(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧下で液体クロマトグラフからの溶出液のイオン化を行うイオン源と、当該イオン源によって生成されたイオンを導入して高真空下で質量分析を行う質量分析部とを備えた質量分析計において、
前記イオン源は、前記溶出液を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段を覆うように形成され、且つ、溶出液の噴霧方向と対抗する方向から加熱されたガスを供給する吹出し口と、イオンを前記質量分析部方向へ排出する貫通孔を有した筐体を備え、
前記筐体と前記質量分析部との間に、イオンを質量分析部内へ導く細孔を有するスキマー電極を有し、
更に、当該スキマー電極の温度を低下させる冷却手段を備えたことを特徴とする質量分析計。
【請求項２】
請求項１において、
前記筐体は、筐体内部の大きさが直径５０mm以下、長さ１００mm以下であることを特徴とする質量分析計。
【請求項３】
請求項１において、
前記筐体内の圧力は、大気圧よりも高いことを特徴とする質量分析計。
【請求項４】
請求項１において、
前記イオン源は、エレクトロスプレー(ＥＳＩ)法、もしくはソニックスプレー(ＳＳＩ)法であることを特徴とする質量分析計。
【請求項５】
請求項１において、
前記筐体内面が導電性である物質により形成されることを特徴とする質量分析計。
【請求項６】
請求項１において、
前記吹出し口から供給されるガスと前記流出液のそれぞれは、相対的な速度差が１０倍以上となるように噴霧されることを特徴とする質量分析計。
【請求項７】
請求項１において、
前記冷却手段は、前記スキマー電極に対して１００℃以下の空気もしくは窒素ガスもしくはＨｅ，Ａｒ等の不活性ガスを供給することを特徴とする質量分析計。
【請求項８】
請求項１において、
前記冷却手段は、前記スキマー電極表面に設けられたペルチェ素子と当該素子を制御する電源から成ることを特徴とする質量分析計。
【請求項９】
請求項１において、
前記冷却手段は、前記スキマー電極表面に設けられる冷却フィンであることを特徴とする質量分析計。
【請求項１０】
請求項１において、
前記冷却手段は、前記スキマー電極内に設けた冷却水流路中に冷却水を送液することを特徴とする質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は質量分析計に係り、特に液体クロマトグラフを接続して用いる質量分析計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体クロマトグラフからの流出液の測定を行う質量分析計は、液体に溶け込んだ微量の有機化合物を高感度に測定する。これまで、このような用途の質量分析計は、扇形の磁場を用いた質量分析計、或いは四重極形質量分析計が広く採用されてきた。最近、廉価の質量分析計として四重極形質量分析計（ロッド形，イオントラップ形など）が注目され、液体クロマトグラフ直結形質量分析計（以下ＬＣ／ＭＳと略す）として採用されるようになってきた。
【０００３】
図１にイオントラップ形の質量分析計を用いたＬＣ／ＭＳの例を示す。
【０００４】
溶媒瓶１に保管された移動相溶媒は、ポンプ２により注入口３を経て分析カラム４に送られる。試料はマイクロシリンジ等により注入口３から導入される。導入された試料は分析カラム４を進みながら成分毎に分離される。分離された成分は、移動相溶媒と共に金属製のカバー４１により覆われた空間中にあるＬＣ／ＭＳインターフェイス部（イオン源）に送り込まれる。ＬＣ／ＭＳインターフェイス部にはいろいろな方式があるが、ここではエレクトロスプレイ法（以下、ＥＳＩと略す）を用いた例で説明する。
【０００５】
分析カラム４を出た試料成分溶液は高電圧が印加されたＥＳＩプローブ５に送られる。ＥＳＩプローブ５の先端からは大気中に電荷を持った液滴として噴霧される。噴霧された液滴は大気分子と衝突を繰り返し、液滴の径が小さくなり最終的に大気中にイオンが放出される。
