JPS61200663A - 有機物質のイオン化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、有機物質のイオン化方法及び装置に関する
。さらに詳しくは、種々の有機物質、ことに難揮発性か
つ熱的不安定性の有機物質の準分子イオンを効率良く発
生でき、質量分析器の被検試料のイオン化方法として有
用な有機物質のイオン化方法及びその実施に好適なイオ
ン化装置に関する。

（ロ）従来技術 近年、バイオテクノロジーの発展に伴い、生体関連の有
機物質の質量分析が注目されるようになってきた。とこ
ろが、生体関連の有機物質ことに高分子化合物の大部分
は難揮発性でかつ熱的に不安定であり、ガス化が不可能
なため分子イオンや準分子イオンを得ることが困難であ
り、従来から汎用されている電子衝撃イオン化法（Ｅｌ
法）によるイオン化を利用することができなかった。こ
れを補う方法としてインビームＥｌ法やインビーム化学
イオン化法（ＣＩ法）を通用することも提案されている
が、比較的低分子の化合物にしか通用できない。

そこで現在のところ、かような高分子化合物をイオン化
する方式として、アルゴンのごとき低質量の加速イオン
を照射するイオン化方法（ｓｔａｔｉｃ−３１ＭＳ法）
、低質量の中性原子を照射するイオン化方法（ＦＡＢ法
）、局部高電界下に試料を導入するイオン化方法（ＦＤ
法）、核分裂フラグメントを照射するイオン化方法（Ｐ
Ｄ）及びレーザ照射によるイオン化方法（ＬＤ法）が適
用されるようになっている。

これらのうち、ＬＤ法は試料台（通常、金属板状）に塗
着された試料にレーザ光を照射すること、により試料の
イオン化を行なう方法であり、その主原理は、試料台に
レーザ光が吸収されて急激な温度上昇が起り、この熱に
より試料が中性分子として蒸発され、この中性分子と、
該試料中に不純物として含まれるカチオン（Ｎａ十、に
十等）とが気相中で結合して正の準分子イオンＣＭ＋Ｈ
）＋や（Ｍ　＋　Ａ）十が生成（Ｈは水素、Ａはカチオ
ン、Ｍは分子）し、また負イオンとして主にＣＭ−Ｈ〕
−が発生すると考えられている。

しかしながら、かかるＬＤ法では熱媒体である試料台の
熱容量のために、試料の急激な温度上昇にも限度があり
、準分子イオンを効率良く得ることがしばしば困難とな
る。そのため通常、レーザ光が試料台に効率よく吸収さ
れ、かつ吸収され変換された熱エネルギーが効率良く試
料全体に熱伝導されて急激な温度上昇が得られるように
試料を試料台に極めて薄く塗着することが必要である。

しかし、この際には試料層が薄いため試料台の同一場所
でのイオン化は持続されず長時間のイオン化ことに準分
子イオンの発生は通常困難であった。

さらに、試料を薄膜化してもレーザ光源の種類によって
は実質的に準分子イオンを生成させることが不可能な場
合がしばしばあった。

（ハ）発明の目的 この発明は、上記のごとき急激な試料の加熱による有機
物質のイオン化方法における種々の問題点を解消すべく
なされたものであり、ことに準分子イオンを効率良くし
かも長時間に亘って生成でき、しかも従来法では実質的
に準分子イオンの生成が不可能であった　加熱手段と有
機物質の組合せにおいても簡便に準分子イオンを得るこ
とができるイオン化方法を提供しようとするものである
。

（ニ）発明の構成 かくしてこの発明によれば、有機物質を高真空下、加熱
手段により急激に加熱して蒸発及びイオン化を行なう方
法において、有機物質を、微粒子状の熱媒体に付着及び
／又はそれと混合した状態で加熱することを特徴とする
有機物質のイオン化方法が提供される。

この発明の最も大きな特徴は、試料すなわち所定の有機
物質を加熱によりイオン化するに際し、この有機物質を
微粒子状の熱媒体に付着した状態又は微粒子状の熱媒体
と混合した状態で加熱処理に付す点にある。かかる微粒
子状の熱媒体の存在下で加熱することにより、有機物質
の急激な温度上昇が効率良く行なわれ、準分子イオンを
効率良く得ることが可能となる。

