JP7282346B2 - スプレーイオン化装置、分析装置および表面塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、スプレーイオン化技術に関する。

質量分析計は、物質を構成するイオンの質量電荷比毎に計数してイオン強度として物質の定量的な情報を得ることができる。質量分析計は、良好な信号雑音比のイオン強度が得られることでより精確な分析が可能となる。そのため、分析対象のイオン化あるいは帯電した物質が十分に導入されることが必要となる。

液体試料をイオン化する方法としては、エレクトロスプレーイオン化法が挙げられる。エレクトロスプレーイオン化法では、細管中の試料溶液に数ｋＶの高電圧を印可して、吐出口の先端に形成される液体コーン（いわゆる、テイラーコーン）を形成し、その先端から帯電液滴が放出され、帯電液滴の溶媒の蒸発により体積が減少し、分裂することで最終的に気相イオンを生成する。この手法では、帯電した液滴を形成できる溶液の吐出量が毎分１～１０μＬであり、液体クロマトグラフィ法と組み合わせて使用するには吐出量が十分でない。

帯電液滴の気化を促進するために、試料溶液の細管を囲む外管からガスを噴射して帯電液滴の発生および溶媒の気化を支援する手法としてガス噴霧支援エレクトロスプレーイオン化法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第８８０９７７７号明細書

しかしながら、特許文献１に記載されるようなガス噴霧支援エレクトロスプレーイオン化法では、発生した帯電液滴の粒径が大きいため、加熱ガスを用いて溶媒の気化を促進させたり、板状のターゲットに衝突させたりして帯電液滴を微細化し、さらに、過大な帯電液滴を除去するために吐出方向と微細液滴化された帯電液滴を取り込む方向を直交させたりする手法を用いる必要があり、効率的に帯電液滴が得られないという問題がある。

本発明の目的の一つは、上述した問題を解決するもので、微細化した帯電液滴を得ることができ、液体に含まれる成分の分子、クラスタ等を効率よくイオン化可能なスプレーイオン化装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、液体が流通可能な第１の流路を有する第１の管体であって、一端部に上記液体を噴射する第１の出口を有する、上記第１の管体と、上記第１の管体を囲む第２の管体と、上記第２の管体を間隙を有して囲み、気体が流通可能な第２の流路を有する第３の管体であって、上記一端部に第２の出口を有し、上記第２の流路は上記第２の管体の外周面と上記第３の管体の内周面とにより画成される、上記第３の管体と、を備え、上記第３の管体は、その第２の出口が上記第１の出口と軸方向の位置が同じかそれよりも下流に配置され、上記第２の出口の開口径が上記第２の管体の外周面の直径よりも小さく形成され、上記第３の管体は、電極として少なくとも第２の出口を含む先端部が導電材料からなり、上記電極に接続した電源により上記第１の出口より噴射した液滴に電場を印加して、上記第２の出口から帯電液滴を噴射可能である、スプレーイオン化装置が提供される。

上記態様によれば、気体が流通可能な第２の流路を有する第３の管体の第２の出口が、液体が流通可能な第１の流路を有する第１の管体の第１の出口と軸方向の位置が同じかそれよりも下流に配置され、上記第２の出口の開口径が上記第２の管体の外周面の直径よりも小さく形成されているので、第１の出口と第２の出口との間の領域で、第１の出口から噴射された液体が、その上流から第３の管体の内周面にそって流れ込む気体によって微細化され、さらに、第３の管体の先端部からの電場によって微細化された液滴が帯電する。これにより、帯電した液滴が微細化されているので蒸発による脱溶媒化が容易に行われ、液体に含まれる成分の分子、クラスタ等を効率よくイオン化可能なスプレーイオン化装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係るスプレーイオン化装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態の噴霧器のノズル部の断面図である。 本発明の第１の実施形態の噴霧器のノズル部の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置の噴霧器のノズル部の断面図である。 比較例１の噴霧器のノズル部の概略断面図である。 比較例２の噴霧器のノズル部の概略断面図である。 レセルピンの測定例を示す図である。 クロラムフェニコールの測定例を示す図である。 テストステロンの測定例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る分析装置の概略構成図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスプレーイオン化装置の概略構成図である。図２は、噴霧器のノズル部の断面図であり、（ａ）は図１のノズル部の拡大断面図、（ｂ）は図２（ａ）に示すＹ－Ｙ断面図である。

