JPH04218763A - 分析計へのイオン蒸気供給装置及び熱噴射イオン源 - Google Patents

分析計へのイオン蒸気供給装置及び熱噴射イオン源

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JPH04218763A
JPH04218763A JP3059443A JP5944391A JPH04218763A JP H04218763 A JPH04218763 A JP H04218763A JP 3059443 A JP3059443 A JP 3059443A JP 5944391 A JP5944391 A JP 5944391A JP H04218763 A JPH04218763 A JP H04218763A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、液体クロマト
グラフ装置を質量分析計とインターフェースするための
装置に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】分子量、同位元素比、機
能群の識別及び構造の解明を行うために、溶液の分析に
は現在多様なシステムが利用されている。質量分析法と
組み合わせて利用される技術には、電気泳動、気体クロ
マトグラフ及び液体クロマトグラフ等の方法がある。
【0003】液体クロマトグラフと質量分析法とを組み
合わせたシステム(以下、LC/MS)を利用する場合
、熱に不安定な又は不揮発性の広範な成分をイオン化し
、スペクトルを識別するLC/MSの能力を拡大する技
術として、熱噴射技術が有効であることが判明している
。この熱噴射技術は、ベスタール他の米国特許第4,8
14,612号明細書及び同4,730,111号明細
書に詳細に開示されている。これらの特許は、大気圧よ
りも実質的に低い圧力で操作する質量分析計イオン源に
、一般に加熱され、従って部分的に気相状態にある液体
噴射を実現する噴射手段によって、液体を導入する方法
を教示している。このような熱噴射を利用したLC/M
Sにより分析されてきた成分には、非誘導性のアミノ酸
、ビタミン、有機酸及びアルカロイドが含まれる。
【0004】熱噴射方法は、蒸発を生じさせる加熱細管
を有する蒸発器プローブ内に、分析される溶液を導入す
る方法である。細管の開放端は、噴射室、あるいは溶解
室を有するイオン源内に延長されている。細管からの蒸
気は、ジェット噴射として噴射室に入る。噴射室は、粗
(roughing)真空ポンプを使用して真空化され
、1〜10トールの圧力にされる。この噴射室内で、分
析液と溶媒の分子及びイオンを含有する蒸気滴の噴射が
形成される。頂点に穴を有する円錐形の部材が噴射室内
に延長するように配置され、イオンが該噴射室を出て質
量分析のための高真空領域に入るように構成されている
。高真空領域の代表的な圧力は10−4トールである。
【0005】質量分析用に抽出されない蒸気は、イオン
源の入口で受けられている細管からイオン源の噴射室を
経て、イオン源の出口から出る直線的な経路を辿る。こ
の構造は、前述のベスタール他の米国特許第4,794
,252号明細書及びルイス他の米国特許第4,647
,772号明細書に図示され、説明されている。このよ
うなシステムの設計と製造に際しては、多くのことを配
慮することが重要である。第1に、イオン源と粗ポンプ
,質量分析計,細管との境界(インターフェース)は、
全て真空密閉されなければならない。その他の配慮とし
ては、システムの種々の部品を周期的に洗浄することが
ある。特に、イオン源は規則的に洗浄しなければならな
い。その結果、イオン源の構造及び部品とのインターフ
ェースはアクセスと洗浄がし易く、かつ特定の部品の洗
浄中に他の部品を損傷する危険が最小限になるような特
徴を備えていることが必要である。更に配慮しなければ
ならないことは、電子分野が益々コンパクトなシステム
を製造する傾向にあることである。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的は、構成要素の真空密閉、
洗浄システムの保守、及びコンパクト化を容易にする特
徴を備えたLC/MSシステムを提供することにある。
【0007】
