JPH03138561A - クロマトグラフ・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、分析化学に関するもので、更に詳細には、ク
ロマトグラフ−分光検出器インターフェースに用いられ
るイオン源を備えるクロマトグラフ・システムに関する
ものである。

〔従来技術とその問題点〕

分析化学は、生命の構成成分および生命をおびやかす病
原体（ｄｉｓｅａｓｅ−ｅｎｔｉ　ｔｉｅｓ）の特性を
把握することにより生命を理解し且つ保護する我々の能
力を大幅に前進させた。これら目的は、分析対象物（ａ
ｎａｌｙｔｅ）成分を分離させるクロマトグラフ技術と
、このように分離された成分の同定、定量分析に役立つ
質量分析とを組合せることにより容易になった。

質量分析には質量フィルタによりイオンの質量対電荷の
比に従ってイオンを分離することが含まれる。ファラデ
ー集電極または電子増倍管等の適切な検出器を使用して
質量フィルタで選択された質量対電荷比の入射イオンの
定量をおこなう。−般に、クロマトグラフ装置から溶出
した分析物（ａｎａｌｙｔｅ）は質量フィルタで要求さ
れるイオン化された蒸気の形態になっていない。それ故
、クロマトグラフ装置と質量分析計との間のインターフ
ェースは、一般に、分析物が質量分析計のフィルタに導
入される前にクロマトグラフ装置から溶出した分析物保
持ガスまたは分析物保持流体をイオン化するイオン源を
備えている。

電子衝撃イオン（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｉｍｐａｃｔ　１
ｏｎｉｚａｔｉｏｎ）化、化学イオン化、サーモスプレ
ー（ｔｈｅｒｍｏｓｐｒａｙ）　・イオン化は、クロマ
トグラフ−分光検出器インターフェースのためのイオン
源に用いられる十分確立された三つの方法である。それ
ぞれの方法にはそれ自体の必要ハードウェア及び条件の
組み合せを有している。方法が異なれば、分析すべき分
析物に依存して有効性（６ｆｆＢ（、ｊｉｖｅｎｅｓｓ
）において変化する。

典型的な電子衝撃イオン源では、分析物分子はガスの形
態でイオン化室へ導入される。分析物注入における点の
付近に設置された抵抗性フィラメントが高エネルギの自
由電子を発生し、これが分析物のガス分子に衝撃を加え
る。この電子はガス状分析物に捕獲されることがあり、
または束縛電子を分析物分子から脱出させることができ
、いずれの場合でも電荷を分は与える。イオン化室内の
圧力は、中和または脱イオン化、イオン同志及び他の分
子間の衝突または装置の壁との衝突を最小化するように
非常に低く（約１０−６〜１０−’Ｔｏｒｒ）維持され
る。イオンは質量フィルタまたはアナライザに向かう経
路上に進むことができる。イオンは、質量フィルタまた
はアナライザを通って検出器に向う経路に沿う電磁界ま
たは静電界により、制限または集束される。

ガス状分析物に適用される化学イオン化はイオンを生成
する自由電子を発生するために典型的にはフィラメント
を使用するという点で電子衝撃イオン化と同じである。

しかし、分析対象の分子をイオン化する主要機構は直接
的な衝撃ではない。

代りに、中間試薬ガスを室内に導入する。試薬ガスを電
子衝撃によりイオン化する。次に分析物ガスを導入し、
試薬ガス・イオンとの化学反応によりイオン化させる。

化学イオン化はイオン化に対する分子間活動に依存する
ものであるので所望の分子衝突を確実に発生させるには
室内に十分高密度の分子が必要となる。したがって、化
学イオン化に必要な圧力は、電子衝撃法に使用されるも
のよりはるかに高いが、一般にサーモスプレー・イオン
化に用いられるものよりは低い。

電子衝撃イオン化法及び化学イオン化法はガス状分析物
に最適である。このような分析物は、ガスクロマトグラ
フ装置によりまたは液体クロマトグラフ装置からの出力
を熱的に気化させて得ることができる。しかしながら、
液体クロマトグラフ装置から溶出した幾つかの分子生成
物は、気化によって分離するか、そうでなければそのま
まの構造で残らない。したがって、サーモスプレー・イ
オン化は分析物の熱的気化を必要とせずに分析物保持流
体のイオン化を可能とする。

