JPH0552813A - 質量分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐薬品性に優れ、低い電圧で静電噴霧を可能と
する静電噴霧イオン源を有する液体クロマトグラフ・質
量分析計を提供する。 【構成】試料溶液を静電噴霧するための静電噴霧用細管
３２に、導電性樹脂を塗布した、あるいは金属を蒸着し
た細管４５を用いる。 【効果】低い電圧で静電噴霧が可能となり、この結果、
試料溶液の溶媒に電解質を用いた場合でも、液体クロマ
トグラフと質量分析計を結ぶインターフェイスから液体
クロマトグラフ側に流れる電流を低く抑えることがで
き、容量の低い電源で静電噴霧が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にタンパク質のよう
に不揮発性の混合物の分離分析に重要な液体クロマトグ
ラフィーと質量分析法を結合した装置、すなわち液体ク
ロマトグラフィー・質量分析法のインターフェイスに関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、分析の分野では、混合物分析のた
めに混合物の分離能力に優れた液体クロマトグラフィー
の検出器として同定能力に優れた質量分析法を用いる液
体クロマトグラフィー・質量分析法の開発が最重要視さ
れている。これは、従来の液体クロマトグラフィーで得
られる情報がカラムから試料が溶出してくる時間、すな
わち保持時間だけであったのに対し、液体クロマトグラ
フィー・質量分析法では、保持時間に加えてマススペク
トルという試料の構造情報に富んだ情報が加わり、より
詳細な混合物解析が可能となるためである。参考のため
に、質量分析計に四重極質量分析計を用いた液体クロマ
トグラフ・質量分析計の全体の構成を図１１に示した。
この構成は電場、磁場からなる磁場型質量分析計などの
他の質量分析計を用いた場合でも同じである。液体クロ
マトグラフ１から溶出してくる試料溶液は液体用配管２
によりイオン源３に導入される。イオン源３で生成した
試料分子に関するイオンは、四重極質量分析計４に導入
されて質量分析される。この四重極質量分析計４は真空
ポンプ５により真空に排気される。質量分析されたイオ
ンはイオン検出器６で検出され、検出信号は信号ライン
７を介してデータ処理装置８に送られる。このように液
体クロマトグラフィー・質量分析法の原理は簡単である
が、液体クロマトグラフィーは溶液中の試料を扱うのに
対して、質量分析法は真空中のイオンを扱うという相性
の悪さから、この方法の開発は非常に困難なものとなっ
ている。

【０００３】この問題を解決するためにいくつかの方法
が提案されているが、その代表的なものには、アナリテ
ィカル ケミストリー １９８７年、５９巻、２６４２
頁（Analytical Chemistry 59 (1987)2642 )に記載され
ているように、イオンスプレー法がある。この方法では
以下のようにしてイオンを検出する（図１２参照）。液
体クロマトグラフ１から流出した試料溶液は液体用配管
２を介してインターフェイスに送られる。このインター
フェイスは三重管構造になっており、一番内側に溶融石
英管（外径０．１７５ｍｍ、内径０．０５ｍｍ）４５、
その外側にステンレス製の細管（外径０．５ｍｍ、内径
０．２ｍｍ）４６、さらにその外側にテフロン（登録商
標）製のチューブ（外径２ｍｍ、内径０．８ｍｍ）４７
が設けてある。水やメタノールのような単純な有機溶媒
を試料溶液の溶媒に用いる場合には一番内側の細管にス
テンレス製の細管を用いても全く問題はないが、液体ク
ロマトグラフによる混合物分析では強酸性溶液を用いる
ことも多く、この場合には耐薬品性の高い溶融石英管を
用いた方がよい。このとき、ステンレス製の細管４６に
高電圧を印加すると、ステンレス製の細管４６先端に電
界が集中し、この結果、溶融石英管４５先端から微小液
滴が生成することになるが、イオンスプレー法では生成
した微小液滴の気化を促進するために、ステンレス製の
細管４６とテフロンチューブ４７の間からガスを流した
り、生成した液滴の進行方向とは逆の方向からガスを吹
き付けるようにしている。このようにして、荷電を有す
る微小液滴の気化が進行して生成したイオンの一部は細
孔を有する電極１５から高真空下の質量分析部に導入さ
れて質量分析されることになる。