【発明の概要】上記の目的は、イオン源の出口を不要と
するために蒸気噴射の残留物を再貫流させる(redi
rection)ことを含め、分析されるイオン蒸気を
供給する装置によって達成される。再貫流によって、粗
ポンプへの接続が入口の反対のイオン源の側にはなくな
るので、システムはさらにコンパクトになる。入口は実
質的に出口としても作用し、二重の機能を果たす。
【0008】本装置は、当該分子を含む蒸気を供給する
ために液体サンプルを加熱する蒸発器プローブを備えて
いる。蒸発器プローブの細管の開放端は、イオン源の入
口内で受けられる。蒸気噴射は、細管の開放端からイオ
ン源の噴射室へと噴射される。熱噴射処理中は、一般に
、電子による衝撃は利用されないが、イオン源を利用し
て化学的電離,放電による電離,電子衝撃による電離等
の任意の方法によって分子のイオン化が可能である。
【0009】蒸発器プローブの開放端の下流は、イオン
の出口である。イオン蒸気の小部分は、高真空源と流体
連通されたイオン出口を通って噴射室を出る。イオン蒸
気の大部分は、イオン出口を通過して、入口と出口以外
は液密された2つの同一の戻り経路の1つへと進む。戻
り経路は、噴射室から発して、蒸発器プローブの細管を
受けるポートへと延びる。イオン源の単一のポートの直
径は、戻り蒸気が蒸発器プローブの周辺に沿って流れる
ことができるサイズにされている。真空チューブはイオ
ン源の外部に対して密閉され、粗ポンプと接続されてい
る。ポンプへの流れは、蒸発器プローブと同軸の流れで
ある。
【0010】本発明の利点は、単一のポートがイオン源
の入口と出口の両方の機能を果たすことである。従来の
熱噴射システムと比較して、蒸発器プローブとイオン源
と粗真空ポンプとの結合が単一のポートに局限される。 従って、システム内の真空密閉結合部の数が大幅に縮減
され、延いては真空システムが故障する可能性が減少す
る。更に、イオン蒸気をその源に再貫流させることによ
り、一層小型のLC/MSシステムが可能になる。
【0011】本発明の他の利点は、イオン源を一対の金
属ブロックとして製造できることである。各々のブロッ
クは、イオン蒸気のポートへの2つの戻り経路の1つを
備える溝付き領域を含んでいる。ブロックは、寸法が異
なる対応する一連の溝を有している。ブロックが隣接し
て配置されると、溝は噴射室を形成する。周期的な保守
中には、ブロックは分離され、蒸気と接触する領域は完
全に露出される。このようにして、イオン源は、迅速か
つ完全に洗浄される。更に、イオン源は2ブロック構造
であるため、イオン源の重要な内部構造を、内部が露出
した状態で加工することができるので、製造が簡単であ
る。すなわち、中ぐりを設けるための穿孔が必要である
従来のイオン源と比較して、ブロックは溝付き領域と溝
とを設けるために個別に機械加工される。
【0012】2ブロック構造のその他の利点は、噴射室
を形成する直径が変化する溝の渡り領域(transi
tion  regions)を、截頭球状部(tru
ncated  spherical)として形成する
ように、加工できることである。一層円滑で、洗練され
た寸法変化によって殆どの成分の操作温度を低くするこ
とができる。操作温度が低いことによって、定期保守を
行いつつ、より長期間に渡ってイオン源を稼働させるこ
とができ、かつ熱による分析液の劣化を防止することが
できる。
【0013】単一ポート・イオン源の更に他の利点は、
イオン源が第2の真空結合ポートを従来の気体クロマト
グラフ/質量分析(以下、GC/MS)インターフェー
スと接続しなくてもよくなることである。LC/MSと
GC/MS分析の双方が可能であるシステムを備えたイ
オン源を使用することによって、2つの技術を切り換え
るのに必要な時間を節減でき、更に切替え中に装置が損
傷する危険も少なくなる。
【0014】
【実施例】図1及び図2を参照すると、熱噴射システム
は、LC溢流液を配管12を通して受け、溢流液を加熱
して細管16の開放端14で噴射させる蒸発器プローブ
10を備えている。ベスタール他の米国特許第4,73
0,111号明細書に開示されている形式の蒸発器プロ
ーブは、ヒューレット・パッカード社から市販されてい
る。
【0015】蒸発器プローブ10の細管16は、軸流通
過経路18を有している。溢流液は経路内にポンプで汲
