(57)【要約】  添加剤による装置の汚染を低減し、添加剤の噴霧と停止を高速に切り替えるために、測定対象物質をイオン化するイオン源と、測定対象物質に向けて測定対象物質と反応する添加剤を含む液体を微粒化して噴霧する噴霧部と、測定対象物質と添加剤が反応して生成したイオンを分離分析する分離分析部と、分離分析部で分離分析されたイオンを検出する検出器と、添加剤が不要な時間に噴霧部に供給する添加剤の流量を低下させる制御部と、を有する。
2017061034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物質をイオン化するイオン源と、
前記測定対象物質に向けて前記測定対象物質と反応する添加剤を含む液体を微粒化して噴霧する噴霧部と、
前記測定対象物質と前記添加剤が反応して生成したイオンを分離分析する分離分析部と、
前記分離分析部で分離分析されたイオンを検出する検出器と、
前記添加剤が不要な時間に前記噴霧部に供給する前記添加剤の流量を低下させる制御部と、
を有するイオン分析装置。
【請求項２】
前記分離分析部は質量分析計を備える、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項３】
前記分離分析部はイオンの衝突断面積によってイオンを分離するイオン分離部を備える、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記測定対象物質が測定される時間を記憶し、前記記憶した時間に基づいて前記添加剤が不要な時間を決定する、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記検出器で検出された前記測定対象物質のイオン強度をモニタし、当該測定対象物質イオンの強度が予め設定した閾値以下の場合に前記噴霧部に供給する添加剤の流量を低下させる、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記測定対象物質が検出される時間より前に前記噴霧部の噴霧開始時間を設定する、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記添加剤が不要な時間に前記噴霧部による前記添加剤の噴霧を停止させる、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記検出器で検出された前記測定対象物質のイオン強度をモニタし、前記測定対象物質イオンの強度が予め設定した閾値を超えた時間に前記噴霧部から前記添加剤を噴霧させる、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記測定対象物質が測定される時間を記憶し、当該時間を基準に前記噴霧部から前記添加剤を噴霧させる、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記測定対象物質が測定される時間に、前記添加剤によって質量電荷比が変化した前記測定対象物質に合わせて前記質量分析計のパラメータを変更する、請求項２に記載のイオン分析装置。
【請求項１１】
前記噴霧部を複数有する、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記複数の噴霧部の噴霧と停止を切り替える制御を行う、請求項１１に記載のイオン分析装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記複数の噴霧部を同時に作動させる、請求項１１に記載のイオン分析装置。
【請求項１４】
前記制御部は、同じ測定対象物質が測定される時間に前記複数の噴霧部を順番に作動させる、請求項１１に記載のイオン分析装置。
【請求項１５】
前記添加剤と反応した前記測定対象物質のイオンを前記分離分析部に誘導するデフレクター電極を有する、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項１６】
前記噴霧部の噴霧方向に延長した直線と前記分離分析部のイオン導入口の最短距離が、前記イオン源でイオン化されたイオンの進行方向に延長した直線と前記分離分析部のイオン導入口の最短距離より長い、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項１７】
前記分離分析部に気体が吸引される向きで定義されるベクトルと前記噴霧部の噴霧の向きで定義されるベクトルのなす角が９０°以上である、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項１８】
前記測定対象物質を含むサンプルを流す第一の円筒管と、前記第一の円筒管と同軸に配置され前記第一の円筒管の外側に前記添加剤を流す第二の円筒管とを有する、請求項１に記載のイオン分析装置。
【請求項１９】
前記添加剤を噴霧しない時間にも前記噴霧部に前記添加剤を供給する、請求項１に記載のイオン分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計や微分イオン移動度分析計は、測定対象物質をイオン化して分析を行う装置である。質量分析計では測定対象物質イオンを真空中に導入し、質量電荷比ｍ／ｚによって分離して検出する。質量分析計で使用する添加剤には誘導体化試薬等がある。誘導体化試薬には、測定対象物質にイオン化しやすい官能基を結合させてイオン化効率を向上する作用がある。微分イオン移動度分析計ではイオンと気体を衝突させ、イオンの衝突断面積によってイオンを分離する。微分イオン移動度分析計では、添加剤にアセトンやアセトニトリル等の有機溶媒を使用する。気化した有機溶媒と測定対象物質イオンがクラスターを形成してイオンの衝突断面積が変化し、夾雑物イオンと測定対象物質イオンの衝突断面積の差異が増加して分離性能が向上する。【０００３】
