(57)【要約】  分離能を低下させることなくデッドボリュームを削減することが可能なイオン化用エミッタを提供することを目的とする。このイオン化用エミッタ２は、柱状又は錐状の多孔質自立構造体からなるティップ（１）と、ティップ（１）の基端側からティップ（１）内に溶液試料を供給する流路とを備えている。流路は管路に充填材が充填されたものであり、ティップ（１）は流路の管路から露出しており、充填材とティップ（１）を構成する多孔質自立構造体は同時に形成された同一多孔質体からなる一体構造になっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティップと、前記ティップの基端側から前記ティップ内に溶液試料を供給する流路と、を備え、
前記流路は管路に充填材が充填されたものであり、前記ティップは柱状又は錐状をして先端面及び側面が前記流路の管路から露出した多孔質自立構造体を構成しており、前記充填材と前記ティップを構成する多孔質自立構造体は同時に形成された同一多孔質体からなる一体構造になっており、
前記ティップの先端側に対向して配置される電極と前記ティップとの間に高電圧が印加されることにより生じるエレクトロスプレーにより、前記ティップ内に供給された溶液試料に含まれる分子をイオン化するイオン化用エミッタ。
【請求項２】
前記流路は分析用カラムである請求項１に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項３】
前記多孔質体はゾル−ゲル法によって得られたものである請求項１又は２に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項４】
前記多孔質体は粒子による充填構造が転写された多数の球状空孔をもつ構造の骨格相を備え、隣接する球状空孔同士が接点で連通していることにより、前記骨格相が３次元網目構造に形成されているものである請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項５】
前記球状空孔は最密充填構造となるように規則的に配列されている請求項４に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項６】
前記球状空孔のサイズは直径０．１〜１０μｍであり、かつ孔径ばらつきが２０％未満である請求項４又は５に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項７】
前記骨格相には前記空孔より孔径の小さい微細孔が形成されている請求項４から６のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項８】
前記骨格相はシリカによって形成されている請求項３から７のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項９】
前記多孔質体は、骨格相と、前記骨格相により形成され三次元網目状に連続した細孔と、前記骨格相の表面に存在し、新たな官能基の導入が可能な官能基とを備え、
前記骨格相は、サブミクロンからマイクロメートルサイズの平均直径を有し、粒子凝集型でない共連続構造をもち、二官能性以上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミン化合物からの付加重合体から構成され、有機物質に富み、かつ芳香族由来の炭素原子を含まないものである請求項１又は２に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項１０】
前記エポキシ化合物は2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートである請求項９に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項１１】
前記カラム内の充填材に物理的修飾又は化学的修飾が施されている請求項２から８１０のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項１２】
前記ティップの外周部には電極又は保護膜からなる被膜が形成されている請求項１から１１のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項１３】
前記被膜は物理蒸着又は化学蒸着によって形成されたものである請求項１２に記載のイオン化用エミッタ。
【請求項１４】
請求項２から１３のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタと、
前記カラムに移動相を供給する移動相供給機構と、
前記カラムに供給される移動相の流路中に試料を供給するインジェクタと、
前記エミッタの先端側に対向して配置される試料導入口と、
前記エミッタと前記試料導入口間に電圧を印加する高電圧電源装置と、
