JPH09180673A - 質量分析方法および質量分析計 - Google Patents

質量分析方法および質量分析計

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JPH09180673A
JPH09180673A JP9004046A JP404697A JPH09180673A JP H09180673 A JPH09180673 A JP H09180673A JP 9004046 A JP9004046 A JP 9004046A JP 404697 A JP404697 A JP 404697A JP H09180673 A JPH09180673 A JP H09180673A
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negative ions
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 LC/MS装置で液体を直接イオン化する場
合、負イオンと電子とを分離し、成分や濃度が種々変化
する系に対しても安定なイオン化を行わせる。 【解決手段】 溶離液貯槽1からの溶離液中で試料が電
導性細管7へ送られる。細管7と対向して対向電極9を
設け、両者間に2〜3kVの電圧を印加する。細管7に
負の高電圧を印加すると先端の円錐状液体から負イオン
と電子が放出される。荷電粒子の放出方向と垂直方向に
数10〜50ガウス程度の弱い磁場8を設けると、電子
は容易に偏向しイオンは殆ど偏向しないので容易に電子
とイオンを分離識別できる。電子を電子検出器10で検
出し直流増幅器11で増幅し、コロナ放電が起きないよ
うに高電圧電源12を制御し、また、質量分析計に負イ
オンのみを導入できる。従って、EHDイオン化におい
て、流れ込む成分や濃度等が種々変化する系に対しても
安定なイオン化を実施できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液体クロマトグラフ
直結の質量分析計(LC/MS)に関し、特に、EHD
(Electro Hydro Dynamic)イオ
ン化における負イオン測定の際、放電を起こさずに安定
なイオン化に好適な質量分析方法および質量分析計に関
する。
【0002】
【従来の技術】液体中にイオンとして解離した分子を安
定に気化させることは一般に困難で、電気的反発力によ
るイオンの気化がエネルギ−的に最も有利な方法であ
る。この原理に基づくイオン化法としてEHDイオン化
法がある。この手法の優れている点は、イオン化の為に
強電界は必要であるが、それ以外の加熱など新たなエネ
ルギ−の追加を必要としない点である。そのため熱分解
などを伴わないイオン化が達成できる。また電界の方向
を変えることにより溶液中より選択的に正または負イオ
ンを抽出できる。一般に数10μl/min 以下の流量の
液体を、図3に示すように、電導性細管に流し、この細
管に対向して対向電極を設置する。細管と対向電極の間
に2〜3kV程度の電圧を印加すると、細管先端の液体
は電界に引張られ円錐状となる。電界があるしきい値を
越えると、帯電した微小液滴が噴霧される。正イオンを
引き出すためには細管に正の高電圧を印加する。負イオ
ンを引出すためには細管に負の高電圧を印加する。
【0003】この際、液体先端部より負イオンのみが引
き出されるのではなく、電子も併せ引き出される。電子
が多量に放出されると放電破壊のしきい値を越え、コロ
ナ放電が開始する。コロナ放電が開始されると、この放
電に由来して多量のイオンが生成され、更にイオン分子
反応のような副次的イオン化も行なわれる。そのため、
もともと溶離液中に存在していたイオン種が判明できな
くなる。このため、負イオン測定の際は、図4で示すよ
うに、EHDイオン化用細管の周囲を酸素やフレオンな
ど、電気陰性度の高い元素を含む分子の流れで囲い、生
成した電子を電気陰性度の高い元素に吸収させるように
する。また放電が開始されると放電電流が図2のように
急増することから、図3に示すごとく、高電圧供給線上
に高抵抗を挿入し、放電が開始されると供給電圧が下降
することを利用した方法などが行なわれて来た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LC/