イオン化するサンプルの形態には気体、液体、固体があり、液体サンプルのイオン化にはスプレーで液体を微粒化し、噴霧する方法が使用される。エレクトロスプレーイオン化法では液体サンプルを細管に通し、細管の出口に高電圧を印加する。細管に印加した高電圧で液体サンプルが帯電し、細管出口に面した液体サンプルが電気的反発によって霧状に微粒化される。エレクトロスプレーイオン化法では液体サンプルと同軸にネブライザーガスを流す。ネブライザーガスによって液体サンプルが安定に噴霧する。噴霧した帯電液滴の溶媒は揮発して液滴内の測定対象物質がイオン化する。液体サンプルのイオン化には大気圧化学イオン化法も使用される。大気圧化学イオン化法では、液体サンプルを噴霧した後、放電で空気中の分子をイオン化し、イオン分子反応で測定対象物質に電荷を移行してイオン化する。【０００４】
本発明に関係する技術として、添加剤の混合方法や質量分析計で使用する液体の微粒化技術を紹介する。【０００５】
特許文献１には、質量分析計と微分型移動度分析計で構成される分析装置入口に流すカーテンガスに測定対象物質イオンの性質を変化させる物質を混合する方法が記載されている。測定対象物質イオンの性質を変化させる物質として、測定対象物質イオンの衝突断面積を変化させる修飾剤や、質量軸の較正に必要な質量電荷比ｍ／ｚのリファレンスとなる質量較正剤や、測定対象物質の一部を同位体で置換する交換試薬が挙げられている。測定対象物質イオンが、修飾剤、質量較正剤、交換試薬を含むカーテンガスを通過する時に試薬と反応し、測定対象物質イオンの性質を変化させる。【０００６】
特許文献２には、陽子移動反応（Proton Transfer Reaction、ＰＴＲ）及び電子移動解離（Electron Transfer Dissociation、ＥＴＤ）に使用する試薬イオンを質量分析計に導入する構成が記載されている。微分移動度分光計のイオン導入口よりイオン源側に試薬イオンと試薬イオンのキャリアガスを供給する構成が示されている。【０００７】
特許文献３には、液体クロマトグラフ質量分析装置において液体クロマトグラフ（ＬＣ）で測定対象物質を夾雑物から分離した後に添加剤を加える方法が記載されている。ＬＣの分離溶媒に強アニオン溶出液を使用した場合、溶出液によるイオン化抑制によって測定対象物質の感度が低下する。ＬＣ分離後に添加剤を混合して溶媒の性質を変化させ、測定対象物質のイオン化抑制を防いで感度を高める。【０００８】
特許文献４には、エレクトロスプレーイオン化法において、液体サンプルの流路の中央に気体を流すことで噴霧した液滴の粒径を細かくし、効率的に溶媒を揮発させる方法が記載されている。【０００９】
特許文献５には、スプレーで噴霧したサンプル液滴とエレクトロスプレーイオン化法で生成した帯電液滴を混合し、液−液抽出操作とイオン化を同時に行う構成が記載されている。帯電液滴は、測定対象物質や夾雑物を含むサンプル液滴から測定対象物質を抽出する役割を果たすと共に抽出した測定対象物質に電荷を与えてイオン化する役割を果たす。この方法では夾雑物を多く含む試料を連続的に液−液抽出して分析することができる。【００１０】
特許文献６には、液体サンプルの噴霧に使用するスプレーガスの流路に添加剤の流路を接続し、添加剤を混合する構成が記載されている。この方法は液体サンプルと添加剤の流路を分けるため、液体サンプルが流れるＬＣが汚染されない。また、添加剤が液体サンプル中の物質と直接反応して塩類を形成することがないため、塩類による装置の汚染が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表2011-522363号公報
【特許文献２】特表2015-503745号公報
【特許文献３】特開平7-198570号公報
【特許文献４】WO 2012/146979 A1
【特許文献５】US 2008/0179511 A1
【特許文献６】特表2009/524036号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載されている添加剤の混合法では、装置内部を流れるカーテンガスに添加剤を混合するため、測定対象物質イオンと反応しなかった添加剤が装置内に広がり、装置を汚染する。装置が汚染された場合、測定対象物質イオンが通過する場所がチャージアップして感度が低下するので、装置をメンテナンスする必要がある。このように装置が汚染されやすい添加剤の混合法を用いた場合、装置を長時間連続稼動することができないという課題がある。また、添加剤が流れる流路の温度が低下すると添加剤が析出して流路を汚染するため、流路全体を加熱する必要がある。添加剤の流路を広範囲にわたって加熱するため、装置の消費電力が増大するという課題がある。【００１３】
特許文献２に記載されている添加剤の混合法では、添加剤をイオン化する電極や電源が必要であるため、消費電力が増加するという課題がある。また、添加剤イオンは軽く、空気抵抗を受けて拡散しやすいので、添加剤イオンの供給口は質量分析計や微分移動度分光計のイオン導入口の近傍に配置する必要がある。しかし、イオン導入口はサンプルに含まれる夾雑物が接触して汚染されやすい場所であるため、イオン導入口の近傍に配置した添加剤イオン供給口が汚染されるという課題がある。【００１４】
特許文献３に記載されている添加剤の混合法では、液体サンプルを流す流路が添加剤で汚染する。汚染によって装置のロバスト性が低下するという課題がある。添加剤Ａを別の添加剤Ｂに切り替える場合、添加剤Ａで汚染された流路を洗浄する必要があるため、切り替え速度が遅いという課題がある。特許文献３の構成では、液体クロマトグラフのカラムの下流に添加剤を混合する三方流路ポートや添加剤と測定対象物質の攪拌領域を設ける必要がある。測定対象物質が三方流路ポートや攪拌領域で吸着され、感度が低下するという課題がある。また、ＬＣ分離後の流れが攪拌されるため、ＬＣの分離能が低下するという課題がある。【００１５】