を備えたイオン化装置。
【請求項１５】
以下の工程（Ａ）及び（Ｂ）を備えて請求項１に記載のイオン化用エミッタを製造する方法。
（Ａ）前記ティップの外形形状に対応した穴をもつ鋳型を用意する工程、
（Ｂ）前記穴径よりも大きい外径をもつ中空管の先端面を前記鋳型の穴上に押しあて、前記中空管の基端部からゾル溶液を注入しゲル化させる過程を含んで前記多孔質自立構造体を形成する工程。
【請求項１６】
前記工程（Ｂ）は、以下の工程（Ｂ−１）から（Ｂ−５）を含む請求項１５に記載のイオン化用エミッタの製造方法。
（Ｂ−１）前記中空管の基端部からポリマー粒子を含有するコロイドを注入する工程、
（Ｂ−２）前記ポリマー粒子をそれ自身の自己集合作用によって規則的に配列した充填構造にする工程、
（Ｂ−３）前記充填構造を形成したポリマー粒子の隙間に金属アルコキシドゾルを注入する工程、
（Ｂ−４）前記金属アルコキシドゾルをゲル化して骨格相を形成する工程、及び
（Ｂ−５）前記ポリマー粒子を熱分解により除去することにより前記充填構造が転写された多数の球状空孔をもつ３次元網目構造を有する多孔質自立構造体を形成する工程。
【請求項１７】
前記多孔質自立構造体の形成後、前記骨格相をアルカリ溶液で洗浄することにより骨格相に前記球状空孔より孔径の小さい微細孔を形成する物理的修飾工程をさらに含む請求項１６に記載のイオン化用エミッタの製造方法。
【請求項１８】
前記金属アルコキシドゾルはシリカゾルである請求項１６又は１７に記載のイオン化用エミッタの製造方法。
【請求項１９】
前記コロイドはポリスチレン粒子が純水中に分散したものである請求項１６から１８のいずれか一項に記載のイオン化用エミッタの製造方法。
【請求項２０】
前記工程（Ｂ）は、以下の工程（ｂ−１）及び（ｂ−２）を含む請求項１５に記載のイオン化用エミッタの製造方法。
（ｂ−１）ゾル溶液としてポロゲン中に二官能性以上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミン化合物を含むものを注入し、加熱して重合させてゲル状体を得る工程、及び
（ｂ−２）前記ゲル状体を溶媒で洗浄してポロゲンを除去して骨格相を残す工程。
【請求項２１】
前記エポキシ化合物は2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートである請求項２０に記載のイオン化用エミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学物質や生体物質等を質量分析したりする際に用いるイオン化用エミッタ、それを備えたイオン化装置、及びそのイオン化用エミッタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定量的な分離分析方法である高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）と決定的な物質同定法である質量分析法（ＭＳ）を組み合わせた相補的分析技術として、ＬＣ／ＭＳが生体分子等の構造・機能解析に利用されている。【０００３】
特に、生体成分の極微量分析に最適化されたナノＬＣ／ＭＳは、ポストゲノム研究においてタンパク質同定の有力な手段の一つとして広まっている。ナノエレクトロスプレーイオン化法（ナノＥＳＩ）はナノＬＣと質量分析をオンラインで接続する方法であり、図８１０に示すようなキャピラリーを先鋭化させた構造を持つエミッタ４２が利用されている。【０００４】
エミッタに分析試料を含む溶液を１０ｎＬ／分〜１μＬ／分程度の流量で通過させ、質量分析計の試料導入口とエミッタ先端の間に高電場を印加すると、噴霧ガスを用いることなしに、試料溶液を噴霧して分析試料をイオン化することができる。【０００５】
ナノＬＣでは、微量の試料溶液を扱うためにカラム容積の小さい内径７５μｍのナノカラムが一般に利用されている。ナノＬＣではカラム外のデッドボリュームにおける分離能の劣化が深刻になるため、エミッタとカラムの接続部分で生じるデッドボリュームはより小さいものが望まれている。その結果、エミッタ材料であるキャピラリーの小径化が数十μｍまで進んでいる。また、ナノＬＣの溶出試料を効率よくイオン化して質量分析計に導入するためのエミッタ先端径も数μｍまで小型化が進んでいる。【０００６】
【特許文献１】特許第３３１７７４９号
【特許文献２】特許第３３９７２５５号
【非特許文献１】Anal. Chem. Vol.78, No.16, pp.5729-5735 (2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エミッタとカラムの接続部分で生じるデッドボリュームを削減する方法として、エミッタの先端近傍にフリットを形成し、エミッタ内に充填カラムを形成する方法が提案されているものの、フリットと充填剤の構造不均一性・不連続性により分離能が低下するという問題がある。【０００８】
