JPWO2003065406A1 - エレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステム - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、ミクロＬＣ／ＭＳにおいて低流量のため、デットボリュウムは極力小さく、又細管の径が小さくしなければならないが、流量が遅いことによる細管内に試料や塩が析出しやすく細管やＥＳＩノズルへの詰まりが頻繁に起きやすいので、詰まりを未然に予測し、早めのクリーニングや部品の交換を可能にする．又細管が詰まっても詰まりを検知して、測定を中断し、試料を次々にインジェクタに導入することを防止でき，結果として試料の浪費をなくし、有効なデータを得ることのできるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムを提供することにある。本発明は、ミクロＬＣに直結したエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、ミクロＬＣカラムや配管、ＥＳＩキャピラリなどの詰まりを未然に防止すると共に、詰まりが起きた時点で、警報をデータに記録し、システムを停止させることにより、信頼性の高いミクロＬＣ直結が可能となる。本発明は、クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置又はそのシステムにおいて、前記試料溶液中の特定質量を有するイオンの電流値又は強度を測定し、前記電流値又は強度がしきい値を下回った時、異常状態を知らせる表示手段を有することを特徴とする。
Description
技術分野
本発明は、ミクロ液体クロマトグラフ等の低流量のクロマトグラフから溶出する試料溶液をエレクトロスプレイ（ＥＳＩ）イオン源に導入してイオン化し、該イオン源で生成したイオンを高真空中に配置された質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムに関する。
背景技術
最近、バイオ分野の研究は目覚しく、その研究対象は多肢にわたっている。特に、蛋白、ペプチド、ＤＮＡなどは生体中で極めて重要な働きを担っているため、多くの研究者の研究対象とされてきた。一般に、これら生体由来の有機化合物は、複雑なマトリックス中に極微量しか存在しない。これら極微量の生体関連有機化合物を生体から抽出し液体クロマトグラフ直結質量分析計（ＬＣ／ＭＳ装置）により高感度に分析したいとする要求が高まってきた。ＬＣ／ＭＳ装置は混合物を液体クロマトグラフ（ＬＣ）により分離し質量分析計（ＭＳ）で高感度に定性定量分析する装置である。ＬＣ／ＭＳで用いられる代表的なイオン化手段はエレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）である。ＥＳＩは大気圧下でのイオン化手法で、穏和でかつ高感度なイオン化法として知られている。そのため、生体関連物質の分析に多用されるようになった。
このＥＳＩを用いて、極微量成分を安定でかつ高感度に測定するためには、いくつかのパラメータを最適化する必要がある。ＥＳＩイオン源にどれだけの溶液を供給するかを決める流量は、そのパラメータの一つである。高感度測定を達成するためには、ＥＳＩ細管に流す溶液の流量はある範囲内になければならない。ＥＳＩでは１０ｎｌ／ｍｉｎ（１０−８ｌ／ｍｉｎ）から数μｌ／ｍｉｎ（１０−６ｌ／ｍｉｎ）の範囲が最適流量とされる。即ち、これ以下、これ以上の流量で溶液をＥＳＩの細管に送り込むと、ＥＳＩのイオン化が不安定になり、期待した高感度測定が達成できなくなる。
更なる微量成分の高感度測定を可能にするＥＳＩの改良技術がＵＳＰ５５０４３２９に開示されている。この技術は、後にナノスプレイ（Ｎａｎｏｓｐｒａｙ）と呼ばれるようになった。外径０．２ｍｍ、内径０．０３ｍｍ程度の極微細なガラス細管の先端をバーナーにより引伸ばすかエッチングにより鋭角化した後、ノズル先端部に金メッキ等を行なう。ノズル先端部に高圧電源から供給された１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。
ナノスプレイへの試料溶液の流量は数ｎｌ／ｍｉｎ（数１０−９ｌ／ｍｉｎ）から１０ｎｌ／ｍｉｎ（１０−８ｌ／ｍｉｎ）程度で、ナノスプレイ細管に吸い上げた試料だけで１時間以上の測定を可能にした。そのため、このナノスプレイは、ＣＥ（キャピラリ電気泳動）などの極低流量のクロマトグラフィーとの結合に用いられるとともに、単離された成分を極めて高感度に測定する手法としても用いられるようになった。ナノスプレイにより１０ｎｌ／ｍｉｎ以下の流量領域のＥＳＩ測定が可能になった。
ミクロＬＣ分野では流量が数μｌ／ｍｉｎ以下と極端に小さくなるためＬＣ部品そのものとその部品間を接続する配管の死容積（デットボリュウム）が大きな問題となる。ミクロカラムと検出器の間のデットボリュウムが流量に対して大きい場合、せっかくミクロカラムにより分離した成分が拡散混合して分離や感度が大きく損なわれる。また、ＬＣのポンプとミクロカラム間のデットボリュウムはグラジエント溶出の遅れの問題を起こす原因となる。そのため、デットボリュームは極力小さくしなければならない。
グラジエント溶出はカラムに流す溶離液の組成を時間経過にしたがって変えることにより、試料成分を迅速に溶出させる手法である。このグラジエント溶離手法は試料成分の分離を改善する。これにより、Ｓ／Ｎ比の改善が図れるとともに、測定時間の短縮が図れることから、ＬＣでは広く活用されている。ミクロＬＣではグラジエント開始が指示され複数のポンプが定められた流量で溶媒を送り出してもミクロカラムの中で溶離液の組成が実際に変わるまでに時間がかかる（遅れる）ことが問題となる。これがグラジエント溶出の遅れと言う。
今、ポンプ１はＡ溶媒を２０μＬ／ｍｉｎで送り出している。ある時刻になり、ポンプ２がＢ溶媒を０．２μｌ／ｍｉｎで送り出し始めたとする。ポンプ１、２からミクロカラムまでの間には、ミキサーと配管が存在する。これらの容積が５μｌなら、グラジエントの遅れは５／０．２＝２５０ｍｉｎ即ち、実効的にミクロカラムの中でグラジエントが開始されるのが、ポンプ２がＢ溶媒を送り初めてから２５分後となる。これでは、ミクロＬＣによる分離分析を正しく行なうことが困難になる。このグラジエント溶出の遅れを改善するには、ミキサーや配管のデットボリュウムを小さくすることが重要である。
配管の径を小さくしたり、配管の長さを短くすることなどでデットボリュウムを小さく出来る。しかし、配管の径を小さくすることは、配管が詰まりやすくなるという新しい問題を提起した。特に生体関連試料の分析の場合、試料中に存在する糖、蛋白などの生体高分子やＮａＣｌなどの塩などが配管を詰める原因となる。また、蛋白などの分離には、多くの場合移動相に１００ｍＭ以上の高濃度の塩を添加する必要がある。この高濃度の塩は配管内のデットボリュウム内に析出し最終的に配管を詰めることになる。
そのため、ミクロＬＣではグラジエント送液まではセミミクロや汎用のＬＣポンプで行い。注入口寸前で溶離液をスプリットする方式のミクロＬＣシステムが広く使用されるようになった。ポンプやミキサー更に配管までは大量（１ｍｌ／ｍｉｎから０．１ｍｌ／ｍｉｎ）の溶媒を取り扱うために、この間のデットボリュウムは無視できる。即ち、グラジエント溶出の遅れの問題はなくなる。スプリットされた微少流量（１０から数μｌ／ｍｉｎ）の溶離液がインジェクタを経てミクロカラムに導入される。この方式は、スプリッタにより大半の溶媒が廃液として廃棄されると言う欠点があるが、上記デットボリュウムに起因するグラジエントの遅れを、克服でき、かつ装置、システムを安価に構築できる。そのため、各種分野に応用されるようになってきた。
特開平６−１３０１５号公報にはマススペクトル中における特定のピーク部の状態値を基準値と比較することによって機器の異常や位置ずれ等の不具合の有無を判定するイオン注入装置、特開平１０−１３０１５号公報には液体クロマトグラフと直結しそれから溶出される成分をイオン化し検出する質量分析装置において流路の詰まりによる検出器のセルの破壊を防止する装置が示されている。
ミクロカラムの前で溶媒をスプリットする方式のミクロＬＣは汎用ＬＣやセミミクロＬＣの技術の延長といえる。そのため、ミクロＬＣが極微量の試料の分析が可能なことから、バイオ分野などに向け普及が見込まれている。しかし、この方式は、大部分の溶媒はスプリットされ廃液となり外部に廃棄される一方、ミクロカラムに流入する溶媒の量はスプリッタに供給される溶媒の１／１００から１／１０に過ぎない。そのため、仮にミクロカラムやＥＳＩキャピラリなどが、塩や蛋白などによりキャピラリが詰まって溶媒がミクロカラムに導入されなくなっても、溶媒は廃液へ流出するだけである。溶媒の圧力はスプリッタにより大気圧開放になっているため、ミクロカラムの詰まりは圧力変化を示さない。そのため、分析カラムやＥＳＩキャピラリの詰まりは検出されることはない。
その結果、ミクロカラムや配管が詰まっても異常は検出されないため，試料はオートサンプラから導入され続ける。インジェクタ付近は溶媒が流れず溶媒による洗浄がなされないため、オートサンプラやインジェクタは試料で汚染される。マススペクトルやクロマトグラムは全く得られないデータファイルが制御データ処理装置のメモリー内に大量に形成される。それにも増して重要な事はミクロカラムの詰まりにより貴重な試料が無駄に消費されることである。更に、いつの時点でミクロカラムが詰まったかも不明で、データの信憑性にも疑念が生じる結果となる。
又、前述の公報にはミクロＬＣ／ＭＳにおいて、低流量に伴う塩の析出などによる細管やＥＳＩノズルの詰まりを検知して測定を中断することによる試料の浪費を未然に防止すること、又細管の詰まりを未然に予測する特定の装置は全く開示されていない。
発明の開示
本発明の目的は、ミクロＬＣ／ＭＳにおいて、低流量に伴う塩の析出などによる細管やＥＳＩノズルの詰まりを検知して測定を中断することによる試料の浪費を未然に防止し、又細管の詰まりを未然に予測し警報を発することにより、測定中は常に有効なデータを得ることのできるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムを提供することにある。