特許文献４に記載されている構成に添加剤を混合した場合、液体サンプルを流す流路が添加剤で汚染する。前述したように汚染が装置のロバスト性を低下するという課題がある。また、添加剤Ａを別の添加剤Ｂに切り替える場合、添加剤Ａで汚染された流路を洗浄する必要があるため、切り替え速度が遅いという課題がある。特許文献４の構成に液体クロマトグラフ装置を接続した場合、測定対象物質と添加剤がＬＣ分離して反応しないため、添加剤の効果が低下するという課題がある。【００１６】
血液や尿などの夾雑物が多い液体サンプルでは、液体クロマトグラフ装置で夾雑物と測定対象物質を物質固有のリテンションタイムで分離する。特許文献５に記載されている方法で連続的に添加剤を噴霧した場合、添加剤が必要な測定対象物質が検出されるリテンションタイム以外でも添加剤が質量分析計に導入され装置を汚染するという課題がある。また、添加剤が必要な測定対象物質だけでなく添加剤と反応させてはいけない測定対象物質とも添加剤が反応するため、同じ液体サンプルに含まれるこれらの測定対象物質を同時に測定できないという課題がある。【００１７】
特許文献６の構成では、ネブライザーガスの流路が添加剤で汚染されるという課題がある。添加剤の切り替え時に、流路に残留した添加剤を除去する必要があるため、切り替え時間が長くなるという課題がある。
【課題を解決する手段】
【００１８】
本発明のイオン分析装置は、測定対象物質をイオン化するイオン源と、測定対象物質に向けて測定対象物質と反応する添加剤を含む液体を微粒化して噴霧する噴霧部と、測定対象物質と添加剤が反応して生成したイオンを分離分析する分離分析部と、分離分析部で分離分析されたイオンを検出する検出器と、添加剤が不要な時間に噴霧部に供給する添加剤の流量を低下させる制御部と、を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、添加剤による装置の汚染を低減することができる。また、添加剤の噴霧と停止を高速に切り替えることができる。【００２０】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】イオン分析装置の構成例を示す概略図。
【図２】添加剤の流量調整シークエンスの例を示す図。
【図３】添加剤の流量調整シークエンスの例を示す図。
【図４】イオン分析装置の別の実施例を示す概略図。
【図５】デフレクター電極に印加する電圧の制御シークエンスの例を示す図。
【図６】２個の添加剤スプレーを有するイオン分析装置の構成例を示す概略図。
【図７】添加剤の切り替えシークエンスの例を示す図。
【図８】添加剤の切り替えシークエンスの例を示す図。
【図９】添加剤の切り替えシークエンスの例を示す図。
【図１０】イオン分析装置の他の実施例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
［実施例１］
本実施例では、添加剤を噴霧してサンプルと混合することでサンプルが流れる流路の添加剤による汚染を防ぎ、装置のロバスト性を向上する。また、添加剤が必要な測定対象物質が検出されている時以外は添加剤の噴霧を停止し、装置の汚染を低減する。
【００２４】
図１は、本実施例のイオン分析装置の構成例を示す概略図である。サンプル容器１０１の中の液体サンプルに含まれる測定対象物質は液体クロマトグラフ装置１０２で分離され、物質固有のリテンションタイムでサンプルスプレーノズル１０３から噴霧される。サンプル容器１０１に含まれる測定対象物質は気体、液体、固体のいずれの状態でもよい。気体サンプルの場合は、液体クロマトグラフ装置１０２の代わりにガスクロマトグラフ装置を使用することができる。また、液体クロマトグラフ装置１０２の代わりに他の分離手段を使用する、或いは分離手段を使用しなくてもよい。分離手段を使用しない場合には、構成が単純化して装置全体を小型化することができる。
【００２５】
サンプルスプレーノズル１０３の先端は、液体サンプル１１９を流す中空内円筒１２８とネブライザーガス１２０を流す中空外円筒１２９の同軸二重円筒管構造である。液体サンプル１１９とガスボンベ１０４から供給されるネブライザーガス１２０を同軸に流して液体サンプル１１９を微粒化して噴霧する。噴霧された液体サンプル１０９は溶媒が揮発し、測定対象物質が気化する。気化した測定対象物質は大気圧化学イオン化法でイオン化する。気化した測定対象物質が、放電電極１１２で発生させた放電によってイオン化され、サンプルスプレーノズル１０３が液体サンプル１１９を噴霧する向きで定義されるベクトル１２７の方向に移動する。測定対象物質をイオン化するイオン源のイオン化法には、エレクトロスプレーイオン化法、光イオン化法等、他の手段を使用してもよい。
【００２６】
ネブライザーガス１２０の流量は、噴霧の安定性や感度に影響するため、バルブ１２１で制御する。ネブライザーガス１２０を加熱した場合、溶媒の揮発が促進されて測定対象物質が効率的に気化し、感度が増加する。加熱しない場合、ヒータに電力を供給する必要がなくなって装置全体の消費電力が低減される。
【００２７】
添加剤容器１０５の中には添加剤を含む液体が入っている。添加剤を含む液体は、添加剤の流量を調整するバルブ１０６を通って添加剤スプレーノズル１１８から微粒化して噴霧される。添加剤スプレーノズル１１８の構成はサンプルスプレーノズル１０３と同様である。添加剤の噴霧に使用されるネブライザーガスは、ガスボンベ１０７からネブライザーガスの流量を調整するバルブ１２２を通して添加剤スプレーノズル１１８に供給される。測定対象物質に向けて噴霧された添加剤１１１は、イオン化した測定対象物質と反応してイオンの質量電荷比ｍ／ｚや衝突断面積を変化させる。添加剤と反応した測定対象物質イオン１１３は、イオン分離部としての微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５に印加した電圧によってイオン導入口１２５に輸送される。イオン導入口１２５では、質量分析計１１７に設置された真空ポンプが微分イオン移動度分離計１１６を介して気体を吸引する。測定対象物質イオン１１３は気体と共に、気体が吸引される向きで定義されるベクトル１２４の方向に向かって微分イオン移動度分離計１１６に吸引される。
