(57)【要約】【課題】イオン導入管の入口端に対するイオン化プローブからの噴霧流の中心軸の角度（噴霧角）の調整を可能とするとともに、そのためにハウジングに形成した開口を有効に活用する。【解決手段】イオン化室２を内部に形成するハウジング２３は、噴霧角が４５°、９０°になるような位置にプローブ装着開口２４、２５を有する。両プローブ装着開口２４、２５にはイオン化プローブ２０の装着が可能であるとともに、イオン化室２内を透視するための透明窓を有する窓部材３０の装着も可能である。そこで、いずれか一方のプローブ装着開口２４、２５にイオン化プローブ２０を装着したとき、使用しない他方のプローブ装着開口に窓部材を取り付ける。それにより、その窓部材３０の透明窓を通してイオン導入管３０の入口端３０ａ付近の汚れ状況などを確認することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液を略大気圧雰囲気にあるイオン化室内に噴霧するイオン化プローブと、該イオン化プローブからの噴霧により生成されたイオンをイオン化室から質量分析部へと輸送するイオン導入管と、を具備する大気圧イオン化質量分析装置において、
前記イオン化室を内部に形成するハウジングの壁面に、前記イオン導入管の入口端に対する前記イオン化プローブからの噴霧流の中心軸のなす角度が異なるように複数のプローブ装着開口を設けるとともに、その複数のプローブ装着開口のうちのイオン化プローブが装着されないプローブ装着開口に、イオン化室内部を透視可能な窓部材を取り付け可能としたことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の大気圧イオン化質量分析装置であって、前記イオン導入管の入口端に対する前記イオン化プローブからの噴霧流の中心軸のなす角度が、少なくとも４５°及び９０°となるように複数のプローブ装着開口が前記ハウジングに設けられていることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフ質量分析装置等に利用される、大気圧イオン化インタフェイスを備えた質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）では、液体クロマトグラフ（ＬＣ）のカラムから溶出した液体試料が、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）などを用いた大気圧イオン化インタフェイスに導入されてイオン化され、発生したイオンが質量分析に供される。
【０００３】
ＡＰＣＩでは、ＬＣのカラムの末端に接続されたノズルを略大気圧雰囲気にあるイオン化室内に向けて開口して配設し、そのノズル先端の前方に針電極を配置しておく。そして、ノズルにおいて加熱により霧化した液体試料の液滴に、針電極からのコロナ放電により生成したキャリアガスイオン（バッファイオン）を化学反応させることで、試料中の成分分子をイオン化する。他方、ＥＳＩでは、液体試料が導入されるノズルの先端部に数ｋＶ程度の高電圧を印加する。液体試料はこの高電圧により生成される電場の作用によって電荷分離し、主としてクーロン引力により引きちぎられるように霧化する。試料液滴は周囲の空気に衝突して微細化され、同時に液滴中の溶媒は蒸発する。その過程で液滴中の試料成分分子が電荷をもって液滴から飛び出し、気体イオンが発生する。
【０００４】
上記のようにイオン化室内で生成されたイオンは、イオン化プローブからの噴霧流の進行方向前方に設けられたイオン導入管などのイオン導入部に吸い込まれ、このイオン導入部を通って後段の質量分析部に送られる。
【０００５】
こうした大気圧イオン化インタフェイスから後段へと送られるイオンの量、つまり質量分析装置における検出感度は、イオン化プローブからの試料液の噴霧流の中心軸とイオン導入管の入口端の中心軸とのなす角度（以下、「噴霧角」という）θに大きく依存する。この噴霧角θが０°に近いほど、つまり噴霧流とイオン導入管とが正対する位置に近いほどイオンはイオン導入管に導入され易く、質量分析部に輸送され易くなる。しかしながら、その反面、イオン化プローブから噴射された試料液滴の中でその中心軸付近に存在する大きなサイズの液滴がそのままイオン導入管内に飛び込み易くなり、試料液に含まれる夾雑物などがイオン導入管の入口端付近に付着して汚れ易い。そのため、高い頻度で清掃を行う必要が生じる。そこで、従来、噴霧角θは例えば４５°程度に設定されたり、９０°程度に設定されたりしている（特許文献１参照）。
【０００６】