MSに、このイオン化を使用すると、流入する試料の成
分種類、濃度が常に変化するため、上記対策では放電の
起きない安定なイオン化が望めないという問題点があっ
た。すなわち、特に負イオンと電子とを分離する場合、
負イオンおよび電子共に負の電荷を有しており、検出器
で電流を検出してからこれらを識別することが困難であ
った。負イオンモードのとき、ESIのノズルから負イ
オンのほか電子が放出される。大量に電子が放出され、
中間圧力室に導入されると、電子は電界で加速され、中
性の分子(溶媒分子や試料分子、気体分子など)と衝突
し、中性分子をイオン化する。これは、電界でイオンを
生成するプロセスに、もう一つのイオン化プロセスを追
加することになり、本来のマススペクトルに別のマスス
ペクトルが重畳することになって、後の解析に大きな混
乱を引き起こすことになる。さらに、負イオンと電子の
同極性の電荷の反発によりイオンの収束性を悪化させ、
感度の低下を招くことにもなる。また、MS部に電子を
導入すると、電子が散乱し、ノイズを大きくすることが
ある。以上のことから、負イオンと電子とを、初期の段
階で分離することが望ましい。
【0005】また、イオン検出上の問題として、一般
に、イオン電流を検出するためには、イオンビームを収
束させ、検出器に捕捉されるようにしないと正しい計測
が困難である。イオンが検出器の金属に衝突すると金属
表面から2次電子が放出され、この2次電子をそのまま
空間に放出してしまうと、電極の入射した電流値より多
くの電荷が入射したことになる。この2次電子の放出
は、電極の電位や、表面状態により変化するため、電流
の計測が不安定になり、それを防ぐため、ファラデーカ
ップは深い箱型になっている。当然ファラデーカップの
外側に電子やイオンが衝突しない工夫も必要となる。拡
がったビームの中に検出器を突っ込んで電流を検出する
ことは困難で、検出器の前にスリットを設置し、検出器
内部にのみイオンが入るような構造が必要となる。負イ
オンと電子とを分離して検出することにより、構造的な
困難さを克服することが可能になる。
【0006】なお、特開昭62−163246号公報に
はイオンビーム発生装置が示され、また、特開昭59−
112558号公報にはイオン源が開示されている。し
かし、前者の例は、イオン源において高電界を形成する
ための針状電極が、放電により損傷するのを防ぐため
に、ファラデーカップによってイオンビーム電流を監視
し、放電部のガス圧力を制御しようとするもので、イオ
ン化の対象がヘリウムガスや他のガスであり、液体のイ
オン化ではなく、さらに、イオンの計測は、特にイオン
種や電子などの他の荷電粒子を識別するとの記載は一切
なく、単にイオン源から放出されるイオン電流の一部を
ファラデーカップで捕捉検出するものである。当然なが
ら、負イオンモードにおける電子、および負イオン両者
の発生および存在についてはまったく記載がない。さら
に技術的には、荷電粒子ビームの中に、ファラデーカッ
プを挿入しても、正確なイオン電流値を測定できない。
それは、ファラデーカップの内側や外側に衝突し、2次
電子を放出し、電流が安定に測定できないためである。
また、後者の例には、EHイオン源の構造が記載されて
いるが、負イオンモードでの電子と負イオンの同時生成
については、前者の例と同様に、何の記載もない。当然
ながら、電子および負イオンが混在する場合の問題点お
よびその解決策については、まったく示されていない。
【0007】本発明の目的は、LC/MS装置において
液体を直接イオン化する場合、負イオンと電子とを分離
することにより、流れ込む成分、濃度など、種々変化す
る系に対しても、安定なイオン化を行わせる質量分析方
法および質量分析計を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題は以下のように
して解決される。請求項1記載発明は、電界中に液体を
導入してイオン化させる質量分析方法において、前記電
界中に前記イオン化と共に発生する電子を前記イオンか
ら分離検出し、電界中にイオンと共に発生する電子の電
気量に応じて電界の強さを制御するので、電子の急激な
発生を防ぎコロナ放電を防止することができる。また、
請求項2記載発明は、細管を通じて液体を連続的に導入