図１および図２を参照するに、本発明の第１の実施形態に係るスプレーイオン化装置１０は、噴霧器１１と、噴霧器１１に供給する試料液Ｌｆを収容する容器１２と、噴霧器１１に供給する噴霧ガスＧｆを収容するボンベ１３と、噴射された試料液Ｌｆの液滴に高電場を印加するための高電圧電源１４とを有する。スプレーイオン化装置１０は、噴霧器１１の一端部側（以下、噴射側とも称する。）に帯電した液滴を噴射するノズル部１５が形成される。ノズル部１５よりも他端部側（以下、供給側とも称する。）に試料液Ｌｆおよび噴霧ガスＧｆが供給される。試料液Ｌｆは容器１２からポンプ１７等により連続して供給するようにしてもよく、間欠的に供給するようにしてもよい。試料液Ｌｆは、溶媒に分析対象を含んでもよく、例えば、溶解した成分、粒子状物質等を含んでもよい。噴霧ガスＧｆは、ボンベ１３からバルブ１６を介して供給口２３ｓに供給される。噴霧ガスＧｆは、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスまたは空気を用いることができる。ボンベ１３またはバルブ１６と供給口２３ｓとの間に噴霧ガスＧｆを加熱する加熱部１９、例えば、ヒータ、ドライヤー等を設けてもよい。噴霧ガスＧｆを加熱することで噴射された試料液Ｌｆの溶媒の気化を促進することができ、帯電した液滴をより効率良く得ることができる。

噴霧器１１は、液体供給管２１と、液体供給管２１を囲む保護管２２と、保護管２２を間隙を有して囲む気体供給管２３とを有する。液体供給管２１と保護管２２と気体供給管２３とは三重管構造を有しており、同軸（中心軸Ｘ－Ｘ）であることが好ましい。

液体供給管２１は、供給側から噴射側に延在する。液体供給管２１は、その内周面２１ｂに画成された管状の第１流路２４を有し、噴射側のノズル部１５において出口２１ａを有する。液体供給管２１は、試料液Ｌｆが供給側から供給され、第１流路２４を流通して出口２１ａから噴射される。

液体供給管２１は、内周面２１ｂの直径（内径）が１０μｍ～２５０μｍであることが好ましく、外周面２１ｃの直径（外径）が１００μｍ～４００μｍであることが好ましい。出口２１ａの開口径（直径）は、微細液滴化の点で、０．２μｍ～１５０μｍであることが好ましい。液体供給管２１は、厚さ（肉厚）が１μｍ～５０μｍであることが液滴微細化の点で好ましい。液体供給管２１は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６）などの導電体材料またはガラス製およびプラスチック製の誘電体材料から形成されることが好ましい。

保護管２２は、液体供給管２１を囲み、供給側から噴射側に延在する。噴射側の先端部２２ａは液体供給管２１の出口２１ａよりも供給側に配置される。

気体供給管２３は、その内周面２３ｂ、２３ｂ₁と保護管２２の外周面２２ｃとに画成された第２流路２５を有し、ノズル部１５において出口２３ａを有する。気体供給管２３は、その内周面２３ｂの直径（内径）がノズル部１５よりも供給側で、特に限定されないが、例えば４ｍｍである。

気体供給管２３は、噴霧ガスＧｆが加圧して供給口２３ｓから供給され、第２流路２５を流通して出口２３ａから噴射される。噴霧ガスＧｆの流量は、試料液Ｌｆの流量に応じて適宜設定されるが、例えば０．５～５Ｌ／分に設定される。

気体供給管２３は、出口２３ａにおいて、液体供給管２１の出口２１ａから噴射された試料液Ｌｆの液滴に高電場を印加するための電極１８として機能する。気体供給管２３は、少なくとも、出口２３ａを含む先端部が導電材料、例えば金属材料から形成される。金属材料としては、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６）、アルミニウム等を用いることができ、加熱時の保温性の点で、ステンレス鋼であることが好ましい。なお、気体供給管２３の全体を金属管等の導電材料で形成してもよい。電極１８には高電圧電源１４が接続される。高電圧電源１４は、高電圧の直流電圧を発生可能な電源であり、電極１８に接続される。高電圧電源１４は、例えば＋３ｋＶの電圧を電極１８に印加し、イオン化の観点から、－５ｋＶ～＋５ｋＶの範囲の電圧を印加することが好ましい。

気体供給管２３は、ノズル部１５において、出口２３ａが液体供給管２１の出口２１ａとＸ軸方向の位置が同じか、それよりも下流に配置される。気体供給管２３は、その内周面の一部２３ｂ₁が、上流から下流に向かって次第に縮径するように形成され、これにより第２流路２５の流路面積が下流に向かって次第に狭く形成される。ここで、流路面積は、中心軸Ｘに対して垂直な面において第２流路２５が占める面積であり、図２（ｂ）に示す気体供給管２３の内周面２３ｂ₁と液体供給管２１の外周面２１ｃとに囲まれた面積である。液体供給管２１の出口２１ａと気体供給管２３の出口２３ａとのＸ軸方向の距離（Ｄ３）は、０～１ｍｍの範囲に設定されることが液滴への帯電の点で好ましい。

