(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料中の被検物質を分析するための質量分析装置であって、
（１）液体試料を導入するための試料導入部と、
（２）
（ａ）前記試料導入部から導入された被検物質を含む液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに熱交換により微粒化液滴の水分を気化させる二流体噴霧ノズルと、
（ｂ）高電圧を付加することで、前記二流体噴霧ノズルで微粒化された液滴をイオン化し帯電させる静電的イオン化手段と
を有するエレクトロスプレーインターフェース部と、
（３）前記エレクトロスプレーインターフェース部において噴霧された前記微粒化用ガス及び気化した水分を除去し、帯電した微粒子を慣性によって通過させる慣性分離部と、
（４）
（ｃ）前記慣性分離部を慣性によって通過した被検物質分子のイオンが導入され、前記エレクトロスプレーインターフェース部でイオン化された被検物質分子を更にイオン化して、フラグメント化する電子衝撃イオン化手段と、
（ｄ）前記電子衝撃イオン化手段でイオン化された被検物質分子のフラグメントについて質量分析を行う検出手段と
を有する質量分析部と
を備えた質量分析装置。
【請求項２】
前記試料導入部は、液体試料が二種類以上の被検物質を含む場合に各被検物質を他の被検物質から分離して前記エレクトロスプレーインターフェース部に導入するための被検物質分離手段を備えた請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
前記被検物質分離手段は、被検物質分離用の分離カラムを備えた液体クロマトグラフィー手段又は電気泳動手段である請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記電気泳動手段は、キャピラリー電気泳動手段である請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記電気泳動手段と前記慣性分離部又は前記エレクトロスプレーインターフェース部の試料管との間に高電圧を発生させる高電圧源と、
シース液を前記二流体噴霧ノズルに供給するシース液供給器と
をさらに備え、
前記二流体噴霧ノズルには、前記電気泳動手段からの液体試料と、前記シース液供給器からのシース液と、微粒化用ガスとが導入され、微粒子が生成され出力される請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記二流体噴霧ノズルは、
前記微粒化用ガスと液体試料とがそれぞれ一方に入力される内管及び外管と、
入力された両者が衝突する衝突部と、
衝突により生成された微粒子が出力されるひとつの出力部と
を備えた請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項７】
前記慣性分離部は、水平な本管と、前記本管と概ね直交する枝管とを備え、前記本管により前記エレクトロスプレーインターフェース部と前記質量分析部を連絡するＴ字型形状であって、前記枝管は、負圧発生手段と連結されている請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項８】
液体試料中の被検物質を分析するための質量分析方法であって、
（１）液体試料を導入し、
（２）前記導入された被検物質を含む液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに熱交換により微粒化液滴の水分を気化させ、
（３）高電圧を付加することで、前記微粒子化された液滴をイオン化して帯電し、
（４）前記噴霧された微粒化用ガス及び前記気化した水分を除去し、帯電した微粒子を慣性によって通過させ、
（５）慣性によって通過した被検物質分子のイオンが導入され、前記帯電された被検物質分子を更にイオン化して、フラグメント化し、
（６）前記更にイオン化された被検物質分子のフラグメントについて質量分析を行うこと
を含む質量分析方法。
【請求項９】
前記導入することは、液体試料が二種類以上の被検物質を含む場合に各被検物質を他の被検物質から分離して導入するようにした請求項８に記載の質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶媒中の被検物質を同定するための質量分析装置及び質量分析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析は、被検物質の分子量やその化学構造を分析するための有効な方法である。
質量分析を行うための装置（質量分析装置）は、主として分子量等の被検物質の分子構造に関する情報を得る装置である。この装置は、例えば、（ｉ）被検物質を構成する分子を、エレクトロスプレー、イオン衝撃、原子衝撃又は電子衝撃によってイオン化し、（ｉｉ）原子の塊（フラグメント）に分解（フラグメント化）し、（ｉｉｉ）イオン化されたフラグメントをその質量と電荷数との比に従って分離し、（ｉｖ）分離したフラグメントを検出手段で順次捕獲し、（ｖ）そして電流として検出することにより、質量分析を行う。被検物質は、イオン化から検出までの間、何らの妨害を受けることなく運ばれる必要があるため、通常、質量分析装置は高真空状態に維持されている。そして、イオン化のために前記いずれかの方法を使用するかにより、その原理の相違によって要求される真空度は相違する（例えば、ＩＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＩＮ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＭＡＳＳ  ＳＰＥＣＴＯＭＥＴＲＹ、Ａｌｉｓｏｎ  Ｅ．Ａｓｈｃｒｏｆｔ（有機質量分析イオン化法、土屋正彦・横山幸男  共訳、丸善（株））参照）。
【０００３】
