WO2016006022A1 - イオン化装置 - Google Patents

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和気 弘明
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株式会社島津製作所
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns

Definitions

  • the present invention relates to an ionization apparatus for ionizing a liquid sample in a mass spectrometer such as a liquid chromatograph mass spectrometer.
  • LCMS liquid chromatograph mass spectrometer
  • MS mass spectrometer
  • analysis target component a component eluted from the LC and a standard sample
  • the sample is introduced into the ionization chamber at a different timing and ionized.
  • one having both a mass peak derived from an analysis target component and a standard sample is obtained on one mass spectrum (internal standard method)
  • the mass spectrum of the analysis target component and a standard sample are obtained.
  • the mass-to-charge ratio value of the mass peak derived from the analysis target component is calibrated based on the position of the mass peak derived from the standard sample.
  • Patent Document 1 discloses an ionization apparatus that includes a plurality of ionization probes and introduces a liquid analysis target component and a liquid standard sample independently from these probes into an ionization chamber.
  • an ionization probe for generating ions from a liquid sample an ESI (electrospray ionization) probe or an APCI (atmospheric pressure chemical ionization) probe is used.
  • the ESI probe and the APCI probe are provided with a liquid sample supply pipe for supplying a liquid sample and a nebulization gas supply pipe provided so as to cover the outer periphery of the liquid sample supply pipe.
  • Nebulization gas such as nitrogen gas supplied to the nebulization gas supply pipe is sprayed onto the liquid sample at the outlet of the ionization probe to promote atomization of the liquid sample.
  • a mechanism for supplying a liquid sample (analysis target component or standard sample) and a nebulization gas to a plurality of ionization probes is provided.
  • a mechanism for supplying a liquid sample or nebulization gas to each of a plurality of ionization probes is provided, there is a problem that the configuration of the ionization apparatus becomes complicated.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an ionization apparatus capable of introducing a liquid analysis sample and a liquid standard sample into an ionization chamber with a simple configuration.
  • An ionization apparatus which has been made to solve the above problems, a) an ionization chamber; b) an analyte sample supply pipe for delivering a liquid analyte sample to the ionization chamber; c) an ionization promoting gas supply pipe for feeding a gas that promotes ionization of the sample to be analyzed; d) a standard sample gas supply unit for supplying a standard sample gas generated by vaporizing a liquid standard sample to the ionization promoting gas supply pipe; It is characterized by providing.
  • a nebulization gas supply pipe of an ESI ionization probe or an APCI probe can be used as the ionization promoting gas supply pipe.
  • a dry gas supply pipe that supplies a dry gas that promotes vaporization and ionization by drying the gas of the sample to be analyzed in the ionization apparatus may be used as the ionization promoting gas supply pipe.
  • a standard sample vaporized through an existing ionization promoting gas supply pipe is introduced into the ionization chamber. Therefore, the liquid analysis target sample and the liquid standard sample can be introduced with a simple configuration.
  • the ionization promoting gas supply pipe is preferably a dry gas supply pipe.
  • the dry gas is a gas for promoting the ionization and vaporization of the liquid sample, and is usually fed by heating. Therefore, the drying gas supply pipe is provided with a drying gas heating mechanism and a temperature control mechanism. Therefore, by using the dry gas supply pipe as the ionization promoting gas supply pipe, the standard sample having a high boiling point can be supplied to the ionization chamber without condensing.
  • the standard sample gas supply unit preferably includes a supply switching unit that switches between supply and non-supply of the standard sample gas.
  • the standard sample gas can be introduced into the ionization chamber at a desired timing and used for analysis.
  • the supply switching unit for example, a switching valve provided at a connection portion between the ionization promoting gas supply pipe and the standard gas supply unit can be used.
  • a liquid analysis target sample and a liquid standard sample can be introduced with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ionization apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an ionization apparatus according to Embodiment 2.
