WO2009116114A1 - イオン化方法及びイオン化装置 - Google Patents

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山口真一
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株式会社島津製作所
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    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/165—Electrospray ionisation

Definitions

  • the present invention relates to an ionization method and an ionization apparatus for generating ions used for mass spectrometry.
  • an atmospheric pressure ionization method such as electrospray ionization (ESI) or atmospheric pressure chemical ionization (APCI) is generally used.
  • ESI electrospray ionization
  • APCI atmospheric pressure chemical ionization
  • 6A is a principle configuration diagram of ESI
  • FIG. 6B is a principle configuration diagram of APCI.
  • the sample solution is introduced into a small-diameter nozzle 1 having a DC high voltage of about several kV applied to the tip.
  • the sample solution is given a charge having the same polarity as the voltage by the high voltage applied from the DC voltage source 3, and the potential difference between the nozzle 1 and the ion introduction part (for example, a sampling cone or a desolvation tube) 4 facing the nozzle 1. It atomizes so that it may be torn off from the tip of the nozzle 1 by the action of the electric field formed by.
  • nebulization gas is used which is ejected through a nebulization gas pipe 2 which is coaxial with the nozzle 1 and forms an outer cylinder.
  • the charged fine droplets sprayed from the nozzle 1 collide with the surrounding atmospheric gas and are divided and refined by the internal electrostatic repulsion force. Moreover, the surroundings are heated moderately and the solvent in a fine droplet evaporates. In the process of making the droplets finer in this way, ions derived from the sample components are released, and the generated ions are sent to the mass analysis unit (not shown) via the ion introduction unit 4.
  • a sample solution is sprayed from the tip of the nozzle 1 using a nebulization gas such as nitrogen ejected through the nebulization gas pipe 2.
  • the solvent in the droplets constituting the spray flow is rapidly vaporized under a high-temperature heating atmosphere by the heater 5.
  • a discharge electrode 6 is disposed in front of the spray flow, and the solvent molecules are ionized by the corona discharge by the discharge electrode 6 to become reaction ions.
  • the reaction ions and sample molecules cause a chemical reaction, and the sample molecules become ions by proton addition or proton desorption, and are sent to a mass analysis unit (not shown) through the ion introduction unit 4.
  • a laser desorption ionization method typified by a matrix-assisted laser desorption ionization method (MALDI) is often used to ionize components in a solid (or solid) sample.
  • MALDI matrix-assisted laser desorption ionization method
  • AP-MALDI atmospheric pressure MALDI
  • MALDI matrix-assisted laser desorption ionization method
  • MALDI matrix-assisted laser desorption ionization method
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a first object of the present invention is to provide a solvent in droplets when ionizing a sample solution containing a sample component by spraying the sample solution. It is an object to provide an ionization method and an ionization apparatus capable of efficiently performing ionization by promoting vaporization.
  • a second object of the present invention is to provide an ionization method and an ionization apparatus that can efficiently ionize components contained in a solid sample without using an auxiliary substance such as a matrix. It is.
  • An ionization method according to a first invention made to solve the above-mentioned problem is an ionization method for ionizing a sample component for use in mass spectrometry, A sample solution containing a sample component is sprayed by a spray section, a shock wave converged on the spray flow is applied, and vaporization of the solvent in the microdroplet is promoted to promote ion generation.
  • An ionization apparatus is an apparatus for carrying out the ionization method according to the first invention, and is made to converge on a spray part for spraying a sample solution containing a sample component, and a spray flow from the spray part.
  • Shock wave generating means for accelerating the vaporization of the solvent in the microdroplet by applying a shock wave, It is characterized by having.
  • the ionization method according to the first invention and the ionization device according to the second invention are particularly useful for an atmospheric pressure ionization method and an atmospheric pressure ionization device that perform ionization in a substantially atmospheric atmosphere.
  • the present invention can be used for all ionization methods in which a sample solution is sprayed in a substantially atmospheric pressure atmosphere, such as atmospheric pressure photoionization (APPI).
  • APPI atmospheric pressure photoionization
  • the spray flow is locally brought into a high temperature state by the converged shock wave, and a large pressure is locally applied.
  • a large pressure is locally applied.
  • the intensity and convergence of the shock wave, the gas pressure, etc. it can be several thousand degrees Celsius and several hundred atmospheres in a normal atmospheric pressure atmosphere.
  • the solvent in the droplets is rapidly vaporized.
  • the droplets are charged, and the sample components are easily released as ions as the vaporization of the solvent proceeds.
  • vaporization of the solvent from the droplets is promoted, so that the amount (density) of gas phase solvent molecules and sample molecules increases, and the chemical reaction becomes active and ionization efficiency is improved. To do. Moreover, it can be expected that the shock wave not only contributes to the solvent vaporization in the droplet but also directly acts on the sample molecules to perform ionization.
  • An ionization method made to solve the above problem is an ionization method for ionizing a sample component for use in mass spectrometry, It is characterized in that a focused shock wave is applied to a sample containing a sample component to be analyzed or a preparation, and the sample component is ionized by its action.