そこで本発明は、分離能を低下させることなくデッドボリュームを削減することが可能なイオン化用エミッタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のイオン化用エミッタは、ティップと、ティップの基端側からティップ内に溶液試料を供給する流路とを備えている。流路は管路に充填材が充填されたものであり、ティップは柱状又は錐状をして先端面及び側面が流路の管路から露出した多孔質自立構造体を構成しており、充填材とティップを構成する多孔質自立構造体は同時に形成された同一多孔質体からなる一体構造になっている。そして、上記ティップの先端側に対向して配置される電極とそのティップとの間に高電圧が印加されることにより生じるエレクトロスプレーにより、そのティップ内に供給された溶液試料に含まれる分子をイオン化するものである。【００１０】
上記流路の好ましい一例は分析用カラムである。【００１１】
上記の多孔質自立構造体はゾル−ゲル法によって得ることができる。【００１２】
従来のスピノーダル分解によるモノリスカラムの作製方法では細孔サイズ分布を自在に制御することができているが、局所構造の配列の秩序化を実現することは極めて難しい。これは、細孔がスピノーダル分解によりランダムに生成するのに任されているからである。【００１３】
最近のカラム理論の研究では、微細加工技術を利用してカラムを幾何学的に均質に作りあげることにより、カラムの局所構造の不均一さに由来する分析物のカラム内拡散を低減できる可能性が報告されている。したがって、従来のゾル−ゲル法によるシリカモノリスカラムにおいても局所構造を秩序化する工夫を施すことにより、さらなる高性能化を期待できる。【００１４】
そこで多孔質自立構造体の好ましい一例として、粒子による充填構造を鋳型として形成される多数の球状空孔をもつ構造の骨格相を備えたものを挙げることができる。そして、隣接する球状空孔同士が接点で連通していることにより、上記骨格相が３次元網目構造に形成されている。【００１５】
骨格相の幾何学的特徴を均質にするため、球状空孔は最密充填構造となるように規則的に配列されていることが好ましい。【００１６】
また、骨格相は強度が高い方が良いので、シリカ等の無機材料からなることが好ましい。【００１７】
球状空孔のサイズは直径０．１〜１０μｍで均一であることが好ましい。空孔の孔径を均一なものにするには単分散の粒子径を有する粒子を鋳型として利用することが好ましい。その場合の孔径のばらつきは５〜１０％とすることができる。【００１８】
また、充填材の表面積を増大させるために、上記骨格相には空孔より孔径の小さい微細孔が形成されていることが好ましい。微細孔の孔径としては１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。【００１９】
多孔質自立構造体を構成する多孔質体としては、有機材料からなるものであっても骨格相をもつものであれば使用することができる。そのような多孔質体として、有機材料からなる骨格相と、骨格相により形成され三次元網目状に連続した細孔と、骨格相の表面に存在し、新たな官能基の導入が可能な官能基とを備えた有機材質のものを挙げることができる。その有機材料からなる骨格相は、サブミクロンからマイクロメートルサイズの平均直径を有し、粒子凝集型でない共連続構造をもち、二官能性以上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミン化合物からの付加重合体から構成され、有機物質に富み、かつ芳香族由来の炭素原子を含まないものである。【００２０】
骨格相の表面に存在して新たな官能基の導入が可能な官能基とは、エポキシ基とアミノ基との反応により生じた水酸基のほか、反応せずに残存したアミノ基やエポキシ基を含む。【００２１】
原料となるエポキシ化合物の好ましい例は、2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレート（2,2,2-tri- (2,3-epoxypropyl)-isocyanurate）である。2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートは光学対掌体をもつキラルな化合物であり、本発明ではラセミ体と光学活性体のいずれも使用することができる。【００２２】
アミン化合物としてもキラルな化合物を使用することができ、アミン化合物としてもラセミ体と光学活性体のいずれも使用することができる。【００２３】
カラムを機能化するために、カラムの充填材に物理的修飾又は化学的修飾が施されているようにしてもよい。【００２４】
イオン化スプレーの先端として用い、効率よくイオン化するために、ティップの外周部には電極又は保護膜からなる被膜を形成してもよい。【００２５】
その被膜は、物理蒸着又は化学蒸着によって形成することができる。【００２６】