  • An ionization apparatus is provided as an interface unit between a liquid chromatograph unit (LC) and a mass spectrometer unit (MS), for example, in a liquid chromatograph mass spectrometer (LCMS) described below. It is used as an apparatus for ionizing sample components separated temporally in a column and supplying them to MS.
  • LCMS liquid chromatograph mass spectrometer
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an LCMS provided with an ionization apparatus of an embodiment described later.
  • the sample to be analyzed introduced from the injector 13 of the LC 10 is introduced into the column 14 along the flow of the mobile phase supplied from the mobile phase vessel 11 by the pump 12 at a constant speed, and the components are separated.
  • the eluate (mixed liquid of the separated sample component and LC mobile phase) from the column 14 is fed to the ionization probe 22 of the ionization apparatus 20 and sprayed into the ionization chamber 21 from the tip thereof to be ionized. Fine droplets containing the generated ions are transported to the MS 30 through a thin tube (desolvent tube) 23 heated by a heater (not shown).
  • the MS 30 is discharged from the ion transport optical system 31 that converges ions introduced from the desolvation tube 23 and sends them to the subsequent stage, a three-dimensional quadrupole ion trap 32 that accumulates ions, and the ion trap 32.
  • a time-of-flight mass analyzer (TOFMS) 33 that separates the various ions according to their time of flight, and a detector 34 that detects ions separated by the TOFMS 33.
  • TOFMS time-of-flight mass analyzer
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ionization apparatus 20 according to the first embodiment.
  • This ionization apparatus 20 is an apparatus (ESI source) that ionizes sample components contained in the eluate (mixed liquid of separated sample components and LC mobile phase) from the column 14 of the LC 10 by an ESI (electrospray ionization) method.
  • an analysis target sample supply pipe 221 for feeding the eluate from the column 14 and a nebulization gas supply pipe 222 provided so as to cover the outer periphery of the analysis target sample supply pipe 221, with a few kV at the tip.
  • An ESI probe 22 to which a DC high voltage is applied is provided.
  • a nebulization gas supply line 50 for supplying a nebulization gas such as nitrogen gas is connected to the nebulization gas supply pipe 222.
  • the eluate introduced into the analysis target sample supply pipe 221 of the ESI probe 22 is charged by a high voltage when reaching the tip of the supply pipe 221, and the nebulization gas discharged from the nebulization gas supply pipe 222 is sprayed to form a mist. Is released into the ionization chamber 21 and ionized.
  • a standard sample gas supply line 40 is connected to a nebulization gas supply line 50 via a valve 43, and a standard sample container 41 heated by a heater 42 is disposed at the end.
  • a valve 43 When the valve 43 is opened, the standard sample vaporized in the standard sample container 41 heated by the heater 42 is introduced into the nebulization gas supply line 50 through the standard sample gas supply line 40 and supplied to the nebulization gas supply pipe 222 together with the nebulization gas. Is done.
  • the standard sample gas that has reached the tip of the nebulization gas supply pipe 222 is ionized by the high DC voltage applied to the tip of the ESI probe 22 and released into the ionization chamber 21.
  • the valve 43 when a standard sample is introduced as an internal standard, the valve 43 is always opened, and the sample component eluted from the column 14 of the LC 10 and the standard sample are simultaneously ionized and sent to the MS 30.
  • the valve 43 when introducing a standard sample as an external standard, the valve 43 is closed while the sample component is being eluted from the column 14 of the LC 10, and the valve 43 is opened while the sample component is not being eluted.
  • the sample component and the standard sample are ionized and detected at different timings.
  • the ionization probe for ionizing each of the sample components and the standard sample is not provided as in the prior art, but vaporization is performed through the nebulization gas supply line 50 and the nebulization gas supply pipe 222 included in the ESI source. Introduce a standard sample. Therefore, sample components and standard samples can be efficiently introduced with a simple configuration.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an ionization apparatus according to the second embodiment.
