオン源チャンバ６の内壁から突出している長さを用いて、下流端１２の位置が正規位置か否かを判断できる。

図８は、Ｚ_ｃａｐｉを５～１２ｍｍの範囲で１ｍｍ間隔で固定し、キャピラリ１１の突出量（Ｌ）を変化させたときの電流値をプロットしたものである。Ｚ_ｃａｐｉの固定は、図１とは異なりキャピラリ１１の位置がイオン源チャンバ６などの筐体部分によって規制されている構成を前提としている。Ｚ_ｃａｐｉを固定してＬを変化させることにより、キャピラリ１１のうちガス噴霧管２８によって覆われていない部分（長さＬの部分）がイオン源チャンバ６内の空間に対して露出している部分の長さが変化することになる。すなわちキャピラリ１１がイオン源チャンバ６内の空間に対して突出している突出量が変化することになる。

いずれのＺ_ｃａｐｉの条件でもＬによる電流値の差が顕著である。これは、電流値にしたがって、キャピラリ１１の下流端１２の位置が正規位置か否かを判断可能であることを示唆している。したがって、キャピラリ１１のうちガス噴霧管２８によって覆われていない部分（長さＬの部分）がイオン源チャンバ６内の空間に対して露出している部分の長さＬを用いて、下流端１２の位置が正規位置か否かを判断できる。

図９は、Ｌを一定にしてＺ_ｃａｐｉを変えた条件毎に電流値をプロットした結果を示す。Ｌを固定してＺ_ｃａｐｉを変化させることにより、キャピラリ１１自体がイオン源チャンバ６の内壁から突出している長さが変化することになる。すなわちキャピラリ１１がイオン源チャンバ６内の空間に対して突出している突出量が変化することになる。図９に示す結果によれば、キャピラリ１１自体がイオン源チャンバ６の内壁から突出している長さを用いて、下流端１２の位置が正規位置か否かを判断できる。

図７～図９の検証結果によれば、キャピラリ１１の下流端１２と対向電極２６との間の相対位置（Ｘ）が一定であるにも関わらず、キャピラリ１１がイオン源チャンバ６内の空間に対して突出している突出量が電流値に大きく依存することが分かる。したがって電流値を用いて、キャピラリ１１の位置が適正であるか否かを判定できる。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係るイオン源２は、試料をキャピラリ１１に対して供給していないとき電源３３がキャピラリ１１に対して電圧印加することによって流れる電流を電流計３４によって計測し、制御部１０はその計測結果にしたがって、キャピラリ１１が正規位置にあるか否かを判定する。これにより、質量分析計１がイオンを分析開始する前の時点で、キャピラリが正規位置にあるか確認できるので、汚染や装置故障などによるトラブルを防止でき、かつ、高い分析安定性を確保できる。

＜実施の形態２＞
図１０は、本発明の実施形態２に係るイオン源２の構成図である。本実施形態２では、電流測定結果によりキャピラリ１１の位置を調整する構成について説明する。説明簡便のため、実施形態１との相違点について主に説明する。

図１０のイオン源２は、ガス噴霧管２８に対してキャピラリ１１のＺ方向の位置を調整する駆動部４８を備える。キャピラリ１１とガス噴霧管２８との間のＺ方向の相対位置が変化するので、本構成ではシール材３１を軸シール方式にしている。

図１１は、本実施形態２においてキャピラリ１１を交換する手順を説明するフローチャートである。キャピラリ１１の交換時に新しいキャピラリ１１をセットした後に対向電極２６に流れる電流値を電流計３４によってモニタする。制御部１０は測定結果にしたがって、キャピラリ１１の下流端１２の位置が正規位置であるか否かを判断する。正規位置であれば分析実行する。正規位置と判断できない場合、電流測定の回数（ｎ）が１回目であれば駆動部４８によってキャピラリ１１の下流端１２のＺ方向の位置を調節する。位置調整においては、例えば図７のようなあらかじめ得られた結果を元に、測定結果の電流値から現在の位置を判断し、その位置と正規位置との間の差分を補正するように調整することが考えられる。この調節は自動でも手動でもよい。位置調整した後に再度電流を測定し、図２と同様にＩ_１≦Ｉ≦Ｉ_２の範囲であれば合格とし分析開始する。再測定でも不合格の場合はｎ＝２となるので、部品自体のエラーと判断して、図２と同様にアラートを出し、新規のキャピラリ１１と交換する、などの対応をとることができる。測定回数のｎの閾値はｎ＝２以外の値に設定することも可能である。