本発明のイオン化装置は、本発明のイオン化用エミッタと、カラムに移動相を供給する移動相供給機構と、カラムに供給される移動相の流路中に試料を供給するインジェクタと、エミッタの先端側に対向して配置される試料導入口と、エミッタと試料導入口間に電圧を印加する高電圧電源装置とを備えている。【００２７】
本発明のイオン化用エミッタの製造方法は、以下の工程（Ａ）及び（Ｂ）を備えている。
（Ａ）前記ティップの外形形状に対応した穴をもつ鋳型を用意する工程、
（Ｂ）前記穴径よりも大きい外径をもつ中空管の先端面を前記鋳型の穴上に押しあて、前記中空管の基端部からゾル溶液を注入しゲル化させる過程を含んで前記多孔質自立構造体を形成する工程。【００２８】
工程（Ｂ）はゾル−ゲル反応工程を含む。好ましい一形態では、工程（Ｂ）は、以下の工程（Ｂ−１）から（Ｂ−５）を含む。
（Ｂ−１）中空管の基端部からポリマー粒子を含有するコロイドを注入する工程、（Ｂ−２）ポリマー粒子をそれ自身の自己集合作用によって規則的に配列した充填構造にする工程、（Ｂ−３）充填構造を形成したポリマー粒子の隙間に金属アルコキシドゾルを注入する工程、（Ｂ−４）金属アルコキシドゾルをゲル化して骨格相を形成する工程、及び（Ｂ−５）ポリマー粒子を熱分解により除去することにより充填構造が転写された多数の球状空孔をもつ３次元網目構造を有する多孔質自立構造体を形成する工程。【００２９】
また、上記多孔質自立構造体の形成後、骨格相をアルカリ溶液で洗浄することにより、骨格相に球状空孔より孔径の小さい微細孔を形成する微細加工工程をさらに含んでも良い。【００３０】
上記金属アルコキシドゾルの好ましい一例にはシリカゾルを挙げることができる。
また、コロイドの好ましい一例にはポリスチレン粒子が純水中に分散したものを挙げることができる。【００３１】
好ましい他の態では、工程（Ｂ）は、以下の工程（ｂ−１）及び（ｂ−２）を含む。
（ｂ−１）ゾル溶液としてポロゲン中に二官能性以上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミン化合物を含むものを注入し、加熱して重合させてゲル状体を得る工程、及び
（ｂ−２）前記ゲル状体を溶媒で洗浄してポロゲンを除去して骨格相を残す工程。溶媒で洗浄した後は乾燥する。【００３２】
ポロゲン中での重合温度は６０℃から２００℃の範囲が適当であるが、重合温度はエポキシ化合物及びアミン化合物がそれぞれポロゲン中で溶解して重合反応を行なうための適当な温度あり、エポキシ化合物、アミン化合物及びポロゲンの種類に応じて適当に設定すればよい。【００３３】
エポキシ化合物の好ましい例は、2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートである。このエポキシ化合物はラセミ体であっても光学活性体であってもよい。【００３４】
アミン化合物は硬化剤として使用されるものであり、ラセミ体であっても光学活性であってもよく、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチレン）トリアミン、1,3,6−トリスアミノメチルヘキサン、ポリメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ポリエーテルジアミン等の脂肪族アミン類、イソホロンジアミン、メンタンジアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、3,9−ビス（３−アミノプロピル）2,4,8,10-テトラオキサスピロン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタンやこれらの変性品等の脂環式ポリアミン類、その他ポリアミン類とダイマー酸からなる脂肪族ポリアミドアミン類などが挙げられる。好ましくは、分子内に一級アミンを二つ以上有する脂環族アミン化合物であり、特に好ましくは、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノー３−メチルシクロヘキシル）メタンなどが挙げられる。【００３５】
ポロゲンとは、エポキシ化合物及び硬化剤を溶かすことができ、かつ、これらが重合した後、反応誘起相分離を生じさせることが可能な溶剤をいう。ポロゲンとしては、例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブなどのセロソルブ類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、又はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類などが挙げられる。中でも分子量６００以下のポリエチレングリコールが好ましく、特に分子量３００以下のポリエチレングリコール等が好ましい。【００３６】