【０００６】
生成したイオンは、スキマーの頂点に設けられた細孔６から真空ポンプ７で排気され質量分析計が置かれたチャンバー３０内（質量分析部）に導入される。チャンバー３０内に導入されたイオンは、イオンガイドもしくはオクタポールレンズ８を経てイオントラップ内部４０に送り込まれる。イオントラップは２つのエンドキャップ電極９，１０とドーナツ状の一つのリング電極１１とガラスやセラミックで作られたスぺーサ３１，３２等よりなっている。これら３つの電極９，１０，１１の断面は双曲線となっている。このイオントラップ内部４０に送り込まれたイオンは、リング電極１１に印加された１ＭＨｚ程度の高周波によりイオントラップ内部４０に安定に捕捉される。イオントラップを用いた質量分析計は、イオンを導入しながらイオントラップ内部４０でイオンを積算できる。イオントラップ内部４０に蓄えられたイオンはリング電極１１に印加された高周波の電圧（振幅）を掃引することにより、質量の小さい方から順にエンドキャップ電極９，１０の中心に開けられた穴からイオントラップ外に放出される。放出されたイオンは検出器１２で検出し、データ処理装置１３により質量スペクトルを得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
四重極形質量分析計（ロッド形，イオントラップ形など）は小形の装置でありながら、高感度な測定が可能である。しかしながら、四重極形質量分析計は、イオン源から真空室中にある質量分析部までの距離が短い構造をとることが多い。そのため、イオンと共に真空室に導入された大気若しくは移動相溶媒は、急激な拡散を受けることにより中性粒子として真空室内に蒔き散らされる。また、その一部は電荷を持つことによりイオンとなり（一般に、帯電液滴と呼ばれる）、上記の中性粒子と同時に真空室内に蒔き散らされる。これらの中性粒子や帯電液滴は、ランダムな信号となってマススペクトルと共にデータ処理装置に取り込まれることになる。このランダムな信号は何の価値もなくノイズの一部となる。四重極形質量分析計は高感度な測定が可能であるが、このランダムな信号が出やすい測定条件ではノイズが増えることとなり、高感度の測定を妨害する場合がある。
【０００８】
高感度の測定のためには、噴霧された試料溶液よりはるかに大きい直径（最大で直径が数十μｍに達する）を持つ中性粒子や帯電液滴などの巨大液滴が、質量分析部や検出器に到達しなければ良い。したがってイオン源部に乾燥能力を持たせ、巨大な中性粒子や帯電液滴が真空室に入ってしまう前に、乾燥・除去すれば、これらが質量分析部や検出器に到達することを防止でき、ノイズの発生を防ぐことが可能になる。
【０００９】
このような液滴の乾燥を目的とした手段を有するものに、例えば特開平６−２１５７２７号公報，特表平９−５０９７８１号公報，特開平１１−１４２３７２号公報がある。
【００１０】
これらの例は、何れも大気圧下のイオン源で、液体クロマトグラフからの流出液の噴霧と反対方向から乾燥ガスを供給しており、液滴の乾燥を試みている。しかしながら、何れの例においても、乾燥ガスの役割は液滴の影響を軽減する程度であり、液滴が試料イオンと共に質量分析部へ導入されることは避けられない。したがって、これらの例では乾燥ガス以外の構成により、液滴の影響を低減している。
【００１１】
本願発明の目的は、上記各公知例とは異なり、中性粒子や帯電液滴の影響を乾燥ガスによって低減させるものであり、従来の構成よりも更に液滴の乾燥・除去の効果を高めることが可能な質量分析計を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、大気圧下で液体クロマトグラフからの溶出液のイオン化を行うイオン源と、当該イオン源によって生成されたイオンを導入して高真空下で質量分析を行う質量分析部とを備えた質量分析計において、前記イオン源は、前記溶出液を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段を覆うように形成され、且つ、溶出液の噴霧方向と対抗する方向から加熱されたガスを供給する吹出し口と、イオンを前記質量分析部方向へ排出する貫通孔を有した筐体を備え、前記筐体と前記質量分析部との間に、イオンを質量分析部内へ導く細孔を有するスキマー電極を有し、更に、当該スキマー電極の温度を低下させる冷却手段を備えたことである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２に本発明の第１の実施例を示す。