【００２８】
微分イオン移動度分離計１１６では、測定対象物質イオン１１３と気体分子の衝突断面積が電場強度に依存し、その電場依存性が物質固有であることを利用して測定対象物質イオン１１３を分離する。微分イオン移動度分離計１１６の代わりにイオン移動度分離計を用いてもよい。これらのイオン分離部は、測定対象物質イオン１１３の質量電荷比ｍ／ｚが変わると分離能が変化する。分離された測定対象物質イオン１１３は質量分析計１１７に吸引され、質量電荷比ｍ／ｚによって分離されて検出器１３０で検出される。検出されたイオンの信号は制御部の役割を果たす制御パソコン１２６で処理され、必要に応じてバルブ１０６とバルブ１２２を制御して添加剤の噴霧量を制御する。制御シークエンスについては後述する。微分イオン移動度分離計１１６の代わりにイオン移動度分離計や他のイオン分離手段を使用することもできる。質量分析計１１７には、四重極フィルター、イオントラップ、飛行時間型質量分析計等が使用される。微分イオン移動度分離計１１６と質量分析計１１７は、本実施例のイオン分析装置の分離分析部を構成する。
【００２９】
サンプルスプレーノズル１０３や添加剤スプレーノズル１１８で使用するスプレーとは、液体サンプルや添加剤を含む液体を微粒化する技術である。スプレーの方式には図１に示した方式以外に、液体サンプルを細孔に高速で流す加圧ノズル方式や液体サンプルを圧縮空気と接触させてせん断する二流体ノズル方式等がある。加圧ノズル方式ではネブライザーガス１２０が不要であるため、ガスボンベ１０４がなくなって装置が小型化できる。エレクトロスプレーイオン化法のように、サンプルスプレーノズル１０３の先端に高電圧を印加して液体サンプルを帯電させ、電気的反発によって微粒化して噴霧することも可能である。その他、液体を微粒化して噴霧する方法にはどのような手段を使用してもよい。
【００３０】
添加剤容器１０５内にはイオン化した測定対象物質の質量電荷比ｍ／ｚや衝突断面積を変化させる添加剤が入っている。添加剤と反応した測定対象物質イオンは衝突断面積が変化し、夾雑物や構造異性体との衝突断面積の差異が増加して微分イオン移動度分離計１１６の分離性能が向上する。また、添加剤によって質量分析計１１７の検出器１３０で検出される測定対象物質のフラグメントイオンの１つとして添加剤イオンのピークが増える。測定物質の解離経路が多く個々のフラグメントイオンの強度が低い場合でも、添加剤イオンは解離しやすいので強度が高い。そのため、添加剤イオンのピークを検出することで高感度に測定対象物質を測定することができる。
【００３１】
添加剤容器１０５の中の添加剤には、有機溶媒、金属塩、イオン液体、同位体交換試薬等を使用する。有機溶媒の例には、２−プロパノール、アセトン、オクタノール等が挙げられる。噴霧によって気化した有機溶媒の分子は測定対象物質イオンとクラスターを形成し、測定対象物質イオンの衝突断面積を変化させる。クラスターは真空引きされた質量分析計１１７の中で解離するので、検出される測定対象物質イオンの質量電荷比ｍ／ｚは変化しない。質量分析計１１７で四重極フィルターを使用する場合、質量電荷比ｍ／ｚによって四重極フィルターに印加する電圧値を変える必要がある。有機溶媒のような測定される質量電荷比ｍ／ｚを変えない添加剤では、添加剤の種類に関わらず同じ四重極フィルターの条件を使用できるので、パラメータ調整の労力を低減することができる。金属塩の例には、酢酸銅（I）、酢酸銅（II）、塩化マンガンが挙げられる。その他、測定対象物質の質量電荷比ｍ／ｚを変化させる物質であり、且つ液体又は液体溶媒に溶解する物質であれば、有機物、無機物を問わず使用できる。金属塩等の極性の物質は水、メタノール、アセトニトリル等の極性溶媒に溶解しやすい。非極性の物質はヘキサンやベンゼンなどの非極性の溶媒物質に溶解しやすい。溶解させる物質によっては溶媒のｐＨをコントロールする必要がある。また、気体状の添加剤を溶媒にバブリングして溶解させることもできる。
【００３２】
特許文献３のように液体サンプルの流路上で添加剤を混合した場合、添加剤が流路を汚染する。本実施例の添加剤の混合法では、サンプルと添加剤の流路を分けることで、添加剤によるサンプル流路の汚染を防ぐことができる。サンプル流路に添加剤が残留しないので、添加剤の噴霧と停止を高速に切り替えることができる。
【００３３】
血液や尿などの夾雑物の多い液体サンプルを測定した場合、サンプル液滴の密度が高いサンプルスプレーの噴霧方向に延長した直線１０８の周囲や、サンプル液滴が接触しやすい微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５の周囲が汚染される。本実施例の混合法では、噴霧された添加剤１１１がイオンや気体と比べて重い液滴を含むため、空気抵抗の影響が小さく直進性が高いので、添加剤スプレーノズル１１８をサンプルで汚染されやすい場所から離れた場所に配置してサンプルによる添加剤スプレーノズル１１８の汚染を低減することができる。また、本実施例の混合法では、噴霧した液滴が添加剤を高密度に含み、且つ液滴の総表面積が大きいため、イオン化した測定対象物質と添加剤を効率よく反応させることができる。
【００３４】
液体クロマトグラフ装置１０２を使用した場合、サンプル容器１０１に液体サンプルと共に添加剤を混合すると液体サンプル中の測定対象物質と添加剤が分離し、反応しなくなる。本実施例の混合法では、ＬＣ分離後に添加剤を混合するため、サンプルと添加剤が分離されることなく効率的に反応する。また、特許文献３のようにＬＣ分離後に添加剤を混合すると、ＬＣ分離後からサンプルスプレーノズル１０３までの流れが攪拌され、ＬＣの分離能が低下する。本実施例の混合法では、サンプルスプレーノズル１０３より下流で添加剤を混合するため、ＬＣの分離能を低下させることなく、測定対象物質と添加剤を反応させることができる。