み取られ、加熱されて所望の度合いで蒸発される。細管
経路18は、一般に0.015mmの直径を有するが、
それに限定されるものではない。導通管は細管を囲み、
管の長手方向に沿って熱を供給する機能を果たす。最適
な温度は95%の気化をもたらす温度である。その理由
は、100%の気化では高温による制御不能状況が生じ
るからである。
【0016】蒸発器プローブ10の細管部16は、真空
ロック20を貫いて延長している。真空ロックは、一対
の環状シールを収納している。環状シールは、この分野
ではK−Fシールとして知られ、外装20に挿入後、蒸
発器プローブの一部を開放端14の方向に真空密閉する
。外装内の圧力は、真空チュウーブ28及び外装の出口
30と流体連通された弁部材26の操作によって調整で
きる。
【0017】蒸発器プローブ10の細管部16は、外装
20から遮断弁32へと入る。遮断弁はプラグ36に固
定されたハンドル34を備えている。ハンドル34を操
作してプラグを第1の方向に回転させると、プラグの孔
が遮断弁32の軸流孔と位置合わせされる。この位置合
わせされた状態で、細管部16は、遮断弁32を貫通す
ることができる。なお、プラグ36をその軸線上で回転
させると、遮断弁の一端が反対端から真空密閉される。 このように、熱噴射システムの定期保守中に、蒸発器プ
ローブが、遮断弁内には延びてはいないが、外装20の
環状シール22及び24によって囲まれた部分を有する
状態になるまで引き出される。次に、プラグ36が90
°回転され、その後、蒸発器プローブは、遮断弁の下流
にある熱噴射システムを換気せずに、完全に取り外すこ
とができる。すなわち、遮断弁によって、システムの他
の部分を大気に晒すことなく、蒸発器プローブを洗浄、
交換又は修理することができる。
【0018】遮断弁32には、戻り管38が取り付けら
れている。戻り管は、遮断弁32とイオン源40と粗ポ
ンプ遮断弁42とを流体連通させる非対称のT型管であ
る。蒸発器プローブ10の細管部16は、戻り管を貫い
てイオン源と接するように延長している。後述するよう
に、蒸気は、イオン源内に噴射され、その後、蒸気の大
部分が再貫流されて細管部の周りでイオン源から出る。 この流れは、図2に明示される。イオン源は、図1と図
2に概略的に示されるが、図3〜図5を参照しつつ後述
する。戻り管38は、イオン源40の面板44と当接す
る。多機能シール46は、同軸の流体戻り管をイオン源
に気密接続し、かつ真空システムとイオン源を電気的に
絶縁する。
【0019】単一クランプ48は、遮断弁32,42と
、システムの他の構成要素との結合において説明される
。実際には、これら遮断弁の両端への結合は、48のよ
うなクランプや、複数のOリング50を使用して行われ
る。粗ポンプ遮断弁42は、戻り管38と、図示省略の
粗ポンプへ導く真空チューブ56との間の流通を選択的
に遮断するように回転するハンドル52とプラグ54を
有しており、上述した遮断弁32と同様の方法で操作さ
れる。
【0020】図3に示すように、イオン源40は、図示
省略の固定された従来のハードウエアに連結された面板
44,前部ブロック58,後部ブロック60を含んでい
る。面板44は、イオン源と同軸蒸気流システムとの結
合を電気的に遮断する気密を供給する多機能シール46
を受ける環状溝領域62を含んでいる。
【0021】前述の蒸気プローブは、面板44を貫いて
延長し、蒸発器シール64内で受けられる。蒸発器シー
ルは、イオン源40への流れを、イオン源を出る流れか
ら遮断する。シール64は、シールの切り欠き部66を
貫いてブロック内の内面ネジ穴68へと突起するボルト
によって、前部及び後部ブロック58,60に固定され
ている。
【0022】脚72を有する取り付け棒70は、図示省
略の締め付け金具によって前部ブロック58に固定され
る。スペーサ74は、支持構造に取り付けるために適宜
に位置合わせを行う。
【0023】後部ブロック60は、軸流噴射室76の半
分を形成する複数個の溝を有している。噴射室の下流側
の端には上方に延びる蒸気戻り経路78の入口があり、
それから更に前方に延び面板44の出口に至る。後部ブ
ロック60の軸流噴射室76及び蒸気戻り経路78は、
図2に明示される。この図は、噴射室の下流端から下方
