JPH11108897A - Spraying device and analyzer - Google Patents

Spraying device and analyzer

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JPH11108897A
JPH11108897A JP10210666A JP21066698A JPH11108897A JP H11108897 A JPH11108897 A JP H11108897A JP 10210666 A JP10210666 A JP 10210666A JP 21066698 A JP21066698 A JP 21066698A JP H11108897 A JPH11108897 A JP H11108897A
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JP
Japan
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gas
capillary
sample solution
tip
flow path
Prior art date
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Pending
Application number
JP10210666A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsudoi Hirabayashi
集 平林
Minoru Sakairi
実 坂入
Yasuaki Takada
安章 高田
Hideaki Koizumi
英明 小泉
Kaoru Umemura
馨 梅村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analyzer in which ions are generated stably by using an ion source used to form very small liquid drops and by which a sample can be analyzed with high sensitivity and with good reproducibility by a method wherein a gas is ejected by a gas-flow formation means to the tip outer circumferential part of a capillary into which a sample solution is introduced and the sample solution is ionized. SOLUTION: A sample solution is introduced, from a sample-solution supply part, into a capillary 5 at a flow rate of 100 μl/min. Since the capillary 5 is weak in terms of strength, it is held and fixed by a capillary holding tube 6, and about 4 mm of its tip part is exposed from the capillary holding tube 6. On the other hand, a gas which is introduced from a gas supply part is introduced into an ion source while its flow rate is being regulated, it is made to flow along the outer circumferential part of the capillary 5, and it is ejected to the air from the tip of the capillary 5 at a gas speed of about 200 m/sec or higher. The sample solution generates gaseous psedo molecular ions by sample molecules in addition to very small liquid drops by the ejected gas. The generated ions are introduced into a mass spectrometer by using a gas so as to be analyzed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオン源およびこれを
用いる質量分析装置に関し、特に液体中に存在する試料
をイオン化して質量分析計に導入するのに適したイオン
源およびこれを用いる質量分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source and a mass spectrometer using the same, and more particularly, to an ion source suitable for ionizing a sample existing in a liquid and introducing it into a mass spectrometer, and a mass using the same. It relates to an analyzer.

【0002】[0002]

【従来の技術】キャピラリー電気泳動(CE)あるいは
液体クロマトグラフ(LC)は、溶液中に存在する試料
の分離ができるが、分離された試料の種類の同定が困難
である。一方、質量分析計(MS)は試料を高感度で同
定することができるが、溶液中の試料の分離ができな
い。このため、水等の溶媒に溶解した複数の生体関連物
質を分離分析する場合、質量分析計にキャピラリー電気
泳動あるいは液体クロマトグラフを結合させたキャピラ
リ−電気泳動/質量分析計(CE/MS)または液体ク
ロマトグラフ/質量分析計(LC/MS)が一般には使
用される。
2. Description of the Related Art Capillary electrophoresis (CE) or liquid chromatography (LC) can separate a sample present in a solution, but it is difficult to identify the type of the separated sample. On the other hand, a mass spectrometer (MS) can identify a sample with high sensitivity, but cannot separate a sample in a solution. For this reason, when separating and analyzing a plurality of biological substances dissolved in a solvent such as water, a capillary electrophoresis / mass spectrometer (CE / MS) in which capillary electrophoresis or liquid chromatography is connected to a mass spectrometer or A liquid chromatograph / mass spectrometer (LC / MS) is commonly used.

【0003】キャピラリー電気泳動あるいは液体クロマ
トグラフにより分離された試料を質量分析計で分析する
ためには、溶液中の試料分子を気体状のイオンに変換す
ることが必要である。このようなイオンを得る従来技術
として、イオンスプレー法(アナリティカル・ケミスト
リー(Analytical Chemistry)、
第59巻(1987年)第2642項から第2646
項)等が知られている。このイオンスプレー法では、キ
ャピラリの外周部に沿ってガスが流され、試料溶液が導
入されるキャピラリーと、質量分析計にイオン取り込む
ための細孔(サンプリングオリフィス)との間に、高電
圧(3〜6kV)が印加され、キャピラリー先端では強
電界が発生している。このような構成のもとで生成する
静電噴霧現象により、小さな帯電液滴が生じ、上記のガ
スにより帯電液滴の中の溶液が気化し、気体状のイオン
が生成される。このように生成したイオンはサンプリン
グオリフィスを介し質量分析計に導入され、質量分析さ
れる。上記のガスは、帯電液滴の気化を促進させる他
に、キャピラリーの先端で放電が起こるのを抑圧する。
In order to analyze a sample separated by capillary electrophoresis or liquid chromatography with a mass spectrometer, it is necessary to convert sample molecules in a solution into gaseous ions. Conventional techniques for obtaining such ions include ion spraying (Analytical Chemistry),
Vol. 59 (1987) Paragraphs 2642 to 2646
Section) and the like are known. In this ion spray method, gas flows along the outer periphery of the capillary, and a high voltage (3) is applied between a capillary into which a sample solution is introduced and a pore (sampling orifice) for taking ions into a mass spectrometer. -6 kV) is applied, and a strong electric field is generated at the tip of the capillary. Due to the electrostatic spray phenomenon generated under such a configuration, small charged droplets are generated, and the above-mentioned gas vaporizes the solution in the charged droplets, thereby generating gaseous ions. The ions thus generated are introduced into a mass spectrometer via a sampling orifice and subjected to mass analysis. The above gas not only promotes the vaporization of the charged droplets but also suppresses the occurrence of discharge at the tip of the capillary.

【0004】キャピラリーに供給される溶液の流量が1
0μL(マイクロリットル)/分以下で、ガスを流さず
にイオン化する方法である、エレクトロスプレー法(ジ
ャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー(Joun
al of PhycalChemistry)、第8
8巻(1984年)第4451頁から第4459頁)
は、イオンスプレー法と区別されているが、イオン生成
の原理はイオンスプレー法と同じである。また、大気圧
化学イオン化法(アナリティカル・ケミストリー(An
alytical Chemistry)、第54巻
(1982年)第143頁から第146頁)では、キャ
ピラリーの先端の近くに放電を行なう電極を設け、大気
圧下に噴霧された液滴を放電によりイオンさせる方式が
取られている。これら従来の各種のスプレーイオン化法
では、高いイオン生成効率を得るためには、直径が約1
0nm以下の微細な帯電液滴の生成が必要と考えられて
いる。
When the flow rate of the solution supplied to the capillary is 1
An electrospray method (Journal of Physical Chemistry (Joun), which is a method of ionizing gas at a flow rate of 0 μL (microliter) / min or less without flowing gas.
al of Physical Chemistry), 8th
8 (1984) pp. 4451-4459)
Is distinguished from the ion spray method, but the principle of ion generation is the same as the ion spray method. Atmospheric pressure chemical ionization (analytical chemistry (An)
(Analytical Chemistry), Vol. 54 (1982), pp. 143 to 146), a method is provided in which an electrode for discharging is provided near the tip of a capillary, and a droplet sprayed under atmospheric pressure is ionized by discharging. Has been taken. In these various conventional spray ionization methods, in order to obtain high ion generation efficiency, a diameter of about 1 mm is required.
It is considered necessary to generate fine charged droplets of 0 nm or less.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、キ
ャピラリーとサンプリングオリフィスの間には高電圧が
印加される。そのため、感電防止策が必要であり、装置
の構造は複雑になるという問題がある。キャピラリー電
気泳動/質量分析計では、キャピラリー先端に高電圧が
印加されるため、キャピラリー電気泳動装置で試料を泳
動させるためにさらに高電圧を印加する必要がある。
In the above prior art, a high voltage is applied between the capillary and the sampling orifice. Therefore, there is a problem that an electric shock prevention measure is required, and the structure of the device becomes complicated. In a capillary electrophoresis / mass spectrometer, since a high voltage is applied to the tip of the capillary, it is necessary to apply a higher voltage to cause a sample to migrate in a capillary electrophoresis apparatus.

【0006】また、静電噴霧現象はキャピラリーの先端
やサンプリングオリフィスの表面の汚れに大きく影響さ
れ、エレクトロスプレー法やイオンスプレー法では、試
料溶液の噴霧を一旦停止すると、同一条件で噴霧を再開
しても検出されるイオン強度は異なり、再現性が低い。
そのため、検出されるイオン強度が最大となるように、
キャピラリー位置を微調整したり、キャピラリー先端や
サンプリングオリフィス表面をクリーニングする等の煩
雑な作業が、噴霧を再開する毎に必要である。そのた
め、感電防止のために装置の構造が複雑になり、操作上
の障害となる。
[0006] The electrostatic spraying phenomenon is greatly affected by dirt on the tip of the capillary and the surface of the sampling orifice. In the electrospray method and the ion spray method, once the spraying of the sample solution is stopped, the spraying is restarted under the same conditions. However, the detected ion intensity is different, and the reproducibility is low.
Therefore, to maximize the detected ionic strength,
A complicated operation such as fine adjustment of the capillary position or cleaning of the tip of the capillary or the surface of the sampling orifice is required every time spraying is restarted. For this reason, the structure of the device is complicated to prevent electric shock, resulting in an operational obstacle.

【0007】また、上記従来技術では、試料溶液に、溶
媒としてアルコ−ルやアンモニア等の揮発性物質を混合
する必要がある。電気伝導度が低い溶媒を用いた場合に
は、静電噴霧現象が起こらず、静電噴霧現象を生じさせ
るためには、試料溶液の電気伝導度が10 ̄13〜10
 ̄5Ω ̄1cm ̄1の範囲とする必要があることが経験
的に知られている。これらの条件が満たされない限り、
静電噴霧現象が安定に起こらず、溶媒の選択が制限され
る点で問題がある。
Further, in the above-mentioned prior art, it is necessary to mix a volatile substance such as alcohol or ammonia as a solvent with the sample solution. When a solvent having a low electric conductivity is used, the electrostatic spraying phenomenon does not occur, and in order to cause the electrostatic spraying phenomenon, the electric conductivity of the sample solution is 10 13 to 10
It is empirically known that it is necessary to be in the range of {5Ω} 1cm} 1. Unless these conditions are met,
There is a problem in that the electrostatic spraying phenomenon does not occur stably and the selection of the solvent is restricted.

【0008】また、キャピラリーとサンプリングオリフ
ィスの間に高電圧が印加されるため、イオン源の周辺で
放電が起こる可能性があり、引火性溶媒の使用は困難で
ある。このように使用できる溶媒の種類が制限される
と、キャピラリー電気泳動あるいは液体クロマトグラフ
により、測定対象物質の分離ができない場合が生じる。
本発明の目的は、非常に微細な液滴を作ることを提供す
るる。また、この微細液滴によるイオン源を使用して、
安定にイオンを生成し高感度に再現性よく試料の分析が
できる分析装置を提供することにある。
Further, since a high voltage is applied between the capillary and the sampling orifice, a discharge may occur around the ion source, and it is difficult to use a flammable solvent. When the kind of the solvent that can be used is limited as described above, there is a case where a substance to be measured cannot be separated by capillary electrophoresis or liquid chromatography.
It is an object of the present invention to provide for making very fine droplets. Also, using the ion source by this fine droplet,
An object of the present invention is to provide an analyzer capable of stably generating ions and analyzing a sample with high sensitivity and high reproducibility.