本実施形態２に係るイオン源２によれば、キャピラリ１１の取り付け位置が最適でなくても、キャピラリ１１を取り外すことなく位置調整が可能になる。これにより、キャピラリ１１交換によるスループットのロスを最小限にできる。

＜実施の形態３＞
図１２は、本発明の実施形態３に係るイオン源２の構成図である。本実施形態３では、電流測定結果によりガス噴霧管２８の位置を調整する構成について説明する。説明簡便のため、実施形態１との相違点について主に説明する。

図１２のイオン源２は、キャピラリ１１に対してガス噴霧管２８のＺ方向の位置を調整する駆動部４７を備える。キャピラリ１１とガス噴霧管２８との間のＺ方向の相対位置が変化するので、本構成ではシール材３１を軸シール方式にしている。キャピラリ１１の位置を基準とするので、キャピラリ１１やコネクタ３０の位置が、部材（図示せず）などを介してイオン源チャンバ６などの筐体部分に対し規制されている構造となる。キャピラリ１１を交換する手順は図１１とほぼ同様なので、説明を省略する。

本実施形態３に係るイオン源２も実施形態２と同様に、キャピラリ１１の取り付け位置が最適でなくても、キャピラリ１１を取り外すことなく位置調整が可能になる。これにより、キャピラリ１１交換によるスループットのロスを最小限にできる。実施形態２で説明した駆動部４７と実施形態３で説明した駆動部４８は、図６のように併用することもできる。

＜実施の形態４＞
図１３は、本発明の実施形態４に係るイオン源２の構成図である。本実施形態４では、導入電極７の電流値によりキャピラリ１１の下流端位置を判断する構成のイオン源について説明する。説明簡便のため、実施形態１との相違点について主に説明する。

図１３においては実施形態１～３とは異なり、対向電極２６が無い。試料溶液の流量が小さい条件においては、対向電極２６や対向電極２６の内側からのガス噴霧が不要なケースもある。本構成はかかる場合において適用できる。本構成においては対向電極２６がないので、電流計３４は導入電極７に流れる電流値を測定する。その他の構成や手順は実施形態１～３と同様であり、同様の効果が得られる。

＜実施の形態５＞
図１４は、本発明の実施形態５に係るイオン源２の構成図である。本実施形態５に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８を備えていない。説明簡便のため、実施形態１との相違点について主に説明する。

試料溶液の流量が小さい条件においては、ガス噴霧管２８やガス噴霧管２８の内側からのガス噴霧が不要なケースもある。ガス噴霧管２８がないので、本実施形態５においてキャピラリ１１やコネクタ３０はアダプタ部材４９などに設置される。その他の構成や手順は実施形態１～４と同様であり、同様の効果が得られる。

＜実施の形態６＞
図１５は、本発明の実施形態６に係るイオン源２の構成図である。本実施形態６では、偏向電極の電流値によりキャピラリ１１の下流端位置を判断する構成について説明する。説明簡便のため、実施形態１との相違点について主に説明する。

図１５の構成は実施形態１で説明した構成に加えて、偏向電極５０を備える。導入電極７から液滴などのノイズ成分が流入すると、真空容器４の内部の各種電極類の汚染につながり感度低下を招く。さらには検出器２５の寿命を早めることにもつながる。対向電極２６の内部からの逆向きのガス噴霧などによって、ある程度のノイズ流入を防ぐことが可能であるが、それでも足りない場合などは、イオンや液滴の噴霧口であるキャピラリ１１の下流端１２を遠ざけるなどの対応が必要になる場合がある。下流端１２を遠ざけることによってノイズの流入は低下するが、イオンの流入も低下し感度低下につながってしまう。この感度低下を補うためにイオン源チャンバ６内に偏向電極５０を配置する場合がある。偏向電極５０に対して最大±数ｋＶ程度の電圧を印加することにより、強制的に導入電極７の方向にイオンを偏向させ、イオン導入効率を向上させる。