し、前記細管に対向電極に対して正または負の高電圧を
印加して、正または負のイオンを発生させる質量分析方
法において、前記細管の延長上に磁場を設け、前記細管
に負の高電圧を印加した際に前記負イオンと共に発生す
る電子を、前記磁場により選別し、質量分析計に主とし
て負イオンを導入することを特徴とする。そのため、細
管に負の高電圧を印加した際に負イオンと共に発生する
電子は、負イオンより質量が小さく、磁場により選択的
に偏向させることができるので、質量分析計には負イオ
ンのみを導入することが可能となり、溶媒分子などの中
性の分子が電子によってイオン化されるという不具合を
回避でき、流れ込む成分、濃度など、種々変化する系に
対して、安定なイオン化を行わせることができる。ま
た、請求項3記載発明は、電界中に液体を導入してイオ
ン化させる質量分析計において、前記電界中に前記イオ
ン化と共に発生する電子を、前記イオンから分離検出す
る電子検出器を具備し、前記電子の電気量に応じて前記
電界の強さを制御することを特徴とするものである。本
構成によれば、液体を直接イオン化する場合、電界中に
イオンと共に発生する電子の電気量に応じて電界の強さ
を制御するので、電子の急激な発生を防ぎコロナ放電を
防止することができ、安定なイオン化を行わせることが
できる。また、請求項4記載発明は、細管を通じて液体
を連続的に導入し、前記細管に対向電極に対して正また
は負の高電圧を印加して、正または負のイオンを発生さ
せる質量分析計において、前記細管の延長上に磁場を設
け、前記細管に負の高電圧を印加した際に前記負イオン
と共に発生する電子を、前記磁場により選別し、質量分
析計に主として負イオンを導入することを特徴とするも
のである。本構成によれば、液体を直接イオン化する場
合、細管に負の高電圧を印加した際に負イオンと共に発
生する電子は、負イオンより質量が小さく磁場により選
択的に偏向させることができるので、質量分析計には負
イオンのみの導入が可能となり、溶媒分子等の中性の分
子が電子によってイオン化されるという不具合を回避で
き、流れ込む成分や濃度などが種々変化する系に対して
も、安定なイオン化を行わせることができ、後の解析に
大きな混乱を引き起こすようなことが防止される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図1は、本発明の質量分析計の
一実施形態を示す概略説明図である。図1に示すよう
に、溶離液貯槽1に貯えられた溶離液は、ポンプ2、ダ
ンパ3を経て、試料注入口4、カラム5に送られる。試
料は試料注入口4から注入され、カラム5で成分に分離
され、テフロン製などのチュ−ブ6を経て、電導性細管
7へ送られる。細管7と対向して対向電極9が設けられ
ており、両者間に2〜3kVの電圧が印加されるように
なっている。細管7に負の高電圧を印加すると、細管7
の先端の円錐状液体から負イオン(図中 − で示す)
と、負に帯電した微液滴と共に電子(図中 e で示す)
が放出される。荷電粒子の放出方向と垂直方向に弱い磁
場8が生ずるようにする。磁場8の強さは数10〜50
ガウス程度で容易に電子とイオンを識別できる。即ち、
電子は容易に偏向されるのに対し、イオンは偏向をほと
んど受けない。電子を電子検出器10で検出し、直流増
幅器11により増幅し、これにより高電圧電源12を制
御する。
【0010】図2に、対向電極に対して垂直に設置され
た細管から液体を流出し、対向電極と細管間に高電圧を
印加した際得られる電圧Eと電流Iの関係を示す。電圧
を上げて行くと、ある値から液先端部よりイオンが引き
出される。更に電圧を上げて行くと、急激に電子が液先
端より放出され、コロナ放電が開始され、放電電流が急
増する。そのため、液先端より放出される電子を検出で
きれば、印加電圧を制御し、コロナ放電を防止すること
が可能である。しかし、液先端から放出される荷電粒子
は、電子の他に負イオンもあるため、この両者を区別し
て検出しなければ制御はできない。電子と負イオンの識
別は、荷電粒子が放出される軸上に弱い磁場(数10ガ
ウス)を設けることで、電子のみ偏向し検出すれば容易
にできる。その他の負イオンは、質量をmとすれば、電
子に対して1.84×103m倍の質量を有するため、数
10ガウス程度の磁場では、近似的に全く偏向されない