本発明は、ミクロＬＣに直結したエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、ミクロＬＣカラムや配管、ＥＳＩキャピラリなどの詰まりを未然に防止すると共に、詰まりが起きた時点で、警報をデータに記録し、システムを停止させることにより、信頼性の高いミクロＬＣ直結が可能となる。
本発明は、クロマトグラフからの溶出液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に置かれた質量分析計に導き、マススペクトルを与えるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、特定質量のイオンの電流値をモニタし、該イオン電流値がしきい値を下回った時、異常状態を知らせる表示手段としてフラグを立てるようにするものである。
更に、本発明は、クロマトグラフからの溶出液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に置かれた質量分析計に導き、マススペクトルを与えるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、特定質量のイオン電流値を１試料に付１回以上モニタし、複数の試料の測定後にモニタされた複数のイオン電流値から近似式を求め、イオン電流値がしきい値を下回る試料測定回数を予測して、ＣＲＴなどに警報を表示するようにする。
ＥＳＩは以下のように動作する。内径０．１ｍｍ程度の金属キャピラリとある距離（数１０ｍｍ程度）をおいて配置されたカウンタ電極の間に数ｋＶの電圧を印加する。金属キャピラリに試料溶液を導入し、高電圧を印加すると、金属キャピラリ先端部に形成された高電界によりキャピラリの中の液体はキャピラリの出口において誘電分極（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）される。正イオン化モードの時、液表面には正の電荷が誘起され、負イオン化モードの時には液表面に負の電荷が誘起される。
その結果、Ｔａｙｌｏｒ ｃｏｎｅと呼ばれる円錐状の液体がキャピラリの出口から電界により大気中に引き出される。生成したＴａｙｌｏｒ ｃｏｎｅの先端部において電界の強さが表面張力に勝ると、Ｔａｙｌｏｒ ｃｏｎｅの先端から帯電した微細な液滴が大気中に放出される。生成した帯電液滴は電界に従い大気中をカウンタ電極に向け飛行し、大気分子と衝突を繰り返す。これにより帯電液滴は機械的に破砕されるとともに、液滴の表面からの溶媒の蒸発が促進され、帯電液滴は急速に微細化される。最終的に、帯電液滴中のイオンが大気中に放出される。イオンはカウンタ電極に向け大気中を飛行し、カウンタ電極に設けられた細管または細孔を通り高真空の質量分析計に導かれ質量分析される。
更に、本発明は、クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、前記試料中の特定質量を有するイオンのイオン電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記Ｉｓの急激な減少によって前記Ｉｔを下回る異常状態が発生したとき前記制御データ処理装置により異常状態を表示すると共に異常対応動作を指示する工程、前記質量分析計の質量掃引電源に掃引開始を中断する指示を行いマススペクトル収集を中断する工程、前記データ中に異常状態を記録しその警報を表示する工程、次の試料の測定を開始する信号のオートサンプラへの指示を中止する指示工程を順次有することを特徴とする。
又、本発明は、前述と同様、エレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、特定質量のイオンの電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記Ｉｓの急激な減少によるマススペクトルの収集を中断する工程、１つの試料の液体クロマトグラフ（ＬＣ）測定が続く間はマススペクトルの収集を中断せず異常状態を表示する工程、前記ＩｓがＩｔを下回った旨の異常状態を記録し、測定時間が終了しＬＣ測定が完了した時点でデータファイルを完成させる工程、異常状態が表示されている場合次の試料の測定開始の中止を指示する工程、異常状態が表示されていない場合次の試料の測定開始をオートサンプラに指示する工程を順次有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。
又、本発明は、前述のエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、特定質量のイオンの電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき前記測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記試料の注入前にカラムを移動相溶媒により平衡状態にする直前に前記試料注入１回に付き少なくとも１回前記Ｉｓを測定する工程、前記Ｉｓの急激な減少により前記Ｉｔを下回った場合異常状態を記録すると共に表示する工程、前記測定を停止し新たな試料の注入を中止する工程、前記ＩｓがＩｔを上回っている場合前記測定を継続する工程を有することを特徴とする。
以上のように、本発明は、ＥＳＩに必ず出現するＮａ＋イオンをモニタし、これがしきい値を下回ったとき、詰まりが発生したとして測定の停止を行なう。又、Ｎａ＋イオンの電流値を測定ごとに収集し、それの変化からしきい値を下回る時間を予測し、ＣＲＴなどに表示する。即ち、ミクロＬＣとＥＳＩの接続において、ＥＳＩノズルや細管等での詰まりが、測定の高スループット化やデータの信頼性を著しく損ねている。この詰まりを検知し、測定と試料導入を停止することで試料の浪費を防ぐとともに、取得データの信頼性を高めることが出来る。また、詰まりを予測することで、保守性を高めることが出来る。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の一実施例を示すエレクトロスプレイイオン化質量分析装置の全体構成図である。ミクロＬＣ１により分離された試料成分溶液は、キャピラリチューブ２を経てＥＳＩイオン源４のＥＳＩプローブ３に送られる。ＥＳＩプローブ３はＸＹＺ３軸位置決め装置９の上に配置されている。ミクロＬＣ１から送り込まれた試料溶液は、ＥＳＩプローブ３を構成するＥＳＩ細管ノズル４８に送られ、ノズル先端から大気中に帯電液滴６として噴霧イオン流が形成される。帯電液滴６はイオンとなって大気中に放出され、真空隔壁１１に設けられた細管８から真空室１２に取り込まれる。質量分析装置は圧力の異なったいくつかの真空室１２、１５、１９で構成され、各々の室は独立の真空ポンプ２０、２１、２２により真空排気される。
真空室１２にはスキマーが配置され、真空室１５にはイオンガイド１６が配置され、真空室１９は高真空に保たれ質量分析計と検出器１８が配置される。イオンはイオンガイド１６を経て質量分析計１７に導入され質量分析される。質量掃引電源２３から供給される電圧が掃引されると、イオンは質量ごとに分離され検出器１８によりイオン電流が検出される。質量ごとに対応したイオン電流の信号は制御データ処理装置２４に送られマススペクトルとして収集される。
イオンガイド１６は、４本、６本又は８本の金属性の円柱をある円周上に等間隔に並ぺて円筒状の電極からなり、この円柱をひとつ置きに結線し、２組の電極間に高周波を印加し、このイオンガイドの中心軸上にイオンを導入すると、イオンは高周波により振動を受けガス分子と衝突しイオンガイドの軸上に収束されるようになる。このイオンガイドによりイオンを損失なく移送することができる。
細管８は、ＳＵＳなどの金属やガラス製のパイプであり、内径０．４〜０．３ｍｍ程度で長さが１０ｃｍ程度のものが良く、加熱のためヒータを周囲に被覆したものが用いられる。
質量分析計１７として、イオントラップ質量分析計においては双曲線の回転対称体である３つの電極で構成され、図中において省略されているが、ドーナツ状のリング電極とそれを両脇から挟むように２つのエンドキャップ電極が配置される。リング電極に主高周波電源２３から主高周波電圧を印加することにより、これら３つの電極によって作られた空間内に四重極電界が形成される。ＥＳＩイオン源で生成されたイオンは真空内に取り込まれ、スキマー、イオンガイドを経てイオントラップ質量分析計に到達する。イオントラップ電極の前にはイオンゲート電極配置され、イオンはイオントラップ内に導入したり阻止したりされる。
イオンゲート電極にイオンと同極性の電圧を印加すると、イオンを阻止即ちイオンゲートＯＦＦの状態となり、逆にイオンと逆極性の電圧を印加するとイオンをイオントラップ内に導入することができる。即ちイオンゲートＯＮの状態となる。
又、主高周波がリング電極に印加されている時、イオンをある時間導入することにより、イオンをイオントラップ内に蓄積することができる。これによりイオン量が変動するイオン源でも平均的なマススペクトルを得ることができる。イオンゲートをＯＦＦにしてＭＳ／ＭＳを行い、その後、リング電極に印加した主高周波電圧の電圧を掃引することにより、マススペクトルを得ることができる。
図中、４はＥＳＩイオン源、５は高電圧電源、６は噴霧イオン流、７はイオン源空間、１３はスキマー、１４は真空隔壁、１８は検出器、４９は廃液瓶である。
図２はミクロＬＣ１とＥＳＩイオン源４の構成図である。２つの移動相溶媒がそれぞれの溶媒瓶４０、４１に保管されている。２つの溶媒は２つのポンプ４２、４３によりおのおの吸引吐出されミクロミキサ４４により混合される。２つの溶媒の組成比はグラジエントパラメータに沿ってポンプからの吐出量を変えることにより制御される。混合された移動相溶媒は次にフロースプリッタ４５によりスプリットされる。スプリット比は通常１／１０から１／１００程度で外部から設定できるようになっている。１μｌ／ｍｉｎから１０μｌ／ｍｉｎにスプリットされた移動相溶媒はインジェクタ４６を経由してミクロカラム４７に送られる。