【0009】本発明の他の目的は、キャピラリー電気泳
動あるいは液体クロマトグラフ等で使用される広範囲の
溶媒が使用できるイオン源およびこれを使用した質量分
析装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an ion source which can use a wide range of solvents used in capillary electrophoresis or liquid chromatography, and a mass spectrometer using the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、試料溶液の流
通路である一部中空部を有する部材と、前記部材の周囲
から流出するようガスを流すガス流路と、前記部材の端
部で試料溶液を噴霧して気体状物質を生成するごとく前
記ガスにほぼ音速の流速を与えるガス供給手段を具備し
た噴霧装置によって達成される。試料溶液が導入される
細管の端部の外周部にガス流を形成するガス流形成手段
を有し、この端部の外周部にガスを大気圧下に向けて噴
出させて、試料溶液をイオン化させるイオン源に特徴が
ある。また、ガスの流速とガスの中を伝わる音波の速度
から定まるマッハ数が、0.75から1.25の範囲で
あることに特徴を有し、マッハ数が、0.8から1.2
の範囲、さらにマッハ数が、0.95から1.2の範囲
であることに特徴がある。ガス流形成手段は、ガスが導
入されるガス導入口と、細管とガス流形成手段のガスが
噴出される方向に形成された開口部を有し、外周部と開
口部の内周面との間に形成される微小空間とを有する構
成とする。本発明は以上の特徴を有するイオン源を使用
する分析装置に特徴を有する。
According to the present invention, there is provided a member having a hollow portion which is a flow path of a sample solution, a gas flow path for flowing a gas so as to flow out from the periphery of the member, and an end portion of the member. This is achieved by a spraying device provided with gas supply means for giving a substantially sonic flow velocity to the gas so that the sample solution is sprayed to produce a gaseous substance. A gas flow forming means for forming a gas flow is formed at the outer periphery of the end of the thin tube into which the sample solution is introduced, and the gas is ejected toward the atmospheric pressure at the outer periphery of the end to ionize the sample solution. There is a characteristic in the ion source to be used. Further, the Mach number determined from the flow velocity of the gas and the velocity of the sound wave transmitted through the gas is in the range of 0.75 to 1.25, and the Mach number is 0.8 to 1.2.
And the Mach number is in the range of 0.95 to 1.2. The gas flow forming means has a gas inlet through which gas is introduced, a thin tube and an opening formed in a direction in which the gas of the gas flow forming means is ejected, and an outer peripheral portion and an inner peripheral surface of the opening. It has a configuration having a minute space formed therebetween. The present invention is characterized by an analyzer using an ion source having the above characteristics.

【0011】以下、より詳細に本発明の特徴を説明する
と、試料溶液を大気中に噴霧させるキャピラリーと、キ
ャピラリーの先端近傍部位が、挿入されて設置されるガ
スガイド管であり、ガス導入口から導入されたガスがキ
ャピラリーの外周壁面に沿って、キャピラリー先端まで
流されるように構成したガスガイド管とを具備するイオ
ン源であって、キャピラリー先端近傍におけるガスの流
速が、ガス中での音速をC(m/s)とするとき、(C
−85)m/s〜(C+75)m/sの範囲で試料をイ
オン化することを特徴とする。試料を効率良くイオン化
するためには、キャピラリー先端におけるガスの流速
が、(C−60)m/s〜(C+60)m/sの範囲で
あればさらによく、(C−30)m/s〜(C+30)
m/sの範囲であれば最もよい効果が得られる。
The features of the present invention will be described in more detail below. A capillary for spraying a sample solution into the atmosphere and a gas guide tube inserted and installed near the tip of the capillary are provided from the gas inlet. A gas guide tube configured so that the introduced gas flows along the outer peripheral wall surface of the capillary to the tip of the capillary, wherein the flow velocity of the gas near the tip of the capillary reduces the sound velocity in the gas. When C (m / s), (C
It is characterized in that the sample is ionized in the range of -85) m / s to (C + 75) m / s. In order to efficiently ionize the sample, the gas flow rate at the tip of the capillary is more preferably in the range of (C-60) m / s to (C + 60) m / s, and more preferably in the range of (C-30) m / s. (C + 30)
The best effect can be obtained in the range of m / s.

【0012】キャピラリーの先端を、ガスガイド管の先
端にある内径が最小である開口部のに配置して、キャピ
ラリーの中心軸と開口部の中心軸とを一致させ、開口部
の内周面とキャピラリーの外周面により、形成された微
小空間から上記のガスが噴出される。ガスガイド管先端
(上記の開口部の大気圧側の面)とキャピラリー先端と
の距離をキャピラリーの中心軸に沿って変化させる手段
を有し、試料のイオン化効率を調整する。ガスガイド管
の一部に加熱手段を設けて、ガスを加熱して試料のイオ
ン化効率を高めることも可能である。
The distal end of the capillary is arranged at the opening having the smallest inner diameter at the distal end of the gas guide tube so that the central axis of the capillary coincides with the central axis of the opening. The above gas is ejected from the formed minute space by the outer peripheral surface of the capillary. Means for changing the distance between the tip of the gas guide tube (the surface of the opening on the atmospheric pressure side) and the tip of the capillary along the central axis of the capillary adjusts the ionization efficiency of the sample. It is also possible to provide a heating means in a part of the gas guide tube to heat the gas to increase the ionization efficiency of the sample.

【0013】イオン源で生成されたイオンをサンプリン
グオリフィスを介して質量分析計に導入する場合には、
上記のイオン源とサンプリングオリフィスとの間に、イ
オンが通過する穴のあいたカバーを設ける。このカバー
により、ガスガイド管から吹き出されたガス、試料溶液
の液滴が、サンプリングオリフィスに当たるのを防ぎ、
サンプリングオリフィスの温度の低下を防止する。
When the ions generated by the ion source are introduced into the mass spectrometer through the sampling orifice,
A cover having a hole through which ions pass is provided between the ion source and the sampling orifice. By this cover, the gas blown out of the gas guide tube and the droplet of the sample solution are prevented from hitting the sampling orifice,
Prevents the temperature of the sampling orifice from dropping.

【0014】イオンを効率良く質量分析計に導入するた
めに、キャピラリー先端とサンプリングオリフィスとの
距離を調節する。また、キャピラリー先端部の中心軸位
置とサンプリングオリフィスの中心軸位置との相対関係
を調整して、双方の中心軸を一致させるようにする。さ
らに、キャピラリーとサンプリングオリフィスとの間に
電圧を印加してもよい。
In order to efficiently introduce ions into the mass spectrometer, the distance between the tip of the capillary and the sampling orifice is adjusted. In addition, the relative relationship between the center axis position of the tip of the capillary and the center axis position of the sampling orifice is adjusted so that both center axes coincide. Further, a voltage may be applied between the capillary and the sampling orifice.

【0015】キャピラリー先端において生成される液滴
の大きさにはガス流速により決まり、キャピラリー先端
のまわりで外側に向かって圧力勾配がなければ、帯電液
滴は生成されない。かかる圧力勾配が生じるためには、
ガスガイド管の内径が最小の部位の先端から、キャピラ
リーの先端が露出する距離を−0.25mm〜1.0m
mであるようにキャピラリーを設ける。また、帯電液滴
の生成効率を高めるために、キャピラリーの肉厚は10
μm〜150μmの範囲の薄いものを使用する。さら
に、キャピラリーに供給される試料溶液の流量が60μ
L(マイクロリットル)/分以下とする。また、キャピ
ラリー先端部におけるガスの流速が不均一になる場合に
は、帯電液滴を含んだガスの流れは軸対称に形成され
ず、イオンの生成の再現性も低下するので、キャピラリ
ーの中心軸とガスガイド管のそれとは一致させる。
The size of the droplet generated at the tip of the capillary is determined by the gas flow velocity, and if there is no outward pressure gradient around the tip of the capillary, no charged droplet is generated. In order for such a pressure gradient to occur,
The distance at which the tip of the capillary is exposed from the tip of the portion where the inner diameter of the gas guide tube is the smallest is -0.25 mm to 1.0 m
A capillary is provided so as to be m. In order to increase the generation efficiency of charged droplets, the thickness of the capillary is 10
Use a thin one in the range of μm to 150 μm. Further, the flow rate of the sample solution supplied to the capillary is 60 μm.
L (microliter) / min or less. If the gas flow rate at the capillary tip becomes uneven, the flow of the gas containing the charged droplets is not formed axisymmetrically, and the reproducibility of ion generation is also reduced. And that of the gas guide tube.

【0016】試料溶液を、キャピラリ−電気泳動装置ま
たは液体クロマトグラフィー装置からキャピラリ−に供
給する。キャピラリ−電気泳動装置または液体クロマト
グラフィー装置を用いることにより、複数の試料成分が
含まれた試料溶液を分離してから、イオン源内のキャピ
ラリ−に供給して、時間的に連続して複数の試料成分の
質量分析を行ない、試料成分の同定を行なう。
A sample solution is supplied from a capillary electrophoresis apparatus or a liquid chromatography apparatus to the capillary. By using a capillary electrophoresis apparatus or a liquid chromatography apparatus, a sample solution containing a plurality of sample components is separated, and then supplied to a capillary in an ion source, and a plurality of samples are successively temporally separated. The components are subjected to mass spectrometry to identify the sample components.

【0017】ガスとして水蒸気の含有の少ない乾燥窒素
を用い、キャピラリー先端近傍(上記の微小空間)にお
けるガスの流速を(250〜400)m/s(0℃にお
けるマッハ数は、0.75〜1.2)の範囲に設定し
て、試料を効率良くイオン化する。さらに、キャピラリ
ー先端(上記の微小空間)におけるガスの流速を、(2
75〜400)m/s(0℃におけるマッハ数は、0.
8〜1.2)の範囲として、試料をさらに効率良くイオ
ン化する。
Dry nitrogen containing little water vapor is used as the gas, and the gas flow rate in the vicinity of the tip of the capillary (the above minute space) is set to (250 to 400) m / s (Mach number at 0 ° C. is 0.75 to 1). The sample is set to the range of 2) to efficiently ionize the sample. Further, the flow velocity of the gas at the tip of the capillary (the above-mentioned minute space) is set to (2
75 to 400) m / s (Mach number at 0 ° C. is 0.
In the range of 8 to 1.2), the sample is more efficiently ionized.

【0018】[0018]

【作用】キャピラリー先端部での微小空間から噴出され
たガスにより、キャピラリー先端において試料溶液の細
かな帯電液滴が生成される。ガスの流速が音速に近づく
と、より小さな帯電液滴ができる。噴出されたガスによ
り、生成した帯電液滴から溶媒が気化して、気体状のイ
オンが生成される。生成したイオンを質量分析計に導入
して分析することができる。
The gas ejected from the minute space at the tip of the capillary generates fine charged droplets of the sample solution at the tip of the capillary. As the gas flow rate approaches the speed of sound, smaller charged droplets are created. The solvent is vaporized from the generated charged droplets by the ejected gas, and gaseous ions are generated. The generated ions can be introduced into a mass spectrometer and analyzed.