エポキシ化合物として2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートを使用した場合、エポキシ化合物に対するアミンの原料組成は、モル比で表わして、エポキシ化合物：アミン＝１：１〜１：３の範囲が適当である。【００３７】
また、ポロゲンの添加量は、エポキシ化合物、アミン及びポロゲンの合計重量に対して１〜９９重量％が適当である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のイオン化用エミッタは、多孔質自立構造体からなるティップと流路とを備え、電極とティップとの間に高電圧が印加されることにより、ティップ内に供給された溶液試料に含まれる分子をエレクトロスプレー法によりイオン化するものであるから、多数の細孔の一つ一つがエミッタとみなせるため、従来の単一のエミッタに比べてエミッタ寿命が改善するとともに、デッドボリュームを削減することができる。【００３９】
充填材とティップを構成する多孔質自立構造体は同時に形成された同一多孔質体からなる一体構造になっているので、充填材がカラム充填材である場合には分離能を低下させることがない。【００４０】
フューズドシリカ管を加工して形成される従来のティップと異なり、ティップは先端面及び側面が流路の管路から露出しており、使用開始時で放電すると欠損しやすいフューズドシリカが電場集中部にないため、安定したイオン化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】イオン化用エミッタの概略図でありエミッタ部分を示している。
【図１Ｂ】イオン化用エミッタの概略図でありティップの先端部分を示している。
【図２】多孔質自立構造体を有するカラムの概略断面図である。
【図３】多孔質自立構造体の一実施例の断面図を示す走査電子顕微鏡像である。
【図４】多孔質自立構造体の他の実施例の断面図を示す走査電子顕微鏡像である。
【図５】多孔質自立構造体のさらに他の実施例の断面図を示す走査電子顕微鏡像である。
【図６Ａ】本発明のイオン化用エミッタ２を利用したイオン化装置を示す概略図であり、ティップ１に導電性被膜を形成していない場合である。
【図６Ｂ】本発明のイオン化用エミッタ２を利用したイオン化装置を示す概略図であり、ティップ１に導電性被膜９を形成している場合である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）はゾル−ゲル法による多孔質自立構造体の製造方法の一実施例の製造工程を示す工程図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｂ）は多孔質自立構造体の製造方法の他の実施例の製造工程の前半部を示す工程図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は多孔質自立構造体の製造方法のさらに他の実施例の製造工程を示す工程図である。
【図１０】従来から用いているエミッタの概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      ティップ
２      イオン化用エミッタ
３      カラム
５      充填材
７      細孔
９      被膜
１１      骨格相
１３      球状空孔
１５      微細孔
１７      貫通孔
１９      電極
２１      試料導入口
２３      質量分析計
２５      インジェクタ
２７      ポンプ
２９      高電圧電源装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１Ａ及び図１Ｂはイオン化用エミッタの概略図であり、図１Ａはエミッタ部分、図１Ｂはティップの先端部分を示している。このイオン化用エミッタ２は、円柱状の多孔質自立構造体からなるティップ１と、ティップ１の基端部に溶液試料を供給する流路３とを備えている。【００４４】
流路の一例は分析用カラム３であり、カラム３内の充填材５とティップ１を構成する多孔質自立構造体は一体構造として形成されている。ティップ１はカラム３から露出しており、充填材５とティップ１を構成する多孔質自立構造体は同時に形成された同一多孔質体からなっている。ティップ１又はカラム３の外周部には電極又は保護膜となる被膜９を形成してもよい。【００４５】
図１Ｂに示すように、多孔質自立構造体の端面に存在する多数の細孔７は各々がエミッタ孔とみなすことができるため、目詰まりを原因とした保守交換作業を軽減できる。【００４６】
また、カラム３内の充填材５とティップ１を同一多孔質体からなる一体構造として形成することにより、カラム３とエミッタ１は完全に一体な構造を実現できるため、接続部分のデッドボリュームは小さくなる。【００４７】
このような多孔質自立構造体（モノリス）としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体等の有機ポリマーからなるものと、シリカゲル等の無機系のものが知られている。【００４８】