被検物質のイオン化をエレクトロスプレー（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｐｒａｙ：静電噴霧）、イオン衝撃又は原子衝撃（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｉｍｐａｃｔ）によって行う場合には、質量分析装置の真空度は１０−３Ｔｏｒｒ程度とさほど高めなくても良い。しかし、エレクトロスプレーでは、被検物質がその分子状態をほぼ保ったままイオン化されるため、比較的容易にイオン化される高分子の被検試料にしか使用できず、またイオン衝撃又は原子衝撃によってイオン化を行う場合には、イオン化に際して衝撃用に使用したイオン又は原子を含んだフラグメントが生成されてしまうため、捕獲したイオンから被検物質の分子構造を決定する際に複雑な分析が必要になるという課題がある。これに対して、電子衝撃によって被検物質分子をイオン化した場合には、質量分析装置の真空度は１０−６Ｔｏｒｒ程度にまで高めなければならないが、捕獲されるフラグメントは全て被検物質に由来するフラグメントであるため、被検物質の分子構造を決定する際の分析が容易であるという特徴がある。
【０００４】
ところで、試料中に二種以上の被検物質が含まれている場合には、予め被検物質を他の被検物質から分離し、実質的に純粋な状態にしたうえで質量分析に供しなければならない。そこで、試料が二種以上の被検物質（気体）の混合気体である場合には、被検物質を他の被検物質から分離するためにガスクロマトグラフィー手段を使用することが有効である。
【０００５】
また、二種類以上の被検物質が液体に溶解している場合には、該液体中の被検物質を他の被検物質から分離する手段として、液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段を使用することが有効である。例えば、液体クロマトグラフィー手段は、試料と溶離液の量がある程度以上必要となるため、極微量の試料中に含まれる被検物質の分離には適しておらず、また分離効率という点では電気泳動手段に劣るものの、分子排除クロマトグラフィー（いわゆるＧＰＣ）、特定リガンドに対するアフィニティーに基づくアフィニティークロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー等、被検物質の特性に合致した分離モードを選択し得るという点で有効な分離手段である。また電気泳動手段は、原理的に等速電気泳動とキャピラリー電気泳動の二種類に分けることができるが、その中でも微量の試料に含まれる被検物質の分離に特に好適なキャピラリー電気泳動について簡単に説明すると、これは、直径が１ｍｍ、内径が５０μｍから１００μｍ、長さが５０ｃｍから１ｍ程度のガラス管内に支持電解液を充満させておき、その両端に１０ｋＶから３０ｋＶ程度の高電圧を付加し、そこに微量の試料を注入するものである。被検物質は、その電気移動度の大きさに従って支持電解液中を移動するため、電気移動度の相違によって他の被検物質から分離されるが、極微量の試料について被検物質の分離を実施し得るという点で優れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
質量分析に供する試料が気体であれば、質量分析装置の真空度を維持することは比較的容易である。このため、ガスクロマトグラフィー手段によって各被検物質を分離したうえで、原子衝突、イオン衝突又は電子衝撃のいずれかのイオン化法によって分離された被検物質をフラグメント化・イオン化して検出する質量分析装置が既に実用化され、使用されている。しかしながら、液体試料中の被検物質について質量分析を行う場合、試料をそのまま質量分析装置に供すると真空度の低下を招き、分析が不可能となるため、真空度の低下を招くことのない液体試料の導入方法を検討する必要があった。
【０００７】
例えば特表平２−５０３３５４号公報（発明の名称；電気泳動−エレクトロスプレーを結合するインターフェイスおよび方法）には、液体試料を溶媒電極液とともに電気泳動手段で分離して実質的に純粋な被検物質の溶出液を形成し、該溶出液をエレクトロスプレーインターフェース（ＥＳＩ）で噴霧して微粒化・イオン化後、微粒化・イオン化された液滴の水分を蒸発させ、そして該水分が除去された被検物質を検出手段に導入して分析を行う方法及び装置が開示されている。
【０００８】
しかしながら特表平２−５０３３５４号公報は、具体的には、イオン化された分子を直接検出する質量分光分析方法及び装置を主として開示するものであり、表面の赤外線分析やあらゆる表面高感度分析法が可能であるとしているが、ＥＳＩでイオン化された被検物質をおよそ１０−３Ｔｏｒｒ程度という比較的大気圧に近い低真空状態においてそのまま直接分析することしか意図していない。その結果、該方法及び装置では、質量分析用の検出手段であれ、他の検出手段であれ、ＥＳＩによって十分にイオン化し得る被検物質、即ち、ＥＳＩによって比較的容易にイオン化される高分子の被検物質の分析にしか適用できないという課題があった。
【０００９】
なお、特表平２−５０３３５４号公報は、イオン化を行う場合に要求される真空度が１０−３Ｔｏｒｒ程度と比較的低いイオン衝撃又は原子衝撃により付随的にイオン化を行うのためのリボン又は帯を使用する質量分析方法及び装置も開示している。しかし、前述したように質量分析においてイオン衝撃又は原子衝撃によりイオン化を行う場合には、イオン化に際して衝撃用に使用したイオン又は原子を含んだフラグメントが生成されてしまうため、捕獲したイオンから被検物質の分子構造を決定する際に複雑な分析が必要になるという課題は解決できない。
【００１０】
上記のような課題を解決するためには、イオン化にあたり電子衝撃を使用することである。質量分析を行うにあたり、電子衝撃によって被検物質分子をイオン化した場合には、捕獲されるフラグメントは全て被検物質に由来するフラグメントであるため、被検物質の分子構造を決定する際の分析が容易となり、またＥＳＩに比較して適用できる被検物質の範囲も広くなるからである。しかし、これもまた前述したが、電子衝撃により被検物質分子をイオン化するには質量分析装置の真空度を１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に維持しなければならず、液体試料を装置内に導入するため真空度の低下を招きやすい液体試料用の質量分析装置では、高真空状態でのみ使用可能な電子衝撃を使用することは困難であった。
