JPH08304342A

JPH08304342A - 液体クロマトグラフ質量分析装置

Info

Publication number: JPH08304342A
Application number: JP7129480A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Wake; 弘明和気
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JP2953344B2; US5596192A; CN1099594C; CN1152126A

Abstract

(57)【要約】【目的】ノズルの位置ズレがあっても、多くのイオン
が通過できるようにし、分析の感度を上げる。【構成】粘性流領域の真空度を有する中間真空室１２
に、通過させるべきイオンと同一極性の電圧が印加され
た２対の板状電極１６を、その中間真空室１２の前後の
サンプリングコーン１５及びスキマー１７のノズルを結
ぶ直線を挟むように配置する。【効果】板状電極１６に印加する電圧の大きさを適宜
調整することにより、より多くのイオンが通過できるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大気圧イオン化法を使
用する液体クロマトグラフ質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロスプレイイオン化（ＥＳ
Ｉ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）等の大気圧イオ
ン化（ＡＰＩ）法を用いる液体クロマトグラフ質量分析
装置では、液体クロマトグラフで分離された成分を大気
圧中でイオン化し、高真空下に置かれた質量分析器（四
重極型、磁場型等）に送り込まなければならない。質量
分析器の置かれる部屋（以下、これを高真空室と呼ぶ）
では１０^-5〜１０^-6torr程度の高真空が要求されるが、
イオンを通過させるノズルを設けた上に大気圧空間とこ
のような高真空空間とを直接隣接させることは難しい。
そのため、高真空室の前に１個又は複数個の部屋（以
下、これらを中間真空室と呼ぶ）を設け、２段又は３段
以上の差動排気を行なって高真空室の高い真空度を保持
するようにしている。

【０００３】高真空室の前に置かれるこれら１個又は複
数個の中間真空室の真空度は、当然、大気圧と高真空室
の高真空度との中間の真空度を有する。流体力学的に
は、真空度は、粘性流領域の真空度と分子流領域の真空
度に分けられる。粘性流とは、気体分子どうしの衝突が
支配的であるような圧力の下での層流をいい、分子流と
は、気体分子とパイプ内壁との衝突だけが支配的である
場合の流れをいう。多くの場合、液体クロマトグラフ質
量分析装置においては、外部大気と質量分析装置が置か
れる高真空室との間に２個の中間真空室が設けられ、第
１段の中間真空室は１torr程度、第２段の中間真空室は
１０^-3〜１０^-4程度の真空度とされて、１０^-5〜１０^-6
程度の高真空である高真空室に接続される。このうち、
第１段の中間真空室の１torr程度の真空度は粘性流領域
に属し、第２段の中間真空室の１０^-3〜１０^-4程度の真
空度は中間流から分子流領域に属する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高真空室及びその前に
置かれた１個又は複数個の中間排気室の各部屋の隔壁に
は、イオンを通過させるためのノズルを設けなければな
らない。このノズルは、隣接する部屋の真空度の差をで
きるだけ大きく保ち、差動排気を容易にするために、非
常に径の小さいものとなっている（０．数ｍｍ程度）。
質量分析装置を製造する際、このような小径のノズルを
複数個、正確に直線上に並べるためには注意深い作業が
必要であるため、生産性が低いという問題があった。

【０００５】また、前後のノズルを意図的に偏心して配
置することにより、軽質量であるイオンのみ後方のノズ
ルを通過させ、質量の大きい荷電粒子や中性粒子（クラ
スタ）の通過を阻止するという方法が考案されている
が、このような場合、後方のノズルを通過することので
きるイオンの数が大幅に減少するため、検出感度が低下
するという問題があった。