【００３５】
イオン導入口１２５では、質量分析計１１７に設置された真空ポンプが微分イオン移動度分離計１１６を介して気体を吸引するため、測定対象物質イオン１１３だけでなくイオン化されていない物質も微分イオン移動度分離計１１６と質量分析計１１７に吸引される。イオン導入口１２５に近いほど気体が強く吸引されるため、測定対象物質がイオン導入口１２５の近傍を通過するように、イオン源でイオン化されたイオンの進行方向に延長した直線、すなわちサンプルスプレーの噴霧方向に延長した直線１０８とイオン導入口１２５の最短距離１１４を短くすれば、気体と共に微分イオン移動度分離計１１６に吸引される測定対象物質イオン１１３が増加して感度が増加する。一方、添加剤がイオン導入口１２５から離れた場所を通過するように、添加剤スプレーの噴霧方向に延長した直線１１０とイオン導入口１２５の最短距離１１５を長くすれば、気体と共に微分イオン移動度分離計１１６に吸引される添加剤が減少し、添加剤による汚染が低減される。つまり、距離１１４に対して距離１１５を長くとれば、汚染を低減しながら感度が向上する。
【００３６】
また、微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５とは逆方向に添加剤を噴霧することで、微分イオン移動度分離計１１６に吸引される添加剤が減少し、添加剤による汚染を軽減できる。すなわち、添加剤スプレーノズル１１８が添加剤を噴霧する向きで定義されるベクトル１２３と微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５に気体が吸引される向きで定義されるベクトル１２４のなす角度αが大きい方が、添加剤を含む液滴が微分イオン移動度分離計１１６に吸引されず汚染されにくい。図１はα＝１８０度の構成を示しており、この構成が最もαが大きく装置が添加剤に汚染されにくい。角度αが９０度以上であると汚染低減の効果がある。以上のように、サンプルスプレーノズル１０３と添加剤スプレーノズル１１８の噴霧方向を各々の最適な方向に設定することによって汚染を低減し、感度を増加することができる。２つのスプレーノズル１０３と１１８の向きによって測定対象物質と添加剤を混合する位置が変わるので、スプレーノズル１０３と１１８の向きに合わせて液体サンプルや添加剤やネブライザーガスの流量を制御してスプレーの広がりや到達距離を調整する方が好ましい。
【００３７】
液体サンプルには添加剤が必要な物質や添加剤を反応させてはいけない物質や夾雑物が含まれる。これらの物質は液体クロマトグラフ装置１０２によって分離され、異なるリテンションタイムで検出される。制御パソコン１２６に測定対象物質のリテンションタイムをパラメータとして設定しておき、添加剤が必要な物質が検出されている時間以外では添加剤の噴霧を停止することで、装置の汚染を低減できる。また、液体サンプルに添加剤が必要な物質と添加剤を反応させてはいけない物質が含まれていた場合でも、添加剤の噴霧を制御することで、液体サンプルの中からそれぞれの物質を分離して別々に測定することなく同時に測定することができる。
【００３８】
図２は、添加剤スプレーノズルに供給する添加剤の流量調整シークエンスの例を示す図である。この例では、イオン分析装置によって、添加剤を反応させない測定対象物質Ａと添加剤が必要な測定対象物質Ｂを測定する。測定前に、添加剤が必要な物質Ｂの検出開始時間２ｃと検出終了時間２ｄ及び添加剤の噴霧開始時間２ｂを制御パソコン１２６に設定する。時間２ａは測定開始時間、つまりリテンションタイム０分を示す。これらの時間２ｂ，２ｃ，２ｄは、制御パソコン１２６のメモリに予め記憶しておく。制御パソコン１２６は、記憶したこれらの情報に基づいて添加剤が必要な時間と不要な時間を決定し、添加剤スプレーのバルブ１０６，１２２を制御して、添加剤が必要な時間には添加剤スプレーノズル１１８から添加剤を噴霧させ、添加剤が不要な時間には添加剤スプレーノズル１１８からの添加剤の噴霧を停止させる。
【００３９】
測定開始時間２ａから添加剤の噴霧開始時間２ｂの間は、添加剤の流量を調整するバルブ１０６を完全には閉じず、低流量で添加剤を流し続ける。このように添加剤を噴霧しない時間、換言すると添加剤が不要な時間にも流量を低下させながら添加剤スプレーに添加剤を供給し続けることにより、流路が添加剤で満たされ、スプレーの安定化時間が短くなる。このとき、低流量で流している添加剤を測定対象物質イオンに噴霧しないように、ネブライザーガスの流量を調整するバルブ１２２を閉じる。なお、バルブ１０６を完全に閉じた場合でも、バルブ１０６から添加剤スプレーノズル１１８先端までの流路の体積を小さくすることで、スプレーの安定化時間を短縮できる。バルブ１０６を完全に閉じて添加剤の流れを停止すると、添加剤の消費量が低減できる。
【００４０】
質量分析計１１７のパラメータは測定対象物質イオンの質量電荷比ｍ／ｚによって変える必要がある。例えば、四重極フィルターでは電極に印加する電圧を変える。図２では最初に検出される物質が添加剤を反応させない測定対象物質Ａであるので、測定対象物質Ａのイオンの質量電荷比ｍ／ｚに合わせて質量分析計１１７のパラメータを設定する。噴霧開始時間２ｂでは、バルブ１０６と１２２を開け、添加剤とネブライザーガスを流して添加剤を噴霧する。添加剤スプレーを安定させるため、添加剤が必要な測定対象物質Ｂの検出開始時間２ｃより前に添加剤スプレーによる添加剤の噴霧開始時間２ｂを設定する。典型的な添加剤の安定化に必要な時間２ｂ−２ｃは１秒以上である。添加剤スプレーの条件によっては、この時間を１秒以下に設定してもよい。添加剤が必要な測定対象物質Ｂの検出開始時間２ｃでは、添加剤が必要な測定対象物質Ｂの質量電荷比ｍ／ｚに合わせて質量分析計１１７のパラメータを変更する。添加剤が必要な測定対象物質Ｂの検出終了時間２ｄでは、バルブ１０６とバルブ１２２を閉じて添加剤の噴霧を停止する。このように添加剤が不要な時間に添加剤の噴霧を停止することで、添加剤の消費量を低減し、添加剤による装置の汚染を防ぐことができる。検出終了時間２ｄの後は夾雑物しか検出されないので、質量分析計１１７のパラメータはどのように設定してもよい。図２では時間２ｄで質量分析計１１７のパラメータを変えないシークエンスを示すが、質量分析計１１７に印加する電圧を切ってもよい。電圧を切ることで消費電力を低減することができる。