  • An ionization apparatus is an apparatus for carrying out the ionization method according to the third invention, A shock wave generating means for applying a converged shock wave to a sample including the sample component to be analyzed is provided, and the sample component is ionized by the action of the shock wave.
  • the ionization method according to the third invention and the ionization device according to the fourth invention are also particularly useful for an atmospheric pressure ionization method and an atmospheric pressure ionization device that perform ionization in a substantially atmospheric atmosphere.
  • the sample surface is locally brought into a high temperature state by the converged shock wave, and a large pressure (vibration) is locally applied.
  • a large pressure vibration
  • the sample component evaporates from the sample surface, and the component is ionized at that time.
  • the shock wave generation method and the shock wave convergence method in the shock wave generating means are not particularly limited. Various methods conventionally known in the medical field such as can be used.
  • the shock wave generating means may converge the shock wave generated from the generation source using reflection by a half-cut spheroid. That is, in this configuration, the generation source can be arranged at the first focal point inside the half-cut spheroid, and the shock wave can be converged at the other second focal point. Therefore, the position of the shock wave generating means may be determined so that the spray flow comes to the position of the second focal point or the sample surface is arranged.
  • a generation source of shock waves a high-power laser beam emitted from a laser light source is caused to converge by a lens to cause discharge, a discharge is caused by a high voltage applied to a discharge electrode, etc. It can be.
  • the shock wave generating means generates a shock wave by vibrations caused by a large number of piezoelectric elements provided on the inner surface of the concave body, and generates a shock wave by converging the shock wave at the focal point of the concave surface or by vibration of a metal film in the shock tube. It may be a thing.
  • the ion generation efficiency can be improved compared to the conventional case, and a larger amount of ions can be subjected to mass spectrometry.
  • the detection sensitivity and detection accuracy are improved, which in turn contributes to the improvement of qualitative accuracy and quantitative accuracy.
  • the components in the solid sample can be ionized by a completely different technique. Since the ionization energy directly affects the sample components, ionization can be performed with high efficiency without using an auxiliary substance such as a MALDI matrix.
  • the schematic block diagram of the ionization apparatus by one Example of this invention The whole block diagram of the mass spectrometer using the ionization apparatus shown in FIG.
  • the schematic block diagram of the ionization apparatus by the other Example of this invention The schematic block diagram of the modification of the ionization apparatus of FIG. Schematic which shows another structure of a shock wave generation means.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ionization apparatus according to the present embodiment
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram illustrating an example of a mass spectrometer using the ionization apparatus.
  • the mass spectrometer includes two intermediate vacuum chambers 12 and 13 between an ionization chamber 10 maintained in a substantially atmospheric pressure atmosphere and an analysis chamber 13 maintained in a high vacuum atmosphere.
  • a multi-stage differential exhaust system configuration is employed in which the degree of vacuum is increased stepwise from the ionization chamber 10 toward the analysis chamber 13.
  • the sample components in the sample solution are ionized by an ionization apparatus described later, and the generated ions are sent to the first intermediate vacuum chamber 11 through the ion introduction unit 4.
  • ions having various masses are selected by the quadrupole mass filter 16 disposed in the analysis chamber 13. It reaches the detector 17 and is detected.
  • the mass of ions that can pass through the quadrupole mass filter 16 differs depending on the high-frequency voltage and DC voltage applied to the filter 16. Therefore, by scanning these voltages, the mass of ions reaching the detector 17 can be scanned, and a mass spectrum can be created based on the detection signal.
  • the detection sensitivity can be improved by increasing the amount of ions introduced into the quadrupole mass filter 16.
  • ion generation in the ionization chamber 10, that is, in the ionizer is performed. It is beneficial to improve efficiency.
  • the ionization apparatus of the first embodiment is obtained by applying the present invention to the ESI ionization apparatus shown in FIG. 6A, and the same reference numerals are given to the components described in FIG. That is, the sample solution containing the sample component is assisted by the nebulizing gas ejected from the nebulizing gas pipe 2 and is given a biased electric charge by the voltage applied from the DC voltage source 3, and is almost atmospheric pressure as charged fine droplets. Sprayed in. The charged fine droplets are divided into fine droplets by colliding with the surrounding atmospheric gas or by electrostatic repulsion inside the droplets. Furthermore, the solvent in the droplets is vaporized, and the sample molecules are released as charged ions.
  • a reflector 7 having a semi-cut spheroidal reflecting surface is disposed in front of the sampling cone which is the ion introduction portion 4.
  • the reflecting surface of the reflector 7 and the spheroid E continuous with the reflecting surface 7 have two focal points F1 and F2, and the discharge electrode 8 is installed at the position of the first focal point F1 surrounded by the reflecting surface of the reflector 7. ing.
  • the other second focal point F2 is positioned in front of the ion introduction part 4 in the spray flow from the nozzle 1.
  • the reflector 7, the discharge electrode 8, and the discharge power source 9 correspond to the shock wave generating means in the present invention.