【０００６】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、ノズル
の位置ズレが存在しても、多くのイオンが両ノズルを通
過できるようにし、感度の低下を最小限に抑えた液体ク
ロマトグラフ質量分析装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、液体クロマトグラフ部から与えら
れる液体試料を大気圧中でイオン化し、少なくとも１個
が粘性流領域の真空度にある１個又は複数個の中間真空
室の隔壁に設けられたノズルを通して高真空下に置かれ
た質量分析部に送るインタフェイスを備えた液体クロマ
トグラフ質量分析装置において、粘性流領域の真空度を
有する中間真空室に、通過させるべきイオンと同一極性
の電圧が印加された少なくとも１対の板状電極を、該中
間真空室の前後の隔壁のノズルを結ぶ直線を挟むように
配置したことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用及び効果】液体クロマトグラフ部で分離された液
体試料は大気圧の下でイオン化され、１個又は複数個の
中間真空室を経て高真空下に置かれた質量分析部に送ら
れる。この１個又は複数個の中間真空室のうちの少なく
とも１個は粘性流領域の真空度となっており、少なくと
も１対の板状電極がこの中間真空室の前後の隔壁のノズ
ルを結ぶ直線を挟むように配置されている。この板状電
極対には、通過させようとするイオンと同じ極性の直流
電圧を印加しておく。

【０００９】前方の隔壁のノズルより上記中間真空室に
入ったイオンは、そのイオンビームを挟んで配置された
板状電極に印加されている同極性の電圧により反発され
る。ここで、各電極への印加電圧の大きさを適切に調節
することにより、これらイオンを上記直線（中間真空室
の前後の隔壁のノズルを結ぶ直線）の方に集束させるこ
とができる。従って、質量分析部の検出出力（すなわ
ち、質量分析器を通過するイオンの数）を測定しなが
ら、その出力が最大となるように上記電極対に印加する
直流電圧の大きさを調節することにより、ノズルの位置
ズレに拘らず、最大数のイオンを後方のノズルを通過さ
せることができる。これにより、常に各分析装置の最大
感度を得ることができるようになる。

【００１０】なお、従来の液体クロマトグラフ質量分析
装置では、分子流領域の、高い真空度に保持された中間
真空室において対向板状電極を配置してイオンビームを
偏向させている例はあるが、本発明におけるように粘性
流領域の真空度にある中間真空室に電極を配置した例は
ない。分子流領域と粘性流領域とではイオンの動き方が
異なり、前記の通り粘性流領域ではイオンと空気構成分
子（窒素分子、酸素分子等）との衝突が多いため、従来
は粘性流領域ではこのような電界によるイオン軌道の制
御ということは考慮されていなかったのである。

【００１１】また、米国特許第5,157,260号公報には、
粘性流領域の中間真空室に円筒状の電極を設ける例が示
されているが、これは拡散しようとするイオンを集束す
るためのものであり、円筒状の電極では円筒の中心にし
かイオンを集束させることができない。従って、製造時
に円筒状電極の位置が一旦固定され、その中心がノズル
とズレていると、その後ずっと感度が低いままとなって
しまう。それに対し、本発明のように分離した板状電極
を用いることにより、イオンを集束させることはもちろ
ん、印加電圧のバランスを調整することにより、集束し
たイオンビームを偏向させて所望の位置まで導くことが
できるため、製造時にノズルの位置ズレがあっても使用
時にそれを補償して正しく両ノズルを通過させることが
できる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例である液体クロマトグラフ
質量分析装置を図１〜図３により説明する。本実施例の
質量分析装置では、質量分析器１９（図１では四重極質
量分析器を示したが、磁場型質量分析器の場合でも本発
明は同様に適用可能である）が収納されている高真空の
質量分析室１４の前に第一及び第二の２段の中間真空室
１２、１３が設けられている。外部と第一中間真空室１
２との間にはサンプリングコーン１５が、そして第一中
間真空室１２と第二中間真空室１３との間にはスキマー
１７が設けられ、これらの先端にはイオンを通過させる
ための小径のノズルが設けられている。第一中間真空室
１２はロータリーポンプ（ＲＰ）により約１torr程度ま
で排気され、第二中間真空室１３はターボ分子ポンプ
（ＴＭＰ）により１０^-3〜１０^-4程度まで排気される。
なお、質量分析室１４も同様にターボ分子ポンプ（ＴＭ
Ｐ）により１０^-5〜１０^-6程度まで排気される。

【００１３】本実施例の液体クロマトグラフ質量分析装
置ではエレクトロスプレイ（ＥＳＩ）法を用いており、
液体クロマトグラフで分離された液体試料はノズル１１
の先端に印加された高電圧による不平等電界により帯電
液滴として噴霧される。噴霧された液滴は液滴内でのク
ーロン反発により分裂が進行して更に細かい液滴（荷電
粒子）となる。荷電粒子はサンプリングコーンから第一
中間真空室１２、第二中間真空室１３と経由する間に徐
々に脱溶媒化され、イオンとなる。なお、図２に示すよ
うに、ノズル１１とサンプリングコーンとの間に加熱金
属パイプ（キャピラリ）２１を設け、脱溶媒化を更に促
進するようにしてもよい。また、このイオン化の部分で
は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）等の他のイオン化
法を用いてもよい。