上記微粒子状の熱媒体は、加熱手段にもよるが、基本的
に熱吸収性及び熱伝導性が良く高温下においても試料で
ある有機物質に対して化学的に不活性なものが適してい
る。例えば、加熱手段とじてレーザ光や赤外線メーザの
ごときメーザ光源を通用する際には、メーザ光の光吸収
率が大きくて熱伝導度の高いものが好適であり、加熱手
段としてグラファイト炉のごときヒータを適用する際に
は、熱吸収率が大きくて熱伝導度の高いものが好適であ
る。かかる熱媒体として好ましい例としては、金属微粒
子が挙げられ、平均粒径数十〜数千オングストロームの
所謂金属超微粒子を用いるのが最も効果的で好ましい。

かかる金属超微粒子は、単なる微粒子に比してより黒色
化されており熱吸収性が高く、ことにレーザ光や赤外線
メーザ光に対する光吸収率が高いためメーザ光源を加熱
手段とした場合に最も好適である。これらの金属微粒子
の一例としては、銅、鉄、コバルト、ニッケル、インジ
ウム等の微粒子が挙げられるがもちろんこれ以外の金属
の微粒子を用いてもよい。

この発明のイオン化方法は、分子イオンや半分子イオン
の発生を意図するいずれの有機物質についても適用する
ことが可能である。しかしながら、難揮発性の有機物質
を試料とした際に最も効果的である。かかる試料として
は前述のごとき生体関連の高分子化合物が代表的である
が、もちろん他の難揮発性の有機物質であってもよい。

生体関連の高分子化合物の具体例としては、スクロース
、マルトトリオース、アデノシン等の糖類や核酸構成物
質、オリゴペプチド、ポリフィン、ビタミン、抗性物質
などが挙げられる。

上記のごときイオン化を意図する有機物質を前記微粒子
状の熱媒体に付着させる方法としては、例えば、有機物
質の溶液中に微粒子状の熱媒体を混合分散した後、溶媒
を蒸発させる方法が挙げられる。かかる処理により有機
物質を基本的に多孔質で表面積の大きな微粒子表面に均
一に付着させることができる。この際の溶媒としては、
易揮発性の溶媒を用いるのが好ましく、有機物質の溶解
性に応じて種々の有ｔａ溶媒や水が通用できる。ただし
場合によっては有機物質の懸濁液や乳化液に上記微粒子
を混合分散させた後、媒体を除去してもよく、さらに有
機物質が液状であれば直接混合して微粒子に付着させる
ことも可能である。一方、有機物質が粉末状である場合
には、微粒子と直接混合したものを加熱対象とすること
ができる。

上記付着物及び／又は混合物の加熱方法としては、これ
らを高真空下（通常、１０″ｉ〜１０’　ｔｏｒｒ）適
当な試料台上に保持させてメーザ光やヒータにより加熱
を行なう方法や、これらを高真空下、落下や浮遊させ、
これにメーザ光を照射して加熱を行なう方法が挙げられ
る。前者の方法に用いるイオン化装置や試料台としては
従来のＬＤ法のイオン化装置や試料台をそのまま通用す
ることが可能である。また、試料台上への保持は、前述
したごとき有機物質の溶液に微粒子を分散させた混合物
をこの試料台上に塗布した後、乾燥して溶媒を除去する
方法や、有機物質と微粒子の混合物を試料台上に直接塗
布や散布する方法が挙げられる。一方、後者の方法の具
体例としては、微粒子含有の溶液ヲエレクトロスプレー
法、サーマルスプレー法、ジェット流法、超音波振動法
等により液滴化した後、溶媒を揮散させて落下や浮遊状
の有機物質付着微粒子を得、この微粒子にメーザ光を集
中させて加熱を行なう方法が挙げられる。より効率的な
イオン化が望まれる際には、乾燥時の微粒子間の凝集が
できるだけ防止される後者の方法を採用するのが好まし
く、この実施には例えば、■高真空に減圧しうるイオン
化槽と■該イオン化槽内に有機物質を付着させた微粒子
状の熱媒体を細孔を通じて落下しうる手段と■落下する
微粒子状の熱媒体をイオン化槽内で急激に加熱しうるメ
ーザ光源と、■加熱によりイオン化槽内で生成するイオ
ンを所定方向に引出す引出電極とから構成されたイオン
化装置を用いるのが適している。このイオン化装置の具
体例を第１図に挙げて以下詳説する。