  • the same components as those of the ionization apparatus of Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
  • the ionization apparatus of Example 2 is an apparatus (APCI source) that ionizes the eluate (mixed liquid of separated sample components and LC mobile phase) from the column 14 of the LC 10 by the APCI (atmospheric pressure chemical ionization) method. And an APCI probe 24 having an analysis target sample supply pipe 241 and a nebulization gas supply pipe 242, and a corona needle 25 disposed in the vicinity of the tip of the APCI probe 24. A high voltage is supplied to the corona needle 25 from a power source (not shown). The sample components in the eluate are ionized by exchanging charges with the mobile phase ionized by corona discharge in the corona needle 25.
  • APCI source ionizes the eluate (mixed liquid of separated sample components and LC mobile phase) from the column 14 of the LC 10 by the APCI (atmospheric pressure chemical ionization) method.
  • APCI probe 24 having an analysis target sample
  • the ionization apparatus includes a dry gas supply pipe 26 that supplies a dry gas (for example, nitrogen gas) heated to several hundred degrees Celsius near the tip of the APCI probe 22.
  • a nebulization gas supply line 50 for supplying nebulization gas is connected to the nebulization gas supply pipe 222, and a dry gas supply line 60 for supplying dry gas is connected to the dry gas supply pipe 26.
  • the drying gas supply pipe 26 and the drying gas supply line 60 are provided with a temperature control mechanism (not shown) for maintaining the temperature of the heated drying gas.
  • the standard sample gas supply line 40 is connected to the dry gas supply line 60 via the valve 43, and the standard sample container 41 is disposed at the tip thereof.
  • the standard sample container 41 is provided with a heater 42 for heating the container 41.
  • the valve 43 is opened, the standard sample vaporized through the standard sample gas supply line 40 is introduced into the dry gas supply line 60 and supplied to the dry gas supply pipe 26 together with the dry gas.
  • the standard sample gas discharged from the dry gas supply pipe 26 is ionized by corona discharge in the corona needle 25 located near the tip thereof.