【００４１】
図３は、測定対象物質イオンの信号強度と連動させる場合の添加剤の流量調整シークエンスの例を示す図である。ここで、物質Ａは添加剤を反応させない測定対象物質であり、物質Ｂは添加剤が必要な測定対象物質である。測定前に添加剤スプレーの噴霧と停止を決める信号強度の閾値を制御パソコン１２６に設定する。時間３ａは測定開始時間、つまりリテンションタイム０分を示す。分析を開始すると、制御パソコン１２６は質量分析計１１７の検出器１３０で検出されたイオンの信号強度をモニタする。測定開始から添加剤が必要な測定対象物質Ｂの信号強度が予め設定した閾値以下の間、添加剤スプレーの安定化時間を短くするため、バルブ１０６を完全には閉じずに添加剤を低流量で流し続け、添加剤スプレーノズル１１８を添加剤で満たす。低流量で流している添加剤を測定対象物質イオンに噴霧しないように、バルブ１２２を閉じてネブライザーガスを停止する。また、最初に測定される測定対象物質Ａの質量電荷比に合わせて質量分析計１１７のパラメータを合わせる。添加剤を反応させない測定対象物質Ａの検出終了時間３ｂ、すなわち閾値を超えて検出されていた測定対象物質Ａの信号強度が閾値を下回った時間３ｂで、添加剤が必要な測定対象物質Ｂに合わせて質量分析計１１７のパラメータを設定する。添加剤が必要な測定対象物質Ｂの信号強度が閾値を超えた検出開始時間３ｃでバルブ１０６とバルブ１２２を開け、添加剤を噴霧する。添加剤と反応すると測定対象物質Ｂの質量電荷比ｍ／ｚが変化するため、検出開始時間３ｃで質量分析計１１７のパラメータを変更する。添加剤と反応した測定対象物質Ｂの信号強度が閾値を下回った時間３ｄでバルブ１０６と１２２を閉じて添加剤の供給とネブライザーガスの供給を停止する。これによって、添加剤の消費量を低減し、装置の汚染を防ぐことができる。
【００４２】
［実施例２］
図４は、イオン分析装置の別の実施例を示す概略図である。本実施例には、デフレクターを用いた構成を示す。
【００４３】
サンプルスプレーノズル１０３から噴霧された液体サンプル１０９は溶媒が揮発し、測定対象物質が気化する。気化した測定対象物質は放電電極１１２で発生させた放電によってイオン化され、噴霧された液体サンプルと同じベクトル１２７の向きに移動する。添加剤を含む液体は添加剤スプレーノズル１１８から噴霧される。サンプルスプレーノズル１０３や添加剤スプレーノズル１１８の構造は実施例１と同様である。測定対象物質イオンに添加剤を噴霧すると、測定対象物質イオンは噴霧された添加剤１１１と衝突し、添加剤スプレーノズル１１８が添加剤を噴霧する向きで定義されるベクトル１２３の方向に力を受けて進行方向を変える。進行方向が変わった測定対象物質イオン１１３はイオン導入口１２５から離れるため感度が低下する。ベクトル１２３と１２７のなす角度βが小さくなるように矢印４０３の向きに添加剤スプレーノズル１１８の向きを調整すれば、測定対象物質イオンの進行方向の変化が小さくなって感度が増加する。同時に、微分イオン移動度分離計１１６に気体が吸引される向きで定義されるベクトル１２４とベクトル１２３のなす角度αを９０度以上になるように添加剤スプレーノズル１１８の向きを設定すれば、噴霧された添加剤１１１がイオン導入口１２５に進入しにくくなり汚染が低減される。
【００４４】
分離分析部を構成する微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５に対向するように、電源４０２に接続されたデフレクター電極４０１が配置されている。添加剤と反応した測定対象物質イオン１１３は、イオン導入口１２５とデフレクター電極４０１の間を移動する。デフレクター電極４０１と電源４０２は、デフレクター電極４０１に印加した電圧で測定対象物質イオン１１３をイオン導入口１２５に引き戻す役割を果たす。測定対象物質と反応しなかった電気的中性の添加剤は電場の影響を受けないので、デフレクター電極４０１は添加剤による汚染を増やさず、測定対象物質の感度を増加する。制御パソコン１２６で電源４０２を制御し、デフレクター電極の電圧印加を添加剤の噴霧時間と同期させる。
【００４５】
図５は、デフレクター電極に印加する電圧の制御シークエンスの例を示す図である。測定前に添加剤の噴霧開始時間５ａ、デフレクター電極の電圧を上げる時間５ｂ、測定対象物質の検出開始時間５ｃ、検出終了時間５ｄをパラメータとして制御パソコン１２６に記憶させる。時間５ａでバルブ１０６と１２２を開け、添加剤とネブライザーガスを流して添加剤を噴霧する。時間５ｂでデフレクター電極の電圧を上げ、添加剤の噴霧によって散乱された測定対象物質イオンをイオン導入口１２５に輸送する。デフレクター電極４０１に印加する電圧の立ち上がり時間を考慮し、電圧を上げる時間５ｂは測定対象物質の検出開始時間５ｃより前に設定した方がよい。添加剤による装置の汚染を防ぐため、測定対象物質の検出終了時間５ｄでバルブ１０６と１２２を閉じ、添加剤の噴霧を停止する。同時にデフレクター電極４０１の電圧を下げる。測定に影響がなければ、デフレクター電極４０１に印加する電圧は一定値でもよい。電圧を一定にした場合、電源４０２を制御する必要がなくなって構成を単純化することが出来る。
【００４６】
［実施例３］
実施例１や実施例２の構成で複数の添加剤を切り替えて使用する場合、流路に残留した添加剤の洗浄作業が必要であるため、複数の添加剤を切り替えるのに時間がかかるという課題がある。添加剤スプレーを複数用意して各々の添加剤の流路を分離すれば、洗浄作業が不要になり高速に複数の添加剤を切り替えることができる。