【００１１】
例えば特表平２−５０３３５４号公報に開示された方法及び装置では、ＥＳＩの噴霧ノズルとしていわゆる圧力噴霧ノズルを使用しているため液体試料を十分に微粒化することができず、しかも、微粒化された液体試料の気化のため、微粒液滴の流れに対して水分蒸発用ガス（ヘリウムガス）を向流衝突させて熱交換効率を上げているため、被検物質分子のイオンが蒸発用ガスによって分散されやすく検出手段でのイオン集中が非効率となり、大量の液体試料を導入しなければならない。このため、結局は大量に導入された液体試料の液滴の水分蒸発が不十分となって真空度の低下を招き、電子衝撃によるイオン化に必要な１０−６Ｔｏｒｒを維持することが不可能となる。
【００１２】
そこで、本願発明は、上記した従来技術の課題を解決し、液体試料を導入した場合であっても装置の真空度を電子衝撃によるイオン化のために必要な、例えば、１０−６Ｔｏｒｒ程度に維持することが可能な質量分析装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本願発明は、ＥＳＩ部において二流体噴霧ノズルを用いていることで、単に圧力噴霧ノズルを用いる従来の装置に比較して、液体試料をより微細な液滴として噴霧することができる質量分析装置及び方法を提供することを目的とする。これにより、本発明は、該液滴中の水分の気化率を高め、後段の慣性分離部で気化した水分を除去することにより、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することを可能とする。しかも、本願発明は、前記二流体噴霧ノズルにおいて、液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧することにより、その微粒化を促進するとともに熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるようにし、質量分析部を高真空状態に一層維持するようにした質量分析装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、従来の質量分析装置では、熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるためのガスを向流としていたため、質量分析部に導入される被検物質イオンの量が減少し、十分な量の被検物質イオンを導入するためＥＳＩ部での噴霧量を増加しなければならず、結果的に質量分析部へ導入される水分が増えて真空度が低下してしまう。これに対して本願発明では、前述の通り二流体噴霧ノズルからかかるガスを液体試料とともに噴霧することで、ＥＳＩ部での噴霧量を必要以上に増やす必要をなくし、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することを可能とする質量分析装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１５】
このように本願発明は、二流体噴霧ノズルや慣性分離部を具備することにより、液体試料をそのまま又は適当な分離手段によって分離した後、連続的に、電子衝撃でイオン化して質量分析することを可能とするものである。本願発明の装置により、従来装置では同定不可能であった被検物質であっても、同定を可能とする。また更には、液体試料が二種類以上の被検物質を含む場合であっても、液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段によって被検物質を分離し、各被検物質を短時間で同定することを可能とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を進めた結果、本願発明を完成した。本願発明の第１の解決手段によると、液体試料中の被検物質を分析するための質量分析装置であって、以下（１）から（４）を備えた質量分析装置である。
（１）液体試料を導入するための試料導入部、
（２）以下の（ａ）及び（ｂ）とを有するエレクトロスプレーインターフェース部；
（ａ）前記試料導入部から導入された被検物質を含む液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに熱交換により微粒化液滴の水分を気化させる二流体噴霧ノズル、
（ｂ）二流体噴霧ノズルで微粒化された液滴をイオン化し帯電させる静電的イオン化手段、
（３）前記エレクトロスプレーインターフェース部において噴霧された前記微粒化用ガス及び気化した水分を除去する慣性分離手段を有する慣性分離部；及び
（４）以下の（ｃ）及び（ｄ）とを有する質量分析部；
（ｃ）前記エレクトロスプレーインターフェース部でイオン化された被検物質分子を更にイオン化する電子衝撃イオン化手段、
（ｄ）電子衝撃イオン化手段でイオン化された被検物質分子のフラグメントについて質量分析を行う検出手段。
また、本願発明の第２の解決手段によると、液体試料中の被検物質を分析するための質量分析方法であって、以下（１）から（６）を含む質量分析方法である。
（１）液体試料を導入し、
（２）前記導入された被検物質を含む液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに熱交換により微粒化液滴の水分を気化させ、
（３）前記微粒子化された液滴をイオン化して帯電し、
（４）前記噴霧された微粒化用ガス及び前記気化した水分を除去し、
（５）前記帯電された被検物質分子を更にイオン化し、