典型的なサーモスプレー構成では、液体クロマトグラフ
装置から溶出した分析物保持液体を、キャピラリ入力管
を通してイオン化室へ流入させるとき加熱する。加熱は
、主としてキャリヤ流体または溶媒等の液体の全てでは
ないが幾分かを気化させる。気化は分析物を加熱された
噴霧液滴の蒸気の形態でイオン化室に押込む。気化によ
り噴霧液滴は収縮される。

一様でない電荷の分布は幾つかの断片液滴（ｆｒａｇｍ
ｅｎｔ　ｄｒｏｐｌｅｔｓ）において実効電荷が生じる
結果となる。これら断片液滴が収縮し続けると、実効電
荷は分析対象の分析物分子と結合することができる。荷
電分子は電気的斥力が液滴の表面張力より大きくなると
断片液滴から噴射される。この過程を「イオン気化（ｔ
ｏｎ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）　」と言う。典型的に
は、サーモスプレー装置のイオン化室はその軸が入口軸
に直交するイオン出口を備えている。イオン化室内の圧
力は、液体および蒸気が導入されているので、比較的高
い。

」二連のイオン気化モードに加えて、サーモスプレー法
では化学イオン化モードが可能である。このモードでは
、フィラメントを使用して気化させた溶媒をイオン化す
るが、これは化学反応により分析物をイオン化すると考
えられている。フィラメントをイオン化室の出口よりも
人口に近い方に設置して化学イオン化試薬として使用で
きるキャリアおよび溶媒分子の数を最大化する。

異なる種類の分析物をイオン化するには、質量分析計等
のイオン・アナライザにそれらを導入する前に様々な方
法を必要とすることから、上述の三つのイオン化方法を
すべて実施することができる単一のイオン源を使用する
ことが有益である。

イオン源を分解したり一部修正したりすることはたくさ
んの時間を費やすこととなり、分析のスループットがか
なり減少すると共に分析にかかるコストがかなり増加す
る。更に、後続の分析が遅れるので生存期間の短い分析
物は分析されるまでに失うこととなる。

サーモスプレー法のイオン気化モード及び化学イオン化
モードの両方を用いて液体分析物をイオン化する単一イ
オン源が市販されている。加えて、電子衝撃法および化
学イオン化法を組合せてガス状分析物をイオン化する単
一・のイオン源を入手することができる。これまで、液
体分析物およびガス状分析物を共にイオン化する単一の
イオン源は提供されていない。たとえば、サーモスプレ
ーおよび電子衝撃により分析物をイオン化したい場合、
イオン源を交換しなければならなかった。

必要なのは液体分析物およびガス状分析物の双方をイオ
ン化することができる単一の室を有するイオン源である
。更に詳細には、サーモスプレー・イオン化、化学イオ
ン化、および電子衝撃イオン化を行い、イオン源の切換
えに必要な中断時間を回避することができるマルチモー
ド・イオン源が望ましい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述の問題点を解消し、時間のａｙ“ かかるイオン源の交換を必要とに牟、サーモスプレー − レー・イオン化、化学イオン化、電子衝撃イオン化モー
ドの選択が可能な単一のマルチモード・イオン源を備え
るクロマトグラフ・システムを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明では、マルチモード・イオン源は、サーモスプレ
ー装置および高エネルギ電子をそのイオン化室の出口オ
リフィスの方に導く手段から構成されている。放射セグ
メント　（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓｅｇｍｅｎｔ）はイ
オン化室とその軸に沿った出口円錐部のオリフィスから
の放射部（ｐｒｏｊ　ｅｃｔｉｏｎ）との交差として画
定される。電子源を放射セグメントの１ｃｍ以内に設置
し、電子源からの電子を放射セグメントへ向かうように
導くと、マルチモード・イオン源は電子衝撃イオン化に
よりガス状分析物をイオン化することができる。中間試
薬ガスをイオン化し、マルチモード・イオン源は化学イ
オン化でガス状分析物をイオン化することができる。電
子源の新規な配置によりサーモスプレー装置の有効性が
減ることはない。このイオン源は、電子衝撃イオン化、
化学イオン化、およびサーモスプレー・イオン化のそれ
ぞれのモードで要求されるイオン化室内の圧力を変える
こともできる。