【0019】キャピラリー先端部での噴霧ガスの流速が
ある程度以上になると、キャピラリー先端において、キ
ャピラリーに導入された試料溶液が細分化され、様々な
大きさの帯電液滴が生成される。そして極めて細かな帯
電液滴は容易に、脱溶媒(乾燥)される。溶液中では、
中性の試料分子も極めて細かな液滴中ではプロトンやナ
トリウムイオンなどと結合することにより、擬似分子イ
オン化が実現することがあり、質量分析装置で分析可能
なイオンが得られると考えられる。
When the flow rate of the spray gas at the tip of the capillary exceeds a certain level, the sample solution introduced into the capillary is fragmented at the tip of the capillary, and charged droplets of various sizes are generated. Then, the very fine charged droplets are easily desolvated (dried). In solution
Neutral sample molecules may combine with protons and sodium ions in extremely fine liquid droplets to realize pseudo-molecular ionization, and it is considered that ions that can be analyzed by a mass spectrometer are obtained.

【0020】キャピラリー先端において生成される液滴
の大きさを決める条件は、噴霧されるガスのガス流速が
本質的な役割を果たすが、極めて細かな液滴の生成効率
においては、考慮すべき他の要素も存在する。即ち、キ
ャピラリー先端において溶液表面と周囲との圧力差があ
る程度以上大きくなければ、極めて細かな液滴は生成さ
れない。そのため、キャピラリーの肉厚は100μm以
下の薄いものを使用することが極めて細かな液滴の生成
効率を高める。さらに、キャピラリーの中心軸とガスガ
イド管の中心軸とは一致することが望ましい。そうでな
い場合には、キャピラリー先端部におけるガスの流速が
不均一になるため、生成される溶液を含んだ噴霧ガスは
軸対称に形成されず、再現性も低下するからである。
The conditions that determine the size of the droplet generated at the tip of the capillary are essentially determined by the gas flow velocity of the gas to be sprayed. Element also exists. That is, unless the pressure difference between the solution surface and the periphery at the tip of the capillary is greater than a certain level, extremely fine droplets are not generated. Therefore, using a thin capillary having a thickness of 100 μm or less enhances the efficiency of generating extremely fine droplets. Further, it is desirable that the central axis of the capillary coincides with the central axis of the gas guide tube. Otherwise, the flow velocity of the gas at the tip of the capillary becomes non-uniform, so that the atomized gas containing the generated solution is not formed axially symmetrically, and the reproducibility is reduced.

【0021】溶液の細分化にはガス流量はほとんど関係
しない。経験的には、ガス流量は0.5リットル/分以
上であれば充分である。キャピラリーの材質や、キャピ
ラリーに印加する電位も溶液の細分化にはほとんど影響
しない。
The gas flow rate has little to do with the subdivision of the solution. Empirically, a gas flow rate of 0.5 liter / min or more is sufficient. The material of the capillary and the potential applied to the capillary hardly affect the fragmentation of the solution.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図を参照して本発明を詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明の装置構成を示すブロック
図である。試料溶液供給部1に溶液試料が供給され、溶
液試料は、イオン源2の内部に設けたキャピラリー(細
管)(図示せず)に導入される。ガス供給部3から供給
されるガスは流量調節計4によりガス流量が調節され、
イオン源2に導入されキャピラリーの外周部に沿って流
され、キャピラリーの先端部で大気中に、約200m/
s(0℃におけるマッハ数は約0.6)以上のガス速度
で噴出する。キャピラリーに導入された試料溶液は、キ
ャピラリーの先端部に噴出されたガスにより、微小液滴
の他に試料分子の気体状の擬似分子イオンが試料溶液か
ら生成する(以下、このイオン化方法を、新しいスプレ
ーイオン化法である、ソニックスプレー(Sonic
Spray)法と呼ぶ)。生成したイオンは、キャピラ
リーの先端部から質量分析計11に上記のガスにより導
入され、質量分析計11で分析される。以下、本発明に
よるイオン源の構成、およびこのイオン源を使用した分
析例をもとにして、本発明によるイオン源の特徴に関し
て説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus configuration of the present invention. The solution sample is supplied to the sample solution supply unit 1, and the solution sample is introduced into a capillary (capillary tube) (not shown) provided inside the ion source 2. The gas flow rate of the gas supplied from the gas supply unit 3 is adjusted by the flow controller 4.
It is introduced into the ion source 2 and flows along the outer periphery of the capillary. At the tip of the capillary, about 200 m /
s (Mach number at 0 ° C. is about 0.6) or more. In the sample solution introduced into the capillary, gas ejected at the tip of the capillary generates gaseous pseudo-molecular ions of sample molecules in addition to microdroplets from the sample solution. Sonic spray (Sonic spray)
Spray) method). The generated ions are introduced into the mass spectrometer 11 from the tip of the capillary by the above gas, and analyzed by the mass spectrometer 11. Hereinafter, features of the ion source according to the present invention will be described based on the configuration of the ion source according to the present invention and an analysis example using the ion source.

【0024】〔第1の実施例〕本実施例では、イオン源
は、液体クロマトグラフに結合され、液体クロマトグラ
フ/質量分析計(LC/MS)を構成する。液体クロマ
トグラフにより分離された試料溶液は、図1において、
連結管を経て試料溶液供給部1に供給されるか、あるい
は液体クロマトグラフの分離管が試料溶液供給部1に直
結されている。図2は、本実施例で使用するイオン源を
示す断面図である。試料溶液は100μL(マイクロリ
ットル)/分の流量で、キャピラリー5(ステンレス
製、内径100μm、外径300μm)に、図2の左方
に配置された試料溶液供給部1から導入される。キャピ
ラリー5はその肉厚が薄い場合、強度的に弱く、湾曲し
やすいので、キャピラリー5はキャピラリー保持管(ス
テンレス製)6により保持固定する。キャピラリー5の
先端部の約4mmに部分が、キャピラリー保持管6から
露出する。キャピラリー5の外周部に沿ってガスが流さ
れ、キャピラリーの先端部で大気中に所定のガス流速を
もつガスを噴出させるためのガスガイド管は、ガスガイ
ド管先端部7と、ガスガイド管先端部保持部10とから
構成される。キャピラリー5の先端のおけるキャピラリ
ーの中心軸と、ガスガイド管先端部7に形成され、ガス
が噴出する出口を形成するための開口部(ガスガイド管
の内径の中で最小の内径を有する部分であり、内径は4
00μmである)の中心軸とが一致するように、キャピ
ラリー5はキャピラリー保持管6を介してガスガイド管
先端部保持部10に固定され、ガスガイド管先端部7は
直接ガスガイド管先端部保持部10に固定される。ガス
ガイド管の外側は大気である。キャピラリー5の先端
は、図2に示すように寸法Lだけ、上記の開口部の大気
側の面へ突出している。
First Embodiment In this embodiment, an ion source is connected to a liquid chromatograph to constitute a liquid chromatograph / mass spectrometer (LC / MS). The sample solution separated by liquid chromatography is shown in FIG.
The liquid is supplied to the sample solution supply unit 1 via a connection tube, or a separation tube of a liquid chromatograph is directly connected to the sample solution supply unit 1. FIG. 2 is a sectional view showing the ion source used in the present embodiment. The sample solution is introduced into the capillary 5 (made of stainless steel, inner diameter 100 μm, outer diameter 300 μm) at a flow rate of 100 μL (microliter) / min from the sample solution supply unit 1 arranged on the left side of FIG. When the capillary 5 has a small thickness, the capillary 5 is weak in strength and easily bent, so the capillary 5 is held and fixed by a capillary holding tube (made of stainless steel) 6. About 4 mm of the tip of the capillary 5 is exposed from the capillary holding tube 6. The gas flows along the outer periphery of the capillary 5, and a gas guide pipe for ejecting a gas having a predetermined gas flow rate into the atmosphere at the tip of the capillary includes a gas guide pipe tip 7 and a gas guide pipe tip. And a unit holding unit 10. A central axis of the capillary at the tip of the capillary 5 and an opening formed at the gas guide tube tip 7 to form an outlet from which gas is blown out (a portion having the smallest inside diameter among the inside diameters of the gas guide tube). Yes, inner diameter is 4
The capillary 5 is fixed to the gas guide tube tip holding portion 10 via the capillary holding tube 6 so that the central axis of the gas guide tube coincides with the central axis of the gas guide tube. It is fixed to the unit 10. The outside of the gas guide tube is the atmosphere. As shown in FIG. 2, the tip of the capillary 5 projects by a dimension L to the surface of the opening on the atmosphere side.

【0025】ガスガイド管には、ガスボンベあるいはコ
ンプレッサーから窒素ガスあるいは空気が、流量調節計
4(図1)とガス導入管8を介して導入され、ガスガイ
ド管先端部7の先端において、上記の開口部内周面とキ
ャピラリー5の外周面で形成される微小空間を通って、
ガスは噴出する。この微小空間のキャピラリー5もしく
は開口部の中心軸に直交する面での断面積Sとガスガイ
ド管内を流れる流量Fより、上記の微小空間でのガスの
流速vはv=F/Sで求められる。上記の開口部の形が
円(内径D)、およびキャピラリー5の長手方向に直交
する面での断面の外形が円(外径d)である場合、ガス
ガイド管内を流れる流量Fから、ガスガイド管先端部7
先端の最も内径の小さい部位の内径Dと前記キャピラリ
ー5の外径d、および測定されたガスの流量F(誤差約
3%で測定した)より、上記の微小空間の出口でのガス
の流速vは(数1)で求められる。
Into the gas guide tube, nitrogen gas or air is introduced from a gas cylinder or a compressor through a flow controller 4 (FIG. 1) and a gas introduction tube 8. Through a small space formed by the inner peripheral surface of the opening and the outer peripheral surface of the capillary 5,
The gas gushes. From the cross-sectional area S of the micro space in a plane orthogonal to the central axis of the capillary 5 or the opening and the flow rate F flowing in the gas guide tube, the gas flow velocity v in the micro space is obtained by v = F / S. . When the shape of the opening is a circle (inner diameter D) and the outer shape of the cross section in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the capillary 5 is a circle (outer diameter d), the gas guide is calculated from the flow rate F flowing in the gas guide tube. Pipe tip 7
From the inner diameter D of the tip having the smallest inner diameter, the outer diameter d of the capillary 5, and the measured gas flow rate F (measured with an error of about 3%), the gas flow velocity v at the outlet of the above minute space Is obtained by (Equation 1).

【0026】[0026]

【数1】 v=4F/(π(D2−d2)) …(数1 ) ガスの流速vは、流量計を用いなくても、直接あるは間
接的に流速を測定する手段により決定してもよい。例え
ば、熱線流速計、レーザ・ドップラ流速計または追跡法
もしくは火花追跡法による流速計を用いて、流速を測定
してもよい。
V = 4F / (π (D2-d2)) (Formula 1) The gas flow velocity v is determined directly or indirectly by means for measuring the flow velocity without using a flow meter. Is also good. For example, the flow velocity may be measured using a hot wire anemometer, a laser Doppler anemometer, or an anemometer by a tracking method or a spark tracking method.