試料溶液がインジェクタから導入され、ミクロカラム４７により成分毎に分離される。分離された成分はＥＳＩノズル４８に送られる。ＥＳＩノズル４８には高電圧電源５から数ｋＶ程度の高電圧供給印加される。ＥＳＩノズル４８の先端部に生成した高電界により、試料溶液は大気中に噴霧イオン化される。ＥＳＩノズル４８に印加する高電圧の極性を切り替えることにより、正負イオン化モードは切り替えられる。
図３は、繰り返しマススペクトル収集とＮａ＋イオンをモニタする方式の本発明の動作フローチャートを示す図である。ＬＣ／ＭＳ分析が開始され、試料がインジェクタ４６からミクロカラム４７に導入される。試料は成分毎に分離され時間経過に従いＥＳＩイオン源４に送り込まれイオン化される。質量分析装置は質量掃引を繰り返しマススペクトルは繰り替えし収集される。マススペクトルは制御データ処理装置に記憶される。
質量２３のイオンの電流値Ｉ２３としきい値Ｉｔとを比較し、Ｉ２３がＩｔを超えて（Ｉ２３＞Ｉｔ）いれば、測定を継続する。測定終了時間までにＩ２３がＩｔを下回ることがなければ、測定が正しく終了したとしてデータを処理しファイルを完成させた後、次の試料の測定に移る。
もし、ある時点でミクロカラム等が詰まると、Ｎａ＋のイオン量は急激に減少する。そのため測定値Ｉ２３はＩｔを下回る（Ｉ２３＜Ｉｔ）事となる。制御データ処理装置は異常フラグを立て異常対応動作に入る。即ち、質量掃引電源２３に掃引開始の指示を送らないようにしてマススペクトル収集を中断する。更にデータ中に異常中断を記載しファイルを完成させる。また、異常を知らせる警報をＣＲＴなどに表示する。
この試料のＬＣ測定が終了しても、制御データ処理装置は次の試料の測定を開始する信号をオートサンプラに伝達しない。これにより、異常発生後の試料の導入は中止され、試料の浪費を避けることが出来る。
図４は、異常状態になっても測定を中断せず、異常状態をデータに記載する方式の本発明の動作フローチャートを示す図である。図３の例ではミクロカラムの詰まりに起因するＩ２３の異常低下を検出した時、マススペクトルの収集を中断した。しかし、ここでは１つの試料のＬＣ測定が続く間はマススペクトルの収集を中断せず、異常フラグを立てるようにする。測定時間が終了しＬＣ測定が完了した時点で、データ上にＩ２３がＩｔを下回った旨の異常状態を記録し、データファイルを完成させる。ここで異常フラグを調べ、異常フラグが立っていた場合には、次の試料の測定は開始しない。異常フラッグが立っていなければ、次の試料の測定を開始するようオートサンプラに指示を出す。
図５は、試料注入の前にＩ２３をモニタする方式に関する本発明の動作フローチャートを示す図である。ミクロカラムや配管、ＥＳＩノズルの詰まりの発生をＩ２３により常時モニタするのではなく、試料注入１回に付１回または複数回モニタするように限定しても良い。一般にＬＣ分析では再現性の高い測定を行なうため、試料の注入前にカラムを移動相溶媒により平衡状態にする所謂イニシャライズを行なう必要がある。このイニシャライズが終了する直前にＮａ＋やＣｌ−イオンをモニタしても良い。
一連の試料の測定を行なう場合、このイニシャライズは同じ条件となる場合が多い。そのため、イオンのモニタリング条件が一致し好都合である。詰まりによりＩ２３がしきい値を下回った場合、異常フラグを立てる。異常をデータに記録するとともに、異常状態をＣＲＴ上などに表示する、さらに測定を停止する。即ち、新たな試料の注入は行なわれない。Ｉ２３がしきい値を上回っている場合、測定を継続する。イオン電流値のモニタを１回でなく、複数回の平均を取る事でノイズ等に強くすることも出来る。また決められた間隔例えば１０分ごとに１回イオンをモニタしても良い。
図６は、ＥＳＩ正イオンモードにおける典型的なマススペクトルを示す。一般に、マススペクトルは多くのイオン種で構成される。低質量領域には質量数ｍ／ｚ＝１８のアンモニュウムイオンＮＨ４ ＋、質量数ｍ／ｚ＝２３のＮａ＋イオン等のアルカリ金属イオンやそれらのイオンに溶媒分子Ｓが付加した（ＮＨ４ ＋＋Ｓ）＋や（Ｎａ＋Ｓ）＋イオンが良く出現する。ＥＳＩイオン源に導入される試料は多くの場合混合物である場合が多い。その場合、混合成分に由来する不純物イオン（Ｉ＋Ｈ）＋が出現する。主成分に由来する擬分子イオン（Ｍ＋Ｈ）＋や擬分子イオンが開裂したフラグメントイオン（Ｍ＋Ｈ−Ｎ）＋などが出現する。擬分子イオンよりも高質量領域には擬分子イオンに溶媒分子が付加した（Ｍ＋Ｈ＋Ｓ）＋イオンなどが出現する。
図７は、ＥＳＩ負イオンモードにおけるマススペクトルを示す。正イオンモードと同様にマススペクトルは多くのイオン種で構成される。低質量領域にはＣｌ−、ＳＯ４Ｈ−やそれらイオンに溶媒が付加したイオン（Ｓ−Ｈ）−が出現する。また混合成分に由来する不純物イオン（Ｉ−Ｈ）−が出現する。主成分に由来する擬分子イオン（Ｍ−Ｈ）−や擬分子イオンが開裂したフラグメントイオン（Ｍ−Ｈ−Ｎ）−などが出現する。擬分子イオンよりも高質量領域には擬分子イオンに溶媒分子が付加した（Ｍ−Ｈ＋Ｓ）−イオンなどが出現する。
このように低質量領域には、試料や移動相に関係のないＮａ＋やＣｌ−イオンが良く観察される。これは試料や溶媒中に不純物としてＮａＣｌなどの塩が極微量存在することと、ＬＣ／ＭＳ装置がわずかながらＮａＣｌ等に汚染されている事が考えられる。特にＮａ＋やＣｌ−イオンは、コロナ放電による大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）では全く生成されずＥＳＩによってのみイオン化検出が可能なイオン種である。そのため、測定者は装置の立上げの際、溶媒のみをＥＳＩイオン源に導入し、Ｎａ＋やＣｌ−イオンの存在をマススペクトル中に観察することにより、装置が順調に稼動していることを確認できる。
本発明では正イオンモード時はＮａ＋イオン、負イオンモードではＣｌ−イオンを適宜観察し、そのイオン電流値でしきい値を超えているか否かによりＥＳＩが正常動作と異常所帯を識別するようにしている。
モニタするイオン種として正イオンモードでＮＨ４ ＋等も採用可能である。移動相にトリエチルアミンを極わずか混入し、この擬分子イオン（Ｃ２Ｈ５）３ＮＨ＋をモニタしても良い。即ち、モニタするイオン種は測定に応じて質量を選択して設定して良い。
図８は測定動作の模式図である。決められた間隔０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３で質量掃引が繰り返される。この質量掃引に従いマススペクトルが繰り返し収集される。イオンａがモニタするイオンとすると、試料成分の有無に関わらずマススペクトル上に観察される。このイオン電流をトレースしたものがマスクロマトグラムである。試料成分がＥＳＩイオン源に流入してくるとそれに相当した擬分子イオンｂが増加する。
図９は、その結果を制御データ処理装置によりマスクロマトグラムに整理された図である。図９上段のクロマトグラムは、ある質量範囲のイオン電流を積算したものをトレースしたもので、全イオンクロマトグラム（ＴＩＣ）と呼ばれている。ここでは３つの成分が検出されている。３つの成分が溶出されている間、Ｎａ＋イオンはわずかなうねりや変動はあるものの、ほぼ平坦なマスクロマトグラムを与えている。これはミクロＬＣとＥＳＩが正常に動作していることを示している。
図１０は測定中にＥＳＩノズルが詰まった場合の例を示す図である。Ｎａ＋イオンのイオン電流が測定途中で零状態となり、ＥＳＩノズルが詰まったと推定される。一方ＴＩＣにおいて詰まる前に溶出した成分はピークとして検出される。測定途中で詰まりが生じると、試料成分がＥＳＩイオン源に導入されないためその後の成分は検出されずにＴＩＣはベースラインをトレースしている。もしＮａ＋イオンをモニタせずにＴＩＣトレースのみ見ていれば、この試料には元々１成分しか含まれていないと誤認する可能性が高い。Ｎａ＋イオンの測定により、異常が容易に判断出来る。そのため、次の試料の注入、測定は停止され、貴重な試料の浪費は未然に予防できる。もしＮａ＋イオンをモニタせずに測定を継続すると、図１１に相当する無意味なデータが大量に制御データ処理装置に記録されるばかりでなく試料が無駄に浪費される。この場合、測定者は試料中に測定対象成分が元々含まれていないためにこのようなデータが得られたのか、測定が正常に行なわれなかったか判断が困難になる。
図１２は本発明の別の実施例を示す図である。ミクロカラムやＥＳＩノズルの詰まりは突然起きることもあるが、多くの場合不揮発性成分が細管の内壁に次第に析出し最終的に細管を詰めてしまう場合が多い。この細管が次第に狭くなる情報を事前に知ることが出来れば、測定者は安心して測定を進めることが出来る。
図１２は、Ｎａ＋イオンの強度と測定回数との関係を示す線図である。試料注入の前のイニシャライズにおいて特定イオンのイオン電流をモニタし、制御データ処理装置が記録する。イオン電流値と測定回数（ｎ）の相関を求める。一次関数の相関から、この一次関数の傾斜が負となった場合、近似関数を外挿して詰まりのレベル（ＴＬ）との交点ｎを求める。これから、現在の測定点Ｐとつまりが予測される点ｎとの差（ｎ−Ｐ）が詰まりまでの回数を示している。（ｎ−Ｐ）が充分に余裕のある場合は測定を継続できるが、（ｎ−Ｐ）が小さくなった場合、ＣＲＴなどに警報を出力したり、貴重な試料はこの段階で測定を回避できる。また、早めにカラムや細管、ノズルなどの準備や交換も可能になる。
図１３、１４は本発明の別の実施例を示す。現在、ＬＣ／ＭＳとして原理を異にする質量分析計が用いられている。それらは、四重極ＭＳ（ＱＭＳ）、磁場型ＭＳ、ＴＯＦ、イオントラップＭＳやイオンサイクロトロン共鳴ＭＳ（ＩＣＲＭＳ）などである。イオントラップＭＳやイオンサイクロトロン共鳴ＭＳ（ＩＣＲＭＳ）などはイオン蓄積形のＭＳとも呼ばれ、他のＭＳとは動作原理が違っている。