本発明の一実施例では、抵抗性フィラメントをオリフィ
ス軸と整列させることにより、電子はオリフィス軸に沿
ってオリフィス自体に向かうように導かれる。他の実施
例では、電子が通常軸に直角に走行し、オリフィス付近
で軸と交差するように、フィラメントを設置している。

イオン源の人口は液体およびガス状分析物のどちらにも
適合しており、したがって、適切な蒸発器（ｅｖａｐｏ
ｒａｔｏｒ）を備えたサーモスプレー・キャピラリ管、
およびイオン化室へ蒸気を注入する一つ以上の入口を共
に備えることができる。入口の選択はモード選択と関連
して自動化することができ、または手動で行うこともで
きる。所望のモードを選択すると、イオン源制御部が適
切なイオン化室圧力を確定し、選択したモードで要求さ
れるイオン源の入口および加熱構成素子を確実に動作さ
せる。

　０− 本発明は、電子で充満させる領域、したがって、電子生
成に用いる抵抗性フィラメントの位置に関して従来のサ
ーモスプレー装置と異なる。開示した構成の有効性は実
験的に確認されている。説明のためだけであるが、電子
を出口円錐部のオリフィスの方に導く電子衝撃法は、イ
オンをオリフィスの十分近いところで発生させるので、
イオンは他の粒子およびイオン化室の壁とのイオン衝突
による消失もほとんどな（、イオンをイオン化室かカ ら出ヤ中≠することができる。サーモスプレー装置にお
いて電子衝撃イオン化を実現することが困難であるため
、市販のサーモスプレー装置は電子衝撃イオン化に必要
な低い圧力を供給する圧力サブシステムを組込んでいな
い。

本発明では、化学イオン化または電子衝撃イオン化をサ
ーモスプレー・イオン化に続いて行うとき、またはその
逆の場合に、イオン源の取りかえ作業をなくし、したが
って分析時間をかなり節約するマルチモード・イオン源
を備えるクロマトグラフ・システムが提供される。本発
明から得られるこのようなおよび他の特徴、利点は以下
の説明によりさらに明らかとなる。

〔発明の実施例〕

クロマトグラフ・システムｌＯＯは、クロマトグラフ部
１０２およびそのインターフェース用イオン源１０６を
有する質量分析計１０４を備えている。クロマトグラフ
部１０２は、ガスクロマトグラフ・サブシステム１０８
と液体クロマトグラフ・サブシステム１１０を含む。ク
ロマトグラフ・サブシステム１０８．１１０はそれぞれ
ライン１１２．１１４を介してイオン源１０６に連結す
る。ライン１１２．１１４を通る流体の流れは弁機構１
１６により制御される。質量分析計１０４はコリメーテ
ィング・レンズ１１８、四重極質量フィルタ１２０、お
よびファラデー集電極１２２を備えている。

イオン源１０６は、入口機構１２４からイオン化室１２
６を通り、出口円錐部１２８を出る分析物経路１２３を
画定している。イオン９９は円錐部１２８から出るとこ
ろに示している。入口機構１２４はサーモスプレー人口
１３０およびガス人口１３２を含む。出口円錐１ ２− 部１２８はオリフィス１３４を備えている。本発明では
、抵抗性フィラメント１３６が電子をイオン化室１２６
を横断してオリフィス１３４へ向かうように設けられる
。フィラメント１３６は入口機構１２４よりも出口円錐
部１２８の方にはるかに近いことに注意する。

イオン源１０６の圧力レギュレータ１３８は可変弁１４
０と排出ボート１４２と真空ポンプ１４４を含む。熱レ
ギュレータ１４６はイオン化室１２６内へ突出している
熱電対１４８を備えている。イオン源制御部１５０は前
述のイオン源構成素子を調整して以下に述べる動作を行
わせる。

第２図に示すように、出口円錐部のオリフィス１３４に
は軸１５２およびこの軸に沿う放射部（ｐｒｏｊｅｃｔ
ｉｏｎ）　１５４を有する。放射部１５４とイオン化室
１２６との交差は放射セグメント（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏ
ｎｓｅｇｍｅｎ　ｔ）　１５６を画定する。フィラメン
ト１３６が活性化されると、放射セグメント１５６を高
エネルギ電子で充満させる。これら電子は、電子衝撃モ
ード、化学イオン化モード、およびサーモスプレー・モ
ードの化学イオン化サブモードで使用することができる
。限定するためではなく説明のため述べれば、図示のフ
ィラメント１３６とオリフィス１３４の構成では電子衝
撃モードでイオン化された分子が出口円錐部１２８を通
ってイオン化室１２６から出る前に衝突により中和され
る機会が最小化する。