【0027】ガスガイド管先端部7のガス出口ではガス
の断熱膨張がおこり、ガスガイド管先端部7とキャピラ
リー5が冷却される。従って、噴出ガスの温度を室温以
上に保ち、生成される液滴の気化を促進するために、ガ
スガイド管先端部7にヒーター9を設置し、導入される
ガスを、50℃から約90℃の間の温度で加熱するのが
望ましい。
At the gas outlet of the gas guide tube tip 7, the gas undergoes adiabatic expansion, and the gas guide tube tip 7 and the capillary 5 are cooled. Therefore, in order to maintain the temperature of the ejected gas at room temperature or higher and to promote the vaporization of the generated droplets, a heater 9 is provided at the gas guide tube tip 7, and the introduced gas is heated from 50 ° C. to about 90 ° C. It is desirable to heat at a temperature between.

【0028】キャピラリー5の先端がガスガイド管先端
部7から露出する長さ(露出長L)が2mm以上である
場合には、キャピラリー5の先端におけるガスの流速が
低下するためイオン生成効率は低い。このため、キャピ
ラリー5の先端とガスガイド管先端部7の先端との距離
を調節するために、ガスガイド管先端部7はガスガイド
管先端部保持部10にネジ込まれて固定される。ガスガ
イド管先端部7のねじ込み位置を調節することにより、
イオン、あるいは極めて細かな帯電液滴の生成効率を最
大にすることができる。
If the length of the tip of the capillary 5 exposed from the gas guide tube tip 7 (exposed length L) is 2 mm or more, the gas flow rate at the tip of the capillary 5 is reduced, so that the ion generation efficiency is low. . Therefore, in order to adjust the distance between the tip of the capillary 5 and the tip of the gas guide tube tip 7, the gas guide tube tip 7 is screwed into the gas guide tube tip holder 10 and fixed. By adjusting the screwing position of the gas guide tube tip 7,
The generation efficiency of ions or extremely fine charged droplets can be maximized.

【0029】以上の説明では、ガスガイド管先端部7か
ら、窒素ガスまたは空気を噴出させた場合を説明した
が、アルゴン等の希ガスあるいは二酸化炭素を噴出させ
てもよい。また、ガスを購入するコスト面から、窒素、
空気または二酸化炭素を使用するのが好ましい。さらに
好ましくは、水蒸気の含有が少ない乾燥窒素を使用する
のがよい。
In the above description, the case where nitrogen gas or air is ejected from the gas guide tube tip 7 has been described. However, a rare gas such as argon or carbon dioxide may be ejected. Also, due to the cost of purchasing gas, nitrogen,
Preference is given to using air or carbon dioxide. More preferably, dry nitrogen containing less water vapor is used.

【0030】本実施例では、ガスガイド管先端部7の先
端の最も内径の小さい部位の軸方向の厚さを、2mmと
した。この厚さは、薄い方がガスガイド管先端部7とキ
ャピラリー5との軸合わせが容易になり、厚さ0.5m
m程度が実際の作業操作から好ましい。
In this embodiment, the axial thickness of the portion of the gas guide tube tip 7 having the smallest inner diameter at the tip is 2 mm. The thinner the thickness, the easier the axis alignment of the gas guide tube tip 7 and the capillary 5 becomes.
About m is preferable from an actual work operation.

【0031】〔第2の実施例〕本実施例では、イオン源
は、キャピラリー電気泳動装置に連結され、キャピラリ
ー電気泳動/質量分析計結合装置(CE/MS)を構成
する。キャピラリー電気泳動装置により分離された試料
溶液は、図1において、連結管を経て試料溶液供給部1
に供給されるか、あるいはキャピラリー電気泳動装置の
分離管であるキャピラリーが試料溶液供給部1に直結さ
れている。
[Second Embodiment] In this embodiment, an ion source is connected to a capillary electrophoresis apparatus to constitute a capillary electrophoresis / mass spectrometer combined apparatus (CE / MS). In FIG. 1, the sample solution separated by the capillary electrophoresis apparatus is connected to a sample solution supply unit 1 through a connecting pipe.
Or a capillary, which is a separation tube of a capillary electrophoresis apparatus, is directly connected to the sample solution supply unit 1.

【0032】図3は、本実施例で使用するイオン源を示
す断面図である。第1の実施例に示すイオン源と同様
に、図3に示すようにガスガイド管は、ガスガイド管先
端部7と、ガスガイド管先端部保持部10とから構成さ
れる。キャピラリー電気泳動装置では、試料溶液の流量
が少なく0.1μL(マイクロリットル)/分以下であ
り、電気泳動キャピラリーの末端に泳動してくる分離さ
れた試料溶液を希釈する。この試料溶液を希釈により、
連続的にキャピラリー5に希釈された試料溶液を連続的
に流すことができる。希釈用溶媒を加える時に、試料溶
液のイオン濃度やpH等を最適化して、測定試料のイオ
ン化の効率を増大させることができる。
FIG. 3 is a sectional view showing an ion source used in this embodiment. Similar to the ion source shown in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the gas guide tube includes a gas guide tube tip 7 and a gas guide tube tip holding unit 10. In the capillary electrophoresis apparatus, the flow rate of the sample solution is as low as 0.1 μL (microliter) / min or less, and dilutes the separated sample solution that migrates to the end of the electrophoresis capillary. By diluting this sample solution,
The diluted sample solution can be continuously supplied to the capillary 5 continuously. When adding a diluting solvent, the ion concentration and pH of the sample solution can be optimized to increase the ionization efficiency of the measurement sample.

【0033】キャピラリー電気泳動装置により、分離さ
れた溶液試料は電気泳動用キャピラリー12から混合ジ
ョイント14に導入され、配管13から20μL(マイ
クロリットル)/分の流量で導入される希釈用溶媒と混
合され、キャピラリー5に導入される。次に、試料はキ
ャピラリー5の先端部でガス導入管8から導入されたガ
スにより、第1の実施例と同様に、液滴の他に、気体状
の試料分子の擬似分子イオンに変換される。
The solution sample separated by the capillary electrophoresis apparatus is introduced from the electrophoresis capillary 12 to the mixing joint 14 and mixed with the diluting solvent introduced from the pipe 13 at a flow rate of 20 μL (microliter) / min. , Are introduced into the capillary 5. Next, similarly to the first embodiment, the sample is converted into a pseudo molecular ion of a gaseous sample molecule by the gas introduced from the gas introduction tube 8 at the tip of the capillary 5, as in the first embodiment. .

【0034】キャピラリー5は金属のキャピラリー保持
管6を介して混合ジョイント14とガスガイド管先端部
保持部10に固定される。キャピラリー電気泳動装置の
電気泳動用の電極としてキャピラリー保持管6又は混合
ジョイント14が使用される。ガスガイド管先端部7を
固定する位置調節用治具15は、ガスガイド管先端部保
持部10にネジ16を用いて固定される。位置調節用治
具15に設けられたネジ16が貫通する穴は、ネジ外形
より大きめに開けられている。このため、位置調節用治
具15に固定されたガスガイド管先端部7の位置を、キ
ャピラリー5の中心軸に垂直な平面内で調節して、キャ
ピラリー5とガスガイド管先端部7の中心軸を一致させ
ることができる。作業中に、キャピラリー5の破損を防
止するため、ガスガイド管先端部7の先端部分に円周を
形成する突起部が設けてある。第1の実施例と同様にし
て、ガスガイド管先端部7にヒーターを設け噴出ガスを
加熱してもよい。
The capillary 5 is fixed to the mixing joint 14 and the gas guide tube tip holding portion 10 via a metal capillary holding tube 6. The capillary holding tube 6 or the mixing joint 14 is used as an electrode for electrophoresis of the capillary electrophoresis apparatus. The position adjusting jig 15 for fixing the gas guide tube tip 7 is fixed to the gas guide tube tip holder 10 using screws 16. The hole through which the screw 16 provided on the position adjusting jig 15 penetrates is made larger than the screw outer shape. For this reason, the position of the gas guide tube tip 7 fixed to the position adjusting jig 15 is adjusted in a plane perpendicular to the center axis of the capillary 5, and the center axis of the capillary 5 and the gas guide tube tip 7 is adjusted. Can be matched. In order to prevent the capillary 5 from being damaged during the operation, a projection forming a circumference is provided at the tip of the gas guide tube tip 7. As in the first embodiment, a heater may be provided at the gas guide tube tip 7 to heat the jet gas.

【0035】質量分析計のサンプリングオリフィス17
は、例えば内径を0.3mm、オリフィスの奥行き長さ
を15mmとする。さらに、サンプリングオリフィス1
7は、セラミックヒーター18により100℃〜150
℃に加熱される。サンプリングオリフィス17の外側
(大気圧側)にはカバー19が設置され、サンプリング
オリフィス17が噴出ガス及び試料溶液の液滴により冷
却されるのを防止している。xyzステ−ジ20により
キャピラリー5の中心軸とサンプリングオリフィス17
の中心軸の位置を微調整して一致させ、キャピラリー5
の先端部で生成したイオンが効率良く質量分析計に導入
される。本実施例のキャピラリー電気泳動/質量分析計
結合装置を用いて、溶液試料を効率良く高精度、高感度
で分析することができる。
Sampling orifice 17 of mass spectrometer
Is, for example, 0.3 mm in inner diameter and 15 mm in depth of the orifice. In addition, sampling orifice 1
7 is 100 ° C. to 150 ° C. by the ceramic heater 18.
Heat to ° C. A cover 19 is provided outside the sampling orifice 17 (atmospheric pressure side) to prevent the sampling orifice 17 from being cooled by the ejected gas and the droplet of the sample solution. The center axis of the capillary 5 and the sampling orifice 17 are controlled by the xyz stage 20.
Fine adjustment of the center axis position of
The ions generated at the tip of are efficiently introduced into the mass spectrometer. The solution sample can be efficiently analyzed with high accuracy and high sensitivity using the capillary electrophoresis / mass spectrometer coupling device of this embodiment.

【0036】質量分析計として四重極型質量分析計を用
い、サンプリングオリフィス17に最大数百Vの電圧が
印加される場合でも、キャピラリー5、キャピラリー保
持管6またはそれらの周囲部の全て、すなわちイオン源
全体の電位を接地状態にできる。キャピラリー電気泳動
装置で泳動電位は、この電位を接地電位を基準にして与
えられる。質量分析計として、イオンを磁場内において
質量分離するための加速電圧が4kV程度の磁場型質量
分析計を使用する場合、サンプリングオリフィス17に
加速電圧と同程度の電圧が印加されるため、キャピラリ
ー5の先端とサンプリングオリフィス17との間で、放
電が発生する可能性がある。しかし、カバー19に、接
地電位と加速電位の中間的な電圧(例えば、1〜2k
V)を印加し、キャピラリー5とサンプリングオリフィ
ス17との間の距離を1cm程度にし、さらに噴出ガス
にO2やSF6等の電子親和力の高いガスを用いて、そ
の結果放電を回避して、キャピラリー5の先端周辺部の
電位を接地させることができる。
When a quadrupole mass spectrometer is used as the mass spectrometer and the voltage of several hundred volts is applied to the sampling orifice 17 at the maximum, the capillary 5, the capillary holding tube 6, or all of the periphery thereof, that is, The potential of the entire ion source can be grounded. In a capillary electrophoresis apparatus, the electrophoresis potential is given based on this potential with respect to the ground potential. When a magnetic field type mass spectrometer having an acceleration voltage of about 4 kV for mass separation of ions in a magnetic field is used as the mass spectrometer, the same voltage as the acceleration voltage is applied to the sampling orifice 17, so that the capillary 5 There is a possibility that discharge occurs between the tip of the sample and the sampling orifice 17. However, a voltage intermediate between the ground potential and the acceleration potential (for example, 1-2 k
V), the distance between the capillary 5 and the sampling orifice 17 is reduced to about 1 cm, and a gas having a high electron affinity such as O2 or SF6 is used as a gas to be ejected. Can be grounded.