上述のように検出感度とイオン導入管の汚れにくさとはトレードオフの関係にある。そこで、例えば試料液に含まれる成分が既知であって夾雑物が少ないことが分かっている場合には、検出感度を重視して噴霧角θを相対的に小さくすることが望ましい。一方、試料液に含まれる成分が未知であって多量の夾雑物が含まれているおそれがある場合にはイオン導入管の汚れにくさを重視して噴霧角θを相対的に大きくすることが望ましい。しかしながら、従来の大気圧イオン化質量分析装置では、噴霧角θを簡単に変更することは考慮されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５３０２０号公報（段落００２３、図２）
【特許文献２】特開２００１−１８３３４３号公報
【特許文献３】特開２００１−３４３３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば特許文献２に記載のように、複数のイオン化プローブを装着可能とした大気圧イオン化質量分析装置は従来知られており、上記課題を解決するためにこれを利用して、噴霧角の相違する複数のイオン化プローブをハウジングに装着することが考えられる。但し、多くの場合、複数のイオン化プローブを同時に利用することはないため、無駄が多く、コストが高いものとなる。もちろん、複数のプローブ装着開口のうちの１つにのみイオン化プローブを装着し、他のプローブ装着開口は使用しない、ということも可能であるが、噴霧角を変更しないユーザにとっては複数のプローブ装着開口が活かされないことになる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、イオン化プローブからの試料液の噴霧角を簡便に調整することができ、しかもそうした調整を要しないユーザもメリットを享受することができるような大気圧イオン化質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
特許文献３などに記載の従来の大気圧イオン化質量分析装置では、イオン導入管の入口端やイオン化室内の汚れ具合を容易に確認できるように、或いは、イオン化プローブからの試料液の噴霧が正常に行われているか否かなどを確認できるように、イオン化室を形成するハウジングの壁面に透明な覗き窓が設けられている。こうした覗き窓を設けるには、アルミニウム合金等の金属製であるハウジングに開口を形成し、その開口に耐熱性、耐腐食性を有する石英ガラス等から成る窓板を取り付ける必要があるため、その分、構造が複雑になる。本願発明者は、上述のようにハウジングに複数のプローブ装着開口を形成し、そのうちの１つにイオン化プローブを装着した場合、イオン化プローブが装着されないプローブ装着開口を覗き窓のために利用できることに着目し、本願発明に想到した。
【００１１】
即ち、上記課題を解決するために成された本発明は、試料液を略大気圧雰囲気にあるイオン化室内に噴霧するイオン化プローブと、該イオン化プローブからの噴霧により生成されたイオンをイオン化室から質量分析部へと輸送するイオン導入管と、を具備する大気圧イオン化質量分析装置において、
前記イオン化室を内部に形成するハウジングの壁面に、前記イオン導入管の入口端に対する前記イオン化プローブからの噴霧流の中心軸のなす角度（つまり噴霧角）が異なるように複数のプローブ装着開口を設けるとともに、その複数のプローブ装着開口のうちのイオン化プローブが装着されないプローブ装着開口に、イオン化室内部を透視可能な窓部材を取り付け可能としたことを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る大気圧イオン化質量分析装置では、装置の構造により、噴霧角を任意に定めることができる。実用的には、噴霧角が少なくとも４５°及び９０°となるように複数のプローブ装着開口が前記ハウジングに設けられている構成とすれば十分である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る大気圧イオン化質量分析装置によれば、例えば噴霧角を９０°にするように形成されたプローブ装着開口にイオン化プローブを取り付けると、イオン導入管に取り込まれるイオンの量は相対的に減るため、検出感度の点では不利であるが、イオン導入管の入口端の汚れの度合いを抑えることができる。一方、例えば噴霧角を４５°にするように形成されたプローブ装着開口にイオン化プローブを取り付けると、イオン導入管の入口端は汚れやすくなるものの、イオン導入管に取り込まれるイオンの量は相対的に増加するため、検出感度を向上させることができる。
【００１４】