イオントラップＭＳはドーナツ状のリング電極を挟むように回転双曲面の２つのエンドキャップ電極を相対峙させた構造を持った小形なＭＳである。リング電極に主高周波電圧を印加して、３つの電極に囲まれたイオントラップ空間にイオンをトラップする。次に主高周波電圧を掃引するとイオンは、質量順にイオントラップ空間から順次放出される。放出されたイオンを検知することでマススペクトルが得られる。ＱＭＳなどと異なり、イオントラップＭＳはイオンの導入、蓄積と質量掃引、マススペクトル取得が時分割で行なわれる。
図１３に示すように、０〜ｔ１はイオンの導入、蓄積の期間で、ＥＳＩイオン源で生成されたイオンがイオントラップ空間に導入蓄積される期間である。この期間、主高周波電圧は低く設定され、広質量範囲のイオンをトラップできるようにする。ｔ１〜ｔ２の期間は、イオンの導入が停止されるとともに、主高周波電圧が掃引されてマススペクトルが取得される。
即ち、０〜ｔ２の期間に一つのマススペクトルが取得される。これを繰り返して、ＬＣ／ＭＳ測定が行なわれる。Ｎａ＋イオンの質量は２３である。イオンの導入、蓄積期間に設定される主高周波電圧（これをイオンレベルＩＬと呼ぶ）は当然Ｎａ＋イオンをトラップできる低い電圧でなければならない。イオンをイオントラップ内に効率よくトラップできる最大質量はＩＬの３０倍程度とされる。Ｎａ＋をトラップできるようにＩＬを２０とすると、最大質量は２０＊３０＝６００となる。Ｎａ＋イオンがトラップできるようにＩＬを低くすると、質量が６００以上であるペプチドや蛋白などのイオンはトラップできない、即ち測定できないと言う問題が生じる。図１３でａがＮａ＋イオンである。質量６００以下のｂイオンは測定できる。
図１４は高質量のイオンの測定とＮａ＋イオンの測定を行なう方法を示す図である。０〜ｔ１はイオンの導入蓄積の期間である。この期間においてイオンレベルＩＬ１は２０以下に設定され、Ｎａ＋イオンはトラップされる。ｔ１〜ｔ２では、主高周波電圧が掃引されＮａ＋イオンの電流値Ｉ２３が得られる。次にｔ２〜ｔ３では、高質量試料に備えてイオンレベル（ＩＬ２）は７０程度に設定される。これにより質量７０から２０００程度までのイオンがトラップされる。ｔ３〜ｔ４では、質量７０から２０００まで質量掃引が行なわれ、マススペクトルが取得される。ｔ４からｔｎまで、次々に高質量のイオンのトラップとマススペクトル取得を繰り返す。マススペクトル取得の周期は０．２秒程度であるから、Ｎａ＋イオンのモニタは高質量のマススペクトル取得１００回対して１回程度としても詰まりの検出は可能になる。
イオントラップＭＳの場合、イオンレベルＩＬを変えることにより低質量のＮａ＋イオンのモニタと高質量のマススペクトル取得を矛盾無く行なうことが可能になる。
イオン電流値としきい値を比較するのは、検出器のノイズと実際の信号とを区別するためで、しきい値は装置の条件により設定値を変えてもよい。
ここでは、主にＥＳＩとミクロＬＣの結合について記述したが、本発明は汎用ＬＣ、セミミクロＬＣ、ミクロＬＣ、ＣＥ等の各種クロマトグラフィとＥＳＩまたはその改良技術であるイオンスプレイ（Ｉｏｎ Ｓｐｒａｙ）、ソニックスプレイ（Ｓｏｎｉｃ Ｓｐｒａｙ）、ナノスプレイ（Ｎａｎｏ Ｓｐｒａｙ）などのイオン化技術との結合に応用可能である。
また、ここではＩ２３の減少の原因が主として細管等のつまりとして記述した。しかし、ＥＳＩノズル先端部の汚れによる噴霧の乱れや噴霧方向の偏向などによりＩ２３の減少は起きる事がある。この場合、測定対象成分のイオン電流値も大幅に減少する。そのため、Ｉ２３をモニタし、これがしきい値を下回る時異常状態とする事は、たとえ原因が異なっていても有効である。
以上、モニタするイオン種をＮａ＋で説明してきたが、Ｃｌ−でも、設定された他のイオン種（例えばＮＨ４ ＋イオン）でも良い。要は測定の間、ＬＣの条件に関わらず安定に存在するイオン種であれば良い。そのため、バックグラウンドとして出現するＮａ＋のほか、酢酸アンモニュウムＣＨ３ＣＯ２ＮＨ４などをＬＣ溶離液中に微量混入して、出現するＮＨ４ ＋イオンを用いても良い。
産業上の利用可能性
ミクロＬＣ／ＭＳは低流量のため、デットボリュウムは極力小さく、又細管の径が小さくする必要がある。また、流量が遅いことによる細管内に試料や塩が析出しやすく細管やＥＳＩノズルへの詰まりが頻繁に起きる、本発明によれば、詰まりを未然に予測し、又細管が詰まっても即座に詰まりを検知して、測定を中断することにより試料の浪費をなくし、取得データの信頼性を高めると共に、詰まりの部品の早期交換など保守性を高めることが出来るエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施例を示すエレクトロスプレイイオン化質量分析装置の全体構成図、図２は本発明の一実施例のミクロＬＣとＥＳＩイオン源を示す構成図、図３は本発明の一実施例の動作フロー図、図４は本発明の一実施例の動作フロー図、図５は本発明の一実施例の動作フロー図、図６はＥＳＩ正イオンモードにおけるマススペクトル説明図、図７はＥＳＩ負イオンモードにおけるマススペクトル説明図、図８は本発明の測定動作を示す説明図、図９は本発明のマスクロマトグラム説明図、図１０はＥＳＩノズルが測定途中で詰まった場合の本発明のマスクロマトグラム説明図、図１１はＥＳＩノズルが測定開始から詰まった場合の増すクロマトグラムの説明図、図１２はＥＳＩノズルの詰まりを予測する方法の説明図、図１３は本発明のイオントラップ質量分析計を用いた測定動作を示す説明図、図１４は本発明のイオントラップ質量分析計を用いた測定動作を示す別の例の説明図である。
本発明は、ミクロ液体クロマトグラフ等の低流量のクロマトグラフから溶出する試料溶液をエレクトロスプレイ（ＥＳＩ）イオン源に導入してイオン化し、該イオン源で生成したイオンを高真空中に配置された質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムに関する。
背景技術
最近、バイオ分野の研究は目覚しく、その研究対象は多肢にわたっている。特に、蛋白、ペプチド、ＤＮＡなどは生体中で極めて重要な働きを担っているため、多くの研究者の研究対象とされてきた。一般に、これら生体由来の有機化合物は、複雑なマトリックス中に極微量しか存在しない。これら極微量の生体関連有機化合物を生体から抽出し液体クロマトグラフ直結質量分析計（ＬＣ／ＭＳ装置）により高感度に分析したいとする要求が高まってきた。ＬＣ／ＭＳ装置は混合物を液体クロマトグラフ（ＬＣ）により分離し質量分析計（ＭＳ）で高感度に定性定量分析する装置である。ＬＣ／ＭＳで用いられる代表的なイオン化手段はエレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）である。ＥＳＩは大気圧下でのイオン化手法で、穏和でかつ高感度なイオン化法として知られている。そのため、生体関連物質の分析に多用されるようになった。
このＥＳＩを用いて、極微量成分を安定でかつ高感度に測定するためには、いくつかのパラメータを最適化する必要がある。ＥＳＩイオン源にどれだけの溶液を供給するかを決める流量は、そのパラメータの一つである。高感度測定を達成するためには、ＥＳＩ細管に流す溶液の流量はある範囲内になければならない。ＥＳＩでは１０ｎｌ／ｍｉｎ（１０−８ｌ／ｍｉｎ）から数μｌ／ｍｉｎ（１０−６ｌ／ｍｉｎ）の範囲が最適流量とされる。即ち、これ以下、これ以上の流量で溶液をＥＳＩの細管に送り込むと、ＥＳＩのイオン化が不安定になり、期待した高感度測定が達成できなくなる。
更なる微量成分の高感度測定を可能にするＥＳＩの改良技術がＵＳＰ５５０４３２９に開示されている。この技術は、後にナノスプレイ（Ｎａｎｏｓｐｒａｙ）と呼ばれるようになった。外径０．２ｍｍ、内径０．０３ｍｍ程度の極微細なガラス細管の先端をバーナーにより引伸ばすかエッチングにより鋭角化した後、ノズル先端部に金メッキ等を行なう。ノズル先端部に高圧電源から供給された１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。
ナノスプレイへの試料溶液の流量は数ｎｌ／ｍｉｎ（数１０−９ｌ／ｍｉｎ）から１０ｎｌ／ｍｉｎ（１０−８ｌ／ｍｉｎ）程度で、ナノスプレイ細管に吸い上げた試料だけで１時間以上の測定を可能にした。そのため、このナノスプレイは、ＣＥ（キャピラリ電気泳動）などの極低流量のクロマトグラフィーとの結合に用いられるとともに、単離された成分を極めて高感度に測定する手法としても用いられるようになった。ナノスプレイにより１０ｎｌ／ｍｉｎ以下の流量領域のＥＳＩ測定が可能になった。
ミクロＬＣ分野では流量が数μｌ／ｍｉｎ以下と極端に小さくなるためＬＣ部品そのものとその部品間を接続する配管の死容積（デットボリュウム）が大きな問題となる。ミクロカラムと検出器の間のデットボリュウムが流量に対して大きい場合、せっかくミクロカラムにより分離した成分が拡散混合して分離や感度が大きく損なわれる。また、ＬＣのポンプとミクロカラム間のデットボリュウムはグラジエント溶出の遅れの問題を起こす原因となる。そのため、デットボリュームは極力小さくしなければならない。
グラジエント溶出はカラムに流す溶離液の組成を時間経過にしたがって変えることにより、試料成分を迅速に溶出させる手法である。このグラジエント溶離手法は試料成分の分離を改善する。これにより、Ｓ／Ｎ比の改善が図れるとともに、測定時間の短縮が図れることから、ＬＣでは広く活用されている。ミクロＬＣではグラジエント開始が指示され複数のポンプが定められた流量で溶媒を送り出してもミクロカラムの中で溶離液の組成が実際に変わるまでに時間がかかる（遅れる）ことが問題となる。これがグラジエント溶出の遅れと言う。
今、ポンプ１はＡ溶媒を２０μＬ／ｍｉｎで送り出している。ある時刻になり、ポンプ２がＢ溶媒を０．２μｌ／ｍｉｎで送り出し始めたとする。ポンプ１、２からミクロカラムまでの間には、ミキサーと配管が存在する。これらの容積が５μｌなら、グラジエントの遅れは５／０．２＝２５０ｍｉｎ即ち、実効的にミクロカラムの中でグラジエントが開始されるのが、ポンプ２がＢ溶媒を送り初めてから２５分後となる。これでは、ミクロＬＣによる分離分析を正しく行なうことが困難になる。このグラジエント溶出の遅れを改善するには、ミキサーや配管のデットボリュウムを小さくすることが重要である。