【００４７】
図６は、２個の添加剤スプレーを有するイオン分析装置の構成例を示す概略図である。イオン源周囲の構成を単純化するため、図６の例ではサンプルスプレーノズル１０３に電源６０１で電圧を印加し、エレクトロスプレーイオン化法で測定対象物質をイオン化する構成を示す。添加剤によってはエレクトロスプレーイオン化法でなければ測定対象物質と反応しない場合がある。添加剤容器１０５には添加剤Ｘを含む液体が入っている。添加剤Ｘを含む液体は、添加剤の流量を調整するバルブ１０６を通って添加剤スプレーノズル１１８から噴霧される。添加剤の噴霧に使用されるネブライザーガスはガスボンベ１０７から、ネブライザーガスの流量を調整するバルブ１２２を通して添加剤スプレーノズル１１８に供給される。同様の方法で添加剤Ｙを噴霧する。添加剤容器６０４には添加剤Ｙを含む液体が入っている。添加剤Ｙを含む液体は、添加剤の流量を調整するバルブ６０３を通って添加剤スプレーノズル６０２から噴霧される。添加剤の噴霧に使用されるネブライザーガスはガスボンベ６０５から、ネブライザーガスの流量を調整するバルブ６０６を通して添加剤スプレーノズル６０２に供給される。添加剤スプレーノズルを複数用意して各々の添加剤の流路を分離することで、流路に残留した添加剤の洗浄作業が不要になり高速に添加剤を切り替えることができる。
【００４８】
図６には添加剤スプレーが２個である構成を示したが、添加剤スプレーを３個以上備えてもよい。添加剤スプレーが多いほどより多種類の添加剤を高速で切り替えることができる。なお、図６には添加剤スプレーノズル６０２から噴霧された添加剤が分離分析部を構成する微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５の方に向かって進行するように描かれているが、これは図示の都合上そのように描いたものであり、実際には複数の添加剤スプレーノズルは各々が実施例１あるいは実施例２に説明した条件を満たすようにして３次元的に配置される。
【００４９】
図７は、添加剤の切り替えシークエンスの例を示す図である。ここでは、制御パソコン１２６が、質量分析計１１７の検出器１３０で検出されたイオンの信号強度をモニタし、予め設定された閾値と比較した結果に基づいて各添加剤スプレーのバルブを制御する例について説明する。添加剤スプレーの切り替えを速くするため、バルブ１０６と６０３を完全には閉じずに低流量で添加剤Ｘと添加剤Ｙを流し続け、添加剤スプレーノズル１１８と６０２を添加剤で満たしておく。このとき、バルブ１２２と６０６を閉じ、ネブライザーガスを停止しておく。添加剤Ｘが必要な測定対象物質Ｃの信号強度が閾値を超えた時間７ａでバルブ１０６と１２２を開け、添加剤スプレーノズル１１８から添加剤Ｘを測定対象物質イオンに噴霧する。測定対象物質Ｃの信号強度が閾値を下回った時間７ｂでバルブ１０６と１２２を閉じ、添加剤Ｘの噴霧を停止する。次に、添加剤Ｙが必要な測定対象物質Ｄの信号強度が閾値を超えた時間７ｃでバルブ６０３と６０６を開け、添加剤スプレーノズル６０２から添加剤Ｙを測定対象物質イオンに噴霧する。測定対象物質Ｄの信号強度が閾値を下回った時間７ｄでバルブ６０３と６０６を閉じ、添加剤Ｙの噴霧を停止する。添加剤が不要な時間に添加剤Ｘや添加剤Ｙの噴霧を停止することで、添加剤Ｘと添加剤Ｙによる装置の汚染を防ぐことができる。
【００５０】
切り替えのタイミングについては、図８あるいは図９に示すように、図７に例示した以外の切り替えシークエンスを用いてもよい。
【００５１】
図８は、添加剤が必要な測定対象物質Ｅに対して添加剤Ｘ１と添加剤Ｘ２を同時に噴霧する添加剤切り替えシークエンスの例を示している。本例では、添加剤スプレーの切り替えを速くするため、バルブ１０６と６０３を完全には閉じずに低流量で添加剤Ｘ１と添加剤Ｘ２を流し続け、添加剤スプレーノズル１１８と６０２を添加剤で満たしておく。このとき、バルブ１２２と６０６を閉じ、ネブライザーガスを停止しておく。添加剤が必要な測定対象物質Ｅの信号強度が閾値を超えた時間８ａで、バルブ１０６と１２２を開けて添加剤スプレーノズル１１８から添加剤Ｘ１を測定対象物質イオンに噴霧すると共に、バルブ６０３と６０６を開けて添加剤Ｘ２を測定対象物質イオンに噴霧する。そして、測定対象物質Ｅの信号強度が閾値を下回った時間８ｂで、バルブ１０６と１２２を閉じて添加剤Ｘ１の噴霧を停止すると共に、バルブ６０３と６０６を閉じて添加剤Ｘ２の噴霧を停止する。
【００５２】
図９は、同じ測定対象物質Ｆが測定される時間に複数の添加剤スプレーを順番に作動させる制御の例である。すなわち、同じ測定対象物質Ｆに対して測定対象物質Ｆが検出されている前半のリテンションタイムで添加剤Ｙ１を噴霧し、後半で添加剤Ｙ２を噴霧する切り替えシークエンスの例を示している。この例では、添加剤スプレーの切り替えを速くするため、バルブ１０６と６０３を完全には閉じずに低流量で添加剤Ｙ１と添加剤Ｙ２を流し続け、添加剤スプレーノズル１１８と６０２を添加剤で満たしておく。このとき、バルブ１２２と６０６を閉じ、ネブライザーガスを停止しておく。添加剤が必要な測定対象物質Ｆの信号強度が閾値を超えた時間９ａでバルブ１０６と１２２を開け、添加剤Ｙ１を測定対象物質イオンに噴霧する。例えば、測定対象物質Ｆの信号強度がピークになった時間９ｂで、バルブ１０６と１２２を閉じると共に、バルブ６０３と６０６を開けて添加剤Ｙ２を測定対象物質イオンに噴霧する。測定対象物質Ｆの信号強度が閾値を下回った時間９ｃでバルブ６０３と６０６を閉じ、添加剤Ｙ２の噴霧を停止する。
【００５３】