もちろん、さらに噴霧角を小さくするようなプローブ装着開口をハウジングに形成しておき、そこにイオン化プローブを装着すれば、さらに一層検出感度を向上させることができる。このように、分析対象の試料の種類や分析目的などに応じて、検出感度とイオン導入管の汚れにくさとのバランスをとった分析を実行することができる。
【００１５】
また、イオン化プローブを装着しない側のプローブ装着開口に取り付けた窓部材の透明な覗き窓を通して、分析者はイオン化室内、特にイオン導入管の入口端付近やイオン化プローブのノズル先端付近を明瞭に目視で観察することができる。従来、こうした覗き窓をハウジングに別途設けるようにしていたが、上記のように複数のプローブ装着開口の１つを覗き窓として活用することで専用の覗き窓を設ける必要がなくなり、ハウジングの構造が簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例による大気圧イオン化質量分析装置を、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例の大気圧イオン化質量分析装置の全体構成図である。
【００１７】
本実施例の大気圧イオン化質量分析装置は、アルミニウム合金製のチャンバ１の内部に、イオン化室２、第１中間真空室３、第２中間真空室４、及び分析室５、を備える。イオン化室２には、図示しないＬＣのカラム出口端に接続されたイオン化プローブ２０が配設される。分析室５には四重極質量フィルタ１０及びイオン検出器１１が配設される。第１及び第２中間真空室３、４にはそれぞれ第１イオンレンズ７及び第２イオンレンズ９が配設される。イオン化室２と第１中間真空室３との間は細径のイオン導入管６を介して連通し、第１中間真空室３と第２中間真空室４との間は極小径の通過孔を有するスキマー８を介して連通している。
【００１８】
イオン化室２内はイオン化プローブ２０から連続的に供給される液体試料の気化分子によりほぼ大気圧雰囲気に維持される。第１中間真空室３内はロータリーポンプ（ＲＰ）１２により約１０２Ｐａ程度の低真空雰囲気に、第２中間真空室４内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１３により約１０−１〜１０−２Ｐａ程度の中真空雰囲気に維持される。分析室５内は、高性能のターボ分子ポンプ１４により約１０−３〜１０−４Ｐａの高真空状態まで真空排気される。このように各室毎に段階的に真空度を高めた多段差動排気系の構成を採ることで、分析室５内を高真空雰囲気に維持している。
【００１９】
ＥＳＩ用のイオン化プローブ２０を使用した場合の、質量分析動作を簡単に説明する。液体試料はイオン化プローブ２０の先端で電荷を付与されてイオン化室２内に噴霧され、液滴中の溶媒が蒸発する過程で試料分子はイオン化される。イオン化室２内壁面等に付着したり滴下した試料液は排液口２１から室外へと排出される。イオン化室２内で発生したイオンは未だイオン化していない微小液滴とともに、イオン化室２と第１中間真空室３との圧力差によりイオン導入管６中に引き込まれる。第１イオンレンズ７には直流電圧が印加され、それにより形成される電場はイオン導入管６を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー８の通過孔近傍に収束させる。
【００２０】
スキマー８の通過孔を通って第２中間真空室４に導入されたイオンは、第２イオンレンズ９により収束され分析室５へと送られる。分析室５では、特定の質量（厳密にはm/z）を有するイオンのみが四重極質量フィルタ１０中央の長軸方向の空間を通り抜け、イオン検出器１１に到達して検出される。四重極質量フィルタ１０を通過するイオンの質量は該フィルタ１０に印加される直流電圧及び高周波電圧に依存するから、この印加電圧を走査することにより、四重極質量フィルタ１０を通り抜けるイオンの質量を所定範囲に亘って走査することができる。
【００２１】
図２は本実施例の特徴であるイオン化室２付近の構造を示す概略断面図である。なお、以下の説明では、イオン化室２を内部に形成する部材をハウジング２３と呼ぶが、これはチャンバ１と同一であってもよいし、ハウジング２３がチャンバ１とは別部材であってもよい。
【００２２】