配管の径を小さくしたり、配管の長さを短くすることなどでデットボリュウムを小さく出来る。しかし、配管の径を小さくすることは、配管が詰まりやすくなるという新しい問題を提起した。特に生体関連試料の分析の場合、試料中に存在する糖、蛋白などの生体高分子やＮａＣｌなどの塩などが配管を詰める原因となる。また、蛋白などの分離には、多くの場合移動相に１００ｍＭ以上の高濃度の塩を添加する必要がある。この高濃度の塩は配管内のデットボリュウム内に析出し最終的に配管を詰めることになる。
そのため、ミクロＬＣではグラジエント送液まではセミミクロや汎用のＬＣポンプで行い。注入口寸前で溶離液をスプリットする方式のミクロＬＣシステムが広く使用されるようになった。ポンプやミキサー更に配管までは大量（１ｍｌ／ｍｉｎから０．１ｍｌ／ｍｉｎ）の溶媒を取り扱うために、この間のデットボリュウムは無視できる。即ち、グラジエント溶出の遅れの問題はなくなる。スプリットされた微少流量（１０から数μｌ／ｍｉｎ）の溶離液がインジェクタを経てミクロカラムに導入される。この方式は、スプリッタにより大半の溶媒が廃液として廃棄されると言う欠点があるが、上記デットボリュウムに起因するグラジエントの遅れを、克服でき、かつ装置、システムを安価に構築できる。そのため、各種分野に応用されるようになってきた。
特開平６−１３０１５号公報にはマススペクトル中における特定のピーク部の状態値を基準値と比較することによって機器の異常や位置ずれ等の不具合の有無を判定するイオン注入装置、特開平１０−１３０１５号公報には液体クロマトグラフと直結しそれから溶出される成分をイオン化し検出する質量分析装置において流路の詰まりによる検出器のセルの破壊を防止する装置が示されている。
ミクロカラムの前で溶媒をスプリットする方式のミクロＬＣは汎用ＬＣやセミミクロＬＣの技術の延長といえる。そのため、ミクロＬＣが極微量の試料の分析が可能なことから、バイオ分野などに向け普及が見込まれている。しかし、この方式は、大部分の溶媒はスプリットされ廃液となり外部に廃棄される一方、ミクロカラムに流入する溶媒の量はスプリッタに供給される溶媒の１／１００から１／１０に過ぎない。そのため、仮にミクロカラムやＥＳＩキャピラリなどが、塩や蛋白などによりキャピラリが詰まって溶媒がミクロカラムに導入されなくなっても、溶媒は廃液へ流出するだけである。溶媒の圧力はスプリッタにより大気圧開放になっているため、ミクロカラムの詰まりは圧力変化を示さない。そのため、分析カラムやＥＳＩキャピラリの詰まりは検出されることはない。
その結果、ミクロカラムや配管が詰まっても異常は検出されないため，試料はオートサンプラから導入され続ける。インジェクタ付近は溶媒が流れず溶媒による洗浄がなされないため、オートサンプラやインジェクタは試料で汚染される。マススペクトルやクロマトグラムは全く得られないデータファイルが制御データ処理装置のメモリー内に大量に形成される。それにも増して重要な事はミクロカラムの詰まりにより貴重な試料が無駄に消費されることである。更に、いつの時点でミクロカラムが詰まったかも不明で、データの信憑性にも疑念が生じる結果となる。
又、前述の公報にはミクロＬＣ／ＭＳにおいて、低流量に伴う塩の析出などによる細管やＥＳＩノズルの詰まりを検知して測定を中断することによる試料の浪費を未然に防止すること、又細管の詰まりを未然に予測する特定の装置は全く開示されていない。
発明の開示
本発明の目的は、ミクロＬＣ／ＭＳにおいて、低流量に伴う塩の析出などによる細管やＥＳＩノズルの詰まりを検知して測定を中断することによる試料の浪費を未然に防止し、又細管の詰まりを未然に予測し警報を発することにより、測定中は常に有効なデータを得ることのできるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムを提供することにある。
本発明は、ミクロＬＣに直結したエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、ミクロＬＣカラムや配管、ＥＳＩキャピラリなどの詰まりを未然に防止すると共に、詰まりが起きた時点で、警報をデータに記録し、システムを停止させることにより、信頼性の高いミクロＬＣ直結が可能となる。
本発明は、クロマトグラフからの溶出液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に置かれた質量分析計に導き、マススペクトルを与えるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、特定質量のイオンの電流値をモニタし、該イオン電流値がしきい値を下回った時、異常状態を知らせる表示手段としてフラグを立てるようにするものである。
更に、本発明は、クロマトグラフからの溶出液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に置かれた質量分析計に導き、マススペクトルを与えるエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、特定質量のイオン電流値を１試料に付１回以上モニタし、複数の試料の測定後にモニタされた複数のイオン電流値から近似式を求め、イオン電流値がしきい値を下回る試料測定回数を予測して、ＣＲＴなどに警報を表示するようにする。
ＥＳＩは以下のように動作する。内径０．１ｍｍ程度の金属キャピラリとある距離（数１０ｍｍ程度）をおいて配置されたカウンタ電極の間に数ｋＶの電圧を印加する。金属キャピラリに試料溶液を導入し、高電圧を印加すると、金属キャピラリ先端部に形成された高電界によりキャピラリの中の液体はキャピラリの出口において誘電分極（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）される。正イオン化モードの時、液表面には正の電荷が誘起され、負イオン化モードの時には液表面に負の電荷が誘起される。
その結果、Ｔａｙｌｏｒ ｃｏｎｅと呼ばれる円錐状の液体がキャピラリの出口から電界により大気中に引き出される。生成したＴａｙｌｏｒ ｃｏｎｅの先端部において電界の強さが表面張力に勝ると、Ｔａｙｌｏｒ ｃｏｎｅの先端から帯電した微細な液滴が大気中に放出される。生成した帯電液滴は電界に従い大気中をカウンタ電極に向け飛行し、大気分子と衝突を繰り返す。これにより帯電液滴は機械的に破砕されるとともに、液滴の表面からの溶媒の蒸発が促進され、帯電液滴は急速に微細化される。最終的に、帯電液滴中のイオンが大気中に放出される。イオンはカウンタ電極に向け大気中を飛行し、カウンタ電極に設けられた細管または細孔を通り高真空の質量分析計に導かれ質量分析される。
更に、本発明は、クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、前記試料中の特定質量を有するイオンのイオン電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記Ｉｓの急激な減少によって前記Ｉｔを下回る異常状態が発生したとき前記制御データ処理装置により異常状態を表示すると共に異常対応動作を指示する工程、前記質量分析計の質量掃引電源に掃引開始を中断する指示を行いマススペクトル収集を中断する工程、前記データ中に異常状態を記録しその警報を表示する工程、次の試料の測定を開始する信号のオートサンプラへの指示を中止する指示工程を順次有することを特徴とする。
又、本発明は、前述と同様、エレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、特定質量のイオンの電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記Ｉｓの急激な減少によるマススペクトルの収集を中断する工程、１つの試料の液体クロマトグラフ（ＬＣ）測定が続く間はマススペクトルの収集を中断せず異常状態を表示する工程、前記ＩｓがＩｔを下回った旨の異常状態を記録し、測定時間が終了しＬＣ測定が完了した時点でデータファイルを完成させる工程、異常状態が表示されている場合次の試料の測定開始の中止を指示する工程、異常状態が表示されていない場合次の試料の測定開始をオートサンプラに指示する工程を順次有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。
又、本発明は、前述のエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、特定質量のイオンの電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき前記測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記試料の注入前にカラムを移動相溶媒により平衡状態にする直前に前記試料注入１回に付き少なくとも１回前記Ｉｓを測定する工程、前記Ｉｓの急激な減少により前記Ｉｔを下回った場合異常状態を記録すると共に表示する工程、前記測定を停止し新たな試料の注入を中止する工程、前記ＩｓがＩｔを上回っている場合前記測定を継続する工程を有することを特徴とする。
以上のように、本発明は、ＥＳＩに必ず出現するＮａ＋イオンをモニタし、これがしきい値を下回ったとき、詰まりが発生したとして測定の停止を行なう。又、Ｎａ＋イオンの電流値を測定ごとに収集し、それの変化からしきい値を下回る時間を予測し、ＣＲＴなどに表示する。即ち、ミクロＬＣとＥＳＩの接続において、ＥＳＩノズルや細管等での詰まりが、測定の高スループット化やデータの信頼性を著しく損ねている。この詰まりを検知し、測定と試料導入を停止することで試料の浪費を防ぐとともに、取得データの信頼性を高めることが出来る。また、詰まりを予測することで、保守性を高めることが出来る。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の一実施例を示すエレクトロスプレイイオン化質量分析装置の全体構成図である。ミクロＬＣ１により分離された試料成分溶液は、キャピラリチューブ２を経てＥＳＩイオン源４のＥＳＩプローブ３に送られる。ＥＳＩプローブ３はＸＹＺ３軸位置決め装置９の上に配置されている。ミクロＬＣ１から送り込まれた試料溶液は、ＥＳＩプローブ３を構成するＥＳＩ細管ノズル４８に送られ、ノズル先端から大気中に帯電液滴６として噴霧イオン流が形成される。帯電液滴６はイオンとなって大気中に放出され、真空隔壁１１に設けられた細管８から真空室１２に取り込まれる。質量分析装置は圧力の異なったいくつかの真空室１２、１５、１９で構成され、各々の室は独立の真空ポンプ２０、２１、２２により真空排気される。