に延び、次いで前方に延びる第2の蒸気戻り経路80を
も図示している。実際には、この第2の戻り経路80は
、図3の前部ブロック58内の溝である。このように、
噴射室からの蒸気の上方への流れは後部ブロックを通り
、下方への流れは前部ブロックを通る。
【0024】イオン出口部材82がイオン源40の後部
ブロック60に固定さている。イオン出口部材は、貫通
して延びる孔を有する歪円錐状(frustrocon
ically−shaped)の部分を備えている。歪
円錐状の部分は、前部及び後部ブロック58,60内に
夫々対応する溝を加工することにより形成された軸方向
の噴射室76内に僅かに突起している。蒸気の小部分は
、質量分析用にイオン出口から逸出する。後述するよう
に、イオン出口部材の歪円錐状の部分の基部から始まる
領域は、高真空領域である。この高真空領域内に、従来
型の集束レンズ・アセンブリ86がある。この集束レン
ズ・アセンブリは、絶縁素子88及び90によって、イ
オン源ブロック60から電気的に絶縁されている。当該
イオン化分子は、各部品によって板94の入口開口部9
2を通って質量分析計へと送られる。
【0025】サンプル分子のイオン化は、複数の方法に
よることができる。例えば、蒸発器プローブに入る液体
サンプルは、それ自体のイオンではないが、イオン−分
子衝突プロセスによって当該分子に電離を伝達するイオ
ンを含むことができる。このプロセスは、化学的電離と
呼ばれる。例えば、分析される液体サンプルは、アンモ
ニウム・アセテート溶液と化合して、噴射内にNH4+
及びCH3COO−の一次イオンを生成する。これらの
イオンがサンプル分子と反応して、NH4+又はCH3
COO−の付加化合物を生成し、これが質量分析計で分
析される。
【0026】第2のイオン化方法は、プラズマ放電電離
である。図3に示すように、イオン源40は、イオン源
の前部ブロック58内の開口部98を通って45°の角
度で軸流噴射室76に入る端を有する放電電極96を備
えている。放電は、電極と噴射室の間の電流を約200
μAに保持することにより、電極96と壁の間で行われ
る。熱噴射液中の中性分子は、噴射領域に入り、自由電
子及び他の帯電粒子との衝突によって電離される。
【0027】イオン源40は、イオン化を起こすための
第3の手段を備えている。フィラメント・ホルダ100
は、フィラメントに電流を発生させるために電源に接続
されたフィラメントを固定している。電位差は1000
Vであるのが一般的である。フィラメントは熱放出によ
って電子を放出し、電子は気相における溶媒及び分析液
の分子に衝突する。化学的イオン化によって正又は負の
イオンが生成される。一般に、熱噴射技術では、電子の
直接衝突によるイオン化は行われない。但し、電子衝突
は診断目的には特に有用であることが判明している。電
流はフィラメントを通して供給され、LC液が噴射室に
ない場合は、室内の気体が直接イオン化される。イオン
化された気体は分析されて、残留気体の特性を表す特定
のイオンが判定される。
【0028】図4において、イオン源の前部ブロック5
8は、図3の当初の位置に対して上から下に180°回
転されている。前部ブロック58は、復数個の溝102
,104,106,108,110及び112を有する
ベンチュリ管状の流れ経路を備えている。前部ブロック
の各々の溝102〜112は、イオン源の後部ブロック
内の溝と同一であるので、ブロックが接合状態にされる
と、前述の軸流噴射室が形成される。ブロックは、ブロ
ックの外側に沿った孔114を貫通する締め付け金具に
よって互いに固定される。
【0029】また、図4及び図5において、蒸気は、矢
印Aで示すように、蒸発器プローブの細管を通ってベン
チュリ管状の噴射室に入る。細管16の開放端は、イオ
ン源を形成するブロック58と60に取り付けた蒸発器
シール64内に固定されている。図4に示すように、前
部ブロック58は、蒸気シールを受ける逃がし口116
を有している。面板44は、締め付け金具によって前部
ブロックに固定されている。溝付きの環状領域62は、
細管がイオン源に入る前に細管を収納する戻り管38を
密閉するために、前述の多機能シールに対応する外径を
有している。面板44の溝付き環状領域62と反対の側
にも、切り欠き軸領域(cutawayaxial  