キャピラリ１１を導入電極７から遠ざけた上で、対向電極２６や導入電極７における電流値を計測する場合、両者間の距離が遠いので上手く電流検出できない可能性がある。その場合、より近くに配置可能な偏向電極５０に流れる電流値をモニタすることにより、対向電極２６や導入電極７における電流値を計測するのと同様の効果が得られる。その他の構成や手順は実施形態１～５と同様である。

＜実施の形態７＞
図１６は、本発明の実施形態７に係るイオン源２の構成図である。本実施形態７では、電流測定専用電極の電流値によりキャピラリ１１の下流端位置を判断する構成について説明する。説明簡便のため、実施形態１との相違点について主に説明する。

図１６の構成は実施形態１で説明した構成に加えて、電流測定専用電極５１を備える。キャピラリ１１の下流端１２からはイオンとともに液滴などの汚染物質も噴霧されるので、対向電極２６、導入電極７、偏向電極５０などの表面が汚染される可能性がある。質量分析計１は真空により導入電極７の穴８からイオンを引き込んでいるので、これら電極類に多少の汚れが付いても、気流の力でイオンが導入され、感度低下率は小さい。しかしながら、これら電極類の電流を計測する場合、汚染による電界の変化が懸念される。そこで本実施形態７では、電流のモニタ専用の電流測定専用電極５１を配置することとした。他の電極類よりも電流測定専用電極５１がキャピラリ１１の下流端１２に近い位置にないと、他の電極類に放電電流が流れてしまうが、反対に電流測定専用電極５１を下流端１２に近づけ過ぎると電界を乱してしまい、イオン化効率を低下させてしまう。そのため、図１６のように駆動部５２を配置し、分析時には、電界の妨げにならず、かつ、分析時の汚染に晒されない箇所まで電流測定専用電極５１を移動可能なことが望ましい。

本実施形態７に係るイオン源２によれば、汚染による電流計測結果の信頼性を高めることができるので、下流端１２が正規位置にあるか否かの判定精度も向上する。さらに電流測定専用電極５１が分析に対して与える影響も緩和することができる。

＜実施の形態８＞
図１７は、本発明の実施形態８に係るキャピラリ交換手順を説明するフローチャートである。本実施形態８では、電流測定結果を元に、キャピラリ電圧を調整して分析工程を実施する動作例について説明する。イオン源２や質量分析計１の構成は実施形態１～７と同様である。以下では説明の便宜上、実施形態１に係るイオン源２の構成を前提とするが、その他実施形態に係るイオン源２においても本フローチャートを用いることができる。

キャピラリ１１の交換時に新しいキャピラリ１１をセットした後に対向電極２６に流れる電流値を電流計３４によってモニタする。図２と同様に測定結果がＩ_１≦Ｉ≦Ｉ_２の範囲であれば合格とし分析開始する。不合格の場合でもキャピラリ１１に印加する電圧値を調節すれば同様の電界（感度）が得られる範囲（Ｉ_３≦Ｉ≦Ｉ_４）であれば、位置調整や再交換をせずにそのままの状態で電圧調整し、再度電流値を測定し合格であれば、電圧を補正した条件で分析開始する。電圧調整が不可能な範囲（Ｉ_３≦Ｉ≦Ｉ_４以外）や再電流測定で不合格の場合は、部品自体のエラーと判断して、アラートを出し新規のキャピラリ１１と交換する、などの対応をとることができる。Ｉ_１≦Ｉ≦Ｉ_２やＩ_３≦Ｉ≦Ｉ_４の合格条件は１例であり、異なる条件式を使用して、さらに広い範囲や狭い範囲に設定することも可能である。