【００１４】第一中間真空室１２には、イオンの進行方
向に対して上下及び左右に２対の板状電極１６が設けら
れている。図２及び図３に示すようにこれらの電極には
通過させようとするイオンと同極性の直流電圧が印加さ
れている。このため、サンプリングコーン１５から第一
中間真空室１２に導入された荷電粒子及びイオンは、こ
れら電極板１６ａ〜１６ｄにより反発され、中央の方に
収束される。そして、各電極板１６ａ〜１６ｄに印加す
る直流電圧の大きさを適切に設定することにより、その
収束された荷電粒子・イオンのビームをスキマー１７の
ノズルに導くことができる。このようにイオンビームを
スキマー１７のノズルに正しく導くための設定は、質量
分析器１９の後段に置かれた検出器（図示せず）の出力
を測定しながら各電極板１６ａ〜１６ｄに印加する電圧
を調整することにより行なうことができる。

【００１５】これにより、質量分析装置の組立時にサン
プリングコーン１５とスキマー１７のノズルの位置ズレ
が生じても使用時にそれを補正することができるため、
生産性が向上する。また、意図的にノズルを偏心して配
置することにより荷電粒子の通過を阻止する方法を採用
する場合も、電圧の大きさを適切に設定することにより
（電荷／質量比が荷電粒子よりも大きい）イオンのみを
通過させることができるようになる。

【００１６】第一中間真空室１２を通過したイオンは、
第二中間真空室１３内に配置されたイオンレンズ１８に
より集束され、質量分析器１９により定まる所定のアク
セプタンスとなるように整えられて質量分析室１４に入
射される。

【００１７】なお、板状電極で囲まれた中を通過する荷
電粒子の脱溶媒化を促進するため、板状電極には多くの
通気孔を設けておくことが望ましい。図１及び図２では
メッシュ（金網）により板状電極を構成したが、金属板
に多数の孔を穿孔したものでもよい。また、板状電極は
必ずしも平板状である必要はなく、イオン通過軸の周囲
を囲うように円筒状に湾曲したものであってもよい（た
だし、イオンの軌道を変更させるため、その通過軸の周
囲で複数の電極に分離している必要はある）。

【００１８】本発明の別の実施例を図４に示す。この例
では２対の板状電極を更に前後に２段設けたものである
が、各電極への電圧印加方法は上記実施例のものとは異
なる。すなわち、前段の２対の板状電極２６では互いに
直交する電極に異なる極性の直流電圧を与え、イオンビ
ームの断面形状を平板状とする。そして後段の２対の板
状電極２７では前段とは逆方向の電圧を印加して、平板
状となっているイオンビームを点状に絞る。これによ
り、イオンをより強く集束させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液体クロマトグラフ
質量分析装置のインタフェイス部分を中心にした概略構
成図。

【図２】加熱金属パイプを使用する場合の電極配置の
斜視図。

【図３】本発明の作動原理を示す説明図。

【図４】本発明の別の実施例の電極配置を示す斜視
図。

【符号の説明】

１１…ＥＳＩ用ノズル１２…第一中間真空室１３…第二中間真空室１４…質量分析室（高真空室）１５…サンプリングコーン１６、２６、２７…板状電極１７…スキマー１８…イオンレンズ１９…質量分析器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体クロマトグラフ部から与えられる液
体試料を大気圧中でイオン化し、少なくとも１個が粘性
流領域の真空度にある１個又は複数個の中間真空室の隔
壁に設けられたノズルを通して高真空下に置かれた質量
分析部に送るインタフェイスを備えた液体クロマトグラ
フ質量分析装置において、粘性流領域の真空度を有する中間真空室に、通過させる
べきイオンと同一極性の電圧が印加された少なくとも１
対の板状電極を、該中間真空室の前後の隔壁のノズルを
結ぶ直線を挟むように配置したことを特徴とする液体ク
ロマトグラフ質量分析装置。