region)118が設けられている。
【0030】操作時には、図4及び図5に示すように、
蒸気は、細管16から、イオン源噴射室の一部を形成す
る前部及び後部ブロックの溝104内に出る。溶液内の
予め生成されたイオンを用いて、蒸気は予めイオンを含
むことができる。あるいは放電電極96を用いてイオン
化を行ってもよい。放電電極は、前部ブロック58の内
面ネジ穴内に固定されている。噴射室の溝104により
構成される部分には、電子衝突による化学的イオン化用
に用いられる0.5mmの電子入口孔120がある。
【0031】この時点でイオン化されている蒸気は、噴
射室の溝106により構成される部分に入ることによっ
て圧縮される。本発明の噴射室は、2つの個別のブロッ
クに夫々溝を加工することによって形成されるため、溝
102〜112における1つの溝から隣接溝への渡り部
分122は、スムーズな曲線の渡り部分となるように円
形エンドミルによって形成される。すなわち、渡り部分
122は各々截頭球状形にすることができる。軸流噴射
室が内部孔の径が緩やかに変化する部分で曲線をスムー
ズに移行させることにより、殆どの成分の分析における
従来のイオン源の操作温度よりも100℃も低い操作温
度を可能にすると考えられる。操作温度が低下すること
により、分析液の熱による劣化が軽減され、ユーザーは
イオン源の定期洗浄の間隔を延長させることができる。
【0032】イオン蒸気が溝108に入ると、溝106
により構成されている噴射室部分からの蒸気は更に圧縮
される。イオン出口部材82は、イオン蒸気の小部分を
質量分析用に抽出できるように、噴射室内に突き出して
いる。一般に、イオン出口部材は、イオン室の中心には
僅かに届かない位置まで突き出している。イオン出口部
材82の反対側には、電極(fragmenter  
electrode)124がある。この電極の機能は
、ルイス他の米国特許第4,647,772号明細書に
詳細に開示されている。簡略に述べると、電極は、イオ
ンを減速し、イオン出口部材82の開口部へと偏向させ
る静電界を生成することができる。噴射室内の代表的な
圧力は、10トールであり、一方イオン出口部材の裏側
の圧力は、例えば10−4トールのように高真空圧であ
る。
【0033】次に、蒸気の大部分は、溝110と112
を経て前部及び後部ブロックの蒸気戻り経路に進む。図
4に明示するように、前部ブロック58の蒸気戻り経路
80は、ブロックの半分を通過する。蒸気は、イオン室
から、蒸気戻り経路80を通って、面板44の後部にお
いて切り欠き軸流領域118に入る。次に、蒸気は、面
板の中心を通って出る。対応する蒸気戻り経路78は、
後部ブロック内の溝付き領域によって構成される。蒸気
戻り経路78と80は、各々1つのブロックの溝及び別
のブロックの平坦な表面によって構成される。このよう
に、図2の概略図は、交差している部分が蒸気戻り経路
78及び80の双方を交わらせているイオン源を図示し
ているものではない。イオン源を2ブロック構造とする
ことにより、製造し易く、周期的な洗浄を容易とする。
【0034】蒸気戻り経路78と80は、双方とも細管
16を受けるイオン源のポートで終端する。このように
、単一のポートが入口と出口の双方の機能を果たす。 それによって、システム内の真空密閉結合部の数を最小
限にすることができる。蒸気がポートを通って貫流され
ることによって、蒸気がイオン源の一端内に噴出され、
入口端とは離れた他端から排出されるLC/MSシステ
ムよりもコンパクトなシステムが得られると言う利点が
更に得られる。
【0035】
【発明の効果】本発明では、単一のポートがイオン源の
入口と出口の双方の機能を果たすように構成したために
、■システム内の真空密閉結合部の数を大幅に少なくで
き、従って■真空システムの故障をも減少でき、かつ■
装置をコンパクト化できる。しかも、■質量分析計用の
第2の真空結合ポートを従来のGC/MSインターフェ
ースと接続させる必要がなく、従って■LC/MSとG
C/MS分析の双方が可能なシステムを備えたイオン源
を使用すれば、これら2つの技術の切替えに要する時間
を節減できる。
【0036】また、イオン源を一対の金属ブロックで構
成すれば、■イオン源の定期的な保守の際にブロックを