気体供給管２３は、その出口２３ａの開口径Ｄ２が、保護管２２の外周面の直径Ｄ１よりも小さくなるように形成される。これにより、気体供給管２３を流通する噴霧ガスＧｆの流速が増加し、液体供給管２１の出口２１ａから噴射された試料液Ｌｆの液滴の微細化を促進でき、出口２１ａにおいて印加される高電場によって微細化した液滴を帯電させることができる。

さらに、気体供給管２３は、その出口２３ａの内周面の直径Ｄ２が、液体供給管２１の出口２１ａの開口径と等しいか大きくなるように形成されることが好ましい。このような構造により、液体供給管２１の出口２１ａから噴射された試料液Ｌｆの液滴は、その周囲を第２流路２５内を流通する噴霧ガスＧｆによって覆われてＸ軸中心方向に収束しながら下流（紙面右側）に流れる。これにより、液体供給管２１の出口２１ａ付近において、試料液Ｌｆの液滴は、気体供給管２３の内周面２２ｂ₁に接触することが抑制され、ノズル部１５における目詰まりを回避することができる。また、噴射された試料液Ｌｆ流れが噴霧ガスＧｆによって収束されることで液滴が微細化される。

ノズル部１５において、保護管２２の先端部２２ａと気体供給管２３の内周面の部分２３ｂ₁とにより第２流路２５の狭窄部２６を形成してもよい。これにより、第２流路２５は、その流路面積が供給側から狭窄部２６まで次第に縮小するように形成される。噴霧ガスＧｆが狭窄部２６を通過することで流速が増加し、液体供給管２１の出口２１ａから噴射される試料液Ｌｆの液滴の流れをいっそう収束するとともに、液滴の微細化が促進される。さらに、液体供給管２１の出口２１ａから噴射された液滴が逆流して狭窄部２６に侵入することをいっそう抑制できる。これによって、液滴に含まれる成分、例えば塩の析出による狭窄部２６の目詰まりを抑制でき、安定した噴射が可能となる。また、狭窄部２６により、出口２１ａから噴射される液滴がフローフォーカス効果によって、狭窄部２６を設けていない場合よりも鋭角な（すなわち、噴射方向に対して横方向の広がりがより狭い）噴射が可能となる。これによって、噴射された帯電した液滴のうち、気相イオンの発生効率を高めることができる。

液体供給管２１は、その外周面２１ｃが出口２１ａに向かって外径が一定で形成され、これにより、噴霧ガスＧｆの流れが液体供給管２１の出口２１ａで、噴射された試料液Ｌｆを収束し、試料液Ｌｆの飛沫を抑制して効果的に液滴を形成できる。なお、出口２１ａの端面を上流側から出口２１ａに向かって次第に縮径するように形成してもよい。

第１の実施形態によれば、気体供給管２３の出口２３ａが、液体供給管２１の出口２１ａとＸ軸方向の位置が同じか、それよりも下流に配置され、気体供給管２３の出口２３ａの開口径Ｄ２が保護管２２の外周面の直径Ｄ１よりも小さく形成されているので、液体供給管２１の出口２１ａと気体供給管２３の出口２３ａとの間の領域で、液体供給管２１の出口２１ａから噴射された試料液Ｌｆが、その上流から気体供給管２３の内周面２３ｂ₁に沿って流れ込む噴霧ガスＧｆによって微細化され、さらに、気体供給管２３の先端部からの電場によって微細化された液滴が帯電する。これにより、帯電した液滴が微細化されているので蒸発による脱溶媒化が容易に行われ、効率よく試料液Ｌｆに含まれる成分の分子、クラスタ等をイオン化可能なスプレーイオン化装置を提供できる。

図３は、本発明の第１の実施形態の噴霧器のノズル部の変形例を示す断面図である。図３（ａ）を参照するに、変形例１のノズル部３５は、保護管２２の噴射側の先端部２２ａにおいて、液体供給管２１の外周面２１ｃと保護管２２の内周面２２ｂとの間隙に周方向に亘って閉塞部材３７を有する。閉塞部材３７はその間隙を閉塞する。ノズル部３５は、閉塞部材３７が設けられた以外は、図２に示した噴霧器のノズル部１５と同様の構成を有する。この構成により、保護管２２の先端部２２ａと気体供給管２３の内周面２３ｂ₁と間隙（あるいは狭窄部２６）を通過した噴霧ガスＧｆが液体供給管２１の外周面２１ｃと保護管２２の内周面２２ｂとの間隙に侵入することを閉塞部材３７によって防止する。これにより、噴霧ガスＧｆの間隙への侵入による乱流の発生を抑制して、試料液Ｌｆの液滴の流れを収束するとともに液滴の微細化および帯電が促進される。