（６）前記更にイオン化された被検物質分子のフラグメントについて質量分析を行うこと。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の質量分析装置を、図面に記載した一実施形態に基づいて詳細に説明する。なお図面に記載したのはあくまで本願発明の一実施形態であり、本願発明を限定するものではない。
図１に、本願発明の質量分析装置の概略構成図を示す。
この質量分析装置は、例えば、試料導入部１００と、ＥＳＩ部（エレクトロスプレーインターフェース部）２００と、慣性分離部３００と、質量分析部４００とを備える。
【００１８】
本願発明の質量分析装置では、試料導入部１００において、液体試料が単一の被検物質のみを含有することが明らかである場合には当該液体試料をそのまま、液体試料が二種類以上の被検物質を含むことが予想される場合には、例えば液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段によって各被検物質を他の被検物質から分離し、実質的に純粋な状態としたうえで、ＥＳＩ部２００に導入する。ＥＳＩ部２００では、導入された液体試料を二流体噴霧ノズルにおいて高温の微粒化用ガスの噴霧流に乗せて噴霧し、その微粒化を促進するとともに当該ガスとの熱交換により微粒化液滴の水分を気化させる。更に、ＥＳＩ部２００では、それと共に、二流体噴霧ノズルで微粒化された液滴をイオン化し帯電させる。次に慣性分離部３００において前記微粒化用ガス及び気化した水分を除去し、イオン化した被検物質分子を質量分析部４００に導く。そして質量分析部４００においては、導入された被検物質分子のイオンを電子衝撃手段により更にイオン化し、フラグメントに分解した後、当該フラグメントをその質量と電荷数との比に従って分離し、分離したフラグメントを検出手段で順次捕獲し、そして電流として検出する。
【００１９】
上記の説明から明らかなように、本願発明の装置においてＥＳＩ部２００は、主に、被検物質を質量分析のためにイオン化するというよりは、むしろ、被検物質分子のイオンを質量分析部４００に導入するための手段として使用される。むろんイオン化された被検物質分子以外にも、ＥＳＩ部２００で完全に気化できず、慣性分離部３００において除去し切れなかった微粒液滴が質量分析部４００に導入される可能性はあるが、その量は微量であり、質量分析部４００における電子衝撃イオン化手段及び検出手段における被検物質のイオン化や検出に支障をきたすものではない。
【００２０】
まず、主に、図２の質量分析装置について説明する。
図２は、本願発明の質量分析装置のうち、試料導入部１００が液体クロマトグラフィー手段１を具備する形態のものを、図３は、本願発明の質量分析装置のうち、試料導入部１００が電気泳動手段（キャピラリー電気泳動手段）２を具備する形態のものをそれぞれ示すものである。本願発明の質量分析装置において、分析に供する液体試料が一種類の被検試料を純粋な状態で含む場合等、液体クロマトグラフィー手段１や電気泳動手段２のような被検物質の分離のための手段が必要とされない場合には、試料導入部１００は、例えば、液体クロマトグラフィーの分野において使用されている試料バルブ（オートサンプラー）で構成することができる。
【００２１】
図２において、被検物質を含む液体試料は、まず液体クロマトグラフィー手段１に導入される。液体クロマトグラフィー手段１としては、好ましくは高速液体クロマトグラフィー手段を使用する。液体クロマトグラフィー手段１としては、具体的には、例えば被検物質の分離カラムのほか、被検試料を自動的に採取する試料バルブ（オートサンプラー）や被検物質を分離カラムから溶出するための溶離液タンク及び送液ポンプ等を装備した、通常の液体クロマトグラフィー装置を使用することができる。ここで、分離カラムとしては、被検物質を他の被検物質から分離することができるものであれば特に制限なく、分子排除クロマトグラフィー（いわゆるＧＰＣ）用、特定リガンドに対するアフィニティーに基づくアフィニティークロマトグラフィー用、又は、逆相クロマトグラフィー用等の、従来公知の分離カラムを使用できる。これらのなかでも、後述する好適な溶離液との関係で、例えばメチル（ＣＩ）−アミノプロピル、シアノプロピル−、フェニル−、オクチル（Ｃ８）−又はオクタデシル（Ｃ１８）−シリカ基でシリカの表面のヒドロキシル基を化学修飾した充填材を充填した逆相クロマトグラフィー用の分離カラムを用いて、逆相モードで被検物質を分離する液体クロマトグラフィー手段１が特に好ましい。
【００２２】
液体クロマトグラフィー手段１においては、各被検物質を他の被検物質から分離するため、適当な溶離液を送液する。このため、被検物質は溶離液で希釈されることになり、結果としてＥＳＩ部２００に導入される液体試料の量は図３に示したような電気泳動手段２を用いた場合と比較して大量となる。従って、図３に示したような電気泳動手段２を具備する場合に必要となるシース液の供給は不要である。なお、ＥＳＩ部２００に導入される液体試料が大量すぎる場合には、当該試料中の被検物質濃度が十分に高ければスプリッタを配置する等して、分離カラムから溶出し、ＥＳＩ部２００に送液される液体試料の量を例えば１００μｌ／分程度と、二流体噴霧ノズル３で十分に微細な微粒液滴が噴霧される程度に制限することが好ましい。
【００２３】
被検物質の分離のために使用する溶離液としては、ＥＳＩ部２００での噴霧に際して微粒化用ガスとの接触によって気化し易い、例えば酢酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム等の揮発性の高い緩衝液や、アセトニトリル、メタノール、アセトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エタノール又はイソプロパノール等の有機溶媒が特に好ましく、かかる緩衝液に試薬を添加して溶離液とする場合にも、該試薬としては０．１％（ｖ／ｖ）程度のギ酸、酢酸又はトリフルフルオロ酢酸等の酸や、トリアルキルアミン又はアンモニア水等の塩基を使用することが好ましい。逆に不揮発性の緩衝液（例えばリン酸塩や過塩素酸塩等）や無機の酸等を使用することは避けることが好ましい。また溶離液には、あまりに高濃度（１００ｍＭ以上）の試薬を添加するのは避けることが好ましい。