真空室１２にはスキマーが配置され、真空室１５にはイオンガイド１６が配置され、真空室１９は高真空に保たれ質量分析計と検出器１８が配置される。イオンはイオンガイド１６を経て質量分析計１７に導入され質量分析される。質量掃引電源２３から供給される電圧が掃引されると、イオンは質量ごとに分離され検出器１８によりイオン電流が検出される。質量ごとに対応したイオン電流の信号は制御データ処理装置２４に送られマススペクトルとして収集される。
イオンガイド１６は、４本、６本又は８本の金属性の円柱をある円周上に等間隔に並ぺて円筒状の電極からなり、この円柱をひとつ置きに結線し、２組の電極間に高周波を印加し、このイオンガイドの中心軸上にイオンを導入すると、イオンは高周波により振動を受けガス分子と衝突しイオンガイドの軸上に収束されるようになる。このイオンガイドによりイオンを損失なく移送することができる。
細管８は、ＳＵＳなどの金属やガラス製のパイプであり、内径０．４〜０．３ｍｍ程度で長さが１０ｃｍ程度のものが良く、加熱のためヒータを周囲に被覆したものが用いられる。
質量分析計１７として、イオントラップ質量分析計においては双曲線の回転対称体である３つの電極で構成され、図中において省略されているが、ドーナツ状のリング電極とそれを両脇から挟むように２つのエンドキャップ電極が配置される。リング電極に主高周波電源２３から主高周波電圧を印加することにより、これら３つの電極によって作られた空間内に四重極電界が形成される。ＥＳＩイオン源で生成されたイオンは真空内に取り込まれ、スキマー、イオンガイドを経てイオントラップ質量分析計に到達する。イオントラップ電極の前にはイオンゲート電極配置され、イオンはイオントラップ内に導入したり阻止したりされる。
イオンゲート電極にイオンと同極性の電圧を印加すると、イオンを阻止即ちイオンゲートＯＦＦの状態となり、逆にイオンと逆極性の電圧を印加するとイオンをイオントラップ内に導入することができる。即ちイオンゲートＯＮの状態となる。
又、主高周波がリング電極に印加されている時、イオンをある時間導入することにより、イオンをイオントラップ内に蓄積することができる。これによりイオン量が変動するイオン源でも平均的なマススペクトルを得ることができる。イオンゲートをＯＦＦにしてＭＳ／ＭＳを行い、その後、リング電極に印加した主高周波電圧の電圧を掃引することにより、マススペクトルを得ることができる。
図中、４はＥＳＩイオン源、５は高電圧電源、６は噴霧イオン流、７はイオン源空間、１３はスキマー、１４は真空隔壁、１８は検出器、４９は廃液瓶である。
図２はミクロＬＣ１とＥＳＩイオン源４の構成図である。２つの移動相溶媒がそれぞれの溶媒瓶４０、４１に保管されている。２つの溶媒は２つのポンプ４２、４３によりおのおの吸引吐出されミクロミキサ４４により混合される。２つの溶媒の組成比はグラジエントパラメータに沿ってポンプからの吐出量を変えることにより制御される。混合された移動相溶媒は次にフロースプリッタ４５によりスプリットされる。スプリット比は通常１／１０から１／１００程度で外部から設定できるようになっている。１μｌ／ｍｉｎから１０μｌ／ｍｉｎにスプリットされた移動相溶媒はインジェクタ４６を経由してミクロカラム４７に送られる。
試料溶液がインジェクタから導入され、ミクロカラム４７により成分毎に分離される。分離された成分はＥＳＩノズル４８に送られる。ＥＳＩノズル４８には高電圧電源５から数ｋＶ程度の高電圧供給印加される。ＥＳＩノズル４８の先端部に生成した高電界により、試料溶液は大気中に噴霧イオン化される。ＥＳＩノズル４８に印加する高電圧の極性を切り替えることにより、正負イオン化モードは切り替えられる。
図３は、繰り返しマススペクトル収集とＮａ＋イオンをモニタする方式の本発明の動作フローチャートを示す図である。ＬＣ／ＭＳ分析が開始され、試料がインジェクタ４６からミクロカラム４７に導入される。試料は成分毎に分離され時間経過に従いＥＳＩイオン源４に送り込まれイオン化される。質量分析装置は質量掃引を繰り返しマススペクトルは繰り替えし収集される。マススペクトルは制御データ処理装置に記憶される。
質量２３のイオンの電流値Ｉ２３としきい値Ｉｔとを比較し、Ｉ２３がＩｔを超えて（Ｉ２３＞Ｉｔ）いれば、測定を継続する。測定終了時間までにＩ２３がＩｔを下回ることがなければ、測定が正しく終了したとしてデータを処理しファイルを完成させた後、次の試料の測定に移る。
もし、ある時点でミクロカラム等が詰まると、Ｎａ＋のイオン量は急激に減少する。そのため測定値Ｉ２３はＩｔを下回る（Ｉ２３＜Ｉｔ）事となる。制御データ処理装置は異常フラグを立て異常対応動作に入る。即ち、質量掃引電源２３に掃引開始の指示を送らないようにしてマススペクトル収集を中断する。更にデータ中に異常中断を記載しファイルを完成させる。また、異常を知らせる警報をＣＲＴなどに表示する。
この試料のＬＣ測定が終了しても、制御データ処理装置は次の試料の測定を開始する信号をオートサンプラに伝達しない。これにより、異常発生後の試料の導入は中止され、試料の浪費を避けることが出来る。
図４は、異常状態になっても測定を中断せず、異常状態をデータに記載する方式の本発明の動作フローチャートを示す図である。図３の例ではミクロカラムの詰まりに起因するＩ２３の異常低下を検出した時、マススペクトルの収集を中断した。しかし、ここでは１つの試料のＬＣ測定が続く間はマススペクトルの収集を中断せず、異常フラグを立てるようにする。測定時間が終了しＬＣ測定が完了した時点で、データ上にＩ２３がＩｔを下回った旨の異常状態を記録し、データファイルを完成させる。ここで異常フラグを調べ、異常フラグが立っていた場合には、次の試料の測定は開始しない。異常フラッグが立っていなければ、次の試料の測定を開始するようオートサンプラに指示を出す。
図５は、試料注入の前にＩ２３をモニタする方式に関する本発明の動作フローチャートを示す図である。ミクロカラムや配管、ＥＳＩノズルの詰まりの発生をＩ２３により常時モニタするのではなく、試料注入１回に付１回または複数回モニタするように限定しても良い。一般にＬＣ分析では再現性の高い測定を行なうため、試料の注入前にカラムを移動相溶媒により平衡状態にする所謂イニシャライズを行なう必要がある。このイニシャライズが終了する直前にＮａ＋やＣｌ−イオンをモニタしても良い。
一連の試料の測定を行なう場合、このイニシャライズは同じ条件となる場合が多い。そのため、イオンのモニタリング条件が一致し好都合である。詰まりによりＩ２３がしきい値を下回った場合、異常フラグを立てる。異常をデータに記録するとともに、異常状態をＣＲＴ上などに表示する、さらに測定を停止する。即ち、新たな試料の注入は行なわれない。Ｉ２３がしきい値を上回っている場合、測定を継続する。イオン電流値のモニタを１回でなく、複数回の平均を取る事でノイズ等に強くすることも出来る。また決められた間隔例えば１０分ごとに１回イオンをモニタしても良い。
図６は、ＥＳＩ正イオンモードにおける典型的なマススペクトルを示す。一般に、マススペクトルは多くのイオン種で構成される。低質量領域には質量数ｍ／ｚ＝１８のアンモニュウムイオンＮＨ４ ＋、質量数ｍ／ｚ＝２３のＮａ＋イオン等のアルカリ金属イオンやそれらのイオンに溶媒分子Ｓが付加した（ＮＨ４ ＋＋Ｓ）＋や（Ｎａ＋Ｓ）＋イオンが良く出現する。ＥＳＩイオン源に導入される試料は多くの場合混合物である場合が多い。その場合、混合成分に由来する不純物イオン（Ｉ＋Ｈ）＋が出現する。主成分に由来する擬分子イオン（Ｍ＋Ｈ）＋や擬分子イオンが開裂したフラグメントイオン（Ｍ＋Ｈ−Ｎ）＋などが出現する。擬分子イオンよりも高質量領域には擬分子イオンに溶媒分子が付加した（Ｍ＋Ｈ＋Ｓ）＋イオンなどが出現する。
図７は、ＥＳＩ負イオンモードにおけるマススペクトルを示す。正イオンモードと同様にマススペクトルは多くのイオン種で構成される。低質量領域にはＣｌ−、ＳＯ４Ｈ−やそれらイオンに溶媒が付加したイオン（Ｓ−Ｈ）−が出現する。また混合成分に由来する不純物イオン（Ｉ−Ｈ）−が出現する。主成分に由来する擬分子イオン（Ｍ−Ｈ）−や擬分子イオンが開裂したフラグメントイオン（Ｍ−Ｈ−Ｎ）−などが出現する。擬分子イオンよりも高質量領域には擬分子イオンに溶媒分子が付加した（Ｍ−Ｈ＋Ｓ）−イオンなどが出現する。
このように低質量領域には、試料や移動相に関係のないＮａ＋やＣｌ−イオンが良く観察される。これは試料や溶媒中に不純物としてＮａＣｌなどの塩が極微量存在することと、ＬＣ／ＭＳ装置がわずかながらＮａＣｌ等に汚染されている事が考えられる。特にＮａ＋やＣｌ−イオンは、コロナ放電による大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）では全く生成されずＥＳＩによってのみイオン化検出が可能なイオン種である。そのため、測定者は装置の立上げの際、溶媒のみをＥＳＩイオン源に導入し、Ｎａ＋やＣｌ−イオンの存在をマススペクトル中に観察することにより、装置が順調に稼動していることを確認できる。
本発明では正イオンモード時はＮａ＋イオン、負イオンモードではＣｌ−イオンを適宜観察し、そのイオン電流値でしきい値を超えているか否かによりＥＳＩが正常動作と異常所帯を識別するようにしている。
モニタするイオン種として正イオンモードでＮＨ４ ＋等も採用可能である。移動相にトリエチルアミンを極わずか混入し、この擬分子イオン（Ｃ２Ｈ５）３ＮＨ＋をモニタしても良い。即ち、モニタするイオン種は測定に応じて質量を選択して設定して良い。