図１８は、Ｉ_３≦Ｉ≦Ｉ_４の範囲について説明するグラフである。図１８は、図６の構成においてＸ＝３ｍｍ、Ｚ_ｎｅｂ＝２５ｍｍ固定で、Ｌと電圧値を変えた結果をプロットしたものである。キャピラリ１１の外径は０．２７ｍｍ、ガス噴霧管２８の先端内径は０．４ｍｍのものを使用した。この構成で最適な条件を、キャピラリ１１に対する印加電圧については５．５ｋＶ、Ｌ＝０．７ｍｍと仮定する（３０μＡ程度）。本実験で使用した電源３３は印加範囲が最大５．８ｋＶであるので、Ｌ＝０．１ｍｍ刻みの条件で３０μＡを達成可能なのは、Ｌ＝０．６～０．９ｍｍの範囲となる。つまり、このＬの構成においては電圧調整で３０μＡに調整可能と考えられる。例えば、最初の電流測定において、印加電圧５．５ｋＶで４０μＡという結果が出ればＬ＝０．９ｍｍ程度と推測できる。その場合、電圧を５．３ｋＶまで下げることにより、３０μＡ程度の電流が流れる電界に調整可能である。

実際の分析における最適電圧が４ｋＶである場合を例として、分析時の補正印加電圧について説明する。図１８の横軸と縦軸の相関が、分析時の印加電圧とイオン強度の相関と同様の傾向を示す場合、前述の例では、５．５ｋＶから５．３ｋＶに電圧調整しているので、比率の関係から分析時の補正電圧は３．８５５ｋＶに設定することにより、Ｌ＝０．７ｍｍかつ４ｋＶの条件と同等のイオン強度が得られることになる。この補正に関する換算式は、その他の分析条件などにも左右されるので、この例の限りではない。

本実施形態８に係るキャピラリ交換手順により、キャピラリ１１の取り付け位置が最適でなくても、キャピラリ１１を取り外すことなく位置調整が可能になるので、交換によるスループットのロスを最小限にできる。本実施形態８における電圧調整方法は、その他実施形態における下流端１２の位置調整方法と併用してもよい。

＜実施の形態９＞
図１９は、本発明の実施形態９に係るキャピラリ交換手順を説明するフローチャートである。本実施形態９では、キャピラリ１１に対して複数の電圧を印加することによりそれぞれ得られる電流値のプロファイルを基準プロファイルと比較することにより、下流端１２の位置について合否判断する。イオン源２や質量分析計１の構成は実施形態１～８と同様である。

図２０～図２２は、基準プロファイルと計測結果を比較する例を示す。キャピラリ１１に対してそれぞれ異なる電圧を印加すると図２０～図２２の実線でプロットされるプロファイルが得られる。制御部１０は、この実線を基準プロファイルして用いる。図２０では電流測定が可能な電圧値の閾値（電流値が立ち上がる閾値電圧）が、基準プロファイルと実測結果との間で異なっている。図２１では印加電圧に対する電流値の傾きが、基準プロファイルと実測結果との間で異なっている。図２２では同じ印加電圧に対する電流値が基準プロファイルと実測結果との間で異なっている。制御部１０は、基準プロファイルと実測結果との間の各誤差に許容範囲を設定しておき、許容範囲内ならば合格、許容範囲外ならば不合格と判定する。判定には、これ以外の指標を使用してもよい。

本実施形態９に係るキャピラリ交換手順によれば、キャピラリ１１に対して単一の電圧を印加する場合と比較して、電流値に基づく判定がより正確となる。本実施形態９に係る基準プロファイルと実測結果を比較する方法は、図１１や図１７のキャピラリ交換フローにも応用することが可能である。

＜実施の形態１０＞
図２３は、本発明の実施形態１０に係るイオン源２の動作手順を説明するフローチャートである。本実施形態１０に係るイオン源２は、分析休止時に電流値を測定する。電流値測定の結果の合否判断においては、上記各実施形態に係る方法を使用することができる。合格の場合は次の分析へ進み、不合格の場合はキャピラリ１１の交換や位置調整や電圧調整を実施する。各実施形態に係る方法を組み合わせてもよい。

図２４は、電流値を繰り返し計測した結果の例である。電流値を繰り返し測定すると、図２４に示すような分析回数－誤差曲線が得られる。縦軸の誤差としては、例えば図２０～図２２で示した様々な誤差を用いることができる。制御部１０は、誤差の積算値が閾値以上になった時点で不合格判定とすることができ。これにより、部品劣化や寿命の予兆診断が可能となる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、各実施例に使用される各種電極は電圧が印加されるので、筐体部分などに取り付ける際は、絶縁部材を介して取り付ける場合があるが、簡便のため各図においては絶縁物を図示していないことを付言しておく。