図３（ｂ）を参照するに、変形例２のノズル部４５は、閉塞部材４７が液体供給管２１の外周面２１ｃと保護管２２の内周面２２ｂとの間隙の周方向およびＸ軸方向（長手方向）に沿った全体に設けられる。すなわち、閉塞部材４７は、保護管２２が液体供給管２１に周方向および長手方向に亘って接触するように形成される。これにより、液体供給管２１を固定すると共に、噴霧ガスＧｆの間隙への侵入による乱流の発生を抑制することができる。なお、保護管２２の内径あるいは液体供給管２１の外径を適宜選択して、保護管２２の内周面２２ｂが液体供給管２１の外周面２１ｃに直接接触するように形成してもよい。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置の概略構成図であり、図５は、そのスプレーイオン化装置の噴霧器のノズル部の断面図である。図４および図５を参照するに、スプレーイオン化装置１１０は、噴霧器１１１が、液体供給管２１と、液体供給管２１を囲む保護管２２と、保護管２２を間隙を有して囲む気体供給管２３と、気体供給管２３を囲む第２気体供給管１２８を有し、四重管構造を有する。液体供給管２１、保護管２２および気体供給管２３の構造は、第１の実施形態の噴霧器１１と同様である。

噴霧器１１１は、第２気体供給管１２８にボンベ１１３からバルブ１１６を介して供給口１２８ｓにシースガスＧｆ₂が供給される。第２気体供給管１２８は、気体供給管２３の外周面２３ｃと第２気体供給管１２８の内周面１２８ｂとにより画成され、Ｘ軸方向に延在する第３流路１２９を有する。第２気体供給管１２８の内周面１２８ｂは、供給側から下流に向かって位置１２８ｄまでは直径が一定になるように形成される。位置１２８ｄは、気体供給管２３の外周面２３ｃが出口２３ａに向かって縮径し始める位置に対向する位置である。さらに、第２気体供給管１２８は、位置１２８ｄから出口１２８ａに向かって内周面１２８ｂ₁は次第に拡径する。これにより、シースガスＧｆ₂は、第３流路１２９を流れ、位置１２８ｄで噴射して、気体供給管２３の外周面２３ｃに沿って出口２３ａの方向に流れ、液体供給管２１の出口２１ａから噴射され帯電した微細化液滴を収束するように流れる。さらにその下流では、第２気体供給管１２８の内周面１２８ｂ₁が次第に拡径しているので、シースガスＧｆ₂は下流に対して横方向に広がるように流れる。これによって帯電した微細化液滴の流れを収束するとともに、脱溶媒化を促進できる。

バルブ１１６の下流に加熱部１１９を設けてシースガスＧｆ₂を加熱ガスとして送気してもよく、第２気体供給管１２８を囲むようにリングヒータ等の加熱部（不図示）を、気体供給管２３の出口２３ａの下流側に設けてもよい。これらによって、噴射された液滴の脱溶媒化を支援することが可能となる。

なお、第２気体供給管１２８は、位置１２８ｄから出口１２８ａに向かって内周面１２８ｂ₁は直径が一定であってもよい。

第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置の変形例として、ノズル部１１５の液体供給管２１、保護管２２および気体供給管２３からなる部分は、図３（ａ）に示したノズル部３５または図３（ｂ）に示したノズル部４５と置換してもよい。

第２の実施形態によれば、第２気体供給管１２８の第３流路１２９を流通するシースガスＧｆ₂が、液体供給管２１の出口２１ａから噴射され帯電した微細化液滴を収束するように流れ、さらにその下流では、第２気体供給管１２８の内周面１２８ｂ₁が次第に拡径しているので、シースガスＧｆ₂は下流に対して横方向に広がるように流れる。これにより、帯電した微細化液滴の流れを収束するとともに、脱溶媒化を促進できる。

以下、本発明の実施形態に係るスプレーイオン化装置の実施例を用いた測定例を示す。実施例１は、図１および図２に示した第１の実施形態のスプレーイオン化装置１０に噴霧器１１を有するものを用いた。気体供給管２３をＳＵＳ３１６により形成し、質量分析装置本体の高電圧電源を気体供給管２３に接続して、気体供給管２３を電極として用いた。液体供給管２１の内径は１１０μｍ、気体供給管２３の開口径（Ｄ２）は２００μｍである。保護管２２の外径（Ｄ１）は１６００μｍである。液体供給管２１の出口２１ａと気体供給管２３の出口２３ａとの距離（Ｄ３）を０ｍｍとした。