図８は測定動作の模式図である。決められた間隔０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３で質量掃引が繰り返される。この質量掃引に従いマススペクトルが繰り返し収集される。イオンａがモニタするイオンとすると、試料成分の有無に関わらずマススペクトル上に観察される。このイオン電流をトレースしたものがマスクロマトグラムである。試料成分がＥＳＩイオン源に流入してくるとそれに相当した擬分子イオンｂが増加する。
図９は、その結果を制御データ処理装置によりマスクロマトグラムに整理された図である。図９上段のクロマトグラムは、ある質量範囲のイオン電流を積算したものをトレースしたもので、全イオンクロマトグラム（ＴＩＣ）と呼ばれている。ここでは３つの成分が検出されている。３つの成分が溶出されている間、Ｎａ＋イオンはわずかなうねりや変動はあるものの、ほぼ平坦なマスクロマトグラムを与えている。これはミクロＬＣとＥＳＩが正常に動作していることを示している。
図１０は測定中にＥＳＩノズルが詰まった場合の例を示す図である。Ｎａ＋イオンのイオン電流が測定途中で零状態となり、ＥＳＩノズルが詰まったと推定される。一方ＴＩＣにおいて詰まる前に溶出した成分はピークとして検出される。測定途中で詰まりが生じると、試料成分がＥＳＩイオン源に導入されないためその後の成分は検出されずにＴＩＣはベースラインをトレースしている。もしＮａ＋イオンをモニタせずにＴＩＣトレースのみ見ていれば、この試料には元々１成分しか含まれていないと誤認する可能性が高い。Ｎａ＋イオンの測定により、異常が容易に判断出来る。そのため、次の試料の注入、測定は停止され、貴重な試料の浪費は未然に予防できる。もしＮａ＋イオンをモニタせずに測定を継続すると、図１１に相当する無意味なデータが大量に制御データ処理装置に記録されるばかりでなく試料が無駄に浪費される。この場合、測定者は試料中に測定対象成分が元々含まれていないためにこのようなデータが得られたのか、測定が正常に行なわれなかったか判断が困難になる。
図１２は本発明の別の実施例を示す図である。ミクロカラムやＥＳＩノズルの詰まりは突然起きることもあるが、多くの場合不揮発性成分が細管の内壁に次第に析出し最終的に細管を詰めてしまう場合が多い。この細管が次第に狭くなる情報を事前に知ることが出来れば、測定者は安心して測定を進めることが出来る。
図１２は、Ｎａ＋イオンの強度と測定回数との関係を示す線図である。試料注入の前のイニシャライズにおいて特定イオンのイオン電流をモニタし、制御データ処理装置が記録する。イオン電流値と測定回数（ｎ）の相関を求める。一次関数の相関から、この一次関数の傾斜が負となった場合、近似関数を外挿して詰まりのレベル（ＴＬ）との交点ｎを求める。これから、現在の測定点Ｐとつまりが予測される点ｎとの差（ｎ−Ｐ）が詰まりまでの回数を示している。（ｎ−Ｐ）が充分に余裕のある場合は測定を継続できるが、（ｎ−Ｐ）が小さくなった場合、ＣＲＴなどに警報を出力したり、貴重な試料はこの段階で測定を回避できる。また、早めにカラムや細管、ノズルなどの準備や交換も可能になる。
図１３、１４は本発明の別の実施例を示す。現在、ＬＣ／ＭＳとして原理を異にする質量分析計が用いられている。それらは、四重極ＭＳ（ＱＭＳ）、磁場型ＭＳ、ＴＯＦ、イオントラップＭＳやイオンサイクロトロン共鳴ＭＳ（ＩＣＲＭＳ）などである。イオントラップＭＳやイオンサイクロトロン共鳴ＭＳ（ＩＣＲＭＳ）などはイオン蓄積形のＭＳとも呼ばれ、他のＭＳとは動作原理が違っている。
イオントラップＭＳはドーナツ状のリング電極を挟むように回転双曲面の２つのエンドキャップ電極を相対峙させた構造を持った小形なＭＳである。リング電極に主高周波電圧を印加して、３つの電極に囲まれたイオントラップ空間にイオンをトラップする。次に主高周波電圧を掃引するとイオンは、質量順にイオントラップ空間から順次放出される。放出されたイオンを検知することでマススペクトルが得られる。ＱＭＳなどと異なり、イオントラップＭＳはイオンの導入、蓄積と質量掃引、マススペクトル取得が時分割で行なわれる。
図１３に示すように、０〜ｔ１はイオンの導入、蓄積の期間で、ＥＳＩイオン源で生成されたイオンがイオントラップ空間に導入蓄積される期間である。この期間、主高周波電圧は低く設定され、広質量範囲のイオンをトラップできるようにする。ｔ１〜ｔ２の期間は、イオンの導入が停止されるとともに、主高周波電圧が掃引されてマススペクトルが取得される。
即ち、０〜ｔ２の期間に一つのマススペクトルが取得される。これを繰り返して、ＬＣ／ＭＳ測定が行なわれる。Ｎａ＋イオンの質量は２３である。イオンの導入、蓄積期間に設定される主高周波電圧（これをイオンレベルＩＬと呼ぶ）は当然Ｎａ＋イオンをトラップできる低い電圧でなければならない。イオンをイオントラップ内に効率よくトラップできる最大質量はＩＬの３０倍程度とされる。Ｎａ＋をトラップできるようにＩＬを２０とすると、最大質量は２０＊３０＝６００となる。Ｎａ＋イオンがトラップできるようにＩＬを低くすると、質量が６００以上であるペプチドや蛋白などのイオンはトラップできない、即ち測定できないと言う問題が生じる。図１３でａがＮａ＋イオンである。質量６００以下のｂイオンは測定できる。
図１４は高質量のイオンの測定とＮａ＋イオンの測定を行なう方法を示す図である。０〜ｔ１はイオンの導入蓄積の期間である。この期間においてイオンレベルＩＬ１は２０以下に設定され、Ｎａ＋イオンはトラップされる。ｔ１〜ｔ２では、主高周波電圧が掃引されＮａ＋イオンの電流値Ｉ２３が得られる。次にｔ２〜ｔ３では、高質量試料に備えてイオンレベル（ＩＬ２）は７０程度に設定される。これにより質量７０から２０００程度までのイオンがトラップされる。ｔ３〜ｔ４では、質量７０から２０００まで質量掃引が行なわれ、マススペクトルが取得される。ｔ４からｔｎまで、次々に高質量のイオンのトラップとマススペクトル取得を繰り返す。マススペクトル取得の周期は０．２秒程度であるから、Ｎａ＋イオンのモニタは高質量のマススペクトル取得１００回対して１回程度としても詰まりの検出は可能になる。
イオントラップＭＳの場合、イオンレベルＩＬを変えることにより低質量のＮａ＋イオンのモニタと高質量のマススペクトル取得を矛盾無く行なうことが可能になる。
イオン電流値としきい値を比較するのは、検出器のノイズと実際の信号とを区別するためで、しきい値は装置の条件により設定値を変えてもよい。
ここでは、主にＥＳＩとミクロＬＣの結合について記述したが、本発明は汎用ＬＣ、セミミクロＬＣ、ミクロＬＣ、ＣＥ等の各種クロマトグラフィとＥＳＩまたはその改良技術であるイオンスプレイ（Ｉｏｎ Ｓｐｒａｙ）、ソニックスプレイ（Ｓｏｎｉｃ Ｓｐｒａｙ）、ナノスプレイ（Ｎａｎｏ Ｓｐｒａｙ）などのイオン化技術との結合に応用可能である。
また、ここではＩ２３の減少の原因が主として細管等のつまりとして記述した。しかし、ＥＳＩノズル先端部の汚れによる噴霧の乱れや噴霧方向の偏向などによりＩ２３の減少は起きる事がある。この場合、測定対象成分のイオン電流値も大幅に減少する。そのため、Ｉ２３をモニタし、これがしきい値を下回る時異常状態とする事は、たとえ原因が異なっていても有効である。
以上、モニタするイオン種をＮａ＋で説明してきたが、Ｃｌ−でも、設定された他のイオン種（例えばＮＨ４ ＋イオン）でも良い。要は測定の間、ＬＣの条件に関わらず安定に存在するイオン種であれば良い。そのため、バックグラウンドとして出現するＮａ＋のほか、酢酸アンモニュウムＣＨ３ＣＯ２ＮＨ４などをＬＣ溶離液中に微量混入して、出現するＮＨ４ ＋イオンを用いても良い。
産業上の利用可能性
ミクロＬＣ／ＭＳは低流量のため、デットボリュウムは極力小さく、又細管の径が小さくする必要がある。また、流量が遅いことによる細管内に試料や塩が析出しやすく細管やＥＳＩノズルへの詰まりが頻繁に起きる、本発明によれば、詰まりを未然に予測し、又細管が詰まっても即座に詰まりを検知して、測定を中断することにより試料の浪費をなくし、取得データの信頼性を高めると共に、詰まりの部品の早期交換など保守性を高めることが出来るエレクトロスプレイイオン化質量分析装置及びそのシステムを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施例を示すエレクトロスプレイイオン化質量分析装置の全体構成図、図２は本発明の一実施例のミクロＬＣとＥＳＩイオン源を示す構成図、図３は本発明の一実施例の動作フロー図、図４は本発明の一実施例の動作フロー図、図５は本発明の一実施例の動作フロー図、図６はＥＳＩ正イオンモードにおけるマススペクトル説明図、図７はＥＳＩ負イオンモードにおけるマススペクトル説明図、図８は本発明の測定動作を示す説明図、図９は本発明のマスクロマトグラム説明図、図１０はＥＳＩノズルが測定途中で詰まった場合の本発明のマスクロマトグラム説明図、図１１はＥＳＩノズルが測定開始から詰まった場合の増すクロマトグラムの説明図、図１２はＥＳＩノズルの詰まりを予測する方法の説明図、図１３は本発明のイオントラップ質量分析計を用いた測定動作を示す説明図、図１４は本発明のイオントラップ質量分析計を用いた測定動作を示す別の例の説明図である。
Claims (24)
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、前記試料溶液中の特定質量を有するイオンの電流値又は強度を測定し、前記電流値又は強度がしきい値を下回った時、異常状態を知らせる表示手段を有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１において、前記試料の注入前に前記電流値又は強度を測定し、該電流値又は強度としきい値との比較を行なうことを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１又は２において、前記イオン電流値又は強度としきい値との比較を、前記試料の注入後、一定間隔で行なうことを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記異常状態をデータ上に記録することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記異常状態が表示された場合、データを退避し、その後質量分析の測定を中断することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記試料の注入前に前記異常状態が表示されている場合、前記試料の注入を中止する指示を行うことを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記測定された前記イオン電流値又は強度をモニタする前記イオンの質量は外部から設定変更を可能としたことを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置