スチレン・ジビニルベンゼン共重合体等の有機ポリマーからなる有機系の充填材は、骨格構造がないため、低強度で耐圧性が低い、溶媒により膨張・収縮してしまう、加熱殺菌不可能である等の難点がある。したがって、こうした難点がない無機系のもの、特にシリカゲルが汎用されている。一般にシリカゲル等の無機質多孔体は、液相反応であるゾル−ゲル法によって作製されている。本発明では多孔質自立構造体としては無機系と有機系の両方を使用することができる。特に、有機系では骨格構造をもつものを使用する。【００４９】
まず、無機系の多孔質自立構造体について説明する。多孔質材料を各種担体として利用する場合には、孔の表面に担持されて機能を発現する物質の大きさに依存した最適の細孔径と、できるだけばらつきの小さい細孔径分布とが必要である。したがって、ゾル−ゲル法によって得られる多孔体についても、ゲル合成時の反応条件を制御することによって、細孔サイズを制御する試みがなされている。【００５０】
多孔質自立構造体を担体とするモノリスカラムは、金属アルコキシドゾルを中空管に導入し、スピノーダル分解を利用して作製される。この製法によれば骨格の太さと空孔の大きさ（直径）は自由に制御されるため、多孔質自立構造体を担体として高分離能かつ低圧力損失なモノリスカラムを実現することができる。【００５１】
図２はその製法によって作製した多孔質自立構造体を有するカラムの概略断面図であり、図３はその走査電子顕微鏡像である。多孔質自立構造体４３は、スピノーダル分解を利用してシリカを主体として中空管１８内に形成されている。図中の黒い部分は孔を表わしている。【００５２】
この多孔質自立構造体４３は、ゾル組成やゲル化条件を変えることにより、局所構造である網目状の骨格及び細孔の大きさを制御する工夫がなされている。そして多孔質自立構造体４３の局所構造が一様であることは水銀圧入法による細孔測定等により確認されている。【００５３】
一方、充填カラムにおいては固定相担体である充填材の微細化、球状化、孔径均一化等の工夫によって表面積の増大や分析の高速化などの高性能化が達成されている。そして、充填材の球状化と孔径均一化の工夫は局所構造の幾何学的特徴を均質にして分析物の拡散様式を一様にする工夫と換言できる。【００５４】
例えば、表面積を増大させたカラムとしては、孔径５００ｎｍの貫通孔の内側表面に孔径５〜１００ｎｍの微細孔を内表面に有した無機系多孔質カラムが知られている（特許文献１参照。）。また、細孔構造を有効に制御する方法としては、金属アルコキシドを出発原料とし、適当な共存物質を原料に添加して、巨大空孔となる溶媒リッチ相を持つ構造を生じさせる方法が知られている（特許文献２参照。）。【００５５】
図４は他の多孔質自立構造体の断面図を示す走査電子顕微鏡像である。１１は骨格相、１３は球状空孔、１５は骨格相１１に形成された微細孔である。各空孔はポリスチレン粒子を鋳型としており、球状をしている。各空孔の底部にみえる３つの黒い部分１７は、隣接する空孔との接合における貫通孔である。多孔質自立構造体は粒子による充填構造を鋳型として形成される多数の球状空孔１３をもつ構造の骨格相１１を備えたものであり、隣接する球状空孔同士が接点で連通していることにより、骨格相１１が３次元網目構造に形成されている。【００５６】
このようにカラム３内に粒子による充填構造を鋳型として形成される骨格相１１を備え、隣接する球状空孔１３同士を連通するようにしたので、従来方式に比べて分析物の拡散様式を均質化することができ、分析物のカラム内拡散による分離能の劣化を低減することができる。【００５７】
また、図４のように球状空孔１３が最密充填構造となるように規則的に配列すると、局所構造が幾何学的に均質かつ周期性を有するようになり、分離精度が一定な多孔質自立構造体を備えたカラムを提供することができるようになる。【００５８】
次に、有機系の多孔質自立構造体について説明する。
エポキシ化合物としては光学活性体であるＳＳＳ体の2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレート（ＴＥＰＩＣ−Ｓ）、アミン化合物としてはビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン（bis(4-aminocyclohexyl)methane：ＢＡＣＭ）、ポロゲンとしては分子量が２００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ２００：ナカライテクス社の商品名)を使用した（非特許文献１参照。）。【００５９】
ＴＥＰＩＣとＢＡＣＭの化学構造式は以下に示すものである。
2008087866.tif 000003
【００６０】