と考えて良い。
【0011】以上のように、本発明者らは、負イオンモ
ードにおける電子と負イオンの発生および存在について
検討し、これら負イオンと電子の質量差を利用して、両
者を物理的に分離し、質量分析計へ負イオンを選択的に
導入し、かつ、分離した電子をイオン化のモニタに利用
することを創案した。負イオンビームと電子ビームと
は、弱い磁場で容易に分離され、分離された電子は十分
な大きさを持ち、かつ、2次電子対策を施したファラデ
ーカップ等で安定して検出される。したがって、LC/
MS装置において液体を直接イオン化するに際し、負イ
オンモードで同時に生成する負イオンと電子とを分離す
ることにより、分離した負イオンは質量分析計に導入し
てマススペクトルが得られ、また、分離された電子は検
出器で検出し、コロナ放電が起きないように針電極の電
圧調整を行うことができる。そのため、コロナ放電が重
畳してイオン種が全く別のものになってしまうというよ
うな不具合を未然に防ぐことができる。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、EHDイオン化におい
て、負イオンと電子とを分離することにより、流れ込む
成分、濃度など、種々変化する系に対しても、安定なイ
オン化を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の質量分析計の一実施形態を示す概略説
明図である。
【図2】印加電圧と電流値の相関図である。
【図3】従来例を示す概略説明図である。
【図4】酸素やフレオンを流す他の従来例の概略説明図
である。
【符号の説明】
1 溶離液貯槽 2 ポンプ 3 ダンパ 4 試料注入口 5 カラム 6 テフロンチューブ 7 電導性細管 8 磁場 9 対向電極 10 電子検出器 11 直流増幅器 12 高電圧電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 49/26 H01J 49/26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電界中に液体を導入してイオン化させる
    質量分析方法において、前記電界中に前記イオン化と共
    に発生する電子を、前記イオンから分離検出し、前記電
    子の電気量に応じて前記電界の強さを制御することを特
    徴とする質量分析方法。
  2. 【請求項2】 細管を通じて液体を連続的に導入し、前
    記細管に対向電極に対して正または負の高電圧を印加し
    て、正または負のイオンを発生させる質量分析方法にお
    いて、前記細管の延長上に磁場を設け、前記細管に負の
    高電圧を印加した際に前記負イオンと共に発生する電子
    を、前記磁場により選別し、質量分析計に主として負イ
    オンを導入することを特徴とする質量分析方法。
  3. 【請求項3】 電界中に液体を導入してイオン化させる
    質量分析計において、前記電界中に前記イオン化と共に
    発生する電子を、前記イオンから分離検出する電子検出
    手段を具備し、前記電子の電気量に応じて前記電界の強
    さを制御することを特徴とする質量分析計。
  4. 【請求項4】 細管を通じて液体を連続的に導入し、前
    記細管に対向電極に対して正または負の高電圧を印加し
    て、正または負のイオンを発生させる質量分析計におい
    て、前記細管の延長上に磁場を設け、前記細管に負の高
    電圧を印加した際に前記負イオンと共に発生する電子
    を、前記磁場により選別し、質量分析計に主として負イ
    オンを導入することを特徴とする質量分析計。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003065405A1 (fr) * 2002-01-31 2003-08-07 Hitachi High-Technologies Corporation Spectrometre de masse a ionisation par electrospray et procede associe
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