イオン源１０６は、オリフィス軸１５２およびイオン化
室の軸に対して直角に（第２図が示される用紙を通り抜
けるように）設置されている。第２フイラメントが活性
化されると、電子を放射セグメント１５６に向けて放射
する。第２フイラメント１５８からの電子は、一般にオ
リフィス軸１５２に沿って走行するフィラメント１３６
からの電子と対象的に、一般にオリフィス軸１５２に直
角に走行する。第２フイラメント１５８は、フィラメン
ト１３６の代りに使用することができ、または、それと
組合せてイオン化を促進するために使用することができ
る。

本発明では、イオン生成の方法３００は、３０２におい
て、サーモスプレー（ＴＳ）、化学イオン化（ＣＩ）、
および電子衝撃（Ｅｌ）の三つの主要モードからのモー
ド選択をおこなう。サーモスプレー・イオン化　３− ４ を選択する場合、３０４において更にサーモスプレー／
イオン気化（ＴＳ／ＩＥ）サブモードおよびサーモスプ
レー／化学イオン化（ＴＳ／ＣＩ）ザブモードの選択が
行われる。ＴＳ／ＩＥザブモードでは、３０６において
、周知のように圧力レギュレータ１３８でイオン化室１
２６に適切な、比較的高い圧力を選定する。

液体クロマトグラフ部１１０からの液体分析物を、３０
８で、適切に設定された弁機構１１６と入口ノズル１３
０を経由してイオン化室１２６に導入させる。入口ノズ
ル１３０は、分析対象の分析物を保持している溶媒を急
速に加熱して気化させるヒータを備えている。

ＴＳ／ＩＥイオン化の後、イオン９９は出口円錐部１２
８を介して質量分析計１０４に入り、ここでレンズ１１
８により集束され、四重極フィルタ１２０でフィルタに
かけられる。四重極フィルタ１２０でこのように選択さ
れたイオンはファラデー集電極１２２により検出される
。この最後のステップは、質量分析計１０４の動作の一
部で、方法３００の残りのサブモード及びモードに共通
である。

ＴＳ／ＣＩＳ／Ｃ−ドでは、圧力レギュレータ１３８が
、３１０において、イオン化室１２６に適切な、比較的
高い圧力を確定する。フィラメンｌ−１３６が、３１２
で活性化される。ステップ３１０．３１２を行う順序は
適宜上の問題である。３１４における試料の導入および
質量分析ステップはＴＳ／ＩＥモードの場合と実質的に
同様である。

化学イオン化モードを選択した場合、イオン源１６０か
らの中間試薬ガスをイオン化室１２６に導入する。この
点で、イオン源１６０からのライン１６２がガス人口１
３２と結合するように弁機構１１６を設定する。

３１６において、試薬ガスの導入により中間圧力を確定
する。理想的には、イオン化試薬と分析物との間の相互
作用を可能な限り大きくするには、分析物より１０〜１
００倍多い試薬ガスがイオン化室に存在していなげれば
ならない。所望の濃度を維持するには、イオン源１６０
からの試薬ガスをイオン化プロセスを通して連続的に導
入する。フィラメント１３６は、３１８において活性化
される。これらステップの終了後、ガスクロマトグラフ
・サブシステム１０８からのガス状分析物を、３２０に
おいて、イオン化室１２６に流入している試薬ガスの流
れの中に導入する。弁機構１１６はしたがってライン１
１２をガス人口１３２と結合するように設定する。ステ
ップ３１６．３１８を行う順序は便宜上の問題である。

電子衝撃モードでは、３２２において比較的低い圧力を
確定する。３２４においてフィラメンｌ−１３６が活性
化される。３２６において、ガス状分析物がＣＩモード
のステップ３２０の場合のように、イオン化室１２６に
導入される。ＣＩモードまたはＥＩモードのいずれにお
いても、生じたイオンはサーモスプレー・モードで生成
されたものと実質的に同じようにして分析される。