１.６ｇのＴＥＰＩＣ−Ｓに対し、ＢＡＣＭが０.３７ｇ、ＰＥＧ２００が７.００ｇとなるように調合して、ホットスターラーで加熱、攪拌して溶解した状態とした後、後で説明する方法により溶融石英キャピラリーに充填し、８０℃の乾燥機で２０時間加熱し重合させる。その後、水とメタノールで洗浄した後、真空乾燥する。【００６１】
製造条件：
ＴＥＰＩＣ−Ｓ  ……  １.６ｇ
ＢＡＣＭ        ……  ０.３７ｇ
ＰＥＧ２００    ……  ７.００ｇ
温度            ……  ８０℃【００６２】
上記の重合によって製造された有機ポリマーモノリスの走査型電子顕微鏡写真を図５に示す。このモノリスの骨格相がサブミクロンサイズの平均直径を有し、粒子凝集型でない共連続構造をもっており、その骨格相により形成された細孔が三次元網目状をしていることがわかる。【００６３】
図６Ａ及び図６Ｂは本発明のイオン化用エミッタ２を利用したイオン化装置を示す概略図であり、図６Ａはティップ１に導電性被膜を形成していない場合、図６Ｂはティップ１に導電性被膜９を形成している場合である。イオン化装置は、ティップ１の先端側に対向して配置される電極１９とティップ１との間に高電圧を印加することにより、ティップ１内に供給された溶液試料に含まれる分子をエレクトロスプレー法によりイオン化し、それを測定するものである。【００６４】
電極１９のティップ１側は試料導入口２１になっており、導入された試料が質量分析計２３に導かれて測定されるようになっている。【００６５】
この実施例では、ティップ１は分析用カラム３の先端に一体化されて形成されており、分析用カラム３の基端部には、カラム３に試料を供給するインジェクタ２５と、試料を移動相とともにカラム３に送るために移動相を送液するポンプ２７が接続されている。この場合、移動相によりカラム３に送られた試料はカラム３で分離されてティップ１の先端からイオンとして質量分析計２３に導入される。【００６６】
図６Ａの場合、イオン化用エミッタ２と質量分析計２３の間に高電場を印加するために、高電圧電源装置２９の一端を質量分析計２３、他端をイオン化用エミッタ２の基端部に接続している。図５６Ｂの場合はティップ１が被膜されているので、高電圧電源装置２９の一端を質量分析計２３、他端をティップ１の導電性被膜９に接続している。【００６７】
これらの方法により、高電場によってイオン化された分子はティップ１の先端から放出され、試料導入口２１から質量分析計２３に取り込まれて測定される。【００６８】
次に本発明のイオン化用エミッタの製造方法を説明する。
図６７はゾル−ゲル法による多孔質自立構造体の製造工程を示す工程図である。
（Ａ）基板３１上にフォトレジスト３３及びフォトレジスト３５を用いて同軸二重構造の鋳型（穴）を形成する。フォトレジスト３３による鋳型の穴３４は製作しようとするティップ１の外形形状に対応した穴である。フォトレジスト３５による鋳型の穴３６は中空管の先端を挿入して位置決めするための穴である。中空管としてフューズドシリカキャピラリー等のカラム３の先端を挿入する。カラム３の先端面の外径は穴３４の径よりも大きい。カラム３及びフォトレジスト３３，３５内の鋳型をシリカゾル３７で満たす。【００６９】
（Ｂ）シリカゾル３７をゲル化させた後、カラム３及びフォトレジスト３３，３５内の鋳型を取り出し、多孔質自立構造体を得る。この多孔質自立構造体はティップ１及びシリカのモノリスカラム３である。【００７０】
（Ｃ）一体化されているティップ１及びカラム３を回転させながら蒸着３９により導電性金属薄膜４１を形成する。【００７１】
（Ｄ）導電性金属薄膜４１をティップ１及びカラム３の外壁に形成した後、ティップ１及びカラム３の骨格相の孔の内面にオクタデシルシラン等のシリル化剤で化学修飾を施す。【００７２】
このように、骨格相を共有結合力の強いシリカにより形成すると、多孔質自立構造体としての耐圧性向上が期待される。【００７３】
図７の方法において、シリカによる多孔質自立構造体を製造するのに替えて、図５に示した有機の多孔質自立構造体を製造することもできる。その場合は、カラム３及びフォトレジスト３３，３５内の鋳型にシリカゾル３７を注入するのに替えてＴＥＰＩＣとＢＡＣＭをＰＥＧに溶解させたゾル溶液を注入してゲル化させる。【００７４】
図８は他の製造方法である。この方法ではフューズドシリカキャピラリー等のカラム３の外形に等しい内径の円筒穴をもつ治具５０の穴の底部に、その穴の内径に等しい外形をもつフッ素樹脂管５２を挿入して鋳型を形成する。フッ素樹脂管５２は穴５４の深さが規定されたものでもよく、貫通した穴５４をもったものでもよい。【００７５】
図８（Ａ）に示されるように、治具５０の穴にフューズドシリカキャピラリー等のカラム３の先端を挿入してフッ素樹脂管５２に接触させる。その状態でカラム３の基端側からゾル溶液を注入し、加熱をしてゲル化させる。ゾル溶液は無機材料でも有機材料でもよい。【００７６】
ゲル化した後、図８（Ｂ）に示されるように、カラム３をフッ素樹脂管５２とともに、治具５０から引き抜き、カラム３の先端部からフッ素樹脂管５２を引き抜くと、カラム３中に充填された充填材と一体化されてカラム３の先端部に露出して形成された多孔質自立構造体１が形成される。【００７７】