  • a shock wave spreads in a substantially spherical shape from the first focal point F1 to the periphery. Except for the shock wave that travels forward from the first focal point F1, that is, toward the ion introduction part 4, other shock waves are reflected by the reflector 7, and the reflected shock wave is converged to the second focal point F2. Most of the shock waves simultaneously emitted from the first focal point F1 are converged on the second focal point F2, so that the vicinity of the second focal point F2 is in a very high temperature state and pressure is also applied.
  • FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to ESI
  • the ion generation efficiency can be increased similarly when applied to APCI or APPI shown in FIG. 6B.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the ionization apparatus of the second embodiment.
  • the reflector 7, the discharge electrode 8 and the discharge power source 9 which are shock wave generating means are the same as those in the first embodiment, but in this example, the second focal point F2 of the spheroid E is the sample 31 held on the sample stage 30. It is located on the surface.
  • the sample 31 is a solid sample or a solid sample obtained by drying a sample solution.
  • a capillary tube 32 for collecting ions and sending them to the subsequent stage is disposed as an ion introduction part.
  • a shock wave spreads in a substantially spherical shape from the first focal point F1 to the periphery.
  • the shock wave reflected by the reflector 7 is converged to the second focal point F2, but since the sample 31 exists at the second focal point F2, the sample 31 is locally brought into a high temperature state, and pressure is applied, so that the sample 31 is Vaporize.
  • sample molecules in the sample 31 are ionized, and the generated ions are extracted from the sample 31 by the action of an electric field generated by a voltage applied between the sample stage 30 and the capillary tube 32 from the DC power source 33. And sucked into the capillary tube 32.
  • the component in the sample 31 is ionized by the focused shock wave acting directly on the sample 31. Therefore, it is not necessary to use a matrix unlike MALDI, and only the sample 31 needs to be held on the sample stage 30.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a modification of the ionization apparatus according to the second embodiment. Ions are released from the sample 31 by directly applying the shock wave converged on the sample 31 as described above, but many neutral particles derived from the sample 31 also jump out of the sample 31 in addition to the ions. That is, as schematically described in FIG. 4, a particle cloud in which ions P and neutral particles N are mixed is formed around the sample 31. In this state, the neutral particles P cannot be used for mass spectrometry and are wasted. Therefore, the ionization apparatus according to this modification further includes means for promoting ionization of the neutral particles N that have jumped out of the sample 31.
  • a laser beam irradiation unit 34 for irradiating a particle cloud with laser light is provided, and neutral particles N are excited by the laser beam to promote ionization.
  • ion generation efficiency can be improved, and a larger amount of ions can be subjected to mass spectrometry, thereby improving analysis sensitivity.
  • a micro droplet charged by a technique similar to ESI is generated and sprayed on the particle cloud.
  • electrons generated by heating the filament as in the EI method are applied to the particle cloud.
  • the neutralization ionization can be promoted by a method such as hitting.
  • the discharge by the discharge electrode 8 is used to generate a shock wave
  • the reflector 7 having a semi-cut spheroid shape is used to converge the generated shock wave.
  • various configurations used in the medical field specifically, a convergent shock wave generator for crushing gallstones, etc. can also be employed.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another configuration of the shock wave generating means.
  • the high-power laser light emitted from the laser light source 40 is condensed on the first focal point F1 of the reflector 7 by the lens 41.
  • a discharge occurs in the air, and the shock wave spreads spherically.
  • a shock wave may be generated by vibrating a metal film (diaphragm) provided in a straight pipe line called a shock tube, and this may be converged to a predetermined focal point by an acoustic lens.
  • a large number of piezo elements may be attached to the concave reflector, and the piezo elements may be simultaneously driven to vibrate so that the shock wave converges on the focal point of the concave reflector.
  • other configurations may be used.