図８に示すように添加剤Ｘ１と添加剤Ｘ２を同時に噴霧する場合、添加剤Ｘ１と添加剤Ｘ２を混合した専用の添加剤スプレーノズルを追加で用意する必要がないので装置構成が単純化する。また、図９に示すように、同じ測定対象物質に対して測定対象物質が検出されている前半のリテンションタイムで添加剤Ｙ１を噴霧し、後半で添加剤Ｙ２を噴霧した場合、１度の測定で２種類のイオン、つまり、添加剤Ｙ１と反応した測定対象物質イオンと添加剤Ｙ２と反応した測定対象物質イオンを測定ことができる。この２種類のイオンはそれぞれ質量電荷比ｍ／ｚが異なるため、微分イオン移動度分離計１１６や質量分析計１１７で２種類の異なるデータが得られる。そのため、測定対象物質に対する情報量が増え、測定対象物質の同定精度が向上する。
【００５４】
なお、図７、図８、図９では、質量分析計１１７の検出器１３０で検出されたイオンの信号強度を予め設定された閾値と比較して各添加剤スプレーの噴霧開始あるいは噴霧停止のタイミングを制御する例を説明した。制御パソコンによる各添加剤スプレーの噴霧・停止の制御は、分析開始からの経過時間によって決定される各添加剤スプレーの噴霧開始時間、噴霧停止時間を予め制御パソコンに記憶しておき、その記憶した情報に基づいて行ってもよい。
【００５５】
［実施例４］
図１０は、イオン分析装置の他の実施例を示す概略図である。本実施例では、サンプルと添加剤を同軸に噴霧する構成例を示す。
【００５６】
サンプル容器１０１の中の液体サンプルに含まれる測定対象物質は液体クロマトグラフ装置１０２で分離され、物質固有のリテンションタイムで同軸スプレーノズル１００３から噴霧される。添加剤容器１０５には測定対象物質イオンの質量電荷比ｍ／ｚを変化させる添加剤を含む液体が入っている。添加剤を含む液体は、添加剤の流量を調整するバルブ１０６を通って同軸スプレーノズル１００３から噴霧される。噴霧に必要なネブライザーガスは、流量を調整するバルブ１０１２を通してガスボンベ１０１５から同軸スプレーノズル１００３に供給される。同軸スプレーノズル１００３の先端は液体サンプル１０１８を流す円筒管１０２１と添加剤を含む液体１０１９を流す円筒管１０２２とネブライザーガス１０２０を流す円筒管１０２３で構成される。液体サンプル１０１８と添加剤を含む液体１０１９とネブライザーガス１０２０を同軸に流すことで、液体サンプル１０１８と添加剤を含む液体１０１９を同じベクトル１０１７の向きに噴霧する。電源１００７はエレクトロスプレーイオン化法で液体サンプルをイオン化する電圧を同軸スプレーノズル１００３に印加する電源である。同軸に噴霧する場合では、液体サンプル１０１８と添加剤を含む液体１０１９の噴霧に必要なネブライザーガス１０２０の供給ラインを１つに集約でき、スプレーノズルを小型化できる。また、ネブライザーガス１０２０の消費量を低減することができる。添加剤を含む液体１０１９にはイオン化のための電圧を印加する必要が無いため、液体サンプル１０１８と添加剤を含む液体１０１９の間を仕切る円筒管１０２２を絶縁性の物質で作成してもよい。添加剤を含む液体１０１９にも電圧を印加してもよい。
【００５７】
噴霧された液体サンプル１００４は溶媒が揮発し、エレクトロスプレーイオン化により測定対象物質イオンが生成する。測定対象物質イオンは噴霧された添加剤１００６と反応して質量電荷比ｍ／ｚが変化する。添加剤と反応した測定対象物質イオン１００８は、微分イオン移動度分離計１１６のイオン導入口１２５に印加した電圧によって、イオン導入口１２５に輸送される。質量分析計１１７に設置した真空ポンプが微分イオン移動度分離計１１６を介して気流を吸引しており、測定対象物質イオン１００８は気流と共に微分イオン移動度分離計１１６と質量分析計１１７に輸送される。質量分析計１１７で質量分析された測定対象物質イオンは検出器１３０で検出され、測定対象物質イオンの検出信号は制御パソコン１２６に取り込まれ、バルブ１０６を開閉して添加剤の噴霧と停止を制御する。
【００５８】
同軸スプレーノズル１００３の噴霧の方向に延長した直線１００５とイオン導入口１２５の最短距離１０２４が短いほど感度が高くなる。一方、距離１０２４が長いほど汚染が低減され、ロバスト性が向上する。距離１０２４を長くした場合は感度が低下するが、イオン導入口１２５に印加する電圧を大きくし、測定対象物質イオン１００８を引き込んで感度を高めることができる。
【００５９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１    サンプル容器
１０２    液体クロマトグラフ装置
１０３    サンプルスプレーノズル
１０４    ガスボンベ
１０５    添加剤容器
１０７    ガスボンベ
１０９    噴霧された液体サンプル
１１１    噴霧された添加剤
１１２    放電電極
１１３    測定対象物質イオン
１１６    微分イオン移動度分離計
１１７    質量分析計
１１８    添加剤スプレーノズル
１２５    イオン導入口
１２６    制御パソコン
１３０    検出器
４０１    デフレクター電極
６０２    添加剤スプレーノズル
６０４    添加剤容器
６０５    ガスボンベ
１００３    同軸スプレーノズル
１００４    噴霧された液体サンプル
１００６    噴霧された添加剤
１００８    測定対象物質イオン
１０１５    ガスボンベ
【図１】
2017061034.tif 000003
【図２】
2017061034.tif 000004
【図３】
2017061034.tif 000005
【図４】
2017061034.tif 000006
【図５】
2017061034.tif 000007
【図６】
2017061034.tif 000008
【図７】
2017061034.tif 000009
【図８】
2017061034.tif 000010
【図９】
2017061034.tif 000011
【図１０】
2017061034.tif 000012
【国際調査報告】
2017061034.tif 000013
2017061034.tif 000014
2017061034.tif 000015
2017061034.tif 000016