本願発明では好適な一実施例のクロマトグラフ・システ
ムに関して種々の変更が可能である。上述のイオン源は
、ペニン放電、プラズマ放電、フィールド・デソープシ
ョンを含む他のイオン化法と関連して使用することがで
きる。抵抗性フィラメントは出口円錐部のオリフィスと
整列する必要はない。放射セグメントはオリフィスから
、イオン化室内にまたはイオン化室から遠ざかる方向に
約Ｉｃｍ延長させることができる。放射セグメントを充
満させるのに十分な電子を供給することができればフィ
ラメント、または代りに他の電子源を放射セグメントの
１　ｃｍ以内ならどこにでも設置することができる。フ
ィラメントは電子を出口オリフィスに向けてまたは放射
セグメント中の任意の点位置に向かうように設置される
。たとえば、電子がオリフィスを横断し、オリフィス軸
に直交して放射されるようにフィラメントを設置するこ
とができる。代わりに、フィラメントを出口円錐部１２
８の分光検出器側に設け、電子を放射セグメン目５６お
よびオリフィス１３４に向けて導く。衝撃電子源はフィ
ラメントである必要はない。加えて、少くとも一つの源
が出口オリフィスの放射セグメントを充満させるのであ
れば、複数のフィラメントまたは電子源を使用すること
ができる。

電子源は、電子を、たとえば、放射セグメント等の空間
に向けて、生成された全てのまたはほとんどの電子をそ
の空間に放射させずに導くことが７ ８− できることに注目すべきである。ここで関心のある基準
は、その空間内でイオン化を有益なレベルで行うのに十
分な高いエネルギの電子流を利用できるか否かというこ
とである。

入口手段は別の形態を取ることができる。たとえば、複
数のガス入口または複数の流体入口を使用することがで
きる。更に、液体分析物およびガス状分析物の双方を導
入するのに単一の入口を使用することができる。この場
合には、多重弁構成を使用する。複数入口の構成におい
ても、液体クロマトグラフの出力を気化させ、蒸気をサ
ーモスプレー・ノズルではなくガス入口へ導入させる機
構を設けることが可能である。入口手段は多孔性の管ま
たは膜等の入口分離手段を備えることもできる。

周知のガスクロマトグラフおよび液体クロマトグラフに
加えて、分析物はイオンクロマトグラフおよび他の移動
分子源からの溶出物を含むことができる。　（ここで使
用する「分子」は原子、イオン、および多原子分子を含
む。）他の実施例では、質量アナライザは、飛行時間ア
ナライザおよび磁界偏向器等の質量分析に用いられるど
のような手段をも備えることができる。更に、電子増倍
管、Ｄａｌｙ検出器、ゼロ・バッググランド検出器、お
よびｐ−ｎ接合等の他の検出形式を用いる検出機能を得
ることもできる。

イオン源はクロマトグラフ・分光検出器インターフェー
ス以外の目的に使用することもできる。

以上詳述した実施例に関して、様々な変更および修正が
施されることは当業者にとっては明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本願発明では、サーモスプレー・イ
オン化、化学イオン化、電子衝撃イオン化等の様々なイ
オン化手段をイオン源を交換することなく、圧力切換及
び分析物に応じてガス、サーモスプレーの切換等を行な
い、単一のイオン源で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるクロマトグラフ・シス
テムの概略図。 第２図は第１図の部分詳細図。 第３図は本発明のクロマトグラフ・システムの動作説明
図。 １００：クロマトグラフ・システム、 １０２：クロマトグラフ部、１ｏ４：質量分析計、１０
６：イオン源、　　　　　１１６：弁機構、１２６：イ
オン化室、　　　　１３６：フィラメント、１３８：圧
力レギュレータ、 １４６：熱レギュレータ、 １５８：第２フイラメント。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）分析対象成分を含む分析物を分離するクロマトグ
   ラフと前記クロマトグラフからの溶出成分をイオン化し
   て検出する手段を含むクロマトグラフ・システムにおい
   て、 液体またはガス状の前記溶出成分をイオン化するために
   設けられるイオン化室と、前記イオン化室へ前記溶出成
   分を導入する入力手段と、 前記イオン化室と連結し、イオン化された溶出成分を前
   記検出手段に送り込むためのオリフィスを有する出力手
   段と、 前記オリフィスの軸上に自由電子を生成し、前記軸上に
   沿って放射する電子源手段とから成るイオン源を含み、 前記イオン化室内の圧力を調整する圧力調整手段と、 前記圧力調整手段をイオン化の種類にしたがって制御す
   る制御手段を有することを特徴とするクロマトグラフ・
   システム。