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Abstract

　試料成分を含む試料溶液は、ノズル（１）の先端から電荷を付与されつつ略大気圧雰囲気中に噴霧される。帯電した微小液滴が大気ガスに衝突して分裂し、液滴から溶媒が気化する過程で試料分子がイオンとして放出される。この噴霧流中であってイオン導入部（４）の手前に第２焦点（Ｆ２）が位置するように、半切断回転楕円体形状のリフレクトロン（７）が配設され、その第１焦点（Ｆ１）の位置に放電電極（８）が設置される。放電電極（８）にパルス状の高電圧が印加され放電が生じると、それに伴い衝撃波が発生し、リフレクトロン（７）で反射した衝撃波は第２焦点（Ｆ２）に収束する。収束された衝撃波の作用により第２焦点（Ｆ２）付近は高温状態になり、また大きな圧力も加わる。そのため、液滴からの溶媒の気化が一層促進されてイオンが発生し易くなり、また直接的なイオン化も期待できる。これによってイオン生成効率を向上させることができる。

Description

イオン化方法及びイオン化装置
　本発明は、質量分析に供されるイオンを生成するためのイオン化方法及びイオン化装置に関する。
　液体クロマトグラフのカラムで分離された試料成分を含む試料溶液を質量分析装置で分析する際には、一般に、エレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）や大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）などの大気圧イオン化法（ＡＰＩ）が用いられる（例えば特許文献１など参照）。図６（Ａ）はＥＳＩの原理構成図、図６（Ｂ）はＡＰＣＩの原理構成図である。
　ＥＳＩにおいて、試料溶液は、先端に数kV程度の直流高電圧が印加された細径のノズル１に導入される。直流電圧源３から印加される高電圧によって試料溶液はその電圧と同極性の電荷を付与され、ノズル１とそれに対向するイオン導入部（例えばサンプリングコーンや脱溶媒管など）４との間の電位差によって形成される電場の作用で、ノズル１先端から引きちぎられるように霧化する。この試料溶液の霧化を補助するために、ノズル１と同軸で外筒となるネブライズガス管２を通して噴き出すネブライズガスが利用される。ノズル１から噴霧された帯電した微小液滴は、周囲の大気ガスに衝突するとともに内部の静電反発力によって分裂して微細化される。また、周囲は適度に加熱されており、微細液滴中の溶媒は気化する。こうして液滴が微細化する過程で、試料成分由来のイオンが放出され、生成されたイオンはイオン導入部４を経て図示しない質量分析部に送られる。
　またＡＰＣＩでは、ネブライズガス管２を通して噴き出す窒素などのネブライズガスを用いて、試料溶液をノズル１先端から噴霧する。ヒータ５による高温の加熱雰囲気の下で噴霧流を構成する液滴中の溶媒は迅速に気化する。この噴霧流の前方には放電電極６が配置され、この放電電極６によるコロナ放電によって溶媒分子はイオン化され反応イオンとなる。この反応イオンと試料分子とが化学反応を生じ、試料分子はプロトン付加又はプロトン脱離によりイオンとなり、イオン導入部４を経て図示しない質量分析部に送られる。
　上記のように大気圧イオン化法では、噴霧された液滴中の試料成分をイオン化するために、高温のアシストガスの吹き付けやヒータ加熱などにより、液滴中の溶媒の気化を促進させる手法が採られている。しかしながら、このような従来採用されている加熱手法では、たかだか数百℃程度の雰囲気温度による乾燥しか行えず、短時間で溶媒を気化させるには必ずしも十分ではない。
　そのため、例えばイオン導入部４として高温に加熱された細径のキャピラリを用い、この管の内部でも脱溶媒化を促してイオンの生成量を増加させる工夫も行われている（例えば特許文献２参照）。しかしながら、加熱キャピラリ管に入らなかった液滴中の試料成分は無駄になることが避けられない。特にＥＳＩでは、ノズル１から噴霧される液滴のサイズが比較的大きいため、液滴中の溶媒が気化しにくく、無駄になる試料成分の割合も多い。大気圧イオン化法を用いた質量分析装置でさらなる高感度化を図るには、上述のように従来無駄になっていた試料成分を確実にイオン化し、質量分析に供することが重要である。
　一方、固体状（又は固形状）の試料中の成分をイオン化するのには、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）を代表とするレーザ脱離イオン化法（ＬＤＩ）がよく用いられている。また略大気圧雰囲気の下でＭＡＬＤＩを適用する大気圧ＭＡＬＤＩ（ＡＰ－ＭＡＬＤＩ）も知られている。しかしながら、マトリックスを使用しないＬＤＩの場合にはイオン化効率を高くするのが難しいという課題がある。また、ＭＡＬＤＩの場合でも、レーザ光の吸収特性が良好であるマトリックスを選択する必要がある、試料結晶とマトリックスとの混合状態によって感度に大きな差が出る、といった課題がある。こうしたことから、ＬＤＩに代わる新しいイオン化手法の開発が望まれている。
特開２０００－１８５８８６号公報（段落[0005]-[0007]、図６） 特開２００３－１０７０５４号公報
　本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その第１の目的とするところは、試料成分を含む試料溶液を噴霧して該成分のイオン化を行う際に液滴中の溶媒の気化を促進させて効率よくイオン化を行うことができるイオン化方法及びイオン化装置を提供することである。
　また、本発明の第２の目的は、固形状の試料に含まれる成分のイオン化を、マトリックス等の補助物質を利用することなく、効率的に行うことができるイオン化方法及びイオン化装置を提供することである。