分離できるので、迅速かつ完全に洗浄できると共に、■
イオン源の内部構造を内部を露出させて加工できるので
、製造を容易とすることができる。
【0037】更に、噴射室を径の異なる複数の溝により
構成し、かつ該各溝間の渡り領域を截頭球状形のように
径が緩やかに変化するように形成することにより、操作
温度を低くすることができ、操作温度が低くなると、イ
オン源の稼働を長期間できると共に、定期的保守の間隔
を長くすることができ、しかも分析液の劣化をも防止で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による熱噴射システムの分解斜視図であ
る。
【図2】図1の概略側断面図である。
【図3】図2の分解斜視図である。
【図4】図3のイオン源の前部ブロックの側断面図であ
る。
【図5】図3のイオン源の噴射室の概略図である。
【符号の説明】
10            蒸発器プローブ16  
          細管 38            戻り管 40            イオン源44     
       面板(ポートを構成する一要素)56 
           真空チューブ58      
      前部ブロック60           
 後部ブロック82            質量分析
計へのイオン出口部材92            質
量分析計へのイオン入口開口部76         
   蒸気噴射室78,80      蒸気戻り経路 96            放電電極(イオン化手段
)100          フィラメント・フォルダ
(イオン化手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サンプル液を蒸気化し、かつ蒸気化したサ
    ンプルを第1の方向へ方向付けする手段、該蒸気化手段
    と結合し、蒸気化したサンプルを受け、かつイオン蒸気
    を生成するためにサンプルの分子をイオン化する手段、
    該イオン化手段の下流側の、該イオン蒸気の小部分を質
    量分析のために抽出する手段、及び該イオン蒸気の大部
    分を第2の方向に再度方向付けする経路手段、からなる
    ことを特徴とする分析計へのイオン蒸気供給装置。
  2. 【請求項2】サンプル蒸気ポートを有すると共に、該蒸
    気ポートを通る蒸気流を受けるために該蒸気ポートと結
    合された蒸気噴射室を有するハウジング、該蒸気噴射室
    内の分子をイオン化する手段、及び該蒸気噴射室からの
    イオンを受けるために該噴射室と結合されたイオン抽出
    手段からなり、しかも前記ハウジングが、前記イオン抽
    出手段の下流側に入口を有し、前記サンプル蒸気ポート
    部に出口を有して構成される出口経路を有してなること
    を特徴とする熱噴射イオン源。
  3. 【請求項3】管状出口部を有する液体サンプルの蒸気化
    手段、ポートと、該ポートを通るイオン源に前記蒸気化
    手段の出口部を固定する手段とを備え、更に該出口部の
    開放端の噴射領域、該噴射領域の該開放端の反対側に蒸
    気戻り経路を有すると共に、そのあたりの流れの出口部
    に接近している該ポートまで延長しているイオン源、実
    質的に前記出口部と同軸に配列され、かつ前記ポートに
    結合された管、該管に流体連通され、前記噴射室から前
    記蒸気戻り経路と同軸関連の蒸気流を供給する前記ポー
    トとを通し、かつ前記蒸気化手段の出口部を備えた該管
    を通して、蒸気を吸引する第1の真空手段、質量分析の
    ために前記噴射領域から大部分の蒸気を吸引する第2の
    真空手段、からなることを特徴とする分析計へのイオン
    蒸気供給装置。
JP3059443A 1990-03-01 1991-03-01 分析計へのイオン蒸気供給装置及び熱噴射イオン源 Pending JPH04218763A (ja)

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EP0444896A2 (en) 1991-09-04
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