【0037】静電噴霧現象を用いずに全イオン量や多価
イオンの生成効率を増加させることができる。静電噴霧
現象により多価イオンの生成するには、2.5kV以上
の電圧をキャピラリ−の先端に印加する必要があるが、
本発明では、2.5kV以下の低い電圧を利用して、全
イオン量や多価イオンの生成効率を増大できる。
It is possible to increase the total amount of ions and the efficiency of generating multiply charged ions without using the electrostatic spraying phenomenon. In order to generate multiply charged ions by the electrostatic spraying phenomenon, it is necessary to apply a voltage of 2.5 kV or more to the tip of the capillary.
In the present invention, the total ion amount and the generation efficiency of multiply charged ions can be increased by using a low voltage of 2.5 kV or less.

【0038】本装置においてキャピラリー5とサンプリ
ングオリフィス17との間に1kV程度の電圧を印加し
て、キャピラリー5の先端部からでてくる試料溶液の表
面に近い部分で、正と負のイオンの分離を起こさせ、試
料溶液の表面に近い部分で、正または負のイオンのいず
れかが多い状態とすることができる。従って、本発明の
ソニックスプレー化法において、ガスの噴出により生成
される帯電液滴の電荷密度は高くなり、静電噴霧現象を
用いずに全イオン量や多価イオンの生成効率を増大させ
ることができる。
In this apparatus, a voltage of about 1 kV is applied between the capillary 5 and the sampling orifice 17 to separate positive and negative ions at a portion near the surface of the sample solution coming out from the tip of the capillary 5. And a portion close to the surface of the sample solution can be in a state where either positive or negative ions are large. Therefore, in the sonic spraying method of the present invention, the charge density of the charged droplets generated by the ejection of gas is increased, and the total ion amount and the generation efficiency of multiply charged ions are increased without using the electrostatic spray phenomenon. Can be.

【0039】〔第3の実施例〕以上説明した第1、第2
の実施例において、液体クロマトグラフ、キャピラリー
電気泳動装置、その他の分析装置で分離された試料溶液
をシリンジ、またはシリンジポンプにより、図1に示す
試料溶液供給部1に供給して、試料溶液をイオン源2で
イオン化させて、質量分析できることは言うまでもな
い。
[Third Embodiment] The first and second embodiments described above.
In an embodiment of the present invention, a sample solution separated by a liquid chromatograph, a capillary electrophoresis apparatus, or another analyzer is supplied to a sample solution supply unit 1 shown in FIG. 1 by a syringe or a syringe pump, and the sample solution is ionized. Needless to say, mass spectrometry can be performed by ionizing with the source 2.

【0040】〔第4の実施例〕本発明によるイオン源を
使用した測定例をもとにして、本イオン源の特徴に関し
て以下説明する。本実施例では、以下に記載する全ての
質量分析は、特に明記する以外は、以下に示す装置構
成、および測定条件で行なった。
[Fourth Embodiment] The characteristics of the present ion source will be described below based on a measurement example using the ion source according to the present invention. In this example, all mass spectrometry described below was performed under the following apparatus configuration and measurement conditions, unless otherwise specified.

【0041】装置構成として、図2に示したイオン源を
用い、サンプリングオリフィスのキャピラリー側に、図
3に示したカバー19を設置した。カバー19は直径2
mmの穴の開いた厚さ1mmのステンレス製のものを用
い、サンプリングオリフィスは内径0.3mmのものを
用た。キャピラリー5として石英製のキャピラリー(内
径0.1mm、外径0.2mm)を用いた。ガスガイド
管の先端部の開口部の内径は、400μmとした。キャ
ピラリー5の先端位置は、ガスガイド管の先端部の開口
部(400μm)の大気圧側の面から0.65mmだけ
突出させた。質量分析計として、二重収束型質量分析計
(日立、M−80)を使用した。開口部(400μ
m)、キャピラリー5、サンプリングオリフィスのそれ
ぞれの中心軸を、検出されるイオン強度が最大となるよ
うに同軸に調整してセットした。
As an apparatus configuration, the cover 19 shown in FIG. 3 was installed on the capillary side of the sampling orifice using the ion source shown in FIG. The cover 19 has a diameter of 2
A stainless steel plate having a thickness of 1 mm and a hole of mm was used, and a sampling orifice having an inner diameter of 0.3 mm was used. A capillary made of quartz (inner diameter 0.1 mm, outer diameter 0.2 mm) was used as the capillary 5. The inner diameter of the opening at the tip of the gas guide tube was 400 μm. The distal end position of the capillary 5 was protruded by 0.65 mm from the surface on the atmospheric pressure side of the opening (400 μm) at the distal end of the gas guide tube. As the mass spectrometer, a double focusing mass spectrometer (Hitachi, M-80) was used. Opening (400μ
m), the central axes of the capillary 5 and the sampling orifice were set coaxially so that the detected ion intensity was maximized.

【0042】測定条件として、キャピラリー先端部、サ
ンプリングオリフィス、カバー19のそれぞれの電位を
同電位に設定した。噴出ガスとしてN2ガスを用い、噴
出ガスの流速を337m/s(N2ガス中での0℃にお
ける音速に対応)とした。試料溶液(Gramicid
in(グラミジン)−S)の流量を40μL(マイクロ
リットル)/分とした。ガスガイド管は室温に保持さ
れ、ヒーター9によりガスガイド管先端部7を加熱せず
にイオン強度の測定を行った。
As the measurement conditions, the potentials of the tip of the capillary, the sampling orifice, and the cover 19 were set to the same potential. N2 gas was used as the ejected gas, and the flow rate of the ejected gas was 337 m / s (corresponding to the sound speed at 0 ° C. in N2 gas). Sample solution (Gramicid
The flow rate of (in (gramidine) -S) was 40 μL (microliter) / min. The gas guide tube was kept at room temperature, and the ionic strength was measured without heating the gas guide tube tip 7 by the heater 9.

【0043】(1)本イオン源を使用して得られる質量
スペクトル(図4)。
(1) Mass spectrum obtained using the present ion source (FIG. 4).

【0044】図4に、ペプチドの一種であるGrami
cidin−Sの溶液(濃度1μM、溶媒は50%メタ
ノール水溶液)を試料溶液として得られた質量スペクト
ルを示す。m/z=140のイオンは、試料溶液中また
は大気から混入した不純物に由来するものと考えられ
る。メタノール由来のCH3OH2のプラスイオン(m
/z=33)はわずかに観測されるが、H3Oのプラス
イオンあるいはH3Oのプラスイオンに水分子が付加し
て形成されるクラスターは観測されず、単純なスペクト
ルが得られ、スペクトルの解析が容易になる。エレクト
ロスプレー法、イオンスプレー法等の従来の方法では、
希薄な試料溶液を用いて質量スペクトルを測定する場合
には、溶媒に由来するイオンが強く観測される。本発明
では、溶媒に由来するCH3OH2のプラスイオン強度
は、試料溶液濃度を10倍変化させても殆ど変化せず、
試料溶液濃度に影響されずに測定対象の試料の質量スペ
クトルを測定することができる。
FIG. 4 shows a graph of Grami which is a kind of peptide.
3 shows a mass spectrum obtained by using a solution of cidin-S (concentration: 1 μM, solvent: 50% aqueous methanol solution) as a sample solution. The ion at m / z = 140 is considered to be derived from impurities mixed in the sample solution or from the atmosphere. CH3OH2 plus ion derived from methanol (m
/ Z = 33) is slightly observed, but no H3O positive ion or a cluster formed by adding a water molecule to the H3O positive ion is observed, a simple spectrum is obtained, and spectrum analysis is easy. become. In conventional methods such as electrospray and ion spray,
When a mass spectrum is measured using a dilute sample solution, ions derived from the solvent are strongly observed. In the present invention, the positive ionic strength of CH3OH2 derived from the solvent hardly changes even if the sample solution concentration is changed by a factor of 10,
The mass spectrum of the sample to be measured can be measured without being affected by the concentration of the sample solution.

【0045】(2)試料溶液の流量とイオン強度の関係
(図5)。
(2) Relationship between flow rate of sample solution and ionic strength (FIG. 5).

【0046】図5に、試料溶液流量を変化させたとき
に、検出されたGramicidin−Sの2価イオン
の強度を示す。40μL(マイクロリットル)/分以下
の流量では、流量が増大するに従いイオン強度は直線的
に増加する。しかし、流量が増加するにつれて、微細な
帯電液滴(直径が10nm程度)よりも直径が大きい液
滴が優先的に生成され、サンプリングオリフィスの温度
が低下するため、40μL(マイクロリットル)/分以
上の流量では、流量が増大してもイオン強度の増加は少
なくなる。試料溶液流量が10〜60μL(マイクロリ
ットル)/分の範囲にあれば試料を効率良くイオン化す
ることができる。
FIG. 5 shows the intensity of the divalent ion of Gramicidin-S detected when the flow rate of the sample solution was changed. At flow rates of 40 μL (microliter) / min or less, the ionic strength increases linearly as the flow rate increases. However, as the flow rate increases, droplets having a diameter larger than fine charged droplets (diameter of about 10 nm) are preferentially generated, and the temperature of the sampling orifice decreases, so that 40 μL (microliter) / min or more With the flow rate of, the increase in ionic strength is small even if the flow rate is increased. If the flow rate of the sample solution is in the range of 10 to 60 μL (microliter) / min, the sample can be efficiently ionized.

【0047】なお、試料溶液流量がゼロの場合において
も、ガスガイド管先端部から噴出するガスによって生じ
る大気圧よりも圧力が低い減圧空間が生じるため、スプ
レーイオン化法では、試料がイオン化されてゼロでない
イオン強度(図5では、図示せず)が得られる。
Even when the flow rate of the sample solution is zero, a decompression space having a pressure lower than the atmospheric pressure generated by the gas ejected from the tip of the gas guide tube is generated. Therefore, in the spray ionization method, the sample is ionized to zero. Is not obtained (not shown in FIG. 5).

【0048】(3)ガスガイド管先端でのガスが噴出す
る開口部の大きさと、キャピラリーの寸法と、イオン強
度との関係。
(3) Relationship between the size of the opening at the tip of the gas guide tube from which gas is ejected, the size of the capillary, and the ion intensity.

【0049】ガス流速とキャピラリーの外径を一定にし
て、ガスガイド管先端部7の先端部のガス出口の断面積
が最も小さい部位での内径を0.4mmから0.5mm
に変更しても検出されるイオン強度は変化しなかった。
一方、ガス流量を一定にして、ガスガイド管先端部7先
端のガス出口である、開口部の内径が0.5mmの場合
には、開口部の内径が0.4mmの場合より著しくイオ
ン強度は低く、実質的にイオンは検出されなかった。従
って、イオンの生成はガスの流量ではなくガスの流速に
依存する。
With the gas flow velocity and the outer diameter of the capillary kept constant, the inner diameter at the point where the cross-sectional area of the gas outlet at the tip of the gas guide tube tip 7 is smallest is 0.4 mm to 0.5 mm.
The ion intensity to be detected did not change even if it was changed to.
On the other hand, when the gas flow rate is constant and the inside diameter of the opening is 0.5 mm, which is the gas outlet at the end of the gas guide tube tip 7, the ion intensity is significantly higher than when the inside diameter of the opening is 0.4 mm. Low and virtually no ions were detected. Therefore, the generation of ions depends not on the gas flow rate but on the gas flow rate.

