TW494236B - Method and apparatus for electrospray mass spectrometric analysis - Google Patents

Description

494236 A7 B7 五、發明說明（I ) [發明背景] 本發明係關於電噴射質量分析方法及其裝置。 以往，有關此領域之技術文獻，可舉出下述之： (1) F. Bitsch, C.O.D. - Buchecker, A. - K. Khemiss, J.-P. Sauvage, A. V. Dorsselaer, J. Am. Chem. Soc. 1991,113,4023-4025. (2) D. - C. Buchecker, E. Leize, J. - F. Nierengarten, J. -P. Sauvage，A. V. Dorsselaer, J. Chem. Soc.，Chem. Commun. 1994,2257-2258. (3) D. Whang，K. 一 M. Park，J. Heo, P. Ashton，K. Kim， J. Am. Chem· Soc· 1998，120,4899-4900.。 液體導入電噴射離子化(ESI)裝置，係爲了解析蛋白質 等生物高分子以及有機金屬錯合物等分子構造所發展出者 〇 於有機金屬化合物之中，例如使用自動聚集之過渡金 屬而被賦予高度規則之超分子等已爲人所矚目[參照（1)F. Bitsch，C.O.D. - Buchecker，A. — Κ· Khemiss，J. - Ρ· Sauvage，A. V· Dorsselaer，J· Am. Chem· Soc· 1991,113,4023-4025· (2) D. — C· Buchecker, E. Leize, J. - F. Nierengarten, J. - P. Sauvage, A. V. Dorsselaer, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 2257-2258. (3) D. Whang, K. - M. Park, J. Heo, P. Ashton, K. Kim, J. Am. Chem. Soc. 1998，120,4899-4900. (4) M. Fujita, K. Ogura. Chem. Rev; 1996, 148, 249-264. ] 〇 此種化合物之特徵、以及詳細的分子構造分析主要係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494236 A7 B7 五、發明說明（/ ) 藉由X射線結晶學與NMR(核磁共振)分光學來進行。 惟，欲得出進行精密的構造解析所需之充分高純度之 單結晶，實有其困難所在。例如，當分子處於溶解狀態而 包含超磁性金屬或急速相互變換的情形，NMR分光學在特 定處於溶解狀態之性質的特徵上並沒有幫助。雖然質量分 析法爲另一種對處於溶液狀態之特定種類的金屬錯合物進 行分析的有效方法，惟，可做爲有力的分析結果之報告極 少[參照先前所提之文獻（1)〜(3)]。該等金屬錯合物，一般 對於離子化衝擊(impact)與熱呈不安定，屬於溫和之離子化 法的高速粒子衝突（FAB)、電噴射所致之離子化(ESI)亦呈 同樣的情形。 有鑑於上述狀況，本發明之目的在於提供一種電噴射 質量分析方法及其裝置，以確實地分析出不安定之有機金 屬錯合物的特徵所在。 [用以解決課題之手段] 爲達成上述目的，本發明係： [1] 於電噴射質量分析方法中，係在將受測試料溶液 、氣化氣體以及脫溶劑室或是離子源冷卻下，進行受測試 料溶液的離子化，以分析受測試料之質量。 [2] 於上述[1]記載之電噴射質量分析方法中，前述氣 化氣體以及離子源係位於自液態氮溫度到室溫之範圍的低 溫區域。 [3] 於上述[1]記載之電噴射質量分析方法中，前述受 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

.-•V 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494236 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 測試料係有機化合物。 [4]於上述[1]記載之電噴射質量分析方法中，前述氣 化氣體係噴霧氣體或是乾燥氣體。 Ί5]於上述[4]記載之電噴射質量分析方法中，前述氣 化氣體係氮氣等鈍性氣體。 [6] 於上述[1]記載之電噴射質量分析方法中，前述溶 劑係水或非極性有機溶劑(h2o，ch3cn，chci3等），以進行 分子構造的分析。 [7] 於電噴射質量分析裝置中，係具備··被冷卻之離 子源以及脫溶劑室；與毛細管爲同軸形狀之通過冷卻氣體 之外殻管；以及，使用前述溶劑進行離子化，以分析受測 g式料之質重的質量分析儀； 對電噴射離子源之脫溶劑室或是離子源區係直接吹送 液態氮來進行冷卻。 [8] 於上述[7]記載之電噴射質量分析裝置中，前述冷 卻氣體係經由鈍性氣體冷卻裝置導入前述外殼管中。 [圖式之簡單說明] 圖1所示係本發明之實施例之低溫電噴射探測器之示 意圖。 圖2所示係本發明之實施例之藉由低溫電噴射產生離 子化之示意圖。 圖3所示係在本發明之實施例上採用低溫電噴射質量 分析法之自動聚集有機金屬錯合物之化學構造圖。 .::於· I------^---I-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494236 A7 B7 五、發明說明（γ) 圖4所示係本發明之典型的分析結果(化合物b)之能譜 圖。 圖5所示係本發明之實施例之於CH3CN中溶解Csl時 ，[Cs]+對[Cs+CH3CN]+離子強度比之溫度依存性。 [發明之詳細說明] 以下，就本發明之實施形態詳細地說明。 就本發明而言，爲檢測出不安定以及/或是含有離子之 有機金屬錯合物的分子離子，乃將利用低溫噴射或液體導 入以及電噴射.、或是離子噴射(IS)之低溫下的離子化手段 實用化。 圖1所示係本發明之實施例之低溫電噴射探測器之示 意圖，圖2所示係本發明之實施例之藉由電噴射產生離子 化之示意圖。 於這些圖中’ 1爲低溫電噴射離子化探測器本體，2爲 外殼(sheath)管，3爲噴射離子化用毛細管(試料溶液導入細 管），4爲帶電液滴，5爲連結於質量分析儀之離子引出電 極，6爲氣化(乾燥)氣體(N2)之冷卻裝置，7爲脫溶劑室，8 爲離子源區，9爲液態氮吹送噴嘴，10爲液態氮。 是以，藉由氣化氣體冷卻裝置6，N2將被冷卻至—1〇〇 °C，受測試料溶液則是於約-20°C的溫度下被噴射出。於圖 2中’ A係低溫N 2氣’ B係受測試料溶液。 如圖2所示，爲將毛細管3之溫度與噴射器本身的溫 度保持在低溫，乃透過氣化(氮)氣體冷卻裝置6將氮氣等 - 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 襄--------訂-------i 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494236 A7 B7 五、發明說明（<) 氣化氣體（噴霧氣體或乾燥氣體）導入電噴射器中。進行離 子化期間，脫溶劑室7以及離子源區8係藉由自液態氮吹 送噴嘴9導入液態氮以抑制於15°C以下。裝設於ESI源之 區段型質量分析儀係使用於這些實驗中。 陽離子模式下之該低溫ESI-MS，是以陽離子模式進行 自動聚集金屬錯合物之質量分析。就其典型例而言，可舉 出圖3(a)所示之”分子四方體”[參照(A) M· Fujita，J. Yazaki， K. Ogura, K. J. Am. Chem. Soc. 1990, 1 12, 5645-5647. (B) M· Fujita，O. Sasaki，T. Mitushashi，T· Fujita，K· Yamaguchi， K. Ogura, J. Chem. Soc., Chem Commun, 1996, 1535-1536] 、圖3(b)所示之”金剛石架構”[參照M. Fujita，D. Oguro, M. Miyazawa，Η· Oka，K. Yamaguchi，Κ· Ogura，Nature，1995, 378, 469-471·]。 經由該等分析，可得到以下所示之最適分析條件。亦 艮P，⑴選擇離子源：-2〇t以下之外殼(鞘：外裝）氣體(N2) 與之非溶劑化(solvation)板；(2)溶劑·· CH3CN爲最佳 ;(3)平衡離子(Counterion)偵測強度係依照N03'<BF，<PF6- 的順序增加。針對分子中所含之最佳中心過渡金屬的種類 進行檢討。其結果，Pt(n)錯合物於此分析中顯示優異之感 度。典型的分析結果係示於例2(化合物b)之第4圖。可淸 楚地觀察到，重覆帶電之多價分子離子(+3〜+10)與許多的 溶劑分子(最多達21個)（CH3CN)—起出現。値得注意的是 ，CH3CN分子的數目係隨著離子電荷價數增加。此種現象 於圖3(a)與圖3(b)之化合物中亦可觀察到。 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 装---------^---------$喔 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494236 A7 B7 五'發明說明（g) 由這些以往未曾見過之現象可發現低溫噴射所佔之重 要的腳色。 與高度帶電之細管所噴出之溶劑混合後之受測分子的 液滴容易發生分極，造成平衡離子容易脫出。其原因在於 溶劑化。現在所提倡之ESI離子化機構中，由於必須將溶 劑蒸發，故必須對噴射器進行加熱。惟，就有關本發明之 低溫電噴射離子化機構而言，則必須極力抑制與離子化密 切相關之溶劑的去除。又，於低溫下觀測到的極性溶劑之 高介電常數亦爲一主要的原因。 此理論可藉由於陽離子檢測ESI中使用NaCl，KI以及 Csl之簡單的實驗來證明。於圖5顯示於CH3CN中溶解 Csl之[Cs]+對[Cs+ CH3CN]+離子強度比的溫度依存性。 