  • the standard sample is introduced using the dry gas supply line 60 and the dry gas supply pipe 26 that supply the dry gas heated to several hundred degrees Celsius. Therefore, even when the boiling point of the standard sample is high, the standard sample can be supplied to the ionization chamber 21 without being condensed and ionized.
  • a standard sample vaporized from a dry gas supply pipe may be supplied to an ESI source equipped with a dry gas supply pipe, or a vaporized standard sample may be supplied from a nebulization gas supply pipe at an APCI source.
  • the dry gas supply pipe 26 is arranged so as to supply the heated dry gas at the outer peripheral portion of the APCI probe 24, but the heated dry gas (and the vaporized standard sample) is supplied to the desolvation pipe 23. It can also be configured to supply in the vicinity.

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Abstract

 イオン化室(21)と、前記イオン化室(21)に液体の分析対象試料を送給するための分析対象試料供給管(221)と、前記分析対象試料のイオン化を促進するガスを送給するイオン化促進ガス供給管(222)と、液体の標準試料を気化させて生成した標準試料ガスを前記イオン化促進ガス供給管(222)に送給する標準試料ガス供給部(40)~(43)と、を備えることを特徴とするイオン化装置を提供する。

Description

イオン化装置
 本発明は、液体クロマトグラフ質量分析装置等の質量分析装置において、液体試料をイオン化するイオン化装置に関する。
 液体クロマトグラフ(以下「LC」という)と質量分析装置(以下「MS」という)を組み合わせた液体クロマトグラフ質量分析装置(以下「LCMS」という)では、LCのカラムで液体試料中の成分を時間的に分離し、それらを順にMSのイオン化室に導入して種々のイオンを生成する。そして、生成したイオンを質量電荷比毎に検出して目的成分の同定や定量を行う。LCMSでは、各成分から生成されるイオンの質量電荷比を正確に決定するために、生成されるイオンの質量電荷比が既知である標準試料が用いられる。
 標準試料を導入する方法には2つの方法がある。1つはLCから溶出する液体試料中の成分(以下、「分析対象成分」という)と標準試料とを同時にイオン化室に導入してイオン化する方法であり、別の1つは分析対象成分と標準試料とを別のタイミングでイオン化室に導入してイオン化する方法である。前者の方法では1つのマススペクトル上に分析対象成分由来のマスピークと標準試料由来のマスピークの両方が存在するものが取得され(内部標準法)、後者の方法では分析対象成分のマススペクトルと標準試料のマススペクトルが独立に取得される(外部標準法)。いずれの方法においても、標準試料由来のマスピークの位置に基づいて分析対象成分由来のマスピークの質量電荷比の値を較正する。
 標準試料は、通常、コンタミネーションを防ぐために分析対象成分が導入されるイオン化プローブとは別のイオン化プローブからイオン化室に導入される。例えば、特許文献1には、複数のイオン化プローブを備え、これらのプローブから液体の分析対象成分と液体の標準試料を独立にイオン化室に導入するイオン化装置が記載されている。液体試料からイオンを生成するイオン化プローブとしては、ESI(エレクトロスプレーイオン化)プローブやAPCI(大気圧化学イオン化)プローブが用いられる。
米国特許第6207954号明細書
 ESIプローブやAPCIプローブは、液体試料を送給する液体試料供給管と、該液体試料供給管の外周部を覆うように設けられたネブライズガス供給管を備えている。ネブライズガス供給管に供給される窒素ガス等のネブライズガスはイオン化プローブの出口で液体試料に吹き付けられ、液体試料の霧化を促進する。
 特許文献1に記載のイオン化装置では、複数のイオン化プローブに対して、それぞれ液体試料(分析対象成分あるいは標準試料)とネブライズガスを供給する機構が設けられる。このように、複数のイオン化プローブに対してそれぞれ液体試料やネブライズガスを供給する機構を設けると、イオン化装置の構成が複雑になってしまう、という問題があった。
 本発明が解決しようとする課題は、簡素な構成で、液体の分析対象試料と液体の標準試料とをイオン化室に導入することができる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本発明に係るイオン化装置は、