【０００４】しかし、上記従来法では、溶融石英管４５
のまわりにステンレス製の細管４６をかぶせるという構
造をとっているため、溶融石英管４５先端から流出して
くる試料溶液を静電噴霧し得る電界強度を得るために
は、それだけ高い電圧をステンレス製の細管４６に印加
しなければならない。例えば、細管先端と細孔を有する
電極１５間の距離を２０ｍｍとして、水／メタノール
（５０／５０）を流量１０μＬ／ｍｉｎで流した場合、
４ｋＶ以上の高い電圧が必要であった。このように高い
電圧をステンレス製の細管４６に印加してしまうと、試
料溶液に電解質溶液を用いた場合、大量の電流が液体用
配管２を通して試料溶液を送液するための液体クロマト
グラフ１側に流れ込むため、それだけ容量の大きい電源
が必要となるという欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐薬
品性が高く、低い電圧で試料溶液を静電噴霧できる液体
クロマトグラフィー・質量分析法用の静電噴霧するイン
ターフェイスを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、液体クロマ
トグラフから溶出してくる試料溶液を、その先端面およ
び外周面、あるいは外周面に導電性樹脂を薄く塗布し
た、あるいは金属を薄く蒸着した、外径の小さい電気絶
縁性、耐薬品性を有する細管例えば溶融石英管を用いて
静電噴霧することによって達成される。

【０００７】

【作用】その先端および外周、あるいは外周に導電性樹
脂を薄く塗布した、あるいは金属を薄く蒸着した外径の
小さい電気絶縁性、耐薬品性を有する細管例えば溶融石
英管を用いて、低い電圧で細管先端において高い電界強
度が得られるので、試料溶液をより低い電圧で静電噴霧
することが可能となる。この結果、試料溶液の溶媒に電
解質溶液を用いた場合でも、静電噴霧するインターフェ
イスから液体クロマトグラフ側に流れる電流量を低く抑
えることができ、それだけ容量の低い電源ですむことに
なる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図１０によ
って説明する。図１に示すように液体クロマトグラフ１
から溶出した試料溶液は液体用配管２を通って、静電噴
霧器９に送られる。通常、この液体用配管２には、静電
噴霧器に高電圧が印加される関係上、外径１．６ｍｍ、
内径０．１ｍｍ程度のテフロンなどでできた電気的絶縁
性の高いものを用いる。