以上の実施形態において、電源９がキャピラリ１１に対して電圧を印加したとき各電極に流れる電流を電流計３４によって計測することを説明したが、電流計３４はキャピラリ１１に流れる電流を直接的または間接的に計測してもよい。この場合であっても以上の実施形態と同様の効果を発揮できる。すなわち、試料をキャピラリ１１に対して供給していないとき電源９がキャピラリ１１に対して電圧を印加することにより生じる電流を計測できればよい。

以上の実施形態において、制御部１０は、突出量情報を任意の形式で出力することができる。例えばディスプレイなどを介してユーザに対して突出量を提示することができる。あるいは、例えば突出量を記述したデータを他の演算装置などに対して出力することもできる。その他適当な出力形式を用いることもできる。

以上の実施形態において、制御部１０は、例えばその機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することにより構成することもできる。

１：質量分析計
２：イオン源
３：質量分析部
４：真空容器
５：イオン生成部
６：イオン源チャンバ
７：導入電極
８：穴
９：電源
１０：制御部
１１：キャピラリ
１２：下流端
１３：排気ポート
１４：窓
１５～１７：真空室
１８～１９：穴
２０～２２：真空ポンプ
２３：イオン輸送部
２４：イオン分析部
２５：検出器
２６：対向電極
２７：穴
２８：ガス噴霧管
２９：下流端
３０：コネクタ
３１：シール材
３２：配管接続部
３３：電源
３４：電流計
３５：表示器
３７：液体クロマトグラフ（ＬＣ）
３８～３９：ポンプ
４０：ミキサー
４１：試料注入部
４２：分離カラム
４３～４４：移動相
４５：圧力計
４６：温度調節部
４７：駆動部
４８：駆動部
４９：アダプタ部材
５０：偏向電極
５１：電流測定専用電極
５２：駆動部

Claims (13)