 a) イオン化室と、
 b) 前記イオン化室に液体の分析対象試料を送給するための分析対象試料供給管と、
 c) 前記分析対象試料のイオン化を促進するガスを送給するイオン化促進ガス供給管と、
 d) 液体の標準試料を気化させて生成した標準試料ガスを前記イオン化促進ガス供給管に送給する標準試料ガス供給部と、
 を備えることを特徴とする。
 前記イオン化促進ガス供給管としては、例えば、ESIイオン化プローブやAPCIプローブが有するネブライズガス供給管を用いることができる。また、イオン化装置において分析対象試料のガスを乾燥させて気化及びイオン化を促す乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給管をイオン化促進ガス供給管として用いることもできる。
 本発明に係るイオン化装置では、標準試料用として独立にイオン化プローブを設けるのではなく、既存のイオン化促進ガス供給管を通じて気化した標準試料をイオン化室に導入する。そのため、簡素な構成で、液体の分析対象試料と液体の標準試料とを導入することができる。
 前記イオン化促進ガス供給管は、乾燥ガス供給管であることが望ましい。
 乾燥ガスは液体試料のイオン化と気化を促進するためのガスであり、通常、加熱して送給される。そのため、乾燥ガス供給管には、乾燥ガスの加熱機構や温調機構が備えられている。従って、イオン化促進ガス供給管として乾燥ガス供給管を用いることにより、沸点が高い標準試料を凝縮させることなくイオン化室に供給することができる。
 また、前記標準試料ガス供給部は、前記標準試料ガスの供給と非供給とを切り替える供給切替部を備えることが望ましい。これにより、標準試料ガスを所望のタイミングでイオン化室に導入して分析に供することができる。この供給切替部としては、例えば前記イオン化促進ガス供給管と前記標準ガス供給部との接続部に設けた切替バルブを用いることができる。
 本発明に係るイオン化装置を用いることにより、簡素な構成で、液体の分析対象試料と液体の標準試料とを導入することができる。
液体クロマトグラフ質量分析装置の概略構成図。 実施例1のイオン化装置の概略構成図。 実施例2のイオン化装置の概略構成図。
 本発明に係るイオン化装置は、例えば、以下に説明するような液体クロマトグラフ質量分析装置(LCMS)において、液体クロマトグラフ部(LC)と質量分析部(MS)のインターフェース部として設けられ、LCのカラムにおいて時間的に分離された試料成分をイオン化してMSに供給する装置として用いられる。
 図1は、後述する実施例のイオン化装置を備えたLCMSの概略構成図である。LC10のインジェクタ13から導入された分析対象試料は、ポンプ12により一定の速度で移動相容器11から供給される移動相の流れに乗ってカラム14に導入され成分分離される。カラム14からの溶出液(分離された試料成分とLCの移動相の混合液)は、イオン化装置20のイオン化プローブ22に送給され、その先端からイオン化室21内に噴霧されイオン化される。発生したイオンを含む微細な液滴は、図示しないヒータによって加熱された細管(脱溶媒管)23を通過してMS30に輸送される。
 MS30は、脱溶媒管23から導入されたイオンを収束させつつ後段へと送るイオン輸送光学系31と、イオンを蓄積する3次元四重極型のイオントラップ32と、該イオントラップ32から放出された各種イオンをその飛行時間によって質量分離する飛行時間型質量分析器(TOFMS)33と、TOFMS33により質量分離されたイオンを検出する検出器34とを備えている。
 以下、本発明に係るイオン化装置の実施例を説明する。
 図2は、実施例1のイオン化装置20の概略構成図である。
 このイオン化装置20は、LC10のカラム14からの溶出液(分離された試料成分とLCの移動相の混合液)に含まれる試料成分をESI(エレクトロスプレーイオン化)法によりイオン化する装置(ESI源)であり、カラム14からの溶出液を送給する分析対象試料供給管221と、分析対象試料供給管221の外周部を覆うように設けられたネブライズガス供給管222とを備え、先端に数kVの直流高電圧が印加されたESIプローブ22を備えている。ネブライズガス供給管222には、窒素ガス等のネブライズガスを送給するネブライズガス送給ライン50が接続されている。
 ESIプローブ22の分析対象試料供給管221に導入された溶出液は、該供給管221の先端に到達すると高電圧により帯電し、また、ネブライズガス供給管222から放出されるネブライズガスが吹き付けられることにより霧化してイオン化室21に放出されイオン化される。
 本実施例のイオン化装置20では、ネブライズガス送給ライン50に、バルブ43を介して標準試料ガス送給ライン40が接続されており、その先にはヒータ42により加熱された標準試料容器41が配置されている。バルブ43を開放すると、ヒータ42により加熱された標準試料容器41の内部で気化した標準試料が、標準試料ガス送給ライン40を通じてネブライズガス送給ライン50に導入され、ネブライズガスとともにネブライズガス供給管222に供給される。ネブライズガス供給管222の先端に到達した標準試料ガスは、ESIプローブ22の先端に印加された直流高電圧によりイオン化されてイオン化室21内に放出される。