【０００９】静電噴霧器９の詳細な構造を図２に示し
た。液体用配管２は第１フェラル２３に挿入され、もう
一方からは第２細管２６が挿入できるようになってい
る。このフェラル２３と液体用配管２及び第２細管２６
との密着は、第１めねじ２２に第１おねじコネクター２
１及び溶媒溜２５に設けてあるおねじ部をねじこむこと
によって達成される。これにより、コネクト部分での液
漏れを防ぐことができる。第２細管２６には、外径０．
３ｍｍ、内径０．１ｍｍ程度の溶融石英管を用いる。第
２細管２６の先端は、第３細管２７の内部に挿入できる
ようになっているが、シースフロー用送液ポンプ１０に
より溶媒導入口２４から導入された溶媒が溶媒溜２５を
通って第２細管２６と第３細管２７の間を通過できるよ
うに、この両者の細管の間には適当な隙間が設けてあ
る。従って、第３細管２７の内径は第２細管２６の外径
より大きくなければならない。通常、外径１．６ｍｍ、
内径０．５ｍｍ程度の石英管を用いる。ただし、第３細
管２７に関しては、強酸性の溶液を液体用配管２と第２
細管２６に流しても、第２細管と第３細管の間を流れる
溶媒により、ほとんど強酸性溶液が第３細配管２７にふ
れることはないので、ステンレスなどの金属を用いても
まったく問題はない。液体クロマトグラフ１のポンプに
より液体用配管２と第２細管２６に導入された試料溶液
は、第２細管２６と第３細管２７の間を通過した溶媒と
いっしょに、導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着し
表面に導電膜を有する溶融石英管からなる静電噴霧用細
管３２の内部に導入される。試料溶液とともに、溶媒を
流すのは、試料溶液の電気電導度が高かったり、表面張
力が高かったりした場合、静電噴霧が起こりにくいの
で、電気電導度を低下させたり、表面張力を低下させた
りするためである。導電性樹脂を塗布、あるいは金属を
蒸着した溶融石英管３２は、第２フェラル２８に挿入さ
れ、第２めねじ２９に、第２おねじコネクター３０をね
じこむことによって、密着できるようになっている。通
常、導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着した溶融石
英管３２には、外径０．１５ｍｍ、内径０．０５ｍｍ程
度のものを用いるが、もちろんこれ以下の外径のものを
用いてもよい。このような構造にすることのメリット
は、（１）導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着した
溶融石英管からなる静電噴霧用細管３２のみを容易に静
電噴霧器９に脱着し交換でき、メインテナンスの点から
も便利である、（２）第２フェラル２８の穴径を変える
ことによって、任意の径の導電性樹脂を塗布、あるいは
金属を蒸着した溶融石英管からなる静電噴霧用細管３２
を用いることができる、（３）内径の非常に小さい導電
性樹脂塗布、あるいは金属蒸着溶融石英管からなる静電
噴霧用細管３２を用いた場合でもその長さを短くできる
ので、管内を通過する液体によって引き起こされる圧力
上昇を小さく抑えることができる、（４）導電性樹脂を
塗布、あるいは金属を蒸着した溶融石英管からなる静電
噴霧用細管３２の導電膜である導電性樹脂あるいは蒸着
膜に傷がついた場合でも容易に補修することが可能であ
る点にある。図３（ａ）に外周面に導電性樹脂を塗布、
あるいは金属を蒸着し導電膜を形成した溶融石英管３２
の構造を、図３（ｂ）に、補助電極１３に面する先端面
および外周面に導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着
し導電膜を形成した溶融石英管３２の構造を示すが、静
電噴霧する側３５では、塗布あるいは蒸着をできるだけ
薄くし、残りの部分３６は厚くする。静電噴霧する側で
は、低い電圧で高い電界強度を得るために、その先端径
ができるだけ小さいことが望ましいことから、塗布ある
いは蒸着を薄くした方がよいが、電圧を印加するために
電圧印加用金属製ねじ３１を押しつける部分、即ち静電
噴霧する側とは反対側の部分は厚い方が強度の点から、
このような構造とするのが望ましい。導電性樹脂を塗
布、あるいは金属を蒸着した溶融石英管３２の先端で生
成した微小荷電液滴は、ガス溜の噴出口３４から出てく
るガスによって気化が促進される。また、ガス溜の噴出
口３４から出てくるガスの他の役割は、導電性樹脂を塗
布、あるいは金属を蒸着した溶融石英管３２から出てく
る液滴が溶融石英管３２の塗布面、あるいは蒸着面にで
きるだけ付着しないようにすることである。こうするこ
とによって、塗布面、あるいは蒸着面の寿命をのばすこ
とができる。

【００１０】導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着し
た溶融石英管３２と細孔付き第１電極１５の間に数ｋＶ
の電圧を印加すると静電噴霧現象が起こるが、生成した
微小液滴は、図１に示すように、補助電極１３の内側に
ある細孔付き第１電極１５に向けて飛んで行く。このと
き、微小液滴の気化を促進するために、高圧ガスボンベ
１１、ガス配管１２、ガス導入口１４を通して、補助電
極１３の穴から微小液滴に向けてガスを吹き付けるよう
にする。このとき、コンプレッサーを用いて高圧の空気
を流すようにしてもよい。また、外部からの電場の妨害
を低減して、導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着し
た溶融石英管３２先端で強電界が達成できるように、絶
縁性または金属性の板４９、絶縁材４８を静電噴霧器９
のまわりに設けてもよい。微小液滴の気化が進んで生成
したイオンは、細孔付き第１電極１５、細孔付き第２電
極１６を通過して、静電レンズ１７で収束され、四重極
マスフィルター１８で質量分離後、イオン検出器１９で
検出され、最終的に信号はデータ処理装置８に送られ
る。

