(57)【要約】      （修正有）【課題】イオン化された試料を質量分析計に高効率で導入することが可能なインタフェース装置を提供する。【解決手段】氷滴生成部１１は、試料供給部から供給された液体状の試料から氷滴を形成する。さらに、氷滴生成部１１は、形成された氷滴６をイオン化部１２に順次投入する。イオン化部１２は、氷滴とされた試料をイオン化して、質量分析計３に送り込む。【選択図】図２
2018048931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料供給部から質量分析計に試料を送り込むためのインタフェース装置であって、
氷滴生成部とイオン化部とを備えており、
前記氷滴生成部は、前記試料供給部から供給された液体状の試料から氷滴を形成し、かつ、形成された氷滴を前記イオン化部に順次投入する構成となっており、
前記イオン化部は、氷滴とされた前記試料をイオン化して、前記質量分析計に送り込む構成となっている
インタフェース装置。
【請求項２】
さらに液滴生成部を備えており
前記液滴生成部は、前記試料供給部から供給された液体状の前記試料から液滴を生成する構成となっており、
前記氷滴生成部は、前記液滴生成部により生成された前記液滴から前記氷滴を生成する構成となっている
請求項１に記載のインタフェース装置。
【請求項３】
前記氷滴生成部は、前記液滴生成部から前記イオン化部に向けて出射された前記液滴を冷却することにより、前記氷滴を形成する構成となっている
請求項２に記載のインタフェース装置。
【請求項４】
さらに搬送部を備えており、
前記搬送部は、前記液滴生成部で生成された前記液滴を前記イオン化部に向けて搬送する構成となっており、
前記氷滴生成部は、前記搬送部内において前記液滴を冷却することにより、前記氷滴を形成する構成となっている
請求項２又は３に記載のインタフェース装置。
【請求項５】
請求項１に記載のインタフェース装置と、このインタフェース装置に液体状の試料を供給する試料供給部と、前記インタフェース装置によりイオン化された試料の質量分析を行うための質量分析計とを備える
質量分析装置。
【請求項６】
試料供給部から質量分析計に試料を送り込むための試料投入方法であって、
前記試料供給部から供給された液体状の試料から氷滴を生成するステップと、
生成された前記氷滴を順次イオン化して、試料イオンを生成するステップと、
前記試料イオンを前記質量分析計に送り込むステップと
を備える試料投入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析計に試料を送り込むためのインタフェース装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質を同定・定量する方法として、質量分析法が知られている。質量分析法においては、各種のイオン化法を用いて物質（試料）を原子又は分子レベルでの微細なイオン（以下「試料イオン」と略称することがある）にして、その質量数と数を測定することにより、物質を同定・定量することができる。この方法は、有機化学や生化学の分野で多用される重要な分析法である。
【０００３】
この分析法において、試料を質量分析計に導入して測定するためには、例えば、
・試料を質量分析計に直接導入して測定する方法
・クロマトグラフィーやキャピラリー電気泳動などで分離された目的成分を質量分析計に導入して測定する方法
が知られている。
【０００４】
ところで、質量分析計を用いる場合は、試料中の目的成分をイオンとして気相中に取り出した後に、このイオンを高真空下で検出する。そのため、ガス試料の分析においては、ガス試料をそのまま質量分析計に導入すればよく分析が容易である一方、液体試料の分析は難しかった。そこで、近年、インタフェースにおいて液体試料を大気圧下でスプレーし、微小な液滴が移動する過程で溶媒を蒸発させてイオン化し、試料イオン（目的成分）を質量分析計における高真空中に導入するという大気圧イオン化法が実用化され、質量分析で広く利用されている。大気圧イオン化法のうちで代表的なものが、エレクトロスプレー法と大気圧化学イオン化法である。しかし、これらの方法では、スプレーされた液体試料の一部のみが質量分析計に導入される為、最終的な質量分析計への試料導入効率は１%程度であり、低濃度試料の分析は困難であるという問題があった。
【０００５】
この問題に対して、下記特許文献１では、試料導入用の毛細管の先端において液体試料を冷却することにより、棒状の固体（つまり棒状氷塊）を生成し、この固体を、質量分析計における真空中に導く技術を提案している。
【０００６】
しかしながら、この技術においては、毛細管により棒状氷塊を搬送することになるため、移動抵抗が大きく、搬送が難しいと予想される。また、大きく連続的に形成された氷塊をイオン化して質量分析計に導く場合は、試料イオンが質量分析計に導入される効率としては、大気圧イオン化法と大差ないものと想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２１１０２０号公報（００１５段落及び図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記した状況に基づいてなされたものである。本発明の主な目的は、イオン化された試料を質量分析計に高効率で導入することが可能なインタフェース装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。