　上記課題を解決するために成された第１発明に係るイオン化方法は、質量分析に供するために試料成分をイオン化するイオン化方法であって、
　試料成分を含む試料溶液を噴霧部により噴霧し、その噴霧流に収束させた衝撃波を当て、微小液滴中の溶媒の気化を促進させてイオン生成を促すことを特徴としている。
　また第２発明に係るイオン化装置は第１発明に係るイオン化方法を実施するための装置であって、試料成分を含む試料溶液を噴霧する噴霧部と、前記噴霧部からの噴霧流に対し収束させた衝撃波を当てて微小液滴中の溶媒の気化を促進させる衝撃波発生手段と、
　を備えることを特徴としている。
　第１発明に係るイオン化方法及び第２発明に係るイオン化装置は、特に、略大気雰囲気の下でイオン化を行う大気圧イオン化方法及び大気圧イオン化装置に有用である。具体的には、上述したＥＳＩ、ＡＰＣＩのほか、大気圧光イオン化法（ＡＰＰＩ）など、試料溶液を略大気圧雰囲気中に噴霧するイオン化法全般に利用することができる。
　第２発明により実施される第１発明に係るイオン化方法では、収束された衝撃波によって噴霧流中が局所的に高温状態となるとともに、局所的に大きな圧力が加わる。衝撃波の強度や収束性、ガス圧などにも依存するが、通常の大気圧雰囲気中であれば、数千℃、数百気圧にもなり得る。これにより、液滴中の溶媒は急速に気化する。例えばＥＳＩの場合には、液滴が帯電しており、溶媒の気化が進むことで試料成分がイオンとなって放出され易くなる。またＡＰＣＩの場合には、液滴からの溶媒の気化が促進されることで、気相状の溶媒分子や試料分子の量（密度）が多くなり、化学反応が盛んになってイオン化効率が向上する。また、衝撃波が液滴中の溶媒気化に寄与するのみならず、直接的に試料分子に作用してイオン化を行うことも期待できる。
　また上記課題を解決するために成された第３発明に係るイオン化方法は、質量分析に供するために試料成分をイオン化するイオン化方法であって、
　分析対象である試料成分を含む試料又は被調製物に対し収束させた衝撃波を当て、その作用により試料成分をイオン化することを特徴としている。
　また第４発明に係るイオン化装置は第３発明に係るイオン化方法を実施するための装置であって、
　分析対象である試料成分を含む試料に対し収束させた衝撃波を当てる衝撃波発生手段を備え、衝撃波の作用により試料成分をイオン化することを特徴としている。
　第３発明に係るイオン化方法及び第４発明に係るイオン化装置も、特に、略大気雰囲気の下でイオン化を行う大気圧イオン化方法及び大気圧イオン化装置に有用である。
　第４発明により実施される第３発明に係るイオン化方法では、収束された衝撃波によって試料表面が局所的に高温状態となるとともに、局所的に大きな圧力（振動）が加わる。この熱や圧力の作用により、試料表面から試料成分が蒸発し、その際に該成分がイオン化される。
　第１及び第３発明に係るイオン化方法、並びに、第２及び第４発明に係るイオン化装置では、衝撃波発生手段における衝撃波の生成手法や衝撃波の収束手法は特に限定されるものではなく、例えば胆石破砕などの医療分野などで従来知られている様々な手法を用いることができる。
　一態様として、上記衝撃波発生手段は、半切断回転楕円体による反射を利用して発生源より発生された衝撃波の収束を行うものとすることができる。即ち、この構成では、半切断回転楕円体内部の第１焦点に発生源を配置し、もう一方の第２焦点に衝撃波を収束させることができる。したがって、この第２焦点の位置に噴霧流が来るように或いは試料表面が配置されるように、衝撃波発生手段の位置を決めればよい。また衝撃波の発生源としては、レーザ光源から放出された高出力のレーザ光をレンズにより収束させて放電を生起させることによるもの、放電電極に印加した高電圧により放電を生起させることによるもの、などとすることができる。
　また、上記衝撃波発生手段は、凹面体の内面に多数設けたピエゾ素子による振動により衝撃波を発生し、その凹面の焦点に衝撃波を収束させるものや、衝撃管内の金属膜の振動により衝撃波を発生するもの、などとしてもよい。
　第１発明に係るイオン化方法及び第２発明に係るイオン化装置によれば、従来に比べてイオン生成効率を向上させ、より多くの量のイオンを質量分析に供することができる。それにより、検出感度や検出精度を向上させ、ひいては定性精度や定量精度の向上にも寄与する。
　また第３発明に係るイオン化方法及び第４発明に係るイオン化装置によれば、従来とは全く異なる手法で固形状の試料中の成分のイオン化を行うことができる。イオン化のエネルギーは直接的に試料成分に作用するので、ＭＡＬＤＩのマトリックスのような補助的な物質を用いずに、高い効率でイオン化を行うことができる。
本発明の一実施例によるイオン化装置の概略構成図。 図１に示したイオン化装置を利用した質量分析装置の全体構成図。 本発明の他の実施例によるイオン化装置の概略構成図。 図３のイオン化装置の変形例の概略構成図。 衝撃波発生手段の別の構成を示す概略図。 従来の大気圧イオン化装置の概略構成図であり、（Ａ）はＥＳＩ、（Ｂ）はＡＰＣＩを示す図。
符号の説明
１…ノズル
２…ネブライズガス管
３…直流電圧源
４…イオン導入部（サンプリングコーン）
５…ヒータ
６…放電電極
７…リフレクタ
８…放電電極
９…放電電源
３０…試料台
３１…試料
３２…キャピラリ管
３３…直流電源
４０…レーザ光源
４１…レンズ
　　［第１実施例］
　本発明の一実施例（第１実施例）であるイオン化装置について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例のイオン化装置の概略構成図、図２はこのイオン化装置を用いた質量分析装置の一例を示す全体構成図である。