実施例２は、図４および図５に示した第２の実施形態のスプレーイオン化装置１１０に噴霧器１１１を有するものを用いた。

比較例１のスプレーイオン化装置は、ガス噴霧支援エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法を適用したＥＳＩイオン源であり、島津製作所社製質量分析装置モデルＬＣＭＳ－２０２０に付属の噴霧器（ＥＳＩプローブ（イオン源））を用いた。比較例２のスプレーイオン化装置は、同様にＥＳＩ法を適用したＥＳＩイオン源であり、島津製作所社製質量分析装置モデルＬＣＭＳ－８０６０に付属の噴霧器を用いた。

図６は、比較例１の噴霧器のノズル部の概略断面図である。図６を参照するに、比較例１の噴霧器のノズル部２１５は、２重管構造を有し、試料液Ｌｆを流通する液体供給管２２１と、液体供給管２２１を囲み、噴霧ガスをＧｆ流通する気体供給管２２３とを有する。液体供給管２２１の出口２２１ａは、気体供給管２２３の出口２２３ａよりも下流に設けられている。液体供給管２２１および気体供給管２２３は金属材料（ＳＵＳ３１６）で形成されている。電極２１８として気体供給管２２３を用い、これに高電圧電源１４を接続して、気体供給管２２３の出口２２３ａから高電場を印加して、液体供給管２２１の出口２２１ａから噴射される試料液Ｌｆの液滴を帯電させた。

図７は、比較例２の噴霧器のノズル部の概略断面図である。図７を参照するに、比較例２の噴霧器のノズル部３１５は、３重管構造を有し、試料液Ｌｆを流通する液体供給管２２１と、液体供給管２２１を囲み噴霧ガスをＧｆ流通する気体供給管２２３と、気体供給管２２３を囲み加熱されたシースガスＧｆ₂を流通する第２気体供給管３２８とを有する。液体供給管２２１および気体供給管２２３は、比較例１と同様に形成されている。第２気体供給管２２８は金属材料（ＳＵＳ３１６）で形成されている。電極として気体供給管２２３を用い、これに高電圧電源１４を接続して、気体供給管２２３の出口２２３ａから高電場を印加して、液体供給管２２１の出口２２１ａから噴射される試料液Ｌｆの液滴を帯電させた。第２気体供給管３２８の先端部３２８ａは、気体供給管２３の外周面２３ｃが出口２３ａに向かって縮径し始める位置付近に配置されている。

実施例１のスプレーイオン化装置をＬＣ（液体クロマトグラフィ）装置／ＭＳ（質量分析）装置に適用し、ＬＣ装置として島津製作所社製モデルＬＣ－１０シリーズを用い、ＭＳ装置として島津製作所社製モデルＬＣＭＳ－２０２０シリーズを用いた。噴霧ガスGfは室温の窒素ガスを用いて、加熱せずにノズル部に供給した。

実施例２のスプレーイオン化装置をＬＣ装置／ＭＳ／ＭＳ装置に適用し、ＬＣ装置として島津製作所社製モデルＬＣ－３０シリーズを用い、ＭＳ／ＭＳ装置として島津製作所社製モデルＬＣＭＳ－８０６０シリーズを用いた。噴霧ガスＧｆは室温の窒素ガスを用い、シースガスＧｆ₂は、窒素ガスを用い、加熱してノズル部に供給した。

実施例１および２では、ＬＣ装置とＭＳ装置のインタフェースについて、ＭＳ装置のイオン取り込み口に向けて噴射し、噴射された液滴の加熱はシースガスを加熱することで行った。

比較例１のスプレーイオン化装置をＬＣ装置／ＭＳ装置に適用し、ＬＣ装置として島津製作所社製モデルＬＣ－１０シリーズを用い、ＭＳ装置／ＭＳ装置として島津製作所社製モデルＬＣＭＳ－２０２０を用いた。噴霧ガスＧｆは室温の窒素ガスを用いて、加熱せずにノズル部に供給した。

比較例２のスプレーイオン化装置をＬＣ装置／ＭＳ／ＭＳ装置に適用し、ＬＣ装置として島津製作所社製モデルＬＣ－３０シリーズを用い、ＭＳ／ＭＳ装置として島津製作所社製モデルＬＣＭＳ－８０６０を用いた。噴霧ガスＧｆは室温の窒素ガスを用い、シースガスＧｆ₂は、窒素ガスを用い、加熱してノズル部に供給した。
比較例１および２では、ＬＣ装置とＭＳ装置のインタフェースを島津製作所社の仕様に沿って行った。比較例１では噴射された液滴の加熱は行わず、比較例２ではシースガスを加熱して液滴の加熱を行った。