図２は、本発明の特徴構成であるイオン源部を示したものであり、他の質量分析部等の構成は、図１の例と共通であるため、ここでは省略する。
【００１４】
本発明のイオン源は、カバー４１内にシリンダー２２を備えたことを特徴とする。以下、本発明のイオン源の構成について説明する。
【００１５】
シリンダー２２は、ＥＳＩプローブ５から噴霧される液体クロマトグラフからの溶出液２４を覆うような位置に配置され、溶出液２４の噴霧方向と対抗する方向から純度９０％以上の窒素ガス（以下、ＡＵＸガス）２７を吹出すような構成となっている。具体的な大きさとしては、内部の大きさが、直径５０ｍｍ程度以下、長さ１００ｍｍ程度以下であり、ＥＳＩプローブ５の溶出液通過部に比較して二桁以上大きい断面積となる大きさとする。この様な大きさとすることにより、噴霧された溶出液２４が、イオン源内で拡散してガス濃度が低下することを押さえることができ、且つＡＵＸガス２７との効率の良い混合を行うことができる。
【００１６】
ＡＵＸガス２７は、ＡＵＸガス用ヒータ２５で約２００〜４００℃に加熱されたのち、毎分１０リットルから２０リットル程度の流量で供給され、ガス吹出し口２３からは数ｍ／ｓ程度の低速で吹出される。吹出されたＡＵＸガス２７により、シリンダー２２中の雰囲気の温度は、ＡＵＸガス２７と同等にまで加熱される。また、ガスの吹出し口２３付近には絞り板２８があり、吹出したＡＵＸガス流を絞り、噴霧された溶出液２４と正面から衝突させるようにしている。尚、ＡＵＸガス２７は、不活性なガスであれば、他のガス、例えば空気でも構わない。
【００１７】
溶出液２４は、ＥＳＩプローブ５から０．５〜９Ｌ／ｍｉｎ程度、常温〜１００℃のアシストガス２６と共に、シリンダー２２内に５０ｍ／ｓ以上の線速度で噴霧され、シリンダー２２内に陽圧の雰囲気と乱流（渦）を形成する。この時点で、噴霧された溶出液２４は霧化された状態であり、平均して直径数十μｍ程度の大きな液滴である。
【００１８】
噴霧された溶出液２４は、乱流により発生した渦により、吹出し口２３から供給される加熱されたＡＵＸガス２７を巻き込んで進むため、約２００〜４００℃の環境下でＡＵＸガス２７と混合・攪拌されながら効率良く熱交換を受け、数ｍｓ以下の間に、直径数十μｍの液滴（霧化状態）から気相中にイオンのみを取り出した状態へ変化（イオン蒸発）する。イオン蒸発した試料は、気相中で単体の荷電粒子（イオン）となり、シリンダー２２内の陽圧によりスキマー電極６に向けて押し出され、スキマー電極６にある細孔より質量分析部に取り込まれたのち、質量分析される。
【００１９】
ここで、溶出液２４がシリンダー２２内に噴霧される速度は、ＡＵＸガス２７の吹出し速度と相対的に１０倍以上の速度差を生じる速度であることが望ましい。このような速度差を有することにより、ＡＵＸガス２７を効率よく巻き込み、まんべんなく溶出液２４を加熱しながら、ある程度の速度を持ってスキマー電極６方向にイオンを導くことが可能となる。つまり、ＡＵＸガス２７による液滴の乾燥効果が一段と向上される。
【００２０】
また、シリンダー２２は金属製であるか、または内面を金属でメッキまたは蒸着処理を施し導電性を有するように形成される。これは、特定の電位に強制的に保つためであり、これによりチャージアップを防止することができる。
【００２１】
尚、図２の実施例においては、イオン源にはＥＳＩを用いた例を示したが、ＥＳＩに代えて、ＳＳＩ（ソニックスプレー法）を用いてもよい。図３にイオン源にＳＳＩを用いた場合の例を示す。