　図２に示すように、この質量分析装置は、略大気圧雰囲気に維持されるイオン化室１０と高真空雰囲気に維持される分析室１３との間に、２つの中間真空室１２、１３を備え、イオン化室１０から分析室１３に向かって段階的に真空度を高める多段差動排気系の構成を採用している。イオン化室１０においては後述するイオン化装置により、試料溶液中の試料成分がイオン化され、発生したイオンはイオン導入部４を通して第１中間真空室１１に送られる。
　イオンは、第１中間真空室１１内に配設された第１イオンガイド１４、及び、第２中間真空室１２内に配設された第２イオンガイド１５により収束されつつ、後段に輸送される。そして、様々な質量（厳密には質量電荷比m/z）を持つイオンの中で、分析室１３内に配設された四重極質量フィルタ１６により、所定の質量を持つイオンが選択され、検出器１７に到達して検出される。四重極質量フィルタ１６を通過し得るイオンの質量は、該フィルタ１６に印加される高周波電圧及び直流電圧に応じて相違する。したがって、これら電圧を走査することにより、検出器１７に到達するイオンの質量を走査し、その検出信号に基づいて質量スペクトルを作成することができる。
　この質量分析装置では、四重極質量フィルタ１６に導入するイオンの量を増加させることで検出感度を向上させることができ、そのためには、イオン化室１０内での、つまりイオン化装置でのイオン生成効率を向上させることが有益である。
　この第１実施例のイオン化装置は図６（Ａ）に示したＥＳＩによるイオン化装置に本発明を適用したものであり、図６（Ａ）で説明した構成要素には同一符号を付す。即ち、試料成分を含む試料溶液は、ネブライズガス管２から噴き出すネブライズガスの助けを受け、且つ、直流電圧源３から印加される電圧により片寄った電荷を付与され、帯電した微小液滴として略大気圧雰囲気中に噴霧される。帯電微小液滴は周囲の大気ガスと衝突することにより、或いは液滴内部の静電的な斥力により、分裂して次第に微細な液滴となる。さらに、液滴中の溶媒が気化し、試料分子は電荷を持ったイオンとして放出される。
　第１実施例における特徴的な構成として、イオン導入部４であるサンプリングコーンの前方には、半切断回転楕円体形状の反射面を有するリフレクタ７が配設されている。該リフレクタ７の反射面及びそれと連続する回転楕円体Ｅには、２つの焦点Ｆ１、Ｆ２が存在し、リフレクタ７の反射面で囲繞される第１焦点Ｆ１の位置に、放電電極８が設置されている。もう一方の第２焦点Ｆ２は、ノズル１からの噴霧流中で、イオン導入部４の手前直近に位置する。このリフレクタ７、放電電極８、及び放電電源９が本発明における衝撃波発生手段に相当する。
　放電電源９より放電電極８に所定のパルス状の高電圧が印加され、放電電極８で放電が発生すると、第１焦点Ｆ１から周囲に略球状に衝撃波が広がる。第１焦点Ｆ１から前方、つまりイオン導入部４に向かって進行した衝撃波を除き、他の衝撃波はリフレクタ７により反射され、その反射衝撃波は第２焦点Ｆ２に収束される。第１焦点Ｆ１から一斉に放出された衝撃波の多くが第２焦点Ｆ２に収束されるので、第２焦点Ｆ２付近はきわめて高い高温状態となり、また圧力も加わる。
　放電電極８で生成される衝撃波の強度にもよるが、理想的には第２焦点Ｆ２において数千℃の温度、数百気圧の圧力が得られ、その近傍でもヒータなどの加熱に比べて高い温度となる。この温度と圧力（振動）の作用により、液滴中の溶媒の気化は一層促進され、それに伴ってイオンの生成も促される。また、収束された衝撃波は液滴中の溶媒の気化のみならず、より直接的に試料分子をイオン化させる働きを持つ。したがって、従来に比べてイオン生成効率が向上し、同じ量の試料溶液を噴霧した場合でも、より多くの量のイオンをイオン導入部４を通して後段に送り込むことができる。
　なお、図１は本発明をＥＳＩに適用した例であるが、図６（Ｂ）に示したＡＰＣＩやＡＰＰＩなどに適用しても同様にイオン生成効率を上げることができる。
　　［第２実施例］
　次に本発明の別の実施例（第２実施例）であるイオン化装置について、添付図面を参照して説明する。図３はこの第２実施例のイオン化装置の概略構成図である。
　衝撃波発生手段であるリフレクタ７、放電電極８及び放電電源９は第１実施例と同じであるが、この例では、回転楕円体Ｅの第２焦点Ｆ２が試料台３０に保持された試料３１の表面に位置するようにしている。この試料３１は固体状の試料、又は試料溶液を乾化させた固形状の試料である。この試料台３０と放電電極８との間には、イオンを収集して後段に送るためのキャピラリ管３２がイオン導入部として配設されている。
　放電電源９より放電電極８に所定のパルス状の高電圧が印加され、放電電極８で放電が発生すると、第１焦点Ｆ１から周囲に略球状に衝撃波が広がる。リフレクタ７による反射衝撃波は第２焦点Ｆ２に収束されるが、この第２焦点Ｆ２には試料３１が存在するので、試料３１が局所的に高温状態となり、また圧力が加わることにより、試料３１が気化する。それに伴って試料３１中の試料分子はイオン化され、発生したイオンは、直流電源３３から試料台３０とキャピラリ管３２との間に印加される電圧によって生成される電場の作用で、試料３１から引き出されてキャピラリ管３２に吸引される。
　即ち、この第２実施例のイオン化装置では、収束された衝撃波が試料３１に直接的に作用することで、試料３１中の成分がイオン化される。したがって、ＭＡＬＤＩのようにマトリックスを用いる必要がなく、試料３１のみを試料台３０に保持させればよい。
　図４は上記第２実施例によるイオン化装置の変形例の概略構成図である。上述したように収束させた衝撃波を試料３１に直接当てることで試料３１からイオンが放出されるが、イオン以外に、試料３１由来の中性粒子も多く試料３１から飛び出る。つまり、図４中に模式的に記載したように、試料３１の周囲にはイオンＰと中性粒子Ｎとが混在した粒子雲が形成される。このままでは、この中性粒子Ｐは質量分析に利用できず無駄になる。そこで、この変形例によるイオン化装置は、試料３１から飛び出した中性粒子Ｎのイオン化を促す手段をさらに備える。