実施例１、実施例２、比較例１および比較例２では、高電圧電源（質量分析装置本体より供給）を気体供給管２３、１２３、２２３に接続して、ＭＳ装置またはＭＳ／ＭＳ装置のイオン取込口に対して、直流電圧を試料液に印加した。

［測定例１：レセルピンの検出］
１ｐｐｂ濃度レセルピン溶液を試料液としてＬＣ装置のインジェクターから１μＬ導入し、移動相：水：アセトニトリル＝３：７とした７０％アセトニトリル水溶液を溶離液としてＬＣ装置を用いて４００μＬ／分で送液した。送液された試料液を含む溶離液を実施例１および比較例１のスプレーイオン化装置により噴射してＭＳ装置により選択的イオンモニタリング（ＳＩＭ）分析を行って質量電荷比ｍ／ｚ＝６０９．３の正イオンモードにおけるイオン信号のピークの全面積を測定した。送液された試料液を含む溶離液を実施例２および比較例２のスプレーイオン化装置により噴射してＭＳ／ＭＳ装置により多重反応モニタリング（ＭＲＭ）分析を行って、プリカーサイオンを壊して生成された特定のプロダクトイオンについて、質量電荷比ｍ／ｚ＝６０９．３＞１９５．０の正イオンモードにおけるイオン信号のピークの全面積を測定した。気体供給管２３、１２３、２２３には＋５ｋＶの直流電圧を供給した。

噴霧ガスＧｆは、実施例１および比較例１では１．５Ｌ／分、実施例２および比較例２では２．５Ｌ／分の流量とした。実施例２および比較例２ではシースガスを１８０℃に加熱し、２０Ｌ／分の流量とした。

図８は、レセルピンの測定例を示す図であり、（ａ）は実施例１および比較例１であり噴霧ガスの加熱を行わなかった場合であり、（ｂ）は実施例２および比較例２でありシースガスの加熱（１８０℃）を行った場合である。縦軸はピーク面積（カウント数）であり、１回の測定当たりで得られたピーク面積を計数し３回測定して平均値、標準偏差および相対標準偏差（ＲＳＤ）（％）（＝平均値／標準偏差×１００）を算出して図８に平均値を丸印、標準偏差をエラーバーで示した。

図８（ａ）を参照するに、実施例１は４．５×１０⁴カウントであり、これに対して、比較例は０．３１×１０⁴カウントである。実施例は、比較例に対して、加熱処理がない場合に１４倍の信号強度が得られ、実施例１が比較例１よりも極めて効率良くレセルピンをイオン化できたことが分かった。

図８（ｂ）を参照するに、実施例２は９．２×１０⁴カウントであり、これに対して、比較例２は８．６×１０⁴カウントである。実施例２は、比較例２に対して、加熱処理がある場合に１．１倍の信号強度が得られ、実施例が比較例よりも効率良くレセルピンをイオン化できたことが分かった。

［測定例２：クロラムフェニコールの検出］
１０ｐｐｂ濃度クロラムフェニコール溶液を試料液としてＬＣ装置のインジェクターから１μＬ導入し、移動相：水：アセトニトリル＝３：７とした７０％アセトニトリル水溶液を溶離液としてＬＣ装置を用いて４００μＬ／分で送液した。送液された試料液を含む溶離液を実施例１および比較例１のスプレーイオン化装置により噴射して、測定例１と同様にＭＳ装置によりＳＩＭ分析を行って、質量電荷比ｍ／ｚ＝３２１．００の負イオンモードにおけるイオン信号のピークの全面積を測定した。送液された試料液を含む溶離液を実施例２および比較例２のスプレーイオン化装置により噴射してＭＳ／ＭＳ装置によりＭＲＭ分析を行って、質量電荷比ｍ／ｚ＝３２１．００＞１５２．１０の負イオンモードにおけるイオン信号のピークの全面積を測定した。気体供給管２３、１２３、２２３には－３ｋＶの直流電圧を供給した。

噴霧ガスGfは、実施例１および比較例１では１．５Ｌ／分、実施例２および比較例２では１．５Ｌ／分の流量とした。実施例２および比較例２ではシースガスを１００℃に加熱し、６Ｌ／分の流量とした。

図９は、クロラムフェニコールの測定例を示す図であり、（ａ）は、実施例１および比較例１であり噴霧ガスの加熱を行わなかった場合であり、（ｂ）は実施例２および比較例２でありシースガスの加熱（１００℃）を行った場合である。縦軸はピーク面積（カウント数）であり、測定例１と同様にして平均値、標準偏差およびＲＳＤを示した。