【0050】ガスガイド管先端部7先端部の上記の開口
部の内径を0.5mmに固定し、肉厚50μmの石英キ
ャピラリー(内径0.1mm、外径0.2mm)と肉厚
が約3倍大きい肉厚137.5μmの石英キャピラリー
(内径0.1mm、外径0.375mm)とを比較し
た。ガス流速を同一にしても検出されるイオン強度は肉
厚50μmの石英キャピラリーの方が約1桁高く、キャ
ピラリーの肉厚が薄いほどイオン生成効率が高く好まし
い。このことはキャピラリーの肉厚が厚くなるとキャピ
ラリーから流れ出る試料溶液に対して、キャピラリー外
周部を流れるガスが効果的に作用しなくなるため、イオ
ン化の効率が悪くなるためである。
The inner diameter of the opening at the tip of the gas guide tube 7 is fixed to 0.5 mm, and a quartz capillary (inner diameter 0.1 mm, outer diameter 0.2 mm) with a thickness of 50 μm and a thickness of about 3 mm are used. A comparison was made with a 137.5 μm thick quartz capillary (inner diameter 0.1 mm, outer diameter 0.375 mm), which was twice as thick. Even if the gas flow velocity is the same, the detected ion intensity is about one order of magnitude higher for a quartz capillary with a thickness of 50 μm, and the thinner the capillary, the higher the ion generation efficiency. This is because when the thickness of the capillary is increased, the gas flowing through the outer periphery of the capillary does not effectively act on the sample solution flowing out of the capillary, so that the ionization efficiency is reduced.

【0051】キャピラリーとして石英キャピラリーを使
用したが、ステンレスのキャピラリーでもよく、キャピ
ラリーの肉厚が10〜150μmの範囲にあれば、強度
的に余裕があり、試料を効率良くイオン化することがで
きる。
Although a quartz capillary was used as the capillary, a stainless steel capillary may be used. If the thickness of the capillary is in the range of 10 to 150 μm, there is a margin in strength and the sample can be ionized efficiently.

【0052】(4)噴出ガス速度、溶媒濃度とイオン強
度の関係(図6)。
(4) Relationship between jet gas velocity, solvent concentration and ionic strength (FIG. 6).

【0053】図6に、Gramicidin−Sを試料
とし、溶媒としてメタノール濃度が、20%、50%、
および80%であるメタノール水溶液を用いて、試料の
三種類の溶液(試料濃度はともに1μM)を調整した。
次に、三種類の試料溶液を個別に40μL(マイクロリ
ットル)/分の流量でキャピラリー5に導入した。Gr
amicidin−Sは、二つのプロトンが付加した2
価のプラスイオン(m/z=571)として検出され
た。
FIG. 6 shows a sample of Gramicidin-S having a methanol concentration of 20%, 50%,
And three types of solutions of the samples (both sample concentrations of 1 μM) were prepared using a methanol aqueous solution of 80%.
Next, the three kinds of sample solutions were individually introduced into the capillary 5 at a flow rate of 40 μL (microliter) / min. Gr
Amicidin-S is a 2 to which two protons are added.
It was detected as a positive ion (m / z = 571).

【0054】図6の測定図は、(数1)によりガスの流
量から計算されるキャピラリー先端部でのガスの流速
(誤差約±3%)に対して、上記のGramicidi
n−Sの2価イオン(m/z=571)のイオン強度を
プロットしたのもである。図6中、□は20%、○は5
0%、および●は80%のメタノール水溶液を溶媒とし
た試料溶液に対して観測されたそれぞれの相対イオン強
度を示す。キャピラリー5の先端での試料溶液の表面張
力が、帯電液滴の大きさや生成効率を支配する。水とメ
タノールの表面張力はそれぞれ0.073、0.022
5N/mと大きく異なり、溶媒として用いた3種類の濃
度のメタノール水溶液の表面張力も異なる。図6から明
らかなように、噴出ガスの流速が約220m/s(0℃
におけるマッハ数は約0.65)以上になるとイオンが
検出され、ガス流速が増加するにつれイオン強度の増加
する。イオン強度はガス流速が337m/s(N2ガス
中での0℃における音速に対応)付近で最大に達して、
流速が超音速領域ではガス流速の増加とともにイオン強
度がいくぶん低下する傾向がある。しかし、50%のメ
タノール水溶液では、ガス流速がN2ガス中での音速
(337m/s)を越えても、約400m/s(0℃に
おけるマッハ数は約1.2)までほぼ一定のイオン強度
が検出されている。同様に、20%のメタノール水溶液
では、ガス流速がN2ガス中での音速を越えても、約3
70m/s(0℃におけるマッハ数は約1.1)までは
ほぼ一定のイオン強度が検出されている。
The measurement diagram of FIG. 6 shows the above Gramicidi for the gas flow rate (error of about ± 3%) at the tip of the capillary calculated from the gas flow rate according to (Equation 1).
The ionic strength of the divalent ion of nS (m / z = 571) is also plotted. In FIG. 6, □ is 20%, ○ is 5
0% and ● show the relative ionic strengths observed for a sample solution using an 80% aqueous methanol solution as a solvent. The surface tension of the sample solution at the tip of the capillary 5 governs the size and generation efficiency of the charged droplet. The surface tensions of water and methanol are 0.073 and 0.022, respectively.
This is significantly different from 5 N / m, and the surface tensions of the three types of aqueous methanol solutions used as solvents are also different. As is clear from FIG. 6, the flow rate of the ejected gas is about 220 m / s (0 ° C.).
When the Mach number in is more than about 0.65), ions are detected, and the ion intensity increases as the gas flow rate increases. The ionic strength reaches a maximum when the gas flow velocity is around 337 m / s (corresponding to the sound velocity at 0 ° C. in N2 gas).
In the supersonic range, the ionic strength tends to decrease somewhat with increasing gas velocity. However, in a 50% methanol aqueous solution, even when the gas flow rate exceeds the sound speed (337 m / s) in N2 gas, the ionic strength is almost constant up to about 400 m / s (Mach number at 0 ° C. is about 1.2). Has been detected. Similarly, in a 20% methanol aqueous solution, even if the gas flow rate exceeds the sound velocity in N2 gas, about 3
An almost constant ionic strength is detected up to 70 m / s (Mach number at 0 ° C. is about 1.1).

【0055】図6において、点線で示した外挿線から明
らかなように、イオンが検出されるガス流速の下限は約
220m/s(0℃におけるマッハ数は約0.65)で
ある。噴出ガスの流速が超音速の場合には、キャピラリ
ー先端付近で衝撃波が発生し、キャピラリー先端近傍で
の圧力が変動する。このため、大きい液滴が生成され易
くなり、イオンの生成に必要な細かな帯電液滴は生成さ
れにくくなり、観測されるイオン強度が低下する。さら
に、超音速領域では噴出ガスは断熱膨張により著しく冷
却されるため、冷却防止のためガスガイド管が加熱が十
分でないときには、帯電液滴の気化が抑制されることに
なる。
In FIG. 6, as is apparent from the extrapolated line shown by the dotted line, the lower limit of the gas flow rate at which ions are detected is about 220 m / s (the Mach number at 0 ° C. is about 0.65). When the flow velocity of the ejected gas is supersonic, a shock wave is generated near the tip of the capillary, and the pressure near the tip of the capillary fluctuates. For this reason, large droplets are easily generated, and it is difficult to generate fine charged droplets necessary for ion generation, and the observed ion intensity decreases. Further, in the supersonic region, the jet gas is significantly cooled by adiabatic expansion, and when the gas guide tube is not sufficiently heated to prevent cooling, the vaporization of the charged droplets is suppressed.

【0056】図6に示した測定結果を得たさいの測定、
装置条件は、キャピラリー先端とサンプリングオリフィ
スの電位を同電位に設定し、ガスガイド管、キャピラリ
ーの温度は、加熱せず、室温である。また、噴出ガスの
流速が約330m/s(0℃におけるマッハ数は約1.
0)の場合に検出されるイオン強度は、キャピラリー先
端とサンプリングオリフィス間に3kVの高電圧を印加
しても変化しない。従って、図6に示されるイオン強度
は、キャピラリーの加熱、キャピラリーに印加され電圧
により生成したイオンに基づくものではなく、観測され
たイオンの生成は、噴出ガスのみの作用効果によるもの
であって、本発明のスプレーイオン化法では、キャピラ
リー先端に印加された電圧、加熱の作用効果は必要とし
ていない。さらに、図6の結果のように、キャピラリー
を加熱しない場合でも、以下に説明するように、従来法
に比較して十分なイオン強度が得られている。即ち、従
来のイオン化法では、直径が10nm以下の帯電液滴の
生成は、強電場や加熱を利用する以外に手段がないと考
えられていたが、本発明のソニックスプレー法では、ガ
スを用いた試料溶液の噴霧だけで、直径が10nm以下
の帯電液滴の生成を実現している。
When the measurement results shown in FIG. 6 were obtained,
The apparatus conditions are such that the potential of the capillary tip and the potential of the sampling orifice are set to the same potential, and the temperature of the gas guide tube and the capillary is room temperature without heating. Further, the flow rate of the ejected gas is about 330 m / s (the Mach number at 0 ° C. is about 1.
The ion intensity detected in the case of 0) does not change even when a high voltage of 3 kV is applied between the tip of the capillary and the sampling orifice. Therefore, the ion intensity shown in FIG. 6 is not based on the heating of the capillary and the ions generated by the voltage applied to the capillary, but the observed ion generation is due to the effect of only the ejected gas, The spray ionization method of the present invention does not require the voltage applied to the tip of the capillary or the effect of heating. Further, even when the capillary is not heated as shown in FIG. 6, sufficient ionic strength is obtained as compared with the conventional method, as described below. That is, in the conventional ionization method, generation of charged droplets having a diameter of 10 nm or less was considered to have no means other than using a strong electric field or heating. However, in the sonic spray method of the present invention, gas was used. The generation of charged droplets having a diameter of 10 nm or less is realized only by spraying the sample solution.

【0057】一方、ガス流速を、ガスの噴出により生成
されるイオンの量が無視される5m/sに設定し、キャ
ピラリーとサンプリングオリフィスとの間に3kV程度
の高電圧を印加し、静電噴霧現象によりイオンを生成す
るイオンスプレー法の場合に検出されるイオン強度は、
図6に示す50%のメタノール水溶液において検出され
るイオン強度の1/10以下の低い値であり、図6に示
す80%のメタノール水溶液において検出されるイオン
強度にほぼ等しい。
On the other hand, the gas flow velocity was set to 5 m / s where the amount of ions generated by gas ejection was neglected, and a high voltage of about 3 kV was applied between the capillary and the sampling orifice to perform electrostatic spraying. The ion intensity detected in the case of the ion spray method that generates ions by the phenomenon,
This is a low value of 1/10 or less of the ionic strength detected in the 50% aqueous methanol solution shown in FIG. 6, and is almost equal to the ionic strength detected in the 80% aqueous methanol solution shown in FIG.