　図４の例では、粒子雲にレーザ光を照射するレーザ光照射部３４を設け、そのレーザ光により中性粒子Ｎを励起させてイオン化を促す。これによって、イオンの生成効率が向上し、より多くの量のイオンを質量分析に供し、分析感度を向上させることができる。また、レーザ光の代わりに、例えばＥＳＩと同様の手法により帯電させた微小液滴を生成してこれを粒子雲に吹き付ける、例えばＥＩ法のようにフィラメントの加熱などにより生成した電子を粒子雲に当てる、等の方法でも中性粒子のイオン化を促進することができる。こうしたイオン化促進手段を別途設けることで、試料３１に加える衝撃波のパワーを落としても、高いイオン生成効率を達成できる。
　上記実施例では、衝撃波を生成するために放電電極８による放電を利用し、生成された衝撃波を収束するために半切断回転楕円体形状であるリフレクタ７を利用していたが、衝撃波発生手段として、例えば医療分野（具体的には胆石破砕用の収束衝撃波発生装置等）などで使用されている各種の構成を採用することもできる。
　図５は衝撃波発生手段の別の構成を示す概略図である。この例では、レーザ光源４０から放出された高出力のレーザ光を、レンズ４１によってリフレクタ７の第１焦点Ｆ１に集光する。これによって、空中で放電が発生し、それに伴い衝撃波が球状に広がる。
　また、衝撃管と呼ばれる直状の管路内に設けられた金属膜（ダイヤフラム）を振動させることで衝撃波を発生させ、これを音響レンズにより所定の焦点に収束させる構成としてもよい。また、凹面状のリフレクタに多数のピエゾ素子を取り付け、それらピエゾ素子を同時に駆動して振動させることで、凹面状リフレクタの焦点に衝撃波を収束させる構成としてもよい。もちろん、それ以外の構成としてもよい。
　上記実施例や各種態様は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは当然である。

Claims (7)

  1. 　質量分析に供するために試料成分をイオン化するイオン化方法であって、
    　試料成分を含む試料溶液を噴霧部により噴霧し、その噴霧流に収束させた衝撃波を当て、微小液滴中の溶媒の気化を促進させてイオン生成を促すことを特徴とするイオン化方法。
  2. 　質量分析に供するために試料成分をイオン化するイオン化装置において、
    　試料成分を含む試料溶液を噴霧する噴霧部と、
    　前記噴霧部からの噴霧流に対し収束させた衝撃波を当てて微小液滴中の溶媒の気化を促進させる衝撃波発生手段と、
    　を備えることを特徴とするイオン化装置。
  3. 　請求項２に記載のイオン化装置であって、前記噴霧部は、試料溶液に電荷を付与して帯電液滴として噴霧するものであることを特徴とするイオン化装置。
  4. 　質量分析に供するために試料成分をイオン化するイオン化方法であって、
    　分析対象である試料成分を含む試料又は被調製物に対し収束させた衝撃波を当て、その作用により試料成分をイオン化することを特徴とするイオン化方法。
  5. 　質量分析に供するために試料成分をイオン化するイオン化装置であって、
    　分析対象である試料成分を含む試料又は被調製物に対し収束させた衝撃波を当てる衝撃波発生手段を備え、衝撃波の作用により試料成分をイオン化することを特徴とするイオン化装置。
  6. 　請求項１又は４に記載のイオン化方法であって、略大気雰囲気の下でイオン化を行う大気圧イオン化方法であることを特徴とするイオン化方法。
  7. 　請求項２又は５に記載のイオン化装置であって、略大気雰囲気の下でイオン化を行う大気圧イオン化装置であることを特徴とするイオン化装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105258823A (zh) * 2015-11-03 2016-01-20 中国原子能科学研究院 一种瞬态冲击波温度测量系统及方法
JP2019140043A (ja) * 2018-02-14 2019-08-22 国立大学法人浜松医科大学 イオン化装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5810984B2 (ja) * 2012-03-14 2015-11-11 株式会社島津製作所 プローブ
CN105304451B (zh) * 2015-10-23 2017-06-16 浙江好创生物技术有限公司 一种应用于质谱仪的电喷雾离子源及质谱分析方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6070062U (ja) * 1983-10-21 1985-05-17 日本電子株式会社 液体クロマトグラフ質量分析装置
JPS62109346U (ja) * 1985-12-27 1987-07-13
JPH05256837A (ja) * 1992-03-13 1993-10-08 Hitachi Ltd 質量分析計
JPH0824264A (ja) * 1994-07-20 1996-01-30 Nippon Sekigaisen Kogyo Kk 衝撃波利用医療装置
JP2000055880A (ja) * 1998-08-06 2000-02-25 Shimadzu Corp 液体クロマトグラフ質量分析装置
JP2000106127A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Jeol Ltd 大気圧イオン源