 本実施例のイオン化装置20において、標準試料を内部標準として導入する場合には、バルブ43は常時開放し、LC10のカラム14から溶出する試料成分と標準試料とを同時にイオン化してMS30に送る。一方、標準試料を外部標準として導入する場合には、LC10のカラム14から試料成分が溶出している間はバルブ43を閉じておき、試料成分が溶出していない間にバルブ43を開くことによって、試料成分と標準試料を別のタイミングでイオン化して検出する。
 実施例1のイオン化装置20では、従来のように、試料成分と標準試料をそれぞれイオン化するためのイオン化プローブを設けるのではなく、ESI源が有するネブライズガス送給ライン50及びネブライズガス供給管222を通じて気化した標準試料を導入する。そのため、簡素な構成で、試料成分と標準試料とを効率よく導入することができる。
 次に実施例2のイオン化装置について説明する。
 図3は、実施例2のイオン化装置の概略構成図である。実施例1のイオン化装置と同じ構成要素には同一の符号を付して適宜説明を省略する。
 実施例2のイオン化装置は、LC10のカラム14からの溶出液(分離された試料成分とLCの移動相の混合液)をAPCI(大気圧化学イオン化)法によりイオン化する装置(APCI源)であり、分析対象試料供給管241及びネブライズガス供給管242とを有するAPCIプローブ24と、該APCIプローブ24の先端部近傍に配置されたコロナニードル25とを備えている。コロナニードル25には図示しない電源から高電圧が供給される。溶出液中の試料成分はコロナニードル25におけるコロナ放電によってイオン化された移動相との間で電荷を交換してイオン化される。
 また、実施例2のイオン化装置は、APCIプローブ22の先端部近傍に数百℃に加熱された乾燥ガス(例えば窒素ガス)を供給する乾燥ガス供給管26を備えている。
 ネブライズガス供給管222にはネブライズガスを送給するネブライズガス送給ライン50が接続されており、乾燥ガス供給管26には乾燥ガスを送給するための乾燥ガス送給ライン60が接続されている。乾燥ガス供給管26及び乾燥ガス送給ライン60には、加熱した乾燥ガスの温度を維持するための温調機構(図示なし)が設けられている。
 実施例2のイオン化装置では、乾燥ガス送給ライン60に、バルブ43を介して標準試料ガス送給ライン40が接続されており、その先に標準試料容器41が配置されている。また、実施例1と同様に、標準試料容器41には、該容器41を加熱するためのヒータ42が設けられている。バルブ43が開放されると、標準試料ガス送給ライン40を通じて気化した標準試料が乾燥ガス送給ライン60に導入され、乾燥ガスとともに乾燥ガス供給管26に供給される。乾燥ガス供給管26から放出された標準試料ガスは、その先端近傍に位置するコロナニードル25におけるコロナ放電によってイオン化する。
 実施例2のイオン化装置では、数百℃に加熱した乾燥ガスを供給する乾燥ガス送給ライン60及び乾燥ガス供給管26を用いて標準試料を導入する。そのため、標準試料の沸点が高い場合でも、標準試料を凝縮させることなくイオン化室21に供給しイオン化することができる。
 上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。例えば、乾燥ガス供給管を備えたESI源において、乾燥ガス供給管から気化した標準試料を供給したり、APCI源においてネブライズガス供給管から気化した標準試料を供給するようにしてもよい。また、実施例2では、加熱した乾燥ガスをAPCIプローブ24の外周部で供給するように乾燥ガス供給管26を配置したが、加熱した乾燥ガス(及び気化した標準試料)を脱溶媒管23の近傍において供給するように構成することもできる。
10…液体クロマトグラフ部
11…移動相容器
12…ポンプ
13…インジェクタ
14…カラム
20…イオン化装置
 21…イオン化室
 22、24…イオン化プローブ
  221、241…分析対象試料供給管
  222、242…ネブライズガス供給管
23…脱溶媒管
25…コロナニードル
26…乾燥ガス供給管
30…質量分析部
31…イオン輸送光学系
32…イオントラップ
33…TOFMS
34…検出器
40…標準試料ガス送給ライン
41…標準試料容器
42…ヒータ
43…バルブ
50…ネブライズガス送給ライン
60…乾燥ガス送給ライン

Claims (3)

  1.  a) イオン化室と、
     b) 前記イオン化室に液体の分析対象試料を送給するための分析対象試料供給管と、
     c) 前記分析対象試料のイオン化を促進するガスを送給するイオン化促進ガス供給管と、
     d) 液体の標準試料を気化させて生成した標準試料ガスを前記イオン化促進ガス供給管に送給する標準試料ガス供給部と、
     を備えることを特徴とするイオン化装置。
  2.  前記イオン化促進ガス供給管が、乾燥ガス供給管であることを特徴とする請求項1に記載のイオン化装置。
  3.  前記標準試料ガス供給部が、標準試料ガスの供給と非供給を切り替える供給切替部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のイオン化装置。
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