1. 試料をイオン化するイオン源を制御するイオン源制御方法であって、
   前記イオン源は、
   前記試料を含む溶液が通過するキャピラリ、
   前記キャピラリの先端部分を収容するイオン源チャンバ、
   前記キャピラリに対して電圧を印加する電源、
   前記キャピラリに対して前記試料を導入していないとき前記電源が前記キャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流を計測する電流計、
   を備え、
   前記イオン源制御方法は、前記キャピラリの先端部分が前記イオン源チャンバ内の空間に対して突出している突出量が適正であるか否かを表す突出量情報を出力するステップを有し、
   前記突出量情報を出力するステップにおいては、前記電流計が計測した前記電流が許容範囲内にある場合は前記突出量が適正である旨を表す前記突出量情報を出力し、前記許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力する
   ことを特徴とするイオン源制御方法。
2. 前記イオン源はさらに、前記キャピラリを移動させることにより前記突出量を調整する第１駆動部を備え、
   前記イオン源制御方法はさらに、
   前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内にない場合は、前記第１駆動部によって前記キャピラリを移動させることにより前記突出量を調整するステップ、
   前記突出量を調整した後において前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内にある場合は前記突出量が適正である旨を表す前記突出量情報を出力し、前記許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力するステップ、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
3. 前記イオン源はさらに、
   前記キャピラリの少なくとも一部を収容し、前記キャピラリが噴射した物質を気化させるガスを噴射するガス噴霧管、
   前記ガス噴霧管を移動させることにより前記突出量を調整する第２駆動部、
   を備え、
   前記イオン源制御方法はさらに、
   前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内にない場合は、前記第２駆動部によって前記ガス噴霧管を移動させることにより前記突出量を調整するステップ、
   前記突出量を調整した後において前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内にある場合は前記突出量が適正である旨を表す前記突出量情報を出力し、前記許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力するステップ、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
4. 前記イオン源はさらに、
   前記キャピラリが噴射する前記試料内に含まれるイオンを分析する分析装置に対して前記イオンを導入する導入穴を有する導入電極、
   前記導入電極と前記キャピラリとの間に配置され、前記導入穴と連通している第２導入穴を有する対向電極、
   前記導入電極と前記対向電極との間の空間に対してガスを導入することにより前記第２導入穴から前記ガスを噴出させるガス導入口、
   を備え、
   前記突出量情報を出力するステップにおいては、前記電源が前記キャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流として、前記対向電極に流れる電流を前記電流計が計測した結果を取得する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
5. 前記イオン源はさらに、前記キャピラリが噴射する前記試料内に含まれるイオンを分析する分析装置に対して前記イオンを導入する導入穴を有する導入電極を備え、
   前記突出量情報を出力するステップにおいては、前記電源が前記キャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流として、前記導入電極に流れる電流を前記電流計が計測した結果を取得する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
6. 前記イオン源はさらに、
   前記キャピラリが噴射する前記試料内に含まれるイオンを分析する分析装置に対して前記イオンを導入する導入穴を有する導入電極、
   前記イオンを前記導入電極へ向けて偏向させる偏向電極、
   を備え、
   前記突出量情報を出力するステップにおいては、前記電源が前記キャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流として、前記偏向電極に流れる電流を前記電流計が計測した結果を取得する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
7. 前記イオン源はさらに、前記キャピラリの先端部分に対する相対位置を調整することができる電流測定電極を備え、
   前記突出量情報を出力するステップにおいては、前記電源が前記キャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流として、前記電流測定電極に流れる電流を前記電流計が計測した結果を取得し、
   前記イオン源制御方法はさらに、
   前記キャピラリに対して前記試料を導入していないとき、前記電流測定電極を第１位置まで移動させた上で前記電流測定電極に流れる電流を前記電流計が計測した結果を取得するステップ、
   前記キャピラリに対して前記試料を導入しているとき、前記電流測定電極を前記第１位置よりも前記キャピラリの先端部分から離れた第２位置へ移動させるステップ、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
8. 前記イオン源制御方法はさらに、
   前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内になく、かつ第２許容範囲内にある場合は、前記電源が前記キャピラリに対して印加する電圧を変更するステップ、
   前記電源が前記キャピラリに対して印加する電圧を変更した後において前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内にある場合は前記変更した電圧を前記キャピラリに対して印加するように前記電源を制御し、前記許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力するステップ、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
9. 前記イオン源制御方法はさらに、前記電流計が計測した前記電流が前記許容範囲内になく、かつ前記第２許容範囲内にない場合は、前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力するステップを有する
   ことを特徴とする請求項８記載のイオン源制御方法。
10. 前記イオン源はさらに、前記電源が前記キャピラリに対して印加する電圧と前記電流計が計測する電流との間の対応関係をあらかじめ計測することによって取得した対応関係データを格納する記憶部を備え、
    前記イオン源制御方法はさらに、前記電源が前記キャピラリに対して印加する電圧と前記電流計が計測する電流との間の対応関係を実測した実測データと、前記対応関係データとの間の誤差が第３許容範囲内である場合は、前記突出量が適正である旨を表す前記突出量情報を出力し、前記第３許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１記載のイオン源制御方法。
11. 前記誤差として、
    前記電流計が計測する電流が０から立ち上がる閾値電圧、
    前記電源が前記キャピラリに対して印加する電圧に対する、前記電流計が計測する電流の傾き、
    前記電源が前記キャピラリに対して印加する同じ電圧値に対して前記電流計が計測する電流、
    のうち少なくともいずれかについて、前記実測データと前記対応関係データとの間の差分を取得する
    ことを特徴とする請求項１０記載のイオン源制御方法。
12. 試料をイオン化するイオン源であって、
    前記試料を含む溶液が通過するキャピラリ、
    前記キャピラリの先端部分を収容するイオン源チャンバ、
    前記キャピラリに対して電圧を印加する電源、
    前記キャピラリに対して前記試料を導入していないとき前記電源が前記キャピラリに対して電圧を印加することにより生じる電流を計測する電流計、
    前記キャピラリの先端部分が前記イオン源チャンバ内の空間に対して突出している突出量が適正であるか否かを表す突出量情報を出力する演算部、
    を備え、
    前記演算部は、前記電流計が計測した前記電流が許容範囲内にある場合は前記突出量が適正である旨を表す前記突出量情報を出力し、前記許容範囲内にない場合は前記突出量が適正でない旨を表す前記突出量情報を出力する
    ことを特徴とするイオン源。
13. 請求項１２記載のイオン源を備えることを特徴とする質量分析計。

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