【0058】噴出ガスの流速を250〜410m/s
(0℃におけるマッハ数は0.75〜1.2)の範囲に
設定して、従来のイオンスプレー法によるイオン強度の
約3倍以上のイオン強度が得ることができる。噴出ガス
の流速を275〜400m/s(0℃におけるマッハ数
は0.8〜1.2)の範囲に設定することが好ましく、
従来のイオンスプレー法によるイオン強度の約6倍以上
のイオン強度が得られる。さらに、噴出ガスの流速を3
20〜400m/s(0℃におけるマッハ数は0.95
〜1.2)の範囲に設定すれば、従来のイオンスプレー
法の10倍以上のイオン強度を得ることができ、最も好
ましい結果を得ることができる。
The flow rate of the jet gas is 250 to 410 m / s
By setting the Mach number at 0 ° C. in the range of 0.75 to 1.2, it is possible to obtain an ion intensity that is about three times or more the ion intensity obtained by the conventional ion spray method. It is preferable to set the flow rate of the ejected gas in the range of 275 to 400 m / s (the Mach number at 0 ° C. is 0.8 to 1.2),
An ionic strength that is about six times or more the ionic strength obtained by the conventional ion spray method can be obtained. Further, the flow rate of the ejected gas is set to 3
20 to 400 m / s (Mach number at 0 ° C. is 0.95
-1.2), it is possible to obtain an ion intensity 10 times or more that of the conventional ion spray method, and to obtain the most preferable result.

【0059】図6に示すように、溶媒に20%または5
0%のメタノール水溶液を用いた場合に得られるイオン
強度は、80%のメタノール水溶液を用いた場合に得ら
れるイオン強度の約10以上である。従って、本発明
は、水を高濃度に含む試料溶液を分析するに適した液体
クロマトグラフにより分離された試料溶液の高感度分析
に非常に有効となる。
As shown in FIG. 6, 20% or 5%
The ionic strength obtained when using a 0% aqueous methanol solution is about 10 or more than the ionic strength obtained when using an 80% aqueous methanol solution. Therefore, the present invention is very effective for high-sensitivity analysis of a sample solution separated by liquid chromatography suitable for analyzing a sample solution containing a high concentration of water.

【0060】(5)キャピラリー先端位置に対するサン
プリングオリフイス位置ずれと、イオン強度の関係(図
7)。
(5) Relationship between the displacement of the sampling orifice with respect to the capillary tip position and the ion intensity (FIG. 7).

【0061】キャピラリー5とサンプリングオリフィス
17との間の距離を5mmに保持して、第4の実施例に
おいて説明したように、イオン源の、ガスガイド管の開
口部、キャピラリー5、サンプリングオリフィス17の
それぞれの中心軸を、検出されるイオン強度が最大とな
るように同軸に調整してセットして(この位置を以下の
移動変化の基準の位置(=0)とする)、試料溶液から
のイオン強度を測定する。次いで、イオン源全体の位置
を水平方向に移動変化させて、それぞれの移動位置にお
いて、Gramicidin−Sの2価イオンのイオン
強度(試料溶液は、溶媒が50%メタノール水溶液のG
ramicidin−S溶液(濃度10μM)である)
を検出した結果を図7に示す。図7の中央部の相対イオ
ン強度約2.8の鋭いピークは、ガス流速を音速337
m/s(N2ガス中での0℃における音速に対応)か
ら、さらに大きくした超音速の400m/sの場合には
消失してしまい、かわりに相対イオン強度が約1.6で
ある、幅の広い鈍ったピークとなってしまう。イオン源
の移動距離が、−1mmおよび0.5mm付近に小さい
ピークが出現するが、これらのピークは、サンプリング
オリフィス17の前のカバー19の穴(直径2mm)に
よる、噴霧ガス流の乱れにより生じたものと考えられ
る。図7に示す結果は、イオン源全体の位置を垂直方向
に移動変化させても同様である。
The distance between the capillary 5 and the sampling orifice 17 is maintained at 5 mm, and as described in the fourth embodiment, the opening of the gas guide tube, the capillary 5, and the sampling orifice 17 of the ion source. Each central axis is adjusted and set coaxially so that the detected ion intensity is maximized (this position is set as a reference position (= 0) of the following movement change), and ions from the sample solution are set. Measure strength. Next, the position of the entire ion source is moved and changed in the horizontal direction, and the ionic strength of the divalent ion of Gramicidin-S (the sample solution is the G
ramicidin-S solution (concentration 10 μM))
Is shown in FIG. The sharp peak at a relative ion intensity of about 2.8 in the center of FIG.
m / s (corresponding to the sound velocity at 0 ° C. in N 2 gas), it disappears when the supersonic velocity is increased to 400 m / s, and the relative ionic strength is about 1.6 instead. It becomes a broad dull peak. Small peaks appear near the movement distance of the ion source of -1 mm and 0.5 mm. These peaks are caused by the turbulence of the spray gas flow due to the hole (2 mm in diameter) of the cover 19 in front of the sampling orifice 17. It is thought that it was. The results shown in FIG. 7 are the same even when the position of the entire ion source is moved and changed in the vertical direction.

【0062】上記の移動距離、1mmの位置は、キャピ
ラリー5の先端部の中心を頂点とし、キャピラリーの中
心軸を軸とする、頂角、約22.5度を有する直円錐の
底面の円周上にある。即ち、サンプリングオリフィス1
7の中心位置(1mm)は、この円周上にある。同様に
して、移動距離、0.2mmの位置は、キャピラリー5
の先端部の中心を頂点とし、キャピラリーの中心軸を軸
とする、頂角、約4.5度を有する直円錐の底面の円周
上にある。即ち、サンプリングオリフィス17の中心位
置(0.2mm)は、この円周上にある。好ましくは上
記の頂角4.5度を有する、直円錐の底面の円周内部に
サンプリングオリフィスの中心位置を配置することによ
り、従来のイオンスプレー法により得られるイオン強度
の約2.5倍以上のイオン強度が得られる。さらに好ま
しくは上記の頂角22.5度を有する、直円錐の底面の
円周内部にサンプリングオリフィスの中心位置を配置す
ることにより、従来のイオンスプレー法により得られる
イオン強度の約6倍以上のイオン強度が得られる。
The above-mentioned moving distance of 1 mm corresponds to the circumference of the bottom surface of a straight cone having an apex angle of about 22.5 degrees with the center at the tip of the capillary 5 as the apex and the center axis of the capillary as the axis. It's above. That is, the sampling orifice 1
The center position (1 mm) of 7 is on this circumference. Similarly, the position of the moving distance of 0.2 mm is set to the capillary 5.
Is on the circumference of the bottom surface of a right cone with an apex angle of about 4.5 degrees, with the center of the tip of the apex as the apex and the center axis of the capillary as the axis. That is, the center position (0.2 mm) of the sampling orifice 17 is on this circumference. By disposing the center position of the sampling orifice inside the circumference of the bottom surface of the right cone, preferably having the apex angle of 4.5 degrees, about 2.5 times or more the ion intensity obtained by the conventional ion spray method. Is obtained. More preferably, by arranging the center position of the sampling orifice inside the circumference of the bottom surface of the right cone having the apex angle of 22.5 degrees, the ion intensity obtained by the conventional ion spray method is about 6 times or more. An ionic strength is obtained.

【0063】さらに、ガス流速を音速337m/s(N
2ガス中での0℃における音速に対応)から、さらに大
きくした超音速の場合でも、従来のイオンスプレー法に
より得られるイオン強度の約6倍以上のイオン強度が得
られる。
Further, the gas flow velocity was set to a sonic velocity of 337 m / s (N
(Corresponding to the sound velocity at 0 ° C. in two gases), even at a supersonic velocity further increased, an ion strength of about 6 times or more the ion strength obtained by the conventional ion spray method can be obtained.

【0064】(6)ガスガイド管の先端からキャピラリ
ーの先端が露出する長さとイオン強度の関係(図8)。
(6) Relationship between the length of the tip of the capillary exposed from the tip of the gas guide tube and the ionic strength (FIG. 8).

【0065】図8に、ガスガイド管先端部7の先端の最
小内径を有する開口部の大気圧面から、キャピラリー5
の最先端が露出する露出長(図2及び図3に示すL)を
変化させたときに検出されるイオン強度を示す。露出長
Lが1.2mm以上では、イオン強度は低下している。
露出長Lが大きくなると、キャピラリーの先端における
ガス流速が実質的に低下して、検出されるイオン強度は
低下する。従って、上記の露出長Lは、−0.25〜
1.0mmに設定することが好ましい。
FIG. 8 shows the capillary 5 from the atmospheric pressure surface of the opening having the minimum inner diameter at the tip of the gas guide tube tip 7.
5 shows the ion intensity detected when the exposure length (L shown in FIGS. 2 and 3) at which the front end of the sample is exposed is changed. When the exposure length L is 1.2 mm or more, the ionic strength decreases.
As the exposure length L increases, the gas flow velocity at the tip of the capillary substantially decreases, and the detected ion intensity decreases. Therefore, the above exposure length L is -0.25 to
Preferably, it is set to 1.0 mm.

【0066】(7)試料溶液濃度とイオン強度の関係
(図9)。
(7) Relationship between sample solution concentration and ionic strength (FIG. 9).

【0067】図9に、Gramicidin−Sの濃度
を変化させたときに検出されるイオン強度を示す。約1
μM以下の低濃度領域では、イオン強度は試料濃度に対
して直線的に変化して増大する。本発明のイオン化法で
は、特に約1μM以下の試料溶液の濃度に対して好適で
ある。約2μM以上の試料濃度では、検出されるイオン
強度は、約1μM以下の低濃度領域における直線変化と
は異なる直線変化を示している。約2μM以上の高濃度
領域では試料濃度を変化させてもイオン強度の増加はあ
まり変化しない理由は、溶液のpHは5程度であり、高
濃度領域では試料溶液中のほとんどのプロトンが、Gr
amicidin−Sに結合しており、試料溶液中のプ
ロトンの枯渇によると考えられる。
FIG. 9 shows the ion intensity detected when the concentration of Gramicidin-S was changed. About 1
In a low concentration region of μM or less, the ionic strength increases linearly with respect to the sample concentration. The ionization method of the present invention is particularly suitable for a sample solution concentration of about 1 μM or less. At a sample concentration of about 2 μM or more, the detected ionic strength shows a linear change different from a linear change in a low concentration region of about 1 μM or less. The reason that the increase in ionic strength does not change so much even when the sample concentration is changed in a high concentration region of about 2 μM or more is that the pH of the solution is about 5, and most protons in the sample solution are Gr in the high concentration region.
amicidin-S, which is thought to be due to the depletion of protons in the sample solution.

【0068】〔第5の実施例〕次に、ガスガイド管の簡
単な製作方法を図10に基づいて説明する。図3に示す
ガスガイド管先端部保持部の変形例を図10に断面図に
より示す。
[Fifth Embodiment] Next, a simple method for manufacturing a gas guide tube will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the gas guide tube tip end holding portion shown in FIG.