【００１１】図４には、現在市販されている最小の径の
ステンレス製細管（外径０．３ｍｍ、内径０．１ｍｍ）
と銀を外周面に蒸着した最小の径の溶融石英管（外径
０．１８ｍｍ、内径０．０５ｍｍ）を用いた図２に示す
静電噴霧器の場合の、細管に印加する電圧に対して観測
される電流量をプロットしたものである。このとき、水
／メタノール（５０／５０）を流量１０μＬ／ｍｉｎで
流した。図４から容易にわかるが、銀を蒸着した溶融石
英管でも静電噴霧が起こり、しかも外径の小さいものが
容易に手に入る分だけ、低い電圧で静電噴霧が可能とな
る。事実、図４は銀を蒸着した溶融石英管の方が同じ電
流量を得るにも４００Ｖも低い電圧で可能なことを示し
ている。外径、内径がそろった非常に外径の小さい金属
細管を得ることは困難であり、コストもかかるが、溶融
石英管ではこれが比較的容易に安価にでき、コストの点
からも導電性樹脂を塗布、あるいは金属を蒸着した溶融
石英管からなる静電噴霧用細管３２を静電噴霧器に用い
ることは望ましい。また、外径が小さい細管を用いて試
料溶液を静電噴霧すると、低い電圧で静電噴霧が可能と
なることから、試料溶液に電解質溶液を用いた場合で
も、静電噴霧器から液体クロマトグラフ側に流れる電流
量を低くすることができ、それだけ容量の低い電源で静
電噴霧が可能となるメリットも生じる。上記の導電性樹
脂としては導電性のフィラーを含有するエポキシ樹脂等
が、蒸着する金属としては銀、金等が使用できる。

【００１２】ところで、以上のように、低い電圧で効率
よく静電噴霧できるようになった静電噴霧器９から生成
した微小液滴を効率よく気化するために、図５に示すよ
うにヒーター３８で加熱された領域に長いイオン導入用
配管３７をコイル状に設けて、配管全体が一様に低温加
熱されるようにし、液滴をこの内部を通過させて時間を
かけてゆっくりと気化させてもよい。また、図６のよう
に、任意の温度に加熱可能としたイオン導入用電極４０
をフランジ４１に取り付けて、高温で短時間に気化でき
るようにしてもよい。さらに、図７、図８に示すよう
に、セラミックヒーター４２（特に遠赤外線を発するヒ
ーターは有効である）を設けて、液滴の気化を促進させ
てもよい。

【００１３】一方、細管３２に印加する最適電圧は溶液
の組成によって多少変化するので、図９に示すように、
溶液の組成による最適印加電圧をあらかじめデータ処理
装置８にプログラムしておき、使用する溶媒の組成によ
って高圧電源４３の出力をコントロールできるようにし
ておくと都合がよい。これは、特に液体クロマトグラフ
で溶媒組成が変化するグラジエント分析に有効である。

【００１４】また、細管３２の先端あるいは周囲に塗布
された導電性樹脂表面、あるいは蒸着表面に試料溶液が
できるだけ付着しないようにするため、図１０に示すよ
うに、液体クロマトグラフ１のポンプが駆動すると同時
に連動して、溶媒の送液ポンプ１０を駆動、あるいはボ
ンベのガスバルブ４４をあける機構を設けてデータ処理
装置で制御してもよい。

【００１５】以上の説明では、溶融石英管を素材とする
例によって試料溶液を静電噴霧するための静電噴霧用細
管３２について述べたが、細管の素材料は溶融石英管に
限定されるものではなく、電気絶縁性にすぐれ、トリフ
ルオロ酢酸水溶液やギ酸水溶液などの強酸性水溶液等に
対し耐薬品性を有する細管であればよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明により、低い電圧で静電噴霧が可
能となり、試料溶液の溶媒に電解質を用いた場合でも、
液体クロマトグラフィー・質量分析法のインターフェイ
スから液体クロマトグラフ側にながれる電流を低く抑え
ることができ、容量の低い電源で静電噴霧が可能とな
る。さらに、混合物の分離にトリフルオロ酢酸のような
強酸性溶液を用いた場合でも、安定に長時間液体クロマ
トグラフ・質量分析計による分析が可能となる。本発明
では、静電噴霧用細管は静電噴霧器に脱着可能であり、
繰返し使用可能で、静電噴霧用細管の表面の導電膜に傷
がついた場合でも補修できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液体クロマトグラフ・質量分析計
の構成を示す図。