【００２４】
液体クロマトグラフィー手段１によって分離され、実質的に純粋な状態となった被検物質は、溶離液とともにＥＳＩ部２００に導入され、微粒化、イオン化される。ＥＳＩ部２００は、二流体噴霧ノズル３と静電的イオン化手段（高電圧源）１７を備えるが、これらは、微粒化液滴等の飛散を防止し、また塵等が質量分析部４００に導入されることを防止するためにシールドで覆う。
【００２５】
試料導入部１００から導入された液体試料はＥＳＩ部２００において微粒化されるが、本願発明では、この液体試料の微粒化のために、二流体噴霧ノズル３を使用する。二流体噴霧ノズル３は、液体試料を２５０℃程度と高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧する。微粒化用ガスとしては、例えばヘリウムガス、ネオンガス等の希ガスが好適である。このように、微粒化用ガスに乗せて液体試料を噴霧することにより、液体試料の微粒化は促進され、かつ、液体試料の噴霧により生じる微粒化液滴の水分の気化も促進される。
【００２６】
本願発明で使用する二流体噴霧ノズル３の一例を図４に示す。なお図４は、本願発明で使用する二流体噴霧ノズル３の一例を示したものであり、本願発明を限定するものではない。
図４（ａ）は、ノズル内に３つの流路が形成されたタイプのものであり、中央の流路には、圧縮した微粒化用ガス１３を導入する。一方、液体試料１４は、他の流路に導入され、ノズル内で微粒化用ガス１３に乗ってノズルの吐出口から噴霧される。図４（ｂ）は、ノズル内に５つの流路が形成されたタイプのものであるが、各流路に導入されるのは微粒化用ガス１３と液体試料１４の二流体である。このように本願発明が使用する二流体噴霧ノズル３では、微粒化用ガス１３はノズル先端部で液体試料（上述の図３の装置においては、液体試料及びシース液）１４と衝突し、ノズル出口から噴射するという、いわゆる予混合噴射が行われるので、細かい微粒化液滴が得られるのである。
【００２７】
本願発明で使用する二流体噴霧ノズル３の寸法には特別の制限はなく、試料導入部１００から導入する液体試料１４の単位時間当たりの量、微粒化用ガスによる水分の除去の程度、最終的に質量分析部４００に導入される被検物質イオンの量等を勘案して適宜決定すれば良いが、十分に微細な微粒液滴が噴霧されるように予備的実験を行う等して決定することが好ましい。
【００２８】
ＥＳＩ部２００の静電的イオン化手段１７は、二流体噴霧ノズル３が噴霧した微粒化液滴を、噴霧と同時又は略同時にイオン化して帯電させるものである。この静電的イオン化手段１７は、例えば前記二流体噴霧ノズル３とその後段の慣性分離手段（ジェットセパレーター）４への試料管５との間に、通常のＥＳＩで使用されているように高電圧を付加するための高圧電源を配置することによって構成することが可能である。ＥＳＩ部２００におけるイオン化は電子衝突によるイオン化と比較してソフトなものであり、被検物質の種類にも依存するが、後述する実施例で示したピリジン等に対しては、該分子をフラグメントすることなく、単に帯電させる程度のイオン化である。なおＥＳＩ部２００の真空度はおよそ１０−３Ｔｏｒｒ程度に維持すれば十分である。
【００２９】
ＥＳＩ部２００でのイオン化後、被検物質分子のイオンは、気化した水分や二流体噴霧ノズル３が噴霧した微粒化用ガス１３とともに、試料導入管５を通って慣性分離部３００の慣性分離手段４に導入される。慣性分離手段４は、帯電した微粒子はその慣性によってそのまま通過させる一方で、気体のように軽い物質を除去し得るものであれば特に制限されないが、その一例として、図に示したようなＴ字型形状のものを示すことができる。図中の慣性分離手段４は、水平な本管及び本管と概ね直交する枝管とからなり、前記本管によりＥＳＩ部２００と質量分析部４００を連絡するＴ字型形状で、枝管は負圧発生手段（排気ポンプ７）と排気管６を介して連結されている。そして、イオン化され、帯電した被検物質分子のイオンは、前記本管の中をその慣性によってそのまま通過するが、微粒化用ガス１３や気化した液体試料等の軽い物質は枝管から排出される。
【００３０】
図に示したＴ字型形状の慣性分離手段４の本管の一端は、ＥＳＩ部２００の二流体噴霧ノズル３の吐出口と同軸に対向して配置してあるが、これは被検物質分子のイオンを効率よく慣性分離手段４に導くためである。両者は、あまりに近接して配置すると放電が起きやすくなり、また両者を離間しすぎると被検物質分子のイオンを効率よく慣性分離手段４に導入できなくなるため、通常は３ｍｍから２０ｍｍ程度離間して配置することが好ましい。
【００３１】
従来の質量分析装置（例えば特表平２−５０３３５４号公報に開示された装置）でも、水分を蒸発させるために高温のヘリウムガスを導入することが記載されているが、該開示は、熱交換効率を向上するために該ガスを噴霧粒子に向流衝突させるというものである。この結果、噴霧され、微粒化した微粒液滴は、ヘリウムガスの向流によって分散されてしまう。これに対して本願発明の装置では、微粒化用ガス１３は液体試料とともに噴霧され、またイオン化された微粒液滴は静電的イオン化手段１７の電極の方に誘引されて慣性分離手段４へと続く試料導入管５に導入されながら水分が気化されることから、被検物質分子のイオンを効率良く質量分析部４００に導入することができる。
【００３２】
