WO2000008453A1

WO2000008453A1 - Chargeuse d'echantillons, source d'ions et analyseur de masse avec lesquels on utilise la chargeuse

Info

Publication number: WO2000008453A1
Application number: PCT/JP1998/003502
Authority: WO
Inventors: Yukiko Hirabayashi; Atsumu Hirabayashi; Akihiko Okumura; Hideaki Koizumi
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-17
Also published as: US6774359B1; AU8560298A; JP3866517B2

Description

明細書試料導入装置及びこれを用いたイオン源並びに質量分析装置技術分野

本発明は、溶液試料を分析装置に導入するためのまたは凍らせた試料を溶媒で溶かして分析装置に導入するための試料導入装置に関し、特に、シリコンまたは石英の基板上に装置が形成されている小型の試料導入装置であって、微量試料を高速かつ連続的に導入できる試料導入装置に関する。また、本発明は、上記試料 ί入装置と接続可能な質量分析装置に関する。背景技術

キヤビラリ一電気泳動装置（C Ε )や液体ク口マトグラフ装置（ L C )は、溶液中に溶存している試料物質の分離はできるが、分離された試料物質の種類の同定が困難である。一方、質量分析計 (M S )は試料物質を高感度で同定することができるが、溶液中の溶存試料物質の分離ができない。このため、水等の溶媒中に溶存している複数の試料物質を分離分析する場合、質量分析計にキヤピラリー電気泳動装置を結合させたキヤビラリ一電気泳動 Z質量分析計（C E /M S )または液体クロマトグラフ装置を結合させた液体ク口マトダラフノ質量分析計（ L C ZM S ) が一般に使用される。

上記 C E ZM Sについては、 Analytical Chemi stry, 60, pp.436- 441 (1988)に記載されている。

また、ガラス基板上に細い溝を掘り、この溝を通して電気泳動を行なって混合試料を分離する技術が、 Analytical Chemi stry, 65, pp.2637- 2642(1993)に記載されている。

キヤビラリ一電気泳動装置あるいは液体ク口マトダラフ装置により分離された試料物質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。このような気体状イオンを得る従来技術として、イオンスプレー法 [Analytical Chemi stry, 59, pp. 2642-2646 (1987) ] ，エレクトロスプレー法 [Jo雇 1 of Phys ical Chemi stry, 88， pp. 4451-4459 (1984) ] ，大気圧化学イオン化法 [Analyt i cal Chemi stry, 54, pp. 143-146 (1982) ] 等が知られている。

最近、上記した従来技術とは別のイオン化方法として、音速のガス流によって試料溶液を噴霧するだけで効率良く気体状イオンを生成できるソニックスプレー法が報告されている [Analyt ical Chemi stry, 66， pp.4457- 4459 (1994)， Analy - t ical Chemi stry, 67, pp.2878- 2882 (1995)，特開平 07- 306193号公報，または、特開平 08-062200号公報]。この方法では、音速のガス流によって微細な帯電液滴が生成され、さらにそこから溶媒分子が剥がされて、試料分子の気体状イオンが生成されるものと考えられている。

また、質量分析装置内に試料を導入する際に、液体クロマ卜グラフまたは送液ポンプを使用せずに、重力によって連続的に微量試料を導入する方法が特開平 08 -005624 号公報に記載されている。さらに、イオン源にソニックスプレー法を用いることにより、噴霧補助溶液の送液ポンプを不要としたキヤビラリ一電気泳動 Z質量分析装置が特開平 09-243600号公報に記載されている。

液体ク口マトダラフノ質量分析装置（ L C ZM S )のような分析装置に溶液試料を導入する場合、従来は、シリンジまたはオートサンプラーに接続されたポンプ等によリ移動相が流れている流路に試料を押し込むという方法が採られていた。シリンジを差し込む試料導入用流路またはォートサンプラーの試料導入用流路は移動相流路から分岐しており、バルブ等で液の流れが切り替えられていた。しかし、バルブは試料溶液に接するため汚れやすく、試料に前回導入した試料成分が混ざってしまう所謂コンタミネ一シヨンがしばしば発生した。また、試料導入毎に、バルブを切り替えて試料を押し込み、またバルブを切リ替えなければならないので、多種類の試料を分析する場合に非常に時間がかかった。

また、導入試料の分析装置として質量分析装置を用いる場合、質量分析装置の内部は汚れに弱く、汚れると感度が低下するため、定期的にクリーニングをする必要がある。このため、従来の試料導入方法では長時間連続しての分析が困難であった。このクリーニングを行なうためには、分析中は真空に保たれている質量分析装置内部を大気に曝さねばならないため、再び分析可能な真空度に戻すのに長時間がかかった。従って、クリーニングの間隔が短い場合、著しく分析スループッ卜を低下させると云う問題もあった。発明の開示

従って、本発明の目的は、上述したようなコンタミネ一シヨンを防止するために、流路切替用のバルブを必要とせずに、一定流速の溶液中に連続または間歇的に試料を導入でき、かつ試料導入に要する時間を短縮して、分析スループットを向上し得る高速の試料導入装置を提供することである。

本発明の他の目的は、上記した本発明による試料導入装置に接続可能であり、高速導入された試料を高速で分析することのできる質量分析装置を提供することである。

従来のように、ポンプ等により流路入口に圧力をかけて移動相溶液を送液し、試料導入にも圧力をかけて押し込むようにした場合には、流路を切替えて一方の流路のみに溶液が流れるようにしておかなければ、溶液が他方の流路に逆流してしまう。従って、流路切替えバルブが必要になる。そこで、本発明では、流路の出口側を減圧して、流路入口側との圧力差により溶液を吸引するように構成することにより、流路途中に試料導入用流路が分岐していて、そこにバルブが設けられていなくても、溶液が逆流することがないようにした。さらに、試料導入流路端部を開放しておいても移動相溶液が逆流しないので、試料導入流路端部を開放したままで次々と試料を投入することができるため、分析スループットの向上が可能となる。

また、質量分析装置内の汚れを最小限に押え、クリーニングの回数を減らして長時間分析を行なうには、試料を微量化する必要がある。そのために、微細加工技術により基板上に溶液が流れる流路を形成し、導入装置自体を小型化した。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第一の実施例になる試料導入装置の基本構成を示す断面図。図 2は、本発明の第一の実施例になる試料導入装置の一変形構成例を示す断面図。

図 3は、本発明の第一の実施例になる試料導入装置の他の変形構成例を示す断面図。

図 4は、図 3に示した試料導入装置の鳥瞰図。

図 5は、本発明の第二の実施例になる試料導入装置の基本構成を示す断面図。図 6は、本発明の第二の実施例になる試料導入装置の一変形構成例を示す断面図。

図 7は、本発明の第二の実施例になる試料導入装置の他の変形構成例を示す断面図。

図 8は、図 7に示した試料導入装置の鳥瞰図。

図 9は、従来のソニックスプレーイオン源の概略構成を示す断面図。

図 1 0は、従来の試料導入装置の一構成例を示す断面模式図。

図 1 1は、本発明の第三の実施例になる質量分析装置の概略構成を示す断面模式図。

図 1 2は、本発明の第四の実施例になる質量分析装置の概略構成を示す断面模式図。

図 1 3は、本発明の第四の実施例になる質量分析装置の一変形構成例を示す断面模式図。図 1 4は、本発明の第四の実施例になる質量分析装置の他の変形構成例を示す断面模式図。

図 1 5は、本発明の第四の実施例になる質量分析装置のさらに他の変形構成例を示す断面模式図。

図 1 6は、本発明の第四の実施例になる質量分析装置のさらに別の変形構成例を示す断面模式図。

図 1 7は、本発明の第五の実施例になる質量分析システムの概略構成を示す断面模式図。

図 1 8は、本発明の第六の実施例になる質量分析システムの概略構成を示す断面模式図。

図 1 9は、本発明の第七の実施例になる質量分析システムの概略構成を示す断面模式図。

図 2 0は、本発明の第七の実施例になる質量分析システムの一変形構成例を示す断面模式図。

図 2 1は、本発明の第七の実施例になる質量分析システムの他の変形構成例を示す断面模式図。

図 2 2は、本発明の第七の実施例になる質量分析システムのさらに他の変形構成例を示す断面模式図。

図 2 3は、本発明の第八の実施例になる質量分析システムの概略構成を示す断面模式図。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

く実施例 1〉

図 1に、本発明の第一の実施例になる装置構成を示す。図において、リザーバ 1の底部が管状流路 2の一端部 (流入端部）につながつており、流路 2の途中には試料投入口 3が設けられている。流路 2の他端部 (流出端部）にはイオン源または噴霧器 5が配置され、流路 2の末端部はイオン源または噴霧器 5のオリフィス 6 中に挿入されている。ここで、イオン源 5は、目的によって噴霧器としての役割を果たすものであり、目的に応じて両役割を使い分ける。溶液噴霧用のガスは、外部のガス供給源（図示省略)からガス流路 4を通ってイオン源 5内に流れ込み、流路 2の外周を流れて、オリフィス 6から外部雰囲気 (通常大気）中に流出する。ここで、流出ガスの速度が大きい場合、流路 2の末端部付近の圧力が下がって、リザーバ 1付近の外部雰囲気圧（通常大気圧）との間に圧力差が生じる。この圧力差によってリザ一バ 1内の移動相溶液が流路 2中に引き込まれ、さらに流路 2を通って流路 2末端部まで送液され、そこから流出した溶液がォリフィス 6からの高速ガス流によって噴霧（霧化）される。試料投入口 3から投入された試料も、投入口 3付近と流路 2末端部付近との圧力差により流路 2中に引き込まれ、移動相溶液と共に流路 2末端部まで送液されて噴霧される。ここで、噴霧ガスの流れが高速であると、投入試料のイオン化が生じ、イオン源としての機能が生じる。試料は、液体試料でも、液体試料を凍らせた固体状試料でもよい。液体試料の場合、液の表面張力があるため、一回に投入する一滴の量をマイクロリツターのオーターよりも小さくするのは困難である。しかし、液体試料を凍らせた固体状試料の場合には、表面張力の影響が無いので、一回分の投入量をナノリツターのオーダーにまで小さくすることが可能である。また、このように微少な氷結試料であれば、移動相中に投入後は直ちに溶けてしまうので、イオン化には全く支障が生じない。

図 2は、図 1と同様の実施例において、リザーバ 1、流路 2等を基板 7に溝を彫り込むことによって形成し、さらに、基板 7と密閉用蓋部材 8とを貼り合せることによって流路 2を密閉構造とした変形構成例である。基板 7にはリザーバ 1 となるべき凹部と流路 2となるべき溝部力掘られており、基板 7上にはリザ一バ 1および試料投入口 3となるべき部位に開口（穴）を設けた密閉用蓋部材 8を貼り合せてある。密閉用蓋部材 8に設けた上記開口部の開口面積とリザーバ 1および投入口 3の断面積とは等しくなくてもよい。流路 2の末端部にはキヤビラリ一 9 が接続されており、このキヤピラリー 9の末端部がィオン源 5のオリフィス 6中に挿入されている。移動相溶液は、図 1の場合と同様、圧力差によりリザ一バ 1 から流路 2を経由してキヤビラリー 9に導入されてその末端部から流出し、上記ガス流によって噴霧される。試料投入口 3から投入された試料も、図 1の場合と同様、キヤピラリー 9の末端部まで送液され、ガス流により噴霧されてイオン化される。

図 3は、図 2と同様の実施例において、リザーバ 1，試料投入口 3に、溶液を溜めるための容器 1 0， 1 1をそれぞれ付設した変形構成例である。容器 1 0を設けてあるため、より多量の移動相溶液をリザーバ 1内に蓄えておくことが可能になり、長時間の試料導入分析が可能となる。また、試料投入口 3に容器 1 1 を設けたことにより、液面高さの変化にも対応できるようになつている。これら容器の材質には、化学物質を吸着しにくい不活性な材料を用いるのが望ましい。また、活性な材料を用いる場合には、その表面を化学処理して不活性化しておくのがよい。

図 4は、図 3に示した装置構造の鳥瞰図である。本図に示すように、流路 2はその途中で屈曲していてもよい。あるいは、流路 2とイオン源 5のキヤビラリ一 9とがほぼ一直線上に配置されていてもよい。なお、試料投入口 3は、リザーバ 1側よりもイオン源または噴霧器 5側に設けるのがよい。その理由は、リザーバ 1側に設けた場合には、投入試料が流路途中で移動相溶液により薄められ、分析スピード，分析感度が低下するだけであり、試料の拡散を抑えてイオン源または噴霧器 5へと送ると云う効果が来たいできなくなるからである。

上述したように、リザーバ 1ゃ流路 2等を基板 7に溝を彫り込むことによって形成する場合には、半導体素子製造に際しての露光技術およびエツチング技術を用いて基板 7表面に溝加工を施すことができるため、非常に小型で集積化可能な試料導入装置を得ることができる。

く実施例 2〉

図 5に、本発明の第二の実施例になる装置構成を示す。本実施例では、流路 2 のうちリザーバ 1から試料投入口 3までの距離を長く形成して、流路 2の一部がリザ一バ 1の役割をも兼ねるようにしてある。この場合には、リザ一パ 1を小さく形成でき、移動相溶液の注入口としての役割を果たす程度のものとすることができる。移動相溶液を蓄えるのは、長い流路 2である。リザーバ 1の底部は流路 2につながっており、流路 2の途中に試料投入口 3が開けられている。リザ一バ 1から試料投入口 3までの長さは試料投入口 3から流路 2末端部までの長さよりも長く設定されている。流路 2の末端部にはイオン源 5が配置されており、流路 2の末端部はイオン源 5のオリフィス 6中に挿入されている。溶液噴霧用のガスは外部ガス供給源（図示省略）からガス流路 4を通ってイオン源 5中に流れ込み、流路 2の外周部を流れ、オリフィス 6から外部雰囲気中に流出する。流出ガスの速度が大きい場合、流路 2の末端部付近の圧力が下がり、リザーパ 1付近の外部雰囲気圧（通常大気圧）との間に圧力差が生じる。この圧力差により、リザ一バ 1 に蓄えられた移動相溶液は流路 2中に引き込まれ、該流路 2を通ってその末端部まで送液され、上記流出ガスにより噴霧される。リザ一バ 1から注入され流路 2 を満たした移動相溶液は上記の圧力差により送液され、移動相溶液と外部雰囲気 (大気）との境界が試料投入口 3の直下に来るまで分析を続けることができる。リザ一バ 1から試料投入口 3までの流路長が十分に長ければ、長時間の分析が可能である。この場合、時間が経過し移動相溶液量が減っても、外部雰囲気 (大気）と接する部分の移動相溶液の液面高さ力変わらないので、より安定な速度での送液が可能である。試料投入口 3に投入された試料も、投入口 3付近と流路 2末端部付近との間の圧力差によって、流路 2中に引き込まれ、移動相溶液と共に流路 2 末端部まで送液され、ガス噴霧され、イオン化される。上述したように、移動相溶液の送液速度が安定しているため、投入試料と分析結果との対応関係を、時間管理によって適確に把握することができる。また、分析部にイオン蓄積型分析器を用いる場合には、ミリ秒オーダの分析時間しか要しないため、分析すべき試料を短い時間間隔（数百ミリ秒以下）で供給することができ、高速（効能率）分析が可能となる。

なお、流路 2の断面積はほぼ一定でもよいし、イオン源 5側 (末端部側）の断面積がリザーバ 1側の断面積よりも小さくてもよい。

試料は、液体状のものでも、液体を凍らせた固体状のものでもよい。液状試料の場合は、液の表面張力があるため、一回に投入する量（一滴）をマイクロリツタ一のオーダよりも少なくするのは困難である。しかし、凍らせた試料の場合には表面張力の影響が無いので、一回の投入量をナノリッターのオーダーにまで少なくすることが可能である。また、このように微少な氷塊は、移動相溶液中に投入後直ぐに溶けるので、イオン化には問題がなレ、。

図 6は、図 5と同様の実施例において、リザーバ 1，流路 2等を基板 7に彫り込むことによって形成し、この基板 7上に密閉用蓋部材 8を貼り合せて流路 2を密閉構造としてなる変形構成例である。基板 7にリザーバ 1と溝状の流路 2とが掘られており、その上にリザーバ 1および試料投入口 3の位置に開口（穴）を設けてある密閉用蓋部材 8を貼り合せてある。この密閉用蓋部材 8の開口（穴)面積とリザーバ 1および試料投入口の断面積とは等しくなくてもよい。また、基板 7上の流路 2の末端部にはキヤビラリ一 9が配置され、このキヤピラリー 9の末端部がイオン源 5のオリフィス 6中に挿入されている。溶液は、図 5の場合と同様、圧力差によってリザーバ 1から流路 2を経由してキヤピラリー 9中に導入され、ガス流によって噴霧される。試料投入口 3から投入された試料も、図 1の場合と同様、キヤピラリー 9の末端部まで送液され、ガス流により噴霧され、イオン化される。

図 7は、図 6と同様の実施例において、試料投入口 3に液を溜めるための容器 W 00/08 53

1 0

1 1を設置してなる変形構成例である。移動相溶液は長い流路 2中に蓄えられており、リザーバ 1には大量の移動相溶液を蓄える必要が無いので、そこには容器を取り付けなくてもよい力もちろん、取り付けてもよい。試料投入口 3に容器 1 1を設けることにより、液面高さの変化に対応できるようになる。容器 1 1の材質には、化学物質が吸着しにくい不活性な材料を用いてもよいし、あるいは、容器内表面を化学処理して不活性化したものを用いてもよい。

図 8は、図 7に示した装置構造の鳥瞰図である。流路 2の長さを稼ぐために、流路 2を屈曲させてもよい。また、流路 2を渦巻き状に形成して、長さを稼いでもよい。

上述したように、本実施例でも、リザ一バ 1ゃ流路 2等を基板 7に溝を彫り込むことによって形成しているので、半導体素子製造に際しての露光技術およびェッチング技術を応用することにより、容易に装置作製ができる。

(参考従来例）

図 9に、ガス流によって溶液を噴霧してイオン化する方式の従来のイオン源を示す。高速のガス流により溶液を噴霧してイオン化する方法は「ソニックスプレ一法」と呼ばれ、この方法によるイオン源は液体クロマトグラフ装置に接続して用いられる。この従来のイオン源でも、オリフィス 6からの噴出ガス流によって流路（キヤビラリ一） 2の両端間に圧力差が生じるため、微量の溶液がキヤビラリ一 2中に吸引される。しかし、実際には液体クロマトグラフ装置のポンプにより大量の溶液がキヤビラリ一 2中に導入されていたがため、他のイオン化法によるイオン源と同様、バルブを用いて試料を導入してやらなければならなかった。図 1 0に、従来の試料導入方法を示す。移動相溶液はポンプ 1 2により流路 2 中に導入される。流路 2には試料を導入するためのシリンジ 1 3が差し込まれているが、このシリンジ 1 3中に移動相溶液が流れ込まないようにするため、通常はバルブ 1 4でシリンジ 1 3側を閉ざしている。試料を導入する時には、バルブ 1 4によりポンプ 1 2から送られてくる移動相溶液の流れを止め、シリンジ 1 3 側を開いて流路 2中に試料を注入し、注入が終わった後に、再びシリンジ 1 3側を閉じ、再度移動相溶液を流すようにバルブ 1 4を切替える。注入された試料は移動相溶液の流れによりイオン源 1 5内に送られてイオン化される。バルブ 1 4 が無い状態でシリンジ 1 3により試料を注入すると、試料溶液がポンプ 1 2側に逆流してしまい、流路 2を汚す危険がある。しかし、バルブ 1 4は汚れ易いために、何回も分析を行なうとコンタミネーシヨンを起こす危険性がある。この問題は、ソニックスプレー法によるイオン源でも、他のイオン化法によるイオン源でも同様に起こる。

〈実施例 3〉

図 1 1は、本発明になるイオン源を質量分析装置に取り付けた場合の構成図である。ガス噴霧されて大気中でイオン化された試料は、質量分析装置 1 6に導入されて質量分析される。質量分析装置 1 6の内部は、真空ポンプ 1 7により真空状態に保たれている。なお、質量分析装置としては、四重極質量分析計，三次元四重極質量分析計，および磁場型の質量分析計等のいずれを用いてもよい。

〈実施例 4〉

図 1 2に、本発明によるさらに別の実施例を示す。本実施例では、高速のガス流によって流路 2末端部付近を減圧して流路 2両端部間に圧力差を生じさせるのではなく、イオン源 5と質量分析装置 1 6との間に減圧室 1 8を設け、該減圧室 1 8内を真空ポンプ 1 9によって減圧して流路 2両端部間に圧力差を生じさせて送液するよう構成している。イオン源 5のオリフィス 6側に接して減圧室 1 8が設けられており、オリフィス 6によリイオン源 5内と減圧室 1 8内とは連通している。流路 2の末端部にはキヤビラリ一 9が接続されており、キヤピラリー 9の末端部はオリフィス 6を通って減圧室 1 8内にまで入り込んでいる。減圧室 1 8 内の圧力とリザーバ 1側の圧力（通常、大気圧）との差によって、流路 2内の溶液が吸引されて送液される。一方、ガス流路 4を通ってイオン源 5内に空気が流れ込み、さらにオリフィス 6を通って減圧室 1 8に流れ込む時に、キヤピラリー 9 末端部から流出した溶液が噴霧されて、該溶液中に含まれている試料がイオン化される。減圧室 1 8は細孔を介して質量分析装置 1 6に接続されており、減圧室 1 8内で生成された試料イオンは、上記細孔を通して質量分析装置 1 6内に導入され、質量分析される。

図 1 3は、図 1 2と同様の実施例で、減圧室 1 8内と質量分析装置 1 6内とを真空引き用の開口 2 0を介して連通させ、質量分析装置 1 6内排気用の真空ボンプ 1 7により減圧室 1 8内をも排気 (減圧)するようにした変形構成例である。図 1 4は、図 1 2， 1 3と同様の実施例で、減圧室 1 8内と質量分析装置 1 6 内とを 1台の真空ポンプ 1 7で排気 (減圧）するようにした変形構成例である。図 1 5は、図 1 2， 1 3と同様の実施例で、イオン源 5にはガス導入流路 4を設けず、また、イオン源 5と減圧室 1 8とは接していないようにした変形構成例である。イオン源 5と減圧室 1 8とは離されており、減圧室 1 8のキヤビラリ一挿入用開孔 2 1内にキヤビラリ一 9の末端部分が揷入されている。また、減圧室 1 8内は真空ポンプ 1 9で減圧されている。キヤピラリー 9の末端部外周から、キヤピラリー挿入用開孔 2 1を通って空気が減圧室 1 8内に流れ込み、この空気流により溶液が噴霧され、溶液中の試料がイオン化される。

図 1 6は、図 1 5の実施例において、イオン源 5と減圧室 1 8とが互いに接するようにした変形構成例である。本例では、減圧室 1 8内に空気が流れ込む経路がないので、キヤビラリ一 9末端部から流出した溶液は空気の流れによリ噴霧はされないが、減圧室 1 8内の負圧により蒸発し、イオン化する。減圧室 1 8内に放電用の電極 (図示せず）を設け、放電によりイオン化させてもよい。

く実施例 5 >

図 1 7は、本発明による質量分析装置に溶液試料を投入するためのオートサンブラ一を付設してなる質量分析システムの構成図である。オートサンプラー 2 2 にはマイクロピぺッ卜が複数取リ付けられており、このピぺットが順次移動して試料投入口 3から流路 2内に試料を投入する。なお、試料を連続的に投入してもよいし、試料とクリーニング用のバッファ一液とを交互に投入するようにしてもよい。また、 1個のピペットが複数の試料容器から順次試料を採取して投入する形式のォー卜サンプラーを用いてもよい。

〈実施例 6〉

図 1 8は、本発明による質量分析装置に固体試料を投入するためのオートサンブラーを付設してなる質量分析システムの構成図である。オートサンプラー 2 3 は、複数の凍った試料を順次試料投入口 3から流路 2内に投入する。試料を投入する方法は、アームで順次試料を摘み上げて投入する方法でもよいし、または、細い管の内部を減圧して管先に試料を吸い付けて試料投入口 3上に運び、そこで管内圧力を上げて試料を落とす方法を用いてもよい。または、ベルトコンベアで順次投入する方法でもよい。さらには、投入するまでに試料が溶けないように、オートサンプラーに冷却機能を持たせてもよい。

く実施例 7 >

図 1 9は、図 1 7の試料投入口 3の付近に、投入口 3内の液面高さを検知するためのセンサを設けた実施例である。液面センサ 2 4は、試料投入口 3内の液面高さを検知し、液面が下がりすぎて流路 2内に空気が入り込まないように、ある特定の位置まで液面が下がる前に次の試料またはバッファ一液を投入するようにオートサンプラー 2 2にフィードバックをかける。もちろん、図 1 8の試料投入口 3にも同様に液面センサを付設するようにしてもよい。

また、液面センサ 2 4と質量分析装置とを連動させ、液面がある特定位置まで下がった時に分析を開始するように構成してもよい。または、試料投入後、ある特定の時間が経過した後に分析を行なうようにしてもよい。上記した特定の時間とは、試料が投入されてから、試料イオンが質量分析装置内に取り込まれるまでに要する時間でよい。もちろん、このように分析実行時間を限定することなく、連続的に分析を行なっていてもよい。

図 2 0は、図 1 9の実施例におけるリザ一バ 1と試料投入口 3とに蓋を設けた W 0 5

1 場合の変形構成例である。試料を投入した時には、蓋 2 6は開けたままで蓋 2 5 を閉めて、試料投入口 3内に投入された試料が優先的に流路 2内に流れ込むように調節する。また、試料投入口 3内の液面が過度に下がってそこから流路 2内に空気が入り込まないように、液面センサ 2 4と連動して、ある特定位置まで液面が下がったら蓋 2 6を閉じて蓋 2 5を開け、リザ一バ 1からの移動相溶液が優先的に流れるように調節する。蓋 2 5， 2 6の開閉は、モータ一，パネ等を用いて機械的に行なってもよいし、手動で開閉するようにしてもよい。なお、図 1 8に示したように試料投入口 3に固体試料を投入する場合にも、上記と同様の構成を採用することができることは云うまでもない。

図 2 1は、図 1 9の実施例における流路 2のリザ一バ 1側端部と試料投入口 3 との間に開閉弁 2 7を設けた変形構成例である。試料を投入した直後には、開閉弁 2 7を閉じるかまたは狭く絞つて移動相溶液の流量を減らし、投入した試料が優先的に流れるように調節する。一方、液面センサ 2 4力試料投入口 3内の液面がある特定位置まで下がったことを検知したら、開閉弁 2 7を開いて移動相溶液が優先的に流れるように調節する。なお、試料投入口 3にも同様の弁を設けて、流路 2内への試料の流入量や試料投入口 3内の液面高さを調節するようにしてもよい。なお、図 1 8に示したように試料投入口 3内に固体状試料を投入する場合にも、上記と同様の構成を採用することができることは云うまでもない。

図 2 2は、流路 2の試料投入口 3と流路 2の末端部との間に、固体試料の位置を検知するためのセンサを設置した変形構成例である。センサ 2 8は、流路 2内に投入された試料の存在位置を検知し、ある特定の位置に試料が到達した時に、オートサンプラー 2 3を連動動作させて、次の試料を投入する。あるいはまた、位置センサ 2 8の検出信号で質量分析装置を動作させ、分析を行なうタイミングを調節する。例えば、流路 2内のある特定の位置に試料が到達したときに分析を行なうようにしてもよいし、または、ある特定の位置に試料が到達した時点から一定時間後に分析を行なうようにしてもよい。なお、上記した図 2 2の構成例は、固体試料を投入する場合についてのものであるが、溶液試料を投入する場合にも、上記同様の構成を採用することができることは云うまでもない。なお、溶液試料投入の場合には、投入試料溶液にマ一力一剤を混ぜておいてもよい。

く実施例 8 >

図 2 3は、本発明によるオートサンプラーを有してなる質量分析システムに、さらにモニタ一装置 2 9を付設して、試料毎に付けられている番号が分析結果と対応付けられてモニター装置に表示されるように構成した実施例である。ォ一トサンプラー 2 2の各々のピぺッ卜には試料識別用の番号が付けられており、各々のピぺッ卜からの投入試料の分析結果と投入試料の種類との対応が付き易くなるように、モニター 2 9に表示された分析結果の近くに、上記した試料識別用番号も表示させる。モニター装置 2 9は信号線 3 0， 3 1を介してオートサンプラー 2 2，質量分析装置 1 6とそれぞれ接続されて連動動作せしめられており、上記の試料識別用番号と分析結果との対応付けが行なわれる。

上記の対応付けを行なう方法として、ある試料を投入してから特定時間が経過した時に行なわれた質量分析の結果を、その試料の分析結果としてもよい。このように、試料溶液の投入タイミングを制御する制御信号を基にして時間管理することにより、投入試料と分析結果との対応関係を適確に把握することができる。また、先述したような液面センサ 2 4または位置センサ 2 8を設置して、これらセンサにより投入試料の位置を検知し、当該投入試料が実際に質量分析装置 1 6 内に到達した時または到達したと予想できた時に得られた分析結果を、当該投入試料に対応付けるようにしてもよい。

以上、種々の実施例を挙げて説明してきたように、本発明によれば、試料投入部に従来のような切替えバルブを設ける必要が無くなるので、試料のコンタミネーシヨンが防止できる。また、試料投入口を開放したままで、次々に試料を投入できるので、分析のスループットが向上する。また、試料導入装置自体を小型化することができ、質量分析装置内部の汚れを最小限に抑えることが可能となり、クリーニング作業によつて分析が中断される時間を短縮することができる。従って、長時間の連続分析が可能になり、分析のスループッ卜が向上する。産業上の利用可能性

本発明による試料導入装置は、質量分析装置等の分析装置に微量の溶液試料を導入するための効果的な手段として利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 外部雰囲気中に開放された溶液を溜めるためのリザーバと、上記リザーバに一端部を接続されて該一端部より流入した上記溶液を他端部より流出させるための密閉構造の流路と、上記流路中に試料を導入するための上記流路の途中に設けられた開口部と、上記流路の上記他端部付近の圧力を上記リザ一バ付近の圧力よリも低く減圧するための減圧系とを有してなることを特徴とする試料導入装置。

2 . 溶液を溜めるためのリザーバと、上記リザーバに一端部を接続されて該一端部より流入した上記溶液を他端部より流出させるための密閉構造の流路と、上記流路中に試料を導入するための上記流路の途中に設けられた開口部と、上記流路の上記他端部付近の圧力を上記リザーバ付近の圧力よリも低く減圧するための減圧系とを有してなり、上記リザーバは大気圧に近い雰囲気内に開放されており、上記雰囲気内の圧力と上記減圧系によって上記雰囲気内の圧力よりも低く減圧された上記流路の上記他端部付近の圧力との間の圧力差により上記リザーバから上記流路中に流入した上記溶液が上記流路の上記他端部まで流され、この溶液の流れにより上記開口部から上記流路中に導入された試料が上記流路の上記他端部まで輸送されるように構成されてなることを特徴とする試料導入装置。

3 . 外部雰囲気中に開放された溶液を溜めるためのリザーバと、上記リザーバに一端部を接続されて該一端部より流入した上記溶液を他端部より流出させるための密閉構造の流路と、上記流路中に試料を導入するための上記流路の途中に設けられた開口部と、上記流路の上記他端部付近にガスを流すことにより上記流路の上記他端部より流出した上記溶液を噴霧するガス噴霧器とを有してなることを特徴とする試料導入装置。

4 . 溶液を溜めるためのリザーバと、上記リザーバに一端部を接続されて該一端部より流入した上記溶液を他端部より流出させるための密閉構造の流路と、上記流路中に試料を導入するための上記流路の途中に設けられた開口部と、上記流路の上記他端部付近にガスを流すことにより上記流路の上記他端部よリ流出した上記溶液を噴霧するガス噴霧器とを有してなり、上記リザ一バは大気圧に近い雰囲気内に開放されており、上記雰囲気内の圧力と上記ガス噴霧器による上記ガスの流れによって上記雰囲気内の圧力よりも低く減圧された上記流路の上記他端部付近の圧力との間の圧力差によって上記リザ一バから上記流路中に流入した上記溶液が上記流路の上記他端部まで流され、この溶液の流れにより上記開口部から上記流路中に導入された試料が上記流路の上記他端部まで輸送され上記ガス噴霧器によって上記溶液と共に噴霧されるように構成されてなることを特徴とする試料導入装置。

5 . 請求の範囲第 1項から第 4項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記リザーバおよび上記流路が同一基板上に形成されてなることを特徴とする試料導入装置。

6 . 請求の範囲第 3項または第 4項に記載の試料導入装置において、上記リザーノ，上記流路および上記ガス噴霧器が同一基板上に形成されてなることを特徴とする試料導入装置。

7 . 請求の範囲第 1項から第 6項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記試料が液体状または液体を凍らせた固体状のものであることを特徴とする試料導入装置。

8 . 請求の範囲第 1項から第 7項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記開口部の上方に上記溶液を溜めるための容器が接続付加されていることを特徴とする試料導入装置。

9 . 請求の範囲第 8項に記載の試料導入装置において、上記容器の内壁面は、上記内壁面に上記試料の分子が吸着されるのを防ぐために、薬品処理によって不活性化されていることを特徴とする試料導入装置。

1 0 . 請求の範囲第 8項に記載の試料導入装置において、上記容器の内壁面は、上記内壁面に上記試料の分子が吸着されるのを防ぐために、不活性な材質により構成されていることを特徴とする試料導入装置。

1 1 . 請求の範囲第 1項から第 1 0項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記リザ一バが管状構造に形成されていることを特徴とする試料導入装置。

1 2 . 請求の範囲第 1項から第 1 1項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記流路の一部が上記リザーバとしての役割も兼ねるよう構成されていることを特徴とする試料導入装置。

1 3 . 請求の範囲第 1 1項または第 1 2項に記載の試料導入装置において、上記流路の上記一端部から上記開口部までの長さが、上記開口部から上記流路の上記他端部までの長さよリも長いことを特徴とする試料導入装置。

1 4 . 請求の範囲第 1 1項から第 1 3項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記流路と上記リザ一バとの断面積がほぼ等しいことを特徴とする試料導入装置。

1 5 . 請求の範囲第 1項から第 1 4項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記リザ一バには開口が設けられており、該開口には開閉機構が設けられていることを特徴とする試料導入装置。

1 6 . 請求の範囲第 1項から第 1 5項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記開口部に開閉手段が設けられていることを特徴とする試料導入装置。

1 7 . 請求の範囲第 1項から第 1 6項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記リザ一バと上記開口部との間に上記流路中の上記溶液の流れを制御するための流れ制御手段が設けられていることを特徴とする試料導入装置。

1 8 . 請求の範囲第 1 7項に記載の試料導入装置において、上記流れ制御手段が弁であることを特徴とする試料導入装置。

1 9 . 請求の範囲第 1項から第 1 8項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記リザ一バの底面および上記流路の底面はほぼ同じ高さであることを特徴とする試料導入装置。

2 0 . 請求の範囲第 1項から第 1 9項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記流路の断面積は上記流路の上記一端部側よりも上記他端部側において小さく設定されていることを特徴とする試料導入装置。

2 1 . 請求の範囲第 1項から第 2 0項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記リザ一バ内および上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液に接するようにして電極を設けてなることを特徴とする試料導入装置。

2 2 . 請求の範囲第 1 6項に記載の試料導入装置において、上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液の液面高さを検知する液面検知手段を設けてなることを特徴とする試料導入装置。

2 3 . 請求の範囲第 2 2項に記載の試料導入装置において、上記溶液の上記液面高さが特定の高さまで下がつた時に、上記開口部を上記開閉手段により閉じるための指令信号を発生する手段を付加してなることを特徴とする試料導入装置。

2 4 . 請求の範囲第 1 5項に記載の試料導入装置において、上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液の液面高さを検知する液面検知手段を設けてなることを特徴とする試料導入装置。

2 5 . 請求の範囲第 2 4項に記載の試料導入装置において、上記溶液の上記液面高さが特定高さよりも高い時に、上記リザーバの上記開口を上記開閉機構によつて閉じるための指令信号を発生する手段を付加してなることを特徴とする試料導入装置。

2 6 . 請求の範囲第 1 7項または第 1 8項に記載の試料導入装置において、上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液の液面高さを検知する液面検知手段を設けてなることを特徴とする試料導入装置。

2 7 . 請求の範囲第 2 6項に記載の試料導入装置において、上記溶液の上記液面高さが特定高さよりも高い時に、上記流れ制御手段によって上記流路中の上記溶液の流れを制御するための指令信号を発生する手段を付加してなることを特徴とする試料導入装置。

2 8 . 請求の範囲第 1項から第 2 7項までのいずれかに記載の試料導入装置において、上記溶液中に存在する固形物を検知するための固形物検知手段を付加してなることを特徴とする試料導入装置。

2 9 . 請求の範囲第 2 8項に記載の試料導入装置において、上記固形物検知手段によって検知された上記溶液中の上記固形物が特定の位置に到達した時に、上記開口部に上記試料を追加投入するための指令信号を発生する手段が付加されてなることを特徴とする試料導入装置。

3 0 . 外部雰囲気中に開放された溶液を溜めるためのリザーバと、上記リザ一バに一端部を接続されて該一端部より流入した上記溶液を他端部より流出させるための密閉構造の流路と、上記流路中に試料を導入するための上記流路の途中に設けられた開口部と、上記流路の上記他端部付近にガスを流すことにより上記流路の上記他端部より流出した上記溶液および上記試料を噴霧して上記試料をイオン化させるためのイオン化部とを有してなることを特徴とするイオン源。

3 1 . 溶液を溜めるためのリザ一バと、上記リザ一バに一端部を接続されて該ー端部より流入した上記溶液を他端部よリ流出させるための密閉構造の流路と、上記流路中に試料を導入するための上記流路の途中に設けられた開口部と、上記流路の上記他端部付近にガスを流すことにより上記流路の上記他端部より流出した上記溶液および上記試料を噴霧して上記試料をイオン化するためのイオン化部とを有してなり、上記リザ一バは大気圧に近い雰囲気内に開放されており、上記雰囲気内の圧力と上記イオン化手段による上記ガスの流れにより上記雰囲気内の圧力よりも低く減圧された上記流路の上記他端部付近の圧力との間の圧力差によつて上記リザーバから上記流路中に流入した上記溶液が上記流路の上記他端部まで流され、この溶液の流れにより上記開口部から上記流路中に導入された試料が上記流路の上記他端部まで輸送されて上記ィオン化部による上記ガスの流れによリ上記溶液と共に噴霧されてイオン化されるよう構成されてなることを特徴とするイオン源。

3 2 . 請求の範囲第 3 0項または第 3 1項に記載のイオン源において、前記リザーバ及び前記流路が同一基板上に形成されてなることを特徴とするイオン源。

3 3 . 請求の範囲第 3 0項または第 3 1項に記載のイオン源において、前記リザーバ，前記流路及び前記イオン化部が同一基板上に形成されてなることを特徴とするイオン源。

3 4 . 請求の範囲第 3 0項から第 3 3項までのいずれかに記載のイオン源において、前記試料が、液体状，または液体を凍らせた固体状のものであることを特徴とするイオン源。

3 5 . 請求の範囲第 3 0項から第 3 4項までのいずれかに記載のイオン源において、前記開口部の上方に上記溶液を溜めるための容器が接続付加されていることを特徴とするイオン源。

3 6 . 請求の範囲第 3 5項に記載のイオン源において、前記容器の内壁面は、該内壁面に上記試料の分子が吸着されるのを防ぐために、薬品処理によつて不活性化されていることを特徴とするイオン源。

3 7 . 請求の範囲第 3 5項に記載のイオン源において、前記容器の内壁面は、該内壁面に上記試料の分子が吸着されるのを防ぐために、不活性な材質によって構成されていることを特徴とするイオン源。

3 8 . 請求の範囲第 3 0項から第 3 7項までのいずれかに記載のイオン源において、上記リザ一バが管状構造に形成されていることを特徴とするイオン源。

3 9 . 請求の範囲第 3 0項から第 3 8項までのいずれかに記載のイオン源において、前記流路の一部が前記リザーパとしての役割も兼ねるように構成されていることを特徴とするイオン源。

4 0 . 請求の範囲第 3 8項または第 3 9項に記載のイオン源において、上記流路の上記一端部から上記開口部までの長さ力、上記開口部から上記流路の上記他端部までの長さよりも長いことを特徴とするイオン源。

4 1 . 請求の範囲第 3 8項から第 4 0項までのいずれかに記載のイオン源において、上記流路と上記リザ一バとの断面積がほぼ等しく設定されていることを特徴とするイオン源。

4 2 . 請求の範囲第 3 0項から第 4 1項までのいずれかに記載のイオン源において、上記リザーバには開口が設けられており、該開口には開閉機構が設けられていることを特徴とするイオン源。

3 . 請求の範囲第 3 0項から第 4 2項までのいずれかに記載のイオン源において、上記開口部には開閉機構が設けられていることを特徴とするイオン源。

4 4 . 請求の範囲第 3 0項から第 4 3項までのいずれかに記載のイオン源において、上記リザーバと上記開口部との間に上記流路中の上記溶液の流れを制御するための流れ制御機構が設けられていることを特徴とするイオン源。

4 5 . 請求の範囲第 4 4項に記載のイオン源において、上記流れ制御機構が弁であることを特徴とするイオン源。

4 6 . 請求の範囲第 3 0項から第 4 5項までのいずれかに記載のイオン源において、上記リザーバの底面および上記流路の底面はほぼ同じ高さであることを特徴とするイオン源。

4 7 . 請求の範囲第 3 0項から第 4 6項までのいずれかに記載のイオン源において、上記流路の断面積は、上記流路の上記一端部側よりも上記他端部側において小さく設定されていることを特徴とするイオン源。

4 8 . 請求の範囲第 3 0項から第 4 7項までのいずれかに記載のイオン源において、上記リザーバ内および上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液に接するようにして電極が設けられていることを特徴とするイオン源。

4 9 . 請求の範囲第 4 3項に記載のイオン源において、上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液の液面高さを検知するための液面検知手段が設けられてなることを特徴とするイオン源。

5 0 . 請求の範囲第 4 9項に記載のイオン源において、上記溶液の上記液面高さ力特定の高さまで下がった時に上記開口部を上記開閉機構により閉じるための指令信号を発生するための手段が付加されてなることを特徴とするイオン源。

5 1 . 請求の範囲第 4 2項に記載のイオン源において、上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液の液面高さを検知するための液面検知手段が設けられてなることを特徴とするイオン源。

5 2 . 請求の範囲第 5 1項に記載のイオン源において、上記溶液の上記液面高さが特定の高さよりも高い時に、上記リザーバの上記開口を上記開閉機構によって閉じるための指令信号を発生するための手段が付加されてなることを特徴とするイオン源。

5 3 . 請求の範囲第 4 4項または第 4 5項に記載のイオン源において、上記流路内の上記開口部付近に、上記溶液の液面高さを検知するための液面検知器が設けられてなることを特徴とするイオン源。

5 4 . 請求の範囲第 5 3項に記載のイオン源において、上記溶液の上記液面高さが特定の高さよりも高い時に、上記流れ制御手段によって上記流路中の上記溶液の流れを制御するための指令信号を発生するための手段が付加されてなることを特徴とするイオン源。

5 5 . 請求の範囲第 3 0項から第 5 4項までのいずれかに記載のイオン源において、上記溶液中に存在する固形物を検知するための固形物検知手段が付加されてなることを特徴とするイオン源。

5 6 . 請求の範囲第 5 5項に記載のイオン源において、上記固形物検知手段によつて検知された上記溶液中の上記固形物が特定の位置に到達した時に、上記開口部に上記試料を追加投入するための指令信号を発生するための手段が付加されてなることを特徴とするイオン源。

5 7 . 請求の範囲第 1項から第 2 9項までのいずれかに記載の試料導入装置を備えてなることを特徴とする質量分析装置。

5 8 . 請求の範囲第 3 0項から第 5 6項までのいずれかに記載のイオン源を備えてなることを特徴とする質量分析装置。

5 9 . 請求の範囲第 1項から第 4項までのいずれかに記載の試料導入装置と、該試料導入装置からの導入試料をイオン化するためのイオン化部と、該イオン化部からのイオンを取り込むための細孔を有する容器と、上記細孔を通して上記容器内に取り込まれたイオンを質量分析するためのイオン蓄積型質量分析器とを含んでなることを特徴とする質量分析装置。

6 0 . 請求の範囲第 5 9項に記載の質量分析装置において、前記試料導入装置における上記流路中への上記試料の導入タイミングを制御するためのタイミング制御部をさらに含んでなることを特徴とする質量分析装置。