【００２２】
シリンダー２２より押し出されて来る気化試料ガスは、ＡＵＸガス２７の影響により、２００℃〜４００℃の高温状態であるため、これがスキマー電極６に直接吹きかかると、スキマー電極６表面及び内面を制御温度以上に過熱させ、試料ガスがスキマー電極内を通過中に熱分解し、測定感度が低下する場合がある。
【００２３】
このため本発明においては、スキマー電極６を冷却する手段を備えた。具体的な例の一つは、図２，図３に示すように、スキマー電極６に金属製の熱遮蔽板２１を取り付け、横方向に空いた穴から１００℃以下の窒素ガス３３を毎分２〜３リットル供給し、窒素ガス３３がスキマー電極６表面上を流れるようにしたものであり、これにより、スキマー電極６表面を１００〜２００℃の範囲に温度制御するものである。これにより、試料の熱分解を防止することが可能である。
【００２４】
図４に、本発明によるスキマー電極６冷却手段の他の実施例を示す。
【００２５】
図４の例は、スキマー電極６にアルミニウム等の金属製の放熱フィン２９を取り付けたものである。
【００２６】
本実施例によれば、図２，図３の例のような冷却ガスを流す必要が無くなり、コスト面及びメンテナンス面で有利である。
【００２７】
図５に、本発明によるスキマー電極６冷却手段の他の実施例を示す。
【００２８】
図５の例は、スキマー電極６にペルチェ素子３５とコントロール電源３６よりなるクーリングユニットを付け、冷却を行うものである。
【００２９】
これにより、コントロール電源３６の制御で、冷却状態を容易に制御することが可能である。
【００３０】
図６に、本発明によるスキマー電極６冷却手段の他の実施例を示す。
【００３１】
図６の例は、スキマー電極６に冷却水用穴３７を開け、この穴に冷チラーユニット３９により冷却された冷却水をパイプ３８を用いて送液し、スキマー電極６の冷却を行うものである。本実施例においても、冷チラーユニット３９の制御で、冷却状態を容易に制御することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、イオン源で試料溶液を噴霧する際に生じる中性粒子や帯電液滴よりなる巨大液滴の乾燥を、不活性ガスによって加熱することにより除去することができ、これよりランダムなノイズを除去し、Ｓ／Ｎの改善を図ることが可能となる。
【００３３】
また、不活性ガスを加熱することにより生じるスキマー電極の過熱も、上記に示した種々の冷却手段を併用することにより、過熱の影響を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の装置構成を示す図である。
【図２】本発明による第１の実施例を示す図である。
【図３】イオン源をＳＳＩに変更した場合の構成例を示す図である。
【図４】スキマー電極の他の実施例を示す図である。
【図５】スキマー電極の他の実施例を示す図である。
【図６】スキマー電極の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…溶媒瓶、２…ポンプ、３…試料注入口、４…分析カラム、５…ＥＳＩプローブ、６…スキマー電極、７…真空ポンプ、８…静電形イオンガイド、９，１０…エンドキャップ電極、１１…リング電極、１２…検出器、１３…データ処理装置、２１…熱遮蔽板、２２…シリンダー、２３…ガス吹出し口、２４…静電噴霧された溶出液、２５…ＡＵＸガス用ヒータ、２８…絞り板、２９…放熱フィン、３０…真空チャンバー、３１，３２…ガラスもしくはセラミックのスペーサ、３５…ペルチェ素子、３６…コントロール電源、３７…冷却水穴、３８…パイプ、３９…チラーユニット、４０…イオントラップ内部、４１…金属製カバー、４２…ＳＳＩイオン源。
【図１】
0003555560.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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