上記のようにして慣性分離手段４を通過した被検物質分子のイオンは、電子衝撃イオン化手段９と検出手段８とを備えた質量分析部４００に導入される。質量分析部４００は、およそ１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒ、好ましくは１０−６〜１０−７Ｔｏｒｒ程度という高真空状態に維持する。電子衝撃イオン化手段９は、ＥＳＩ部２００でイオン化された被検物質分子のイオンに対し、６０〜１５０ｅＶの電子を衝突させ、更にイオン化するとともに被検物質分子を種々の分子量のフラグメントに分解する。このように、電子衝撃イオン化によるイオン化はＥＳＩ部２００における静電的イオン化手段１７によるイオン化より強力である。本願発明の装置におけるＥＳＩ部２００でのイオン化は、いわば被検物質分子のイオンをＥＳＩ部２００から質量分析部４００に導入する手段として機能するものである。これに対して質量分析部４００における電子衝撃イオン化手段９によるイオン化は、検出手段８での質量分析のためのイオン化で、被検物質分子のフラグメント化を引き起こすものである。なお、電子衝撃イオン化手段９によって更にイオン化される分子は、ＥＳＩ部２００でソフトにイオン化されただけの、元の分子構造状態をほぼ保った分子であるので、これによって生成するフラグメントはランダムなフラグメントではなく、かなり限定された種類のものだけである。従って、従来の装置では同定不可能であった液体試料中の被検物質分子でも、気体分子と同程度に限定されたフラグメント化が可能となり、同定が容易となる。
【００３３】
電子衝撃イオン化手段９でイオン化され、フラグメント化した被検物質に由来するイオンは、その後、検出手段８においてその質量及び電荷に応じて分離され、それぞれの個数が計測されて物質同定が行われる。検出手段８としては、イオンをその質量及び電荷に応じて分離し検出するための公知のものを使用できるが、その一例を述べれば、例えば光電子増倍管、電子増倍管、マイクロチャンネルプレート又はダイオードアレイ等の検出器を具備した扇形磁場（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｅｃｔｏｒ）型検出手段、飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ；ＴＯＦ）型検出手段又は四重極（ｑｕａｄｏｒｕｐｏｌｅ）型検出手段等と、そしてデータ解析用の演算手段（コンピューター）等を組み合わせたものが例示できる。本願発明の質量分析装置では、前記いずれの検出手段であっても使用することができるが、装置の小型化に有利で、電子衝撃によるイオン化との相性が良く、しかも信頼性や耐久性に優れた四重極型検出手段を使用することが特に好ましい。また本願発明では、二つ以上の検出手段を連結する、いわゆるタンデム型検出手段を使用することもできる。
【００３４】
つぎに、図３の質量分析装置について説明する。なお、図２と共通の構成については、上述の通りである。
図３においては、図２の装置と異なり、被検物質分離手段として電気泳動手段２を使用している。電気泳動手段２に供する液体試料の量は液体クロマトグラフィー手段（図２における１）に供する液体試料の量と比較して僅かで良い。キャピラリー内での電気泳動用の媒体として電極液を加えた後、液体試料を分離に供すると、被検物質はキャピラリー内で電気泳動しながら分離され、順次キャピラリー出口から出てくる。このようにして他の被検物質から分離された被検物質は、以下、図２において説明したようにＥＳＩ部２００、慣性分離部３００、質量分析部４００に順次導入され、質量分析が行われる。
ところで、電気泳動手段２によって被検物質を分離した場合、ＥＳＩ部２００に導入される液体試料は少量で、二流体噴霧ノズル３での噴霧（微粒化）に支障をきたす恐れがある。このため、電気泳動手段２によって被検物質を分離した場合には、二流体噴霧ノズル３での噴霧（微粒化）を良好に行う目的で、該ノズル３近傍の流路で、例えば、次の図５に示したように二重管等を用いて液体試料の周囲にシース液を流入させたうえでＥＳＩ部２００に導入すれば良い。
【００３５】
図５は、シース液を液体試料に流入させる、二重管の断面を示す図である。図５では、その内管内に電気泳動手段２からの液体試料１５を導入し、内管と外管の間隙に、シリンジポンプ等で構成したシース液供給器１２からシース液供給管１０を介してシース液１６を導入した後、その下流の流路の途中で内管を消滅させている。
【００３６】
図３の装置では、電気泳動手段２による被検物質の分離のために、高圧電源１７、１８を配置し、試料管５と電気泳動手段２との間にも高電圧を付加している。従って、ＥＳＩ部２００に至る流路の途中で液体試料に流入されるシースの組成は、通電のために電解質であることが求められる。また更にシース液は、後段のＥＳＩ部２００での気化のため、揮発性であることも求められる。かかる要求を満たす好ましいシース液としては、例えばメタノールやエタノール等の揮発性の高い有機溶媒に酢酸やアンモニア等の電解質を混合したものが例示できる。
【００３７】
【実施例】
以下、本願発明を更に詳細に説明するために実施例を記載するが、これら実施例は本願発明を限定するものではない。
実施例１
図６のような、試料導入部１００が液体クロマトグラフィー手段１を具備する質量分析装置を製作し、これを用いてピリジン（ｐｙｒｉｄｉｎｅ）の測定を実施した。ピリジンは可燃性で特異な不快臭を持つ無色の液体で、多くの有機、無機化合物の溶剤となり、分子量７９．１でその分子式はＣ５Ｈ５Ｎである。
【００３８】
液体クロマトグラフィー手段１は、溶離液を送液するポンプ３１、試料を導入する試料バルブ３２、そして分離カラム３３から構成した。分離カラム３３は充填剤としてＣ１８シリカを充填したカラムである。そして液体クロマトグラフィー手段１に対しては、１０ｍＭのピリジン１０μｌを導入し、溶離液として１０ｍＭテトラブチルアンモニウム、ｐＨ８．０の０．２％アセトニトリル水溶液を送液した。
【００３９】
液体クロマトグラフィー手段１によって分離された液体試料は二流体噴霧ノズル３において、２５０℃に加熱した圧縮ヘリウムガスとともに噴霧し、微粒化した。本実施例で使用した二流体噴霧ノズル３は、図４（ａ）に示したような構成のノズルであり、微粒化用ガス（ヘリウム）１３の流路は直径８００μｍ、液体試料の流路は直径６００μｍで、材質はステンレスである。なお、液体クロマトグラフィー手段１における送液速度は１００μｌ／ｍｉｎ、微粒化用ガス（ヘリウム）１３送ガス速度は４００ｃｍ３／ｍｉｎとした。
【００４０】