ハウジング２３は２つのプローブ装着開口２４、２５を有する。一方のプローブ装着開口２４にイオン化プローブ２０を装着したとき（図２（ａ）参照）、そのイオン化プローブ２０のノズル２０ａ先端から噴き出す噴霧流の中心軸Ｓとイオン導入管６の入口端６ａの中心軸Ｃとのなす角、つまり噴霧角は４５°となる。他方のプローブ装着開口２５にイオン化プローブ２０を装着したとき（図２（ｂ）参照）、そのイオン化プローブ２０のノズル２０ａ先端から噴き出す噴霧流の中心軸Ｓとイオン導入管６の入口端６ａの中心軸Ｃとのなす角、つまり噴霧角は９０°となる。なお、プローブ装着開口２４、２５にイオン化プローブ２０を装着したとき、ハウジング２３に設けられたプローブ支持体２６、２７がイオン化プローブ２０を支持するため、イオン化プローブ２０は安定的にハウジング２３に固定される。
【００２３】
また、プローブ装着開口２４、２５へのイオン化プローブ２０の取り付けは例えば図示しないボルト等により行われ、ボルトが締め付けられると、プローブ装着開口２４、２５とイオン化プローブ２０との当接面に配置されたＯリング等のシール部材２８、２９が圧潰されて液密性、気密性が確保される。
【００２４】
一方、プローブ装着開口２４、２５へは、イオン化プローブ２０に代えて、石英ガラス製の透明な窓体がアルミニウム合金やステンレス製の枠体に取り付けられた窓部材３０が装着可能となっている。その装着も、例えば図示しないボルト等により行われ、ボルトが締め付けられると、プローブ装着開口２４、２５と窓部材３０との当接面に配置されたシール部材２８、２９が圧潰されて液密性、気密性が確保される。
【００２５】
一般的に、分析対象の試料液に夾雑物があまり含まれていないことが分かっている場合には、図２（ａ）に示すように、噴霧角を４５°とするべくイオン化プローブ２０をプローブ装着開口２４に装着するとよい。これにより、より多くのイオンをイオン導入管６を通して後段へと輸送することができ、質量分析に供するイオン量を増やして検出感度を上げることができる。この際には、使用しないプローブ装着開口２５に窓部材３０を装着すればよい。一方、分析対象の試料液に多量の夾雑物が含まれていな可能性がある場合には、図２（ｂ）に示すように、噴霧角を９０°とするべくイオン化プローブ２０をプローブ装着開口２５に装着するとよい。これにより、イオン導入管６の入口端６ａ付近の汚れを抑えることができる。この際には、使用しないプローブ装着開口２４に窓部材３０を装着すればよい。
【００２６】
もともとプローブ装着開口２４、２５は、イオン化プローブ２０が装着されたときにノズル２０ａの前方、換言すれば噴霧流の進行方向前方にイオン導入管６の入口端６ａが位置するようにハウジング２３に形成されている。したがって、プローブ装着開口２４、２５のいずれに窓部材３０が取り付けられた場合でも、その窓部材３０の透明な窓を通して外から内部を覗き込んだときに、イオン化室２内で最も重要な部分、つまりノズル２０ａとイオン導入管６の入口端６ａとが見えるようになっている。これにより、イオン導入管６の入口端６ａ付近の汚れ度合いやノズル２０ａからの試料液の噴霧状況などを明瞭に視認することができる。
【００２７】
上記実施例では、噴霧角が４５°と９０°の２種類から選択できるようにプローブ装着開口を設けていたが、噴霧角はこれらに限定されるものではなく、さらに選択可能な噴霧角を増やすようにプローブ装着開口の数を増やしてもよい。例えば、噴霧角をさらに小さな、例えば１５°とすることにより、汚れ度合いは増加するものの検出感度を一層向上させることができる。また、イオン化プローブや窓部材の装着方法は上記記載のものに限定されるものではなく、適宜に変更することができる。また、イオン化プローブが、ＥＳＩのほか、ＡＰＣＩやＡＰＰＩなど、他の大気圧イオン化法を実現するものであってもよいことは当然である。
【００２８】
さらにまた、それ以外の点についても、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施例の大気圧イオン化質量分析装置の全体構成図。
【図２】本実施例の特徴であるイオン化室付近の構造を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１…チャンバ
２…イオン化室
３、４…中間真空室
５…分析室
６…イオン導入管
６ａ…入口端
７、９…イオンレンズ
８…スキマー
１０…四重極質量フィルタ
１１…イオン検出器
１２…ロータリーポンプ
１３、１４…ターボ分子ポンプ
２０…イオン化プローブ
２０ａ…ノズル
２１…排液口
２３…ハウジング
２４、２５…プローブ装着開口
２６、２７…プローブ支持体
２８、２９…シール部材
３０…窓部材
【図１】
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【図２】
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