雖於3〇〇°C所觀察到之[Cs] +的強度較[Cs+ CH3CN] +的 強度爲高，惟，於15°C則是[Cs+ CH3CN]+處於優勢地位。 這些結果’很明顯地說明了於低溫所觀察到之溶劑化 的重要性。本發明者等在此係將有關所謂，，因溶劑化造成之 平衡離子脫出 ”(SACP) (soluvation assisted counterion pluking)的模式套用於離子性受測試料上。於圖3所示之化 合物（a), (b)中，附加了溶劑之多價離子會隨著溫度的上升 而消失。是以，總結本發明之低溫電噴射，將依據SACP 機構’而產生伴隨著對應數量之溶劑附加之多價離子。 總之’本發明係藉由經冷卻之電噴射來提昇離子化裝· 置的性能’將其應用於不安定之自動聚集金屬錯合物的分 子量測定以解析構造。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ·二 _" - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（7) 已知本發明可明確地檢測出伴隨著溶劑附加之多價分 子離子’以有效地分析出此種有機金屬化合物。 SACP理論的提出，係可說明有關本發明之低溫電噴 射離子化中伴隨著溶劑附加之多價分子離子的生成機構。 此處，於有機金屬化合物群中，藉由本發明能達成精 密之分子構造的解析。 又’本發明並不僅侷限於上述實施例，而可基於本發 明之要旨進行各種的變形，這些都不應排除於本發明之範 圍以外。 如以上之詳細說明般，依據本發明，將可獲得以下的 效果。 (1) 藉由本發明之低溫電噴射離子化裝置，將可確實地 分析出不安定的有機金屬錯合物、以及高分子有機化合物 之分子離子以及碎片離子（fragment ion)的質量。 (2) 離子化機構中，伴隨冷卻所造成的介電常數上升之 溶劑化爲其主要原因，可觀測到許多溶劑附加分子離子。 (3) 藉由修飾溶劑與受測試料，將可擴大至中性化學物 種。 [符號說明] 1 低溫電噴射離子化探測器本體 2 外殼(sheath)管 3 噴射離子化用毛細管(試料溶液導入細管） 4 帶電液滴 5 離子引出電極 9 ί、紙張尺度適用由國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐)'-- an 111 n 111 - 1 n n n 1 I ϋ I ‘ V · n n n n ϋ n n 1 · ϋ ϋ n 1« n n 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 49423^-------------- A7 B7 bVv 輯1 五、發明說明（8 ) 6 氣化(乾燥)氣體冷卻裝置 7 脫溶劑室 8 離子源區 9 液態氮吹送噴嘴 10 液態氮 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;γ·' 訂- -線 Μ气張尺度適用由國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1·一種電噴射質量分析方法，其特徵在於，係將包含 由噴射細管所導出之溶劑的受測試料雜以氣化氣體冷卻 後進行噴射’在將脫溶劑室與離子源區加以冷卻的情況下 ，進行受測試料溶液的離子化，以分析受測試料之質量。 2.如申sra專利範圍第1項之電噴射質量分析方法’其 中，則述氣化菊^體以及離子源區係位於自液態氮溫度到室 溫之範圍的低溫區域。 3·如申請專利範圍第1項之電噴射質量分析方法，其 中，前述受測試料係有機化合物。 4·如申請專利範圍第1項之電噴射質量分析方法，其 中，前述氣化氣體係噴霧氣體。 5. 如申請專利範圍第1項之電噴射質量分析方法，其 中，前述氣化氣體係氮氣等鈍性氣體。 6. 如申請專利範圍第1項之電噴射質量分析方法，其 中，前述溶劑係水或非極性有機溶劑，以進行分子構造的 分析。 7. —種電噴射質量分析裝置，其特徵在於，係具備： (a) 用以將含有溶劑之受測試料溶液加以導出之噴射細 管； (b) 與該噴射細管爲同軸形狀之可通過冷卻氣體之外殼 管； (c) 被冷卻之離子源以及脫溶劑室；以及 (d) 使用前述溶劑進行離子化，以分析受測試料之質量 的質量分析儀；其中 ; ------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、一έ 線 本’氏張尺度通用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） Α8 Β8 C8 D8 494236 —--—,爾一 一 ~ - -- 參嚴，,4· i 5 謂定幕+ Κ Μ 申請專利範圍 (e)對電噴射離子源之脫溶劑室以及離子源區係直接吹 送液態氮來進行冷卻。 8.如申請專利範圍第7項之電噴射質量分析裝置，其 中，前述冷卻氣體係經由鈍性氣體冷卻裝置導入前述外殼 管中。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐）