WO2007032088A1

WO2007032088A1 - 質量分析装置

Info

Publication number: WO2007032088A1
Application number: PCT/JP2005/017191
Authority: WO
Inventors: Masato Kobayashi
Original assignee: Shimadzu Corporation
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-22
Also published as: US20090236518A1; EP1933134A1; EP1933134A4; JP4553011B2; JPWO2007032088A1; US7812308B2

Abstract

　ESIとAPCIによるイオン化を同時に行うことのできるイオン化インタフェイスを備えた液体クロマトグラフ質量分析装置において、同一のイオン化室２１内に、液体クロマトグラフ部から与えられた液体試料を帯電液滴として噴霧するスプレーノズル２２と、移動相溶媒分子をイオン化するためのコロナ放電手段２５とを設け、両手段に対して一つの高圧電源４１から同時に同一の電圧を印加できる構成とする。また、スプレーノズル２２によって生成された帯電液滴を乾燥させるための加熱乾燥ガス供給手段のヒータ２７の電力をAPCIによるイオン化に適した値とする。これにより、回路設計の手間や部品点数を抑えて製造コストを低減すると共に、ユーザのパラメータ設定項目を減らして操作性を向上させることができる。

Description

明細書

質量分析装置

技術分野

[0001] 本発明は、質量分析装置に関し、特に、液体クロマトグラフ等から送り込まれた液体試料をイオンィ匕して質量分析部に導入するためのイオン化インタフェイスに関する。背景技術

[0002] 図 3は、従来知られて!/、る一般的な液体クロマトグラフ質量分析装置 (LC/MS)の一例を示す概略構成図である。液体クロマトグラフ部（LC部） 10のカラム 11から時間的に分離して溶出する試料液は、インタフェイス部（大気圧イオン化インタフェイス） 20 に導入され、スプレーノズル 22からイオンィ匕室 21内に噴霧されてイオンィ匕される。発生したイオンを含む微細液滴は、その前方に位置している細管 (脱溶媒管） 23内に進入し、質量分析部 (MS部） 30へと送り込まれる。脱溶媒管 23は図示しないヒータによって加熱されており、脱溶媒管 23内を通過する間に液滴中の溶媒の蒸発が進み、目的イオンの発生が促進される。

[0003] MS部 30は第 1中間室 31、第 2中間室 32及び分析室 33の 3室から成り、イオン化室 21と第 1中間室 31とは上記脱溶媒管 23により、第 1中間室 31と第 2中間室 32とは円錐状のスキマー 35の頂部に設けられた小径の通過孔 (オリフィス） 36により連通している。イオンィ匕室 21内は略大気圧に維持され、第 1中間室 31はロータリーポンプによつて約 1 Torr程度まで、第 2中間室 32及び分析室 33はターボ分子ポンプによってそれぞれ約 10— ³〜10— ⁴Torr程度、及び約 10— ⁵〜 10— ⁶ Torr程度まで排気され、イオン化室 21から分析室 33に向力つて段階的に真空度を高くすることで分析室 33を高真空状態に維持している。

[0004] 脱溶媒管 23を通過したイオンは、第 1イオンレンズ 34によりオリフィス 36に収束され、オリフィス 36を通り抜けて第 2中間室 32に導入される。そして、第 2イオンレンズ 37 により収束及び加速されて分析室 33へ送られ、特定の質量数 (質量 Z電荷)を有する目的イオンのみが、分析室 33内に配置された四重極フィルタ 38の長軸方向の空間を通り抜けてイオン検出器 39に到達する。そして、イオン検出器 39では、到達したイオン数に応じた電流が検出信号として取り出される。

[0005] 上記構成にお!、てインタフェイス部 20は、試料液を加熱、高速気流、高電界等によつて霧化させることで、試料液に含まれる各種の試料成分をイオンィ匕するものであり、エレクトロスプレイイオン化（ElectroSpray Ionization： ESI)法や大気圧化学イオン化（ Atmospheric Pressure Chemical Ionization: APCI)法が最も広く使用されている。

[0006] 図 4 (a)は ESI法によるイオン化スプレー部の構成例である。 ESIでは、スプレーノズル 22の先端部に数 kV程度の直流高電圧を印加し、強い不平等電界を発生させる。スプレーノズル 22の先端に達した試料液はこの電界により電荷分離し、スプレーノズル 22と同軸外周に配設されたネブライズ管（図示略)から噴出されるネブライズガスの助けを受けて、微小な帯電液滴としてイオンィ匕室 21内に強制的に噴霧される。ィオンィ匕室 21内では脱溶媒管 23の周囲に設けられた乾燥ガス供給口 24から図示しない加熱ガス供給手段によって供給される加熱乾燥ガスが噴霧流に吹き付けられ、それによつて液滴中の溶媒の蒸発が進行し、気体イオンの発生が促進される。

[0007] 図 4 (b)は APCI法によるイオン化スプレー部の構成例である。 APCIでは、スプレーノズル 22の前方に針状の放電電極 25を配置しておき、スプレーノズル 22の先端を取り囲むように周設したヒータ 26中にネブライズガスを利用して試料液を噴霧することで溶媒と試料分子を気化させ、放電電極 25からのコロナ放電によりキャリアガスィオン (バッファイオン)を生成して該試料分子をィ匕学反応させることによってイオンィ匕を行う。

[0008] 一般に、 APCIは低極性から中極性、 ESIは中極性から高極性ィ匕合物のイオン化に有効である。また、 ESIではタンパク質を代表とする物質のイオンィ匕の過程で多価ィォンを生成するため、装置の質量範囲の上限を越えた、分子量が数万というような化合物の測定も可能である。従って、分析対象の試料の種類や分析目的などによってィオンィ匕法の使い分けが行われる。従来、一般的な LC/MSでは、 ESI用スプレー部と A PCI用スプレー部とが交換自在の構成となっており、分析者力 Sイオンィ匕法に応じて適宜スプレー部を交換するようにしている。し力しながら、こうした交換作業は手間が掛かるため、分析効率を落とす一因となっている。

[0009] そこで、こうした交換の手間を省くため、両方のイオン化手段を同一のイオンィ匕室内に備えた装置が従来力提案されている。例えば特許文献 1及び特許文献 2には、 E SIと APCIで共通のスプレーノズルを使用するイオン化インタフェイスが記載されており、該インタフェイスは、スプレーノズルの先端部に直流高電圧を印加することで ESIによるイオンィ匕を行うと同時に、該スプレーノズルの先端に設けられた放電電極によるコロナ放電によって APCIによるイオンィ匕を行うことができるものとなっている。

[0010] 特許文献 1：米国特許第 6646257号明細書

特許文献 2：国際公開第 03/102537号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 従来、上記のような帯電液滴を生成するスプレーノズル (静電噴霧手段）とコロナ放電を行う放電電極 (コロナ放電手段)を備えた装置においては、該静電噴霧手段とコロナ放電手段のそれぞれに対して任意に設定した別の高電圧を供給したり、一つの電源装置から両手段に対して高電圧を交互に供給したりしていた。しかし、それぞれに別の電圧を供給する場合には少なくとも 2系統の電圧制御回路が必要となり、高電圧を交互に供給する場合には切り替え回路を設ける必要がある。そのため、回路設計の手間やコストが増加するといつた問題や、ユーザのパラメータ選択肢 (両手段に印加する電圧の値や、電圧供給の切り替えタイミング等）が増えるために操作が煩雑になる等の問題があった。

[0012] また、 ESI及び APCIのいずれの方式によるイオン化を行う場合であっても噴霧流中の液滴を乾燥させる必要があり、従来の 2種類のイオンィ匕手段を備えた LC/MSでは、上記通常の ESIと同様に加熱ガスの吹き付けを行うことによって溶媒の蒸発を促進している。しかし、このような方式では液滴に対して単位時間当たりに与えることができる熱量が比較的小さぐ ESIによるイオンィ匕には適している力 APCIでは必ずしも十分なイオン化効率が得られない場合があった。そのため、スプレーノズルの前方に別途にヒータを設けることなどによって APCIによるイオンィ匕効率の向上が図られている力装置構成が複雑ィ匕し製造コストの増大を招くと!、う問題があった。

[0013] 本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その主たる目的とするところは、静電噴霧手段とコロナ放電手段の双方を備えたイオン化インタフェイスを有し、操作性に優れ、且つ低コストに製造可能な LC/MS装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0014] 上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置は、液体試料をィオン化して質量分析部に導入するイオン化インタフェイスを備えた質量分析装置において、

a)液体試料を帯電液滴として噴霧する静電噴霧手段と、

b)前記静電噴霧手段の前方に位置し、移動相溶媒分子をイオン化するためのコロナ放電を発生させるコロナ放電手段と、

c)前記静電噴霧手段及びコロナ放電手段に電圧を供給する電圧供給手段と、を有し、前記電圧供給手段が、前記静電噴霧手段とコロナ放電手段に対して一つの高圧電源カゝら同じ値の電圧を供給するものであることを特徴とする。

[0015] また、本発明の質量分析装置は、上記電圧供給手段が、上記高圧電源に接続される給電ケーブルを筐体内で 2方に分岐させる分岐手段を有し、分岐したケーブルの一方をコロナ放電手段に接続すると共に、他方のケーブルは筐体表面に設けられた給電ポートに接続し、上記静電噴霧手段に設けられた給電ケーブルを該給電ポートに着脱自在に接続して成るものとすることが望ま、。

発明の効果

[0016] 上記のような本発明の LC/MSは、静電噴霧手段とコロナ放電手段の双方に対して同時に同一の電圧を印加する構成であるため、制御回路設計の手間や部品点数を抑えることができ、より低コストに製造することが可能となる。また、ユーザのパラメータ設定項目を減らすことができ、操作を簡略ィ匕できるという利点もある。このような本発明の質量分析装置は、 ESI及び APCIによるイオンィ匕を同時に行うものであるため、幅広ヽ試料を対象としたノヽィスループット分析に好適に用いることができる。

[0017] また、上記のような分岐手段を備えたものの場合、該分岐手段から延出する給電ケ一ブルを高圧電源に接続すると共に、静電噴霧手段から延出する給電ケーブルを該分岐手段に設けられた給電ポートに接続することで上記電圧供給手段を構成することができるため、既存の ESIプローブをそのまま利用することができるという利点がある。図面の簡単な説明

[図 1]本発明の一実施例による大気圧イオン化質量分析装置の大気圧イオン化インタフェイス部の概略構成図。

[図 2]本実施例の大気圧イオン化質量分析装置の要部の電気的概略構成図。

[図 3]従来知られている一般的な LC/MS装置の一例を示す概略構成図。

[図 4]従来の各種のイオンィ匕手段の構成例を示す概略図。

符号の説明

10·· •LC部

11·· 'カラム

20·· 'インタフェイス咅

21·· 'イオン化室

22·· 'スプレーノズノレ

22a …金属管

23·· -脱溶媒管

24·· -乾燥ガス供給口

25·· -放電電極

26··七ータ

27·· 'ブロックヒータ

30·· •MS部

31·· -第 1中間室

32·· -第 2中間室

33·· -分析室

34·· '第 1イオンレンズ

35·· -スキマー

36·· 'オリフィス

37·· '第 2イオンレンズ

38·· '四重極フィルタ

39·· 'イオン検出器 40…制御部

41…高圧電源

42…電源

43· ··中継ボックス

44…第 1ケーブル

45· ··第 2ケーブル

46…第 3ケーブル

46a…給電ポート

47…給電ケーブル

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明に係る大気圧イオン化質量分析装置の一実施例を、図面を参照して説明する。図 1は本実施例による大気圧イオンィ匕質量分析装置のイオン化インタフエイス部の概略構成図、図 2は本装置の要部の電気的概略構成図である。なお、上記以外の基本的な構成については、図 3で説明した従来の一般的な MS装置と同様であるので、説明を省略する。

[0021] 図 1に示すように、イオン化インタフェイス部には、静電噴霧手段であるスプレーノズル 22とコロナ放電手段である針状の放電電極 25が配設されており、これらは、両手段に対する最適印加電圧が同一になるよう適切な位置に配置されている。更に、ィオンィ匕室 21と第 1中間室 31の境界には脱溶媒管 23及びイオン化室 21に供給される乾燥ガスを加熱するためのブロックヒータ 27が設けられている。

[0022] このイオン化インタフェイス部は、 ESI又は APCIの両イオン化モードを同時に実行できるように構成されている。すなわち、図 2に示すように、数 kV以上の高電圧を供給する高圧電源 41は、分岐部を有する給電線により放電電極 25、及びスプレーノズル 2 2に内装されている金属管 22aに接続されており、該高圧電源 41の on/offは、 MS部の動作全般を司る制御部 40により制御される。なお、ブロックヒータ 27には電圧可変な電源 42が接続されており、該電源 42の on/off及び出力電圧も制御部 40によって制御される。

[0023] 本実施例の LC/MSでは、図 1に示すように、高圧電源 41とスプレーノズル 22及び放電電極 25との間に高電圧ケーブルの中継ボックス 43を設け、該中継ボックス 43内で高電圧供給先を分岐させた構成となってヽる。中継ボックス 43からは高圧電源 41 に対して着脱自在に接続される第 1ケーブル 44が延出しており、該中継ボックス 43 の内部では該第 1ケーブル 44が第 2ケーブル 45と第 3ケーブル 46とに分岐されている。第 2ケーブル 45は放電電極 25に接続されており、第 3ケーブル 46は中継ボックスに設けられた給電ポート 46aに接続され、該給電ポート 46aを介してスプレーノズル 22に設けられた給電ケーブル 47と着脱自在に接続される。このような中継ボックス 43を設けて高電圧の給電先を分岐させる構成としたことにより、既存の ESIプローブを該中継ボックス 43に接続することで、該 ESIプローブを本実施例のスプレーノズル 2 2としてそのまま利用することができるという効果を奏する。

[0024] 本実施例に係る LC/MSの分析時の動作を説明する。 LC部で分離された試料溶液は、スプレーノズル 22後端に接続された試料チューブ力スプレーノズル 22内に導入される。このとき、高圧電源 41で発生した高電圧 VIがスプレーノズル 22の金属管 22a及び放電電極 25に対して印加される。

[0025] 上記金属管 22aは試料液が流通するキヤビラリ管を囲んでいるため、金属管 22aに印加された高電圧によってキヤビラリ管の端部に達した試料液は強く帯電し、キヤビラリ管の外筒であるネブライズ管（図示略)力も噴出するネブライズガスの助けを受けて、帯電液滴として噴霧される。その噴霧流に乾燥ガス供給口 24から噴出する加熱乾燥ガスが吹き付けられ、液滴中の溶媒が急速に蒸発して液滴のサイズが小さくなり、それに伴 1、クーロン反発力によって気体イオンが発生する。

[0026] 一方、放電電極 25の周辺では、上記高電圧 VIの印加によるコロナ放電によってバッフアイオンが生成され、該バッファイオンと反応することによって噴霧流中の試料分子力オンィ匕される。なお、 APCI法において高いイオンィ匕効率を得るためには、試料液滴を十分に乾燥させる必要がある力本実施例に係るインタフェイスにおいては、従来のものよりもブロックヒータ 27の電力を大きくすることによって、別途ヒータを設けることなく高いイオンィ匕効率を得ることができる。

[0027] こうして発生したイオンは、イオンィ匕室 21と第 1中間室 31との間の圧力差により、脱溶媒管 23を通して第 1中間室 31内に吸い込まれる。また、イオン化室 21において蒸発しきらずに残った微小な液滴も脱溶媒管 23に吸い込まれ、管内でブロックヒータ 2 7に加熱されて溶媒が蒸発し、イオン化が促進される。第 1中間室 31に到達したィォンは、第 1イオンレンズ 34により収束され、後段の第 2中間室及び分析室へと送られる

[0028] このように本実施例の LC/MSに係るイオン源では静電噴霧手段とコロナ放電手段によって、 ESI法によるイオン化と APCI法によるイオン化が同時に行われるため、 ESI に適した成分と APCIに適した成分の双方を一度の分析で効率よくイオン化することができる。また、上述のように本実施例の LC/MS装置においては、静電噴霧手段とコロナ放電手段に対して一つの高圧電源から同一値の電圧を印加する構成としたことにより、制御回路の設計の手間を省くと共に部品点数を削減して製造コストを抑えることができ、更に、ユーザによるパラメータ設定の手間を低減し、操作性を向上させることができると!/、う効果を奏する。

[0029] なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更や修正を行えることは明らかである。例えば、本発明の質量分析装置における MS部は、図 3に示すような四重極フィルタを備えたものの他、飛行時間型等!、ずれのタイプの質量分離手段を備えたものであってもよい。また、上記のような中継ボックスを設けず、高圧電源からの給電線を分岐させて静電噴霧手段やコロナ放電手段と直接接続する構成とすることちでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 液体試料をイオン化して質量分析部に導入するイオン化インタフェイスを備えた質量分析装置において、

a)液体試料を帯電液滴として噴霧する静電噴霧手段と、

c)前記静電噴霧手段及びコロナ放電手段に電圧を供給する電圧供給手段と、を有し、前記電圧供給手段が、前記静電噴霧手段とコロナ放電手段に対して一つの高圧電源カゝら同じ値の電圧を供給するものであることを特徴とする質量分析装置。

[2] 上記電圧供給手段が、上記高圧電源に接続される給電ケーブルを筐体内で 2方に分岐させる分岐手段を有し、分岐したケーブルの一方をコロナ放電手段に接続すると共に、他方のケーブルは筐体表面に設けられた給電ポートに接続し、上記静電噴霧手段に設けられた給電ケーブルを該給電ポートに着脱自在に接続して成るものであることを特徴とする請求項 1に記載の質量分析装置。