- 請求項１〜７のいずれかにおいて、前記しきい値は外部から設定変更を可能にしたことを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１〜８のいずれかにおいて、正イオン測定モードの際に前記モニタするイオンの質量が２３であることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１〜８のいずれかにおいて、負イオン測定モードの際に前記モニタするイオンの質量が３５であることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、前記試料中の特定質量を有するイオンのイオン電流値又は強度を複数の試料毎に測定記憶し、該複数のイオン電流値又は強度と測定回数との関係に基づいて前記イオン電流値又は強度がしきい値を下回る測定回数を予測し、該予測される回数に基づいて異常状態を表示することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１１において、前記イオン電流値の測定が試料注入の前であることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に置かれたイオン蓄積型質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、特定質量を有するイオンのイオン電流値を測定する期間はトラップするイオンレベルを特定質量より低く設定し、他の期間はトラップするイオンレベルを前記特定質量より高く設定するイオンレベル設定手段を有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 試料溶液を分離するミクロ液体クロマトグラフを備え、該クロマトグラフにより分離された前記試料溶液を微細な細管に導入し、該細管の先端部と細孔を有するカウンタ電極とに接続された高電圧電源により高電圧を印加することにより前記細管先端より前記細孔に向けて噴霧イオン流を生成するエレクトロスプレイイオン源と、該イオン源で生成された前記イオン流を前記細孔から真空室に設けられたスキマーコーン及びイオンガイドに順次導入し、次いでイオン蓄積形質量分析計に導き質量掃引により掃引されて前記イオンを検出器によって検出しマススペクトルを得るエレクトロスプレイイオン化質量分析装置において、前記試料溶液中の特定質量を有するイオンの電流値又は強度を測定し、前記電流値又は強度がしきい値を下回った時、異常状態を表示する表示手段を有することを特徴とするエレトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１４において、前記スキマーコーン、イオンガイド及びイオン蓄積形質量分析計の各々が各真空室によって一体に設けられ、該各真空室に真空ポンプが設けられていることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１４又は１５において、前記細管に対して前記噴霧イオン流の方向を設定するＸＹＺ３軸位置決め装置が備わっていることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１３又は１４のいずれかにおいて、イオン蓄積形質量分析計はイオントラップ質量分析計であることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- 請求項１３又は１４において、イオン蓄積形質量分析計はイオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）質量分析計であることを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析装置。
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して，大気圧下で該細管先端部に高電圧を印加することよって噴霧イオン流を生成し、該生成された噴霧イオン流を真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、前記噴霧イオン流の中の特定質量を有するイオンの電流値又は強度を測定し、該測定された値が予め設定された値を下回った時、異常状態を表示することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下で噴霧イオン流を生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、前記噴霧イオン流の中の特定質量を有するイオンの電流値又は強度を複数の前記試料の測定ごとに測定記憶し、該複数のイオン電流値又は強度と測定回数との関係に基づいて前記イオン電流値又は強度がしきい値を下回る測定回数を予測し、該予測される回数に基づいて異常状態を表示することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に置かれたイオントラップ質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、前記噴霧イオン流の中の特定質量を有するイオンの電流値又は強度を測定する期間に対して前記イオンの特定質量よりトラップするイオンレベルを低く設定し、非測定期間はトラップするイオンレベルを特定質量より高く設定するようにしたことを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。
- クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き質量分析するエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススベクトルを繰り替えし収集し得られたマススベクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、前記試料中の特定質量を有するイオンのイオン電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記Ｉｓの急激な減少によって前記Ｉｔを下回る異常状態が発生したとき前記制御データ処理装置により異常状態を表示すると共に異常対応動作を指示する工程、前記質量分析計の質量掃引電源に掃引開始を中断する指示を行いマススペクトル収集を中断する工程、前記データ中に異常状態を記録しその警報を表示する工程、次の試料の測定を開始する信号のオートサンプラへの指示を中止する指示工程を順次有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。 - クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き、マススペクトルを与えるエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、特定質量のイオンの電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記Ｉｓの急激な減少によるマススペクトルの収集を中断する工程、１つの試料の液体クロマトグラフ（ＬＣ）測定が続く間はマススペクトルの収集を中断せず異常状態を表示する工程、前記ＩｓがＩｔを下回った旨の異常状態を記録し、測定時間が終了しＬＣ測定が完了した時点でデータファイルを完成させる工程、異常状態が表示されている場合次の試料の測定開始の中止を指示する工程、異常状態が表示されていない場合次の試料の測定開始をオートサンプラに指示する工程を順次有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。 - クロマトグラフからの試料溶液を微細な細管に導入して大気圧下でイオンを生成するエレクトロスプレイイオン源を備え、該イオン源で生成されたイオンを真空室に設けられた質量分析計に導き、マススペクトルを与えるエレクトロスプレイイオン化質量分析システムにおいて、
前記試料を前記クロマトグラフのインジェクタ及びミクロカラムに順に導入する工程、前記試料を成分毎に分離し時間経過に従い前記イオン源に送り込みイオン化する工程、前記質量分析計により質量掃引を繰り返しマススペクトルを繰り替えし収集し得られたマススペクトルを制御データ処理装置に記憶させる工程、特定質量のイオンの電流値（Ｉｓ）を測定し該測定された前記Ｉｓとしきい値（Ｉｔ）とを比較する工程、及び前記ＩｓがＩｔを超えるとき測定を継続する工程、前記測定の終了時までに前記ＩｓがＩｔを下回らないとき前記測定を終了し、次の試料の測定に移る工程を順次有し、
前記試料の注入前にカラムを移動相溶媒により平衡状態にする直前に前記試料注入１回に付き少なくとも１回前記Ｉｓを測定する工程、前記Ｉｓの急激な減少により前記Ｉｔを下回った場合異常状態を記録すると共に表示する工程、前記測定を停止し新たな試料の注入を中止する工程、前記ＩｓがＩｔを上回っている場合前記測定を継続する工程を有することを特徴とするエレクトロスプレイイオン化質量分析システム。
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