第１図における（１）はこの発明の一実施例のイオン化
装置を示し、該イオン化装置（１）は、基本的に、高真
空（１０−ｓ〜１０−７ｔｏｒｒ）に減圧されたイオン
化槽（４）と、所望の有機物質を付着した微粒子状の熱
媒体（２２）を細孔（８４）を通じて該イオン化槽内へ
落下しうる手段と、熱媒体（２２）をレーザ光（５）で
急激に加熱しうるレーザ光源と、イオンの引出電極（６
）とから構成されてなる。

図中、（２）は金属超微粒子（粒径数百〜数千オングス
トローム）を分散させた有機溶媒に試料を溶解した分散
液であり、注射針などの内径の小さなノズル（２１）で
細孔（３３）へ注入する。このノズル（２１）と細孔（
３３）及び（３４）を構成する電極（３１）及び（３１
’）との間には電源（３２）により数ＫＶの高電圧が印
加されており、ノズルの先端に高電界が発生する。この
電界により、電荷を有する分散液（２）の液滴（通常、
１μｍ以下）が生じてイオン化室（４１）の方向に進む
。かかる液滴生成方法自体はエレクトロスプレー法と呼
ばれて公知である。電極（３１）と（３１’）の間には
予備排気室（３）が設定されており、細孔（３３）から
（３４）を通じてイオン化室（４１）方向に進む液滴に
おける溶媒はここで充分に蒸発除去されて金属超微粒子
やその小塊からなる微粒子状の熱媒体表面上に試料分子
が析出して付着した状態となり、この微粒子が細孔（３
４）からイオン化室（４１）内に落下することとなる。

一方、イオン化室（４１）内の微粒子状熱媒体（２２）
の所定の落下位置Ａには、レーザ光（５）が集光レンズ
（５１）及びレーザ窓（５２）を介して集光されている
。

この焦点へ前記微粒子状熱媒体（２２）が到達すると、
該熱媒体がレーザ光を吸収するが、この微粒子は光吸収
率が高くかつ面積と体積の比が大きいため、急激な温度
上昇がそこで生じ、表面に付着した試料の蒸発が急激に
行なわれて試料の中性分子が生成すると共に不純物とし
て含まれる各種無機カチオン（例えば、ナトリウムイオ
ン、カリウムイオン等）と結合したイオンや、プロトン
化されたイオン等の正の準分子イオンや同時にプロトン
が除かれた負の準分子イオンが生成されることとなる。

このようにしてイオン化室（４１）内で生じた準分子イ
オン並びに他の生成イオンは引出電極（６）の極性によ
り質量分析器（図示せず）に移送されることとなる。な
お、図中（７）は絶縁層を示す。

上記のごときイオン化装置によれば、分散液（２）があ
る限り、意図するイオン発生を長時間持続することがで
きる。従って極めて安定なイオン源として利用すること
ができ、種々の質量分析器に適用でき、ことにレーザや
赤外線メーザとしてパルスレーザを用いれば、飛行時間
型質量分析器のイオン源として最適である。また、分散
液（２）の調製を自動化しかつ液体クロマトグラフィと
リンクすることにより、液体クロマトグラフィー質量分
析器（ＬＣ−ＭＳ）のイオン源として適用することがで
きる。なお、上記装置において、液滴の有機溶媒の蒸発
を促進するために、予備排気室（３）内にヒータを設置
することも一つの好ましい態様である。

なお、この発明の方法に台いて、準分子イオンをより効
率良く生成させるために、試料やその溶液中に無機カチ
オンことにアルカリ金属イオンを加えてもよい。

（へ）実施例 実施例１ 従来のＬＤ法では準分子イオンの発生が困難であった難
揮発性のスクロースを試料とし、このエチルアルコール
溶液（１０μｆｆ、１０−３門／Ｉ！、）に平均粒径３
００人のコバルト超微粒子（真空冶金社！ｉｔ）　１■
を加えて充分に分散混合した後、これを銅製の試料台に
塗布し乾燥し、従来のＬＤ法に準じてレーザによるイオ
ン化を行なった（実施例１−Ａ）。一方、平均粒径５０
μｍのスクロース粉末と上記コバルト超微粒子とを１■
＝１■テ混合した後、これを直接銅製の試料台に均一に
付着させ（平均付着厚み０．５ｍｍ）、同様にレーザに
よるイオ・ン化を行なった（実施例１−Ｂ）。なお、い
ずれの試料にも０．５■の塩化ナトリウムを無機カチオ
ン源として加えた。また、使用したレーザはＮ２レーザ
である。