多孔質自立構造体のさらに他の製造方法について図９に示す工程（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら順に説明する。
（Ａ）初めに、サイズのばらつきが２０％未満である多数のポリマー粒子を含有する単分散コロイドを用意する。例えば、直径１〜３μｍのポリスチレン粒子１３ａが純水１４中に分散している１ｗｔ％ポリスチレンコロイド１６を調製する。【００７８】
シリンジポンプを使ってポリスチレンコロイド１６を内径５０μｍの中空管１８に注入し、ポリスチレン粒子１３ａを内部に充填する。このとき、ポリスチレン粒子１３ａは、その自己集合作用によって規則的な充填構造、例えば六方最密構造をとる。【００７９】
（Ｂ）次に、多孔質自立構造体の骨格相となる金属アルコキシドゾルを調製する。例えば、氷冷下において、２０ｍＭ酢酸１０ｍＬにポリエチレングリコール１．３ｇとテトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4）４ｍＬを加え、４５分間攪拌してシリカゾルを調製する。【００８０】
このシリカゾルを、ポリスチレン粒子１３ａが充填されている中空管１８内にシリンジポンプを用いて注入する。注入されたシリカゾル１１ａはポリスチレン粒子１３ａの充填構造の隙間に入り込む。【００８１】
（Ｃ）次に、注入されたシリカゾルのゲル化を行なう。例えば、中空管１８を４０℃の電気炉に２４時間保持することでシリカゾル１１ａをゲル化し、ゲル状骨格相（シリカゲル１１ｂ）とする。【００８２】
その後、電気炉を１℃／分の速度で３３０℃まで昇温して、シリカゲル１１ｂの焼成を行う。これにより、中空管１８中に充填されていたポリスチレン粒子１３ａは熱分解され、水や二酸化炭素となって外部に除去され、その空間は球状空孔１３ｂとなる。【００８３】
（Ｄ）このようにポリスチレン粒子の充填構造を鋳型として形成するシリカにより、球状空孔１３ｂ同士が接点で連通し、３次元網目構造に形成されている多孔質自立構造体の骨格相１１ｃを得る。【００８４】
図９の製造工程で作成したものが、図４の走査電子顕微鏡像に示す多孔質自立構造体である。多孔質自立構造体は粒子による充填構造を鋳型として形成される多数の球状空孔１３をもつ構造の骨格相１１を形成し、隣接する球状空孔同士が接点で連通していることにより、骨格相１１が３次元網目構造に形成されている。これは図３に示す多孔質自立構造体と異なり、ポリマー粒子の鋳型によって球状空孔１３ｂの大きさが制御されており、空孔の配列も秩序化されている。【００８５】
また、上述した図９の実施例の多孔質自立構造体の製造方法によれば、従来のスピノーダル現象を利用した作製方法では困難であった幾何学的構造の均質性、周期性を有するモノリスカラムの作製が可能になり、カラムの不均一さに由来する分析物のカラム内拡散による分離能の劣化を低減できるため、モノリスカラムの高性能化が期待できる。【００８６】
さらに、この多孔質構造体に物理的修又は化学的修飾を施すことによって表面改善を行なうことが好ましい。物理的修飾の一例は、例えば、アンモニアを用いて空孔１３表面を腐食させることで骨格相１１の表面（多孔質自立構造体の空孔１３の表面）に微細孔１５を形成することである。つまり、骨格相をアルカリ溶液で洗浄することで骨格相１１には球状空孔１３よりも孔径の小さい微細孔１５が形成され、容易に微細加工を施すことができ、表面積が増大することによってカラム３の分離能が向上する。【００８７】
そして、多孔質自立構造体は直径０．０１〜０．１μｍの微細孔１５が形成された骨格相１１と、骨格相１１によって形成される直径０．８〜２．７μｍの球状空孔１３を備えるようになる。【００８８】
また、化学的修飾の一例として、多孔質構造体にクロロオクタデシルシラン等のシリル化剤を利用し、多孔質構造体の表面に固定相を化学結合してもよい。【００８９】
本発明の多孔質自立構造体はクロマトグラフィーなどに用いるカラムやキャピラリーの充填材などとして利用することもできる。例えば、このカラムを質量分析計などに接続し、ここで分離を行なった後に質量分析計で分析するようにすれば良い。【００９０】
また、ティップ１の構造は柱状のみならず円錐状であってもよい。錐状にした場合、
ティップ先端に電解集中しやすく安定したプルームが得られるため、好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、化学物質や生体物質等を分離分析したり質量分析したりする際に用いるイオン化用エミッタに利用することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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