ＥＳＩ部２００の二流体噴霧ノズル３と後段の慣性分離部３００の慣性分離手段４の間には高圧電源１７を配置し、１ｋＶの高電圧を付加することにより、噴霧された微粒化液滴のイオン化及び慣性分離部３００へのイオンの導入を実現した。なおＥＳＩ部２００は微粒化用ガスであるＨｅガスが充填されるが、下部が解放されておりほぼ大気圧と同じである。
慣性分離部３００に配置した慣性分離手段（ジェットセパレーター）４は、直径３００μｍ、長さ４ｃｍの水平な本管と、該本管のほぼ中央に本管とは直交するように接続した直径４００μｍ、長さ３ｃｍの枝管とを有するＴ字型形状であり、枝管にはローターリーポンプを取り付けた。また本管の一端はＥＳＩ部２００を覆う塩化ビニル製のシールドの内部に、二流体噴霧ノズル３の吐出口と１０ｍｍ離間して同軸に対向配置し、本管の他の一端は、質量分析部４００の電子衝撃イオン化手段９内に配置した。
【００４１】
慣性分離部３００とその直後段の電子衝撃イオン化手段９の間はステンレス管で結合し、これによりソフトにイオン化した被検物質分子が電子衝撃イオン化手段９に導入されるようにした。そして電子衝撃イオン化手段９は、真空度を１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒ程度に維持したうえで、６０〜１５０ｅＶの電子を被検物質分子のイオンに衝突させるものである。本実施例の装置では、このようにしてイオン化され、フラグメントに分解された被検物質分子を光電子増倍管（ＰＭＭ）を検出器として具備する四重極型検出手段８により分析するように構成した。
【００４２】
図７は、本実施例の装置を使用してピリジンを質量分析した場合のクロマトグラムを示す図である。図７から明らかなように、二流体噴霧ノズル３を具備するＥＳＩ部２００や慣性分離部３００によって質量分析部４００を高真空状態に維持し得るようにし、それ故に電子衝撃イオン化手段９によって被検物質分子のイオン化・フラグメント化を可能とした本願発明の質量分析装置では、ピリジンのフラグメントとして、イオンの質量（ｍ）と電荷数（ｚ）の比（ｍ／ｚ）＝７９、５３、５２、５１及び５０の、合計５つのフラグメントが得られた。
【００４３】
比較のため、図６の装置から電子衝撃イオン化手段９を省き、ＥＳＩ部２００でイオン化された被検物質分子を直接検出手段８（例えば、四重極型分離手段と光電子増倍管（ＰＭＭ）等を具備する検出手段）に導入した場合のクロマトグラムを図８に示す。図８では、ピリジンの分子イオンピークを示すｍ／ｚ＝７９しか検出できないこと、即ち、ＥＳＩ部２００における静電的イオン化手段１７でのイオン化によってはピリジン分子はフラグメント化されていないことが分かる。
【００４４】
なお、図８の結果は、被検物質がピリジンである可能性を示唆するものの、分子量が７９で、かつ、イオン化される他の分子である可能性を否定することはできないが、図７の結果からは、ｍ／ｚ＝７９以外に、５３、５２及び５１のフラグメントが得られていることから、このようなフラグメントが他の分子から生成される可能性があるか否かという拘束条件を加味することにより、被検物質をピリジンと同定する確率は飛躍的に高まる。
【００４５】
実施例２
図９のような、試料導入部１００が電気泳動手段（キャピラリー電気泳動手段）２を具備する質量分析装置を製作し、これを用いてピリジンの測定を実施した。
キャピラリー電気泳動手段２は、液体試料を入れたセル４４と、該セル４４内から液体試料を吸い上げ、キャピラリー４１に導入するプローブ４２、該プローブ４２に接続された不図示のポンプ、液体試料を電気泳動させるキャピラリー４１、そして電気泳動用の電極４３から構成した。なおキャピラリー電気泳動手段２に供した液体試料は、１０ｍＭのピリジン溶液を５０ｍｂａｒで５秒間キャピラリーに導入した。なお、上記キャピラリー４１の内径は７５μｍ、全長は７０ｃｍで、支持電解液は酢酸でｐＨを４．８に調整した１０ｍＭのアンモニア水を使用し、泳動電圧は３０ｋＶである。
【００４６】
キャピラリー電気泳動によって分離された液体試料を実施例１と同様のＥＳＩ部２００、慣性分離部３００及び質量分析部４００に順次導入し、ピリジンの分析を行った（本実施例では、ＥＳＩ部２００に付加した電圧は１．４ｋＶである）。なお、キャピラリー４１内に吸い上げられ、電気泳動によって分離された液体試料に対しては、二流体噴霧ノズル３での噴霧に先立ち、図５のような二重管を用いてシース液を流入した。使用した二重管の内径及び外径はそれぞれ７５μｍ、４２０μｍであり、外管の内径は５００μｍである。使用したシース液は３％（ｗ／ｖ）酢酸メタノール溶液であり、その流量は０．２ｍｌ／ｈである。
【００４７】
図１０は、本実施例の装置を使用してピリジンを質量分析した場合のクロマトグラムを示す図である。図１０から明らかなように、二流体噴霧ノズル３を具備するＥＳＩ部２００や慣性分離部３００によって質量分析部４００を高真空状態に維持し得るようにし、それ故に電子衝撃イオン化手段９によって被検物質分子のイオン化・フラグメント化を可能とした本願発明の質量分析装置では、ピリジンのフラグメントとして、イオンの質量（ｍ）と電荷数（ｚ）の比（ｍ／ｚ）＝７９、５３、５２、５１及び５０の、合計５つのフラグメントが得られた。
【００４８】
比較のため、図９の装置から電子衝撃イオン化手段９を省き、ＥＳＩ部２００でイオン化された被検物質分子を直接検出手段（四重極型分離手段と光電子増倍管（ＰＭＭ）を具備する検出手段）に導入した場合のエレクトロフェログラムを図１１に示す。図１１では、ピリジンの分子イオンピークを示すｍ／ｚ＝７９しか検出できないこと、即ち、ＥＳＩ部２００における静電的イオン化手段１７でのイオン化によってはピリジン分子はフラグメント化されていないことが分かる。
【００４９】
なお、図１１の結果は、被検物質がピリジンである可能性を示唆するものの、分子量が７９で、かつ、イオン化される他の分子である可能性を否定することはできないが、図１０の結果からは、ｍ／ｚ＝７９以外に、５３、５２及び５１のフラグメントが得られていることから、このようなフラグメントが他の分子から生成される可能性があるか否かという拘束条件を加味することにより、被検物質をピリジンと同定する確率は飛躍的に高まる。