図９（ａ）を参照するに、実施例１は１．６×１０⁵であり、これに対して、比較例１は１．０×１０⁵カウントである。実施例１は、比較例１に対して、１．６倍の信号強度が得られ、実施例１が比較例１よりも効率良くクロラムフェニコールをイオン化できたことが分かった。

図９（ｂ）を参照するに、実施例２は２．６×１０⁵カウントであり、これに対して、比較例２は１．９×１０⁵カウントである。実施例２は、比較例２に対して、加熱処理がある場合に１．４倍の信号強度が得られ、実施例２が比較例２よりも効率良くクロラムフェニコールをイオン化できたことが分かった。

［測定例３：テストステロンの検出］
１０ｐｐｂ濃度テストステロン溶液を試料液としてＬＣ装置のインジェクターから１μＬ導入し、移動相：水：アセトニトリル＝３：７とした７０％アセトニトリル水溶液を溶離液としてＬＣ装置を用いて４００μＬ／分で送液した。送液された試料液を含む溶離液を実施例１および比較例１のスプレーイオン化装置により噴射して、測定例１と同様にＭＳ装置によりＳＩＭ分析を行って、質量電荷比ｍ／ｚ＝２８９．３５の正イオンモードにおけるイオン信号のピークの全面積を測定した。送液された試料液を含む溶離液を実施例２および比較例２のスプレーイオン化装置により噴射してＭＳ／ＭＳ装置によりＭＲＭ分析を行って、質量電荷比ｍ／ｚ＝２８９．３５＞９７．２０の正イオンモードにおけるイオン信号のピークの全面積を測定した。気体供給管２３、１２３、２２３には＋５ｋＶの直流電圧を供給した。

噴霧ガスＧｆは、実施例１および比較例１では１．５Ｌ／分、実施例２および比較例２では３Ｌ／分の流量とした。実施例２および比較例２ではシースガスを１８０℃に加熱し、１４Ｌ／分の流量とした。

図１０は、テストステロンの測定例を示す図であり、（ａ）は、実施例１および比較例１であり噴霧ガスの加熱を行わなかった場合であり、（ｂ）は実施例２および比較例２でありシースガスの加熱（１８０℃）を行った場合である。縦軸はピーク面積（カウント数）であり、測定例１と同様にして平均値、標準偏差およびＲＳＤを示した。

図１０（ａ）を参照するに、実施例１は２．５×１０⁵であり、これに対して、比較例１は６．４×１０⁴カウントである。実施例１は、比較例１に対して、４．０倍の信号強度が得られ、実施例１が比較例１よりも極めて効率良くテストステロンをイオン化できたことが分かった。

図１０（ｂ）を参照するに、実施例２は３．５×１０⁷カウントであり、これに対して、比較例２は２．６×１０⁷カウントである。実施例２は、比較例２に対して、加熱処理がある場合に１．４倍の信号強度が得られ、実施例２が比較例２よりも効率良くテストステロンをイオン化できたことが分かった。

［分析装置］
図１１は、本発明の一実施形態に係る分析装置の概略構成図である。図１１を参照するに、分析装置４００は、第１の実施形態のスプレーイオン化装置１０または第２の実施形態のスプレーイオン化装置１１０と、スプレーイオン化装置１０、１１０からの微細化した帯電液滴を導入して質量分析等を行う分析部４０１とを有する。

スプレーイオン化装置１０、１１０は、上述した第１および第２の実施形態のスプレーイオン化装置１０、１１０のうちから選択される。スプレーイオン化装置１０、１１０は、試料液Ｌｆが噴射されて微細化した帯電液滴を分析部４０１に送る。微細化した帯電液滴は、溶媒の蒸発により試料液に含まれる成分の分子、クラスタ等が帯電した状態で分析部４０１に導入される。

分析部４０１は、質量分析計の場合は、例えば、イオンレンズ、四重極マスフィルターおよび検出部（いずれも不図示）を有する。イオンレンズによってスプレーイオン化装置１０、１１０で生成された試料液Ｌｆの成分のイオンが収束され、四重極マスフィルターによって質量電荷比に基づいて特定のイオンが分離され、検出部により質量数毎に検出されその信号が出力される。

スプレーイオン化装置１０、１１０は、試料液の成分のイオンを効率良く発生するので、微少量成分のイオン源として用いることができる。分析装置４００は、スプレーイオン化装置１０をイオン源として備える液体クロマトグラフィ－質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