上記実施例１−Ａ及び１−ＢいずれにおいてもＣＭ＋Ｎ
ａ）＋の準分子イオンの顕著な発生が質量分析（飛行時
間型質量分析計を使用）により観察された。第２図参照 これに対し、コバルト超微粒子を加えずにスクロース粉
末を実施例１−Ｂと同様にしてイオン化させたところ、
準分子イオンは全く観察されなかった。第３図参照 実施例２ 現在までに準分子イオンが得られなかった種々の有機物
質についてこの発明の方法を実施した。

ａ、マルトトリオース 試料の調製：マルトトリオースのエタノール溶液（１０
−２Ｍ／　ｌ　）とＮａＣ１の水溶液（１０−３Ｍ／１
）を混 合し、この１０μｌにコバルト 超微粒子１■を加えて分散さ せた後、試料台に塗布し真空 乾燥した。

この結果を第４図に示した。

このように準分子イオンの効率の良い生成が観察された
。

以下　同様にして得られた質量分析チャートを第５〜７
図に示した。

ｂ、乏旦土之之（配糖体の一種、Ｍ＝７８０）第５図参
照 Ｃ，ヱヱ左之ヱ（核酸構成物、Ｍ−２６７）第６図参照 ｄ、二重ｌ（アミノ酸、Ｍ＝１１７） 第７図参照 ＣＮａＣ１は添加せず） このように、従来準分子イオンを得ることができなかっ
た有機物質や、得ることが困難であった有機物質につい
ても、この発明の方法によればこれら分子イオンが効率
良く得られることが判る。

（へ）発明の効果 この発明のイオン化方法及び装置によれば、従来準分子
イオンを得ることが困難又は不可能であった有機物質、
ことに難揮発性で熱的に不安定な有機物質から効率良く
これら準分子イオンを得ることができ、かつこれらを長
時間に亘って安定に発生させることができる。そして従
来分子イオン化が可能な有機物質や条件を対象とした際
においても、分子イオンや準分子イオンの発生効率は優
れており、しかも試料の薄膜化をとくに意識する必要は
なく分析操作上の取扱いも簡便である。

【図面の簡単な説明】

法により得られるマススペクトルをそれぞれ例示するチ
ャート図、第３図は比較例のイオン化法により得られる
マススペクトルを例示するチャート図である。 （υ・・・・・・イオン化装置、　　［２１・・・・・
・分散液、（３）・・・・・・予備排気室、　　　（４
）・・・・・・イオン化槽、（５）・・・・・・レーザ
光、　　　　（６）・・・・・・引出電極、（支）・・
・・・・微粒子状熱媒体、　■、（至）・・・・・・細
孔、Ｃｌ１）、（３ｒ１・・・・・・電極、　　　　（
４１）・・・・・・イオン化室。 第１ｗ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機物質を高真空下、加熱手段により急激に加熱し
   て蒸発及びイオン化を行なう方法において、 有機物質を、微粒子状の熱媒体に付着及び／又はそれと
   混合した状態で加熱することを特徴とする有機物質のイ
   オン化方法。 ２、加熱手段が、メーザ光源からなる特許請求の範囲第
   １項記載のイオン化方法。 ３、微粒子状の熱媒体が、光吸収率の大きな微粒子から
   なる特許請求の範囲第２項記載のイオン化方法。 ４、加熱手段が、ヒータからなる特許請求の範囲第１項
   記載のイオン化方法。 ５、微粒子状の熱媒体が、熱吸収率の大きな微粒子から
   なる特許請求の範囲第４項記載のイオン化方法。 ６、微粒子状の熱媒体が、金属微粒子である特許請求の
   範囲第３項又は第５項に記載のイオン化方法。 ７、金属微粒子が、平均粒径数十〜数千オングストロー
   ムの金属超微粒子である特許請求の範囲第６項記載のイ
   オン化方法。 ８、有機物質が、難揮発性の有機物質である特許請求の
   範囲第１項記載のイオン化方法。 ９、高真空に減圧しうるイオン化槽と、該イオン化槽内
   に有機物質を付着させた微粒子状の熱媒体を細孔を通じ
   て落下しうる手段と、落下する微粒子状の熱媒体をイオ
   ン化槽内で急激に加熱しうるメーザ光源と、加熱により
   イオン化槽内で生成するイオンを所定方向に引出す引出
   電極とから構成されてなる有機物質のイオン化装置。