【００５０】
図１２は、本願発明によって得られた図１０のエレクトロフェログラムにおいて、各ピーク位置で得られたマススペクトルから電場印加直後に得られたマススペクトルを引いた差スペクトルを示した図であり、該差スペクトルから、被検物質がピリジンであることが容易に推定できる。このように本願発明の分析装置では、分子量７９の、被検物質分子（ピリジン分子）のフラグメント化されていないイオン以外に多くのフラグメントイオンを検出することが可能であるため、従来装置と比較して、未知の被検物質の同定により有効である。
【００５１】
【発明の効果】
本願発明の質量分析装置では、ＥＳＩ部において二流体噴霧ノズルを用いているから、単に圧力噴霧ノズルを用いる従来の装置に比較して、液体試料をより微細な液滴として噴霧することができる。これにより該液滴中の水分の気化率が高まり、後段の慣性分離部で気化した水分を除去することにより、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することが可能となる。しかも本願発明の装置では、前記二流体噴霧ノズルにおいて、液体試料を高温の微粒化用ガスに乗せて噴霧することにより、その微粒化を促進するとともに熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるようにしたから、質量分析部を高真空状態に維持できるという前記効果は、より一層強化される。また従来の質量分析装置では熱交換による微粒化液滴の水分を気化させるためのガスを向流としていたため、質量分析部に導入される被検物質イオンの量が減少し、十分な量の被検物質イオンを導入するためＥＳＩ部での噴霧量を増加しなければならず、結果的に質量分析部へ導入される水分が増えて真空度が低下してしまう。これに対して本願発明の装置では、前述の通り二流体噴霧ノズルからかかるガスを液体試料とともに噴霧するため、ＥＳＩ部での噴霧量を必要以上に増やす必要がなく、翻って、結果的に質量分析部を高真空状態に維持することが可能となる。
【００５２】
このように本願発明の装置は、二流体噴霧ノズルや慣性分離部を具備することにより、液体試料をそのまま又は適当な分離手段によって分離した後、連続的に、電子衝撃でイオン化して質量分析することを可能とするものである。本願発明の装置により、従来装置では同定不可能であった被検物質であっても、同定が可能となる。また更には、液体試料が二種類以上の被検物質を含む場合であっても、液体クロマトグラフィー手段や電気泳動手段によって被検物質を分離し、各被検物質を短時間で同定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の質量分析装置の概略構成図。
【図２】試料導入部として液体クロマトグラフィー手段を具備する本願発明の質量分析装置の構成を示す図。
【図３】試料導入部として電気泳動手段を具備する本願発明の質量分析装置の構成を示す図。
【図４】二流体噴霧ノズルの断面を示す図。
【図５】シース液を液体試料に流入させる、二重管の断面を示す図。
【図６】実施例１にて調製した、試料導入部として液体クロマトグラフィー手段を具備する本願発明の質量分析装置を示す図。
【図７】実施例１において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部及び質量分析部の電子衝撃イオン化手段の両方で行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図８】実施例１において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部のみで行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図９】実施例２にて調製した、試料導入部としてキャピラリー電気泳動手段を具備する本願発明の質量分析装置を示す図。
【図１０】実施例２において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部及び質量分析部の電子衝撃イオン化手段の両方で行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図１１】実施例２において、被検物質（ピリジン）のイオン化をＥＳＩ部のみで行った場合のクロマトグラムを示す図。
【図１２】図１０のクロマトグラムの各ピーク位置で得られたマススペクトルから電場印加直後に得られたマススペクトルを引いた差スペクトルを示す図。
【符号の説明】
１  液体クロマトグラフィー手段
２  電気泳動手段
３  二流体噴霧ノズル
４  慣性分離手段（ジェットセパレーター）
５  試料管
６  排気管
７  排気ポンプ
８  検出手段
９  電子衝撃イオン化手段
１０  シース液供給管
１１  微粒化用ガス供給管
１２  シース液供給手段
１３  微粒化用ガス
１４  液体試料
１５  液体試料
１６  シース液
１００  試料導入部
２００  ＥＳＩ部
３００  慣性分離部
４００  質量分析部
【図１】
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【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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【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１１】
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【図１２】
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