液体供給管は、その断面形状および流路が円形として説明したが、三角形、四角形、五角形、六角形、その他の多角形、楕円形等でもよい。気体供給管および第２気体供給管は、液体供給管の形状に応じて、外周面および内周面の形状をこれらの形状から選択できる。

上述した各実施形態のスプレーイオン化装置は、様々な装置のイオン源として用いることができ、例えば、微少量試料分析分野においては、質量分析、例えば生体試料中分子の質量分析、元素分析、化学形態分析、荷電化粒子分析等に用いることができる。

上述した第１および第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置１０、１１０は、表面塗布装置に適用することで、塗布液の帯電液滴を噴射することで対象物の表面に塗膜を形成することができる。また、第１および第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置１０、１１０は、造粒装置に適用することで、懸濁液の帯電液滴を噴射することで懸濁液に含まれる成分の粒子を形成することができる。

上述した第１および第２の実施形態に係るスプレーイオン化装置１０、１１０は、食品製造、医療、および農業分野では、帯電液滴の噴霧による気相または空間での化学反応により、滅菌、脱臭、集塵等および化学反応を利用した空間処理に用いることができる。

１０，１１０ スプレーイオン化装置
１１，１１１ 噴霧器
１４ 高電圧電源
１５，３５，４５，１１５ ノズル部
１８ 電極
１９，１１９ 加熱部
２１ 液体供給管
２２ 保護管
２３ 気体供給管
２４ 第１流路
２５ 第２流路
２６ 狭窄部
１２９ 第３流路
４００ 分析装置
Ｌｆ 試料液
Ｇｆ 噴霧ガス
Ｇｆ₂ シースガス

Claims (10)

1. 液体が流通可能な第１の流路を有する第１の管体であって、一端部に該液体を噴射する第１の出口を有する、該第１の管体と、
   前記第１の管体を囲む第２の管体と、
   前記第２の管体を間隙を有して囲み、気体が流通可能な第２の流路を有する第３の管体であって、前記一端部に第２の出口を有し、該第２の流路は該第２の管体の外周面と該第３の管体の内周面とにより画成される、該第３の管体と、を備え、
   前記第３の管体は、その第２の出口が前記第１の出口と軸方向の位置が同じかそれよりも下流に配置され、
   前記第２の出口の開口径が前記第２の管体の外周面の直径よりも小さく形成され、
   前記第３の管体は、電極として少なくとも第２の出口を含む先端部が導電材料からなり、該電極に接続した電源により前記第１の出口より噴射した液滴に電場を印加して、前記第２の出口から帯電液滴を噴射可能である、スプレーイオン化装置。
2. 前記第２の流路は、前記第１の出口よりも他端部側に狭窄部を有し、該他端部側から前記狭窄部までその流路面積が次第に縮小するように構成されてなる、請求項１記載のスプレーイオン化装置。
3. 前記第３の管体の内周面は、前記第２の出口に向かって次第に縮径し、前記狭窄部は、該第３の管体の内周面と前記第２の管体の先端部とにより形成される、請求項２記載のスプレーイオン化装置。
4. 前記第２の管体の先端部は、前記第１の出口よりも他端部側に形成されてなる、請求項１～３のうちいずれか１項記載のスプレーイオン化装置。
5. 前記第２の出口と前記第１の出口との軸方向の距離が０～１ｍｍの範囲に設定される、請求項１～４のうちいずれか１項記載のスプレーイオン化装置。
6. 前記第２の管体の先端部において、前記第１の管体の外周面と前記第２の管体の内周面との間が充填材料により閉塞されてなる、請求項１～５のうちいずれか１項記載のスプレーイオン化装置。
7. 前記第２の管体の内周面が前記第１の管体の外周面に周方向および長手方向に亘って接触してなる、請求項１～５のうちいずれか１項記載のスプレーイオン化装置。
8. 前記第３の管体を間隙を有して囲み、前記一端部に第３の出口を有し、第２の気体が流通可能な第３の流路を有する第４の管体をさらに備え、
   前記第３の流路は、前記第３の管体の外周面と該第４の管体の内周面とにより画成され、
   前記第４の管体の内周面は、先端に向かって所定の内径で延在または次第に拡径し、
   前記第３の出口は、前記第２の出口よりも下流側に配置される、請求項１～７のうちいずれか１項記載のスプレーイオン化装置。
9. 請求項１～８のうちいずれか一項記載のスプレーイオン化装置と、
   前記スプレーイオン化装置から噴射された前記帯電液滴の脱溶媒化された帯電した成分を導入して分析を行う分析部と、を備える分析装置。
10. 請求項１～８のうちいずれか一項記載のスプレーイオン化装置を備える表面塗布装置。
    
    

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