【0069】図10では、図3に示す7、15、16の
各部の詳細は図3と同じであり省略した。図10の断面
図から明らかなように、円柱材料を使用して単なる孔開
け加工のみによる簡単な製作方法でガスガイド管先端部
保持部を得ることができる。
In FIG. 10, the details of parts 7, 15, and 16 shown in FIG. 3 are the same as in FIG. As is clear from the cross-sectional view of FIG. 10, the gas guide tube tip end holding portion can be obtained by a simple manufacturing method using a cylindrical material and only a simple boring process.

【0070】なお、ガスガイド管を構成する各部の材質
は、以上の各実施例において説明した材質以外であって
もよく、各種の金属材料、ガラス材料、セラミックス材
料、さらには、フイラー充填の高分子樹脂材料を使用し
て作成してもよい。
The material of each part constituting the gas guide tube may be other than the material described in each of the above embodiments, and various kinds of metal materials, glass materials, ceramic materials, and high filling of the filler can be used. It may be formed using a molecular resin material.

【0071】本発明の明細書の記載において、ガスの流
速に関して付して記載した( )内のマッハ数は、ガス
ガイド管の先端近傍での温度が0℃±約10℃と想定さ
れたので、N2ガス中での0℃における音速337m/
s(「理科年表」、国立天文台編(1993)、丸善株
式会社(東京))に基づいて求めた。
In the description of the present invention, the Mach number in parentheses described with respect to the gas flow rate is based on the assumption that the temperature near the tip of the gas guide tube is 0 ° C. ± about 10 ° C. , Sound velocity at 0 ° C in N2 gas at 337 m /
s ("Science Chronology", National Astronomical Observatory of Japan (1993), Maruzen Co., Ltd. (Tokyo)).

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によれば、イオン源を構成するキ
ャピラリー等の各部の電位を接地させたまま、噴出ガス
により試料溶液から、効率よくイオンを生成できる。こ
の結果、従来のイオン化法に比較して、イオン源の構造
が単純化され、操作性、安全性が高くなる。また、本発
明のイオン源をキャピラリー電気泳動装置に適用し、キ
ャピラリー電気泳動/質量分析計を構成するさい、上記
のようにキャピラリーの先端を接地電位にできるため、
キャピラリー電気泳動装置では独自に電位を印加でき、
装置全体の構成が単純になり、装置の操作が単純とな
り、操作の安全性も格段に向上する。
According to the present invention, ions can be efficiently generated from a sample solution by a jet gas while the potential of each part such as a capillary constituting an ion source is grounded. As a result, as compared with the conventional ionization method, the structure of the ion source is simplified, and the operability and safety are improved. In addition, when the ion source of the present invention is applied to a capillary electrophoresis apparatus and a capillary electrophoresis / mass spectrometer is configured, the tip of the capillary can be set to the ground potential as described above.
Capillary electrophoresis equipment can apply potential independently,
The configuration of the entire apparatus is simplified, the operation of the apparatus is simplified, and the safety of the operation is significantly improved.

【0073】さらに、従来のイオン化法では、イオンの
生成はキャピラリーやサンプリングオリフィスの周囲の
汚れの影響を大きく受けるが、本発明の、噴出ガスによ
リ試料溶液からイオンを生成する、本発明のソニックス
プレー法では、従来方法とは異なり、キャピラリーやサ
ンプリングオリフィスの周囲の汚れの影響を受けない。
Further, in the conventional ionization method, the generation of ions is greatly affected by dirt around the capillary and the sampling orifice. However, according to the present invention, ions are generated from the sample solution by the ejected gas. Unlike the conventional method, the sonic spray method is not affected by dirt around the capillary or the sampling orifice.

【0074】また、従来のイオン化法では、検出される
イオン強度はサンプリングオリフィスの周囲やキャピラ
リーでの汚れの影響を大きく受けるが、本発明の、ソニ
ックスプレー法では、従来方法とは異なり、検出される
イオン強度はキャピラリー周囲の汚れの影響を受けるこ
となく、サンプリングオリフィスの周囲の汚れにあまり
影響されず、試料の高感度検出が可能であり、再現性が
よい。即ち、キャピラリー先端やガスガイド管を最適な
位置に設定することにより、再現性よく試料溶液からイ
オンを高効率で生成し、検出できる。
In the conventional ionization method, the detected ion intensity is greatly affected by contamination around the sampling orifice and in the capillary. However, in the sonic spray method of the present invention, the detected ion intensity is different from the conventional method. The ionic strength of the sample is not affected by the contamination around the capillary, is not much affected by the contamination around the sampling orifice, enables high-sensitivity detection of the sample, and has good reproducibility. That is, by setting the tip of the capillary and the gas guide tube at the optimum positions, ions can be generated and detected from the sample solution with high reproducibility and high efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus of the present invention.

【図2】本発明のイオン源の第1の実施例を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of the ion source of the present invention.

【図3】本発明のイオン源の第2の実施例、およびサン
プリングオリフィスを示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the ion source of the present invention and a sampling orifice.

【図4】本発明のイオン源を使用して得られた質量スペ
クトル例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a mass spectrum obtained using the ion source of the present invention.

【図5】試料溶液流量と検出されるイオン強度の関係を
示す図。
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a sample solution flow rate and detected ionic strength.

【図6】噴出ガス速度、および溶媒濃度とイオン強度の
関係を示す図。
FIG. 6 is a view showing a relationship between a jet gas velocity, a solvent concentration, and an ion intensity.

【図7】キャピラリー先端位置とサンプリングオリフイ
位置との位置ずれと、イオン強度の関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a positional deviation between a capillary tip position and a sampling orifice position and ion intensity.

【図8】キャピラリー先端位置の露出長とイオン強度の
関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an exposure length at a capillary tip position and an ion intensity.

【図9】試料溶液濃度とイオン強度の関係を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a sample solution concentration and an ionic strength.

【図10】ガスガイド管の簡単な製作方法を説明するた
めの断面図。
FIG. 10 is a sectional view for explaining a simple manufacturing method of the gas guide tube.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料溶液供給部、2…イオン源、3…ガス供給部、
4…流量調節計、5…キャピラリー、6…管、7…ガス
ガイド管先端部、8…ガス導入管、9…ヒーター、10
…ガスガイド管先端部保持部、11…質量分析計、12
…電気泳動用キャピラリー、13…配管、14…混合ジ
ョイント、15…位置調節用治具、16…ネジ、17…
サンプリングオリフィス、18…セラミックヒーター、
19…カバー、20…xyzステージ。
1 ... sample solution supply unit, 2 ... ion source, 3 ... gas supply unit,
4 ... Flow controller, 5 ... Capillary, 6 ... Tube, 7 ... Gas guide tube tip, 8 ... Gas introduction tube, 9 ... Heater, 10
... Gas guide tube tip holder, 11 ... Mass spectrometer, 12
... Capillary for electrophoresis, 13 ... Piping, 14 ... Mixing joint, 15 ... Jig for position adjustment, 16 ... Screw, 17 ...
Sampling orifice, 18 ... ceramic heater,
19 ... cover, 20 ... xyz stage.

フロントページの続き (72)発明者 小泉 英明 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 (72)発明者 梅村 馨 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Continued on the front page (72) Inventor Hideaki Koizumi 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Kaoru Umemura 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. In the laboratory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1.試料溶液の流通路と、前記流通路の周
囲にガスを流すガス流路と、前記部材の端部で試料溶液
を噴霧して気体状物質を生成するごとく前記ガスにほぼ
音速の流速を与えるガス供給手段を具備したことを特徴
とする噴霧装置。
1. A flow path for a sample solution, a gas flow path for flowing a gas around the flow path, and a gas that gives a substantially sonic flow velocity to the gas so as to generate a gaseous substance by spraying the sample solution at an end of the member. A spray device comprising a supply unit.
【請求項2】試料溶液の流通路と、前記流通路の周囲か
ら流出するようガスを導くガス流路と、前記流通路の端
部で前記ガスに200m/S以上の流速を与えるガス供
給手段を具備したことを特徴する噴霧装置。
2. A flow path for a sample solution, a gas flow path for guiding a gas to flow out of the periphery of the flow path, and gas supply means for giving a flow rate of 200 m / S or more to the gas at an end of the flow path. A spray device comprising:
【請求項3】試料溶液の流通路と、前記流通路の周囲に
ガスを供給する供給路とを有し、前記ガスを雰囲気中に
噴出する噴出口と、前記通路を通して前記噴出口の開口
径が前記供給路の開口径より小さくかつ、前記供給路を
通過して前記噴出口で前記ガスにほぼ音速の流速を与え
るガス供給手段を具備したことを特徴とする噴霧装置。
3. A flow path for a sample solution, a supply path for supplying gas around the flow path, a jet port for jetting the gas into the atmosphere, and an opening diameter of the jet port through the path. A spraying device which is smaller than an opening diameter of the supply path and which gives the gas a substantially sonic flow velocity at the jet port through the supply path.
【請求項4】試料溶液の流通路である一部中空部を有す
る部材と、前記一部中空部を有する部材の周囲から流出
するようガスを流すガス流路と、前記一部中空部を有す
る部材の先端で試料溶液を噴霧して気体状物質を生成す
るごとく前記ガスにほぼ音速の流速を与えるガス供給手
段と前記気体状物質を分析する分析手段とを含むことを
特徴とする分析装置。
4. A member having a partially hollow portion which is a flow path of a sample solution, a gas flow channel for flowing a gas so as to flow out from the periphery of the member having a partially hollow portion, and said partially hollow portion. An analyzer comprising: gas supply means for giving a substantially sonic flow velocity to the gas so as to generate a gaseous substance by spraying a sample solution at a tip of the member; and analysis means for analyzing the gaseous substance.
【請求項5】試料溶液の流通路であるキャピラリーと、
前記キャピラリーの周囲から流出するようガスを流すガ
ス流路と、前記キャピラリーの先端で試料溶液を噴霧し
て微小液滴を生成するごとく前記ガスにほぼ音速の流速
を与えるガス供給手段と、前記微小液滴を気化して分析
する分析手段とを含むことを特徴とする分析装置。
5. A capillary, which is a flow path of a sample solution,
A gas flow path through which gas flows out of the periphery of the capillary, gas supply means for spraying a sample solution at the tip of the capillary to generate a microdroplet, and a gas supply means for giving the gas a substantially sonic flow velocity; Analyzing means for vaporizing and analyzing the droplets.
【請求項6】試料溶液の流通路であるキャピラリーと、
前記キャピラリーの周囲から流出するガスを導くガス流
路と、前記ガスの流路でのガスの流量をF、前記ガス流
路の断面積をSとしたときF/Sが所定の値以上で前記
試料溶液が前記ガス流量によってイオン化するガス供給
手段と、前記キャピラリーの先端近傍で生成されたイオ
ン微小液滴を含む噴霧ガスを分析する分析部を具備した
ことを特徴とする分析装置。
6. A capillary, which is a flow path of a sample solution,
A gas flow path for guiding gas flowing out from the periphery of the capillary, a flow rate of the gas in the gas flow path being F, and a cross-sectional area of the gas flow path being S / S where F / S is a predetermined value or more. An analyzer comprising: a gas supply unit configured to ionize a sample solution according to the gas flow rate; and an analyzer configured to analyze a spray gas including ion micro-droplets generated near a tip of the capillary.
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