JP2007111682A (ja) * 2005-10-24 2007-05-10 Sony Corp 洗浄方法及び洗浄装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4202123C2 (de) * 1992-01-27 1995-04-06 Bruker Franzen Analytik Gmbh Vorrichtung für die massenspektrometrische Untersuchung schneller organischer Ionen
US5301659A (en) * 1992-06-08 1994-04-12 Bantum Tripter Joint Venture Extracorporeal shockwave lithotripter
WO1994026425A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 Mcdonnell Douglas Corporation Laser absorption wave deposition process
US6147347A (en) * 1994-03-15 2000-11-14 Hitachi, Ltd. Ion source and mass spectrometer instrument using the same
JP3596354B2 (ja) * 1999-06-21 2004-12-02 株式会社日立製作所 燃焼状態監視方法およびその装置
JP3925000B2 (ja) * 1999-09-06 2007-06-06 株式会社日立製作所 噴霧器及びそれを用いた分析装置
JP4415490B2 (ja) * 2000-12-15 2010-02-17 株式会社島津製作所 液体クロマトグラフ質量分析装置
JP2003107054A (ja) 2001-10-01 2003-04-09 Shimadzu Corp 液体クロマトグラフ質量分析装置
JP4176532B2 (ja) * 2002-09-10 2008-11-05 キヤノンアネルバ株式会社 反射型イオン付着質量分析装置
JP3846417B2 (ja) 2002-12-02 2006-11-15 株式会社島津製作所 大気圧イオン化質量分析装置
JP2004257873A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Yamanashi Tlo:Kk 試料ガスのイオン化方法およびイオン化装置
JP3912345B2 (ja) * 2003-08-26 2007-05-09 株式会社島津製作所 質量分析装置
DE102004002729B4 (de) * 2004-01-20 2008-11-27 Bruker Daltonik Gmbh Ionisierung desorbierter Analytmoleküle bei Atmosphärendruck
WO2005104181A1 (ja) * 2004-03-30 2005-11-03 Yamanashi Tlo Co., Ltd. 質量分析のためのイオン化方法および装置
US7259371B2 (en) * 2005-01-10 2007-08-21 Applera Corporation Method and apparatus for improved sensitivity in a mass spectrometer
US20070002918A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Norbert Niemoeller Acoustic shock-wave damping in pulsed gas-laser discharge

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6070062U (ja) * 1983-10-21 1985-05-17 日本電子株式会社 液体クロマトグラフ質量分析装置
JPS62109346U (ja) * 1985-12-27 1987-07-13
JPH05256837A (ja) * 1992-03-13 1993-10-08 Hitachi Ltd 質量分析計
JPH0824264A (ja) * 1994-07-20 1996-01-30 Nippon Sekigaisen Kogyo Kk 衝撃波利用医療装置
JP2000055880A (ja) * 1998-08-06 2000-02-25 Shimadzu Corp 液体クロマトグラフ質量分析装置
JP2000106127A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Jeol Ltd 大気圧イオン源
JP2007111682A (ja) * 2005-10-24 2007-05-10 Sony Corp 洗浄方法及び洗浄装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105258823A (zh) * 2015-11-03 2016-01-20 中国原子能科学研究院 一种瞬态冲击波温度测量系统及方法
CN105258823B (zh) * 2015-11-03 2017-11-21 中国原子能科学研究院 一种瞬态冲击波温度测量系统及方法
JP2019140043A (ja) * 2018-02-14 2019-08-22 国立大学法人浜松医科大学 イオン化装置

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