【図２】本発明による静電噴霧器の断面図。

【図３】本発明による導電性樹脂を塗布、あるいは金属
を蒸着した溶融石英管からなる静電噴霧用細管の断面
図。

【図４】従来の金属細管と本発明による細管を静電噴霧
器に用いた場合の、細管に印加する電圧によるイオン電
流量の変化を示す図。

【図５】本発明による静電噴霧器とイオン導入用配管を
用いる液体クロマトグラフ・質量分析計の試料導入部の
断面図。

【図６】本発明による静電噴霧器とイオン導入用電極を
用いる液体クロマトグラフ・質量分析計の試料導入部の
断面図。

【図７】本発明による静電噴霧器とセラミックヒーター
を用いる液体クロマトグラフ・質量分析計の試料導入部
装置の断面図。

【図８】本発明による静電噴霧器とセラミックヒーター
を２個用いる液体クロマトグラフ・質量分析計の試料導
入部の断面図。

【図９】細管に印加する電圧を可変とする液体クロマト
グラフ・質量分析計の構成を示す図。

【図１０】液体クロマトグラフのポンプの駆動に連動し
て、送液ポンプ、ガスボンベのバルブを駆動可能とする
液体クロマトグラフ・質量分析計の構成を示す図。

【図１１】従来の液体クロマトグラフ・質量分析計の装
置の構成を示す図。

【図１２】従来の静電噴霧器を用いる液体クロマトグラ
フ・質量分析計の試料導入部の断面図。

【符号の説明】

１…液体クロマトグラフ、２…液体用配管、３…イオン
源、４…四重極質量分析計、５…真空ポンプ、６…イオ
ン検出器、７…信号ライン、８…データ処理装置、９…
静電噴霧器、１０…シースフロー用送液ポンプ、１１…
高圧ガスボンベ、１２…ガス用配管、１３…補助電極、
１４…ガス導入口、１５…細孔付き第１電極、１６…細
孔付き第２電極、１７…静電レンズ、１８…四重極マス
フィルター、１９…イオン検出器、２０…増幅器、２１
…第１おねじコネクター、２２…第１めねじ、２３…第
１フェラル、２４…溶媒導入口、２５……溶媒溜、２６
…第２細管、２７…第３細管、２８…第２フェラル、２
９…第２めねじ、３０…第２おねじコネクター、３１…
電圧印加用金属製ねじ、３２…導電性樹脂を塗布、ある
いは金属を蒸着した溶融石英管からなる静電噴霧器、３
３…ガス導入口、３４…ガス溜の噴出口、３５…薄く塗
布、あるいは蒸着した部分、３６…厚く塗布、あるいは
蒸着した部分、３７…イオン導入用配管、３８…ヒータ
ー、３９…イオン導入用配管支持電極、４０…イオン導
入用電極、４１…フランジ、４２…ヒーター、４３…高
圧電源、４４…ガスバルブ、４５…溶融石英管、４６…
ステンレス製細管、４７…テフロンチューブ、４８…絶
縁材、４９…絶縁性または金属性の板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神原 秀記 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料溶液をポンプにより細管内に導入し
   て、該細管先端に強電界を集中させ該試料溶液を静電噴
   霧してイオンを生成させる静電噴霧器と、生成したイオ
   ンの一部を細孔を有する複数の試料導入用の電極を通し
   て、高真空中に導入して上記イオンを質量分析するため
   の質量分析部とからなる質量分析計において、電気絶縁
   性を有する細管の外周面または外周面及び上記電極に対
   向する先端の面に、導電性樹脂を薄く塗布するかまたは
   金属を薄く蒸着してなる導電膜を有する静電噴霧用細管
   が装着された静電噴霧器を使用することを特徴とする質
   量分析計。
2. 【請求項２】上記静電噴霧用細管が静電噴霧器に装着し
   上記静電噴霧用細管に電圧を印加するために、互いに接
   触する部位では上記静電噴霧用細管の導電膜の厚さを厚
   くし、互いに接触する部位を除く大部分の面では、導電
   膜の厚さを薄くすることを特徴とする請求項１に記載の
   質量分析計。
3. 【請求項３】上記静電噴霧用細管が上記静電噴霧器に脱
   着可能であることを特徴とする請求項１に記載の質量分
   析計。
4. 【請求項４】電気絶縁性を有する細管が溶融石英管から
   なることを特徴とする請求項第１項から第３項のいずれ
   かに記載の質量分析計。