【００１０】
（項目１）
試料供給部から質量分析計に試料を送り込むためのインタフェース装置であって、
氷滴生成部とイオン化部とを備えており、
前記氷滴生成部は、前記試料供給部から供給された液体状の試料から氷滴を形成し、かつ、形成された氷滴を前記イオン化部に順次投入する構成となっており、
前記イオン化部は、氷滴とされた前記試料をイオン化して、前記質量分析計に送り込む構成となっている
インタフェース装置。
【００１１】
（項目２）
さらに液滴生成部を備えており
前記液滴生成部は、前記試料供給部から供給された液体状の前記試料から液滴を生成する構成となっており、
前記氷滴生成部は、前記液滴生成部により生成された前記液滴から前記氷滴を生成する構成となっている
項目１に記載のインタフェース装置。
【００１２】
（項目３）
前記氷滴生成部は、前記液滴生成部から前記イオン化部に向けて出射された前記液滴を冷却することにより、前記氷滴を形成する構成となっている
項目２に記載のインタフェース装置。
【００１３】
（項目４）
さらに搬送部を備えており、
前記搬送部は、前記液滴生成部で生成された前記液滴を前記イオン化部に向けて搬送する構成となっており、
前記氷滴生成部は、前記搬送部内において前記液滴を冷却することにより、前記氷滴を形成する構成となっている
項目２又は３に記載のインタフェース装置。
【００１４】
（項目５）
項目１に記載のインタフェース装置と、このインタフェース装置に液体状の試料を供給する試料供給部と、前記インタフェース装置によりイオン化された試料の質量分析を行うための質量分析計とを備える
質量分析装置。
【００１５】
（項目６）
試料供給部から質量分析計に試料を送り込むための試料投入方法であって、
前記試料供給部から供給された液体状の試料から氷滴を生成するステップと、
生成された前記氷滴を順次イオン化して、試料イオンを生成するステップと、
前記試料イオンを前記質量分析計に送り込むステップと
を備える試料投入方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、イオン化された試料を質量分析計に高効率で導入することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態における質量分析装置の概略的な構成を示すための説明図である。
【図２】図１の装置に用いられるインタフェース装置の構成を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第１実施形態に係る質量分析装置を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（第１実施形態の構成）
本実施形態の質量分析装置は、インタフェース装置１と、このインタフェース装置１に液体状の試料を供給する試料供給部２と、インタフェース装置１によりイオン化された試料の質量分析を行うための質量分析計３とを基本的な構成として備えている。
【００２０】
（試料供給部）
試料供給部２としては、例えば、液体試料容器や各種の化学プロセシング装置を用いることができる。化学プロセシング装置としては、例えば、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、マイクロ流体デバイス（Kitamori et al., Anal. Chem., 2002, 74, 1565-1571 "Continuous-Flow Chemical Processing on a Microchip by Combining Microunit Operations and a Multiphase Flow Network"参照）、拡張ナノ流体デバイス（Kitamori et al., Anal. Chem. 2014, 86, 4068-4077 "Extended-Nanofluidics: Fundamental Technologies, Unique Liquid Properties, and Application in Chemical and Bio Analysis Methods and Devices"参照）を用いることができる。なお、試料供給部２としては、液体状の試料をある程度継続的にインタフェース装置１に供給できるものであれば、どのようなものであってもよい。試料供給部２としては既存の各種の装置を利用可能なので、これ以上詳細な説明は省略する。
【００２１】
（インタフェース装置）
インタフェース装置１は、試料供給部２から質量分析計３に試料を送り込むためのものであって、氷滴生成部１１とイオン化部１２とを備えている（図２参照）。さらに、本実施形態のインタフェース装置は、液滴生成部１３と搬送部１４とを備えている（図２参照）。
【００２２】
氷滴生成部１１は、試料供給部２から供給された液体状の試料から氷滴を形成し、かつ、形成された氷滴をイオン化部１２に順次投入する構成となっている。より具体的には、本実施形態の氷滴生成部１１は、液滴生成部１３により生成された液滴から氷滴を生成する構成となっている。さらに具体的には、本実施形態の氷滴生成部１１は、液滴生成部１３からイオン化部１２に向けて出射された液滴を冷却可能とされており、これにより、液滴を固化して、氷滴６を形成できるようになっている。このような氷滴生成部１１としては、液体を瞬時に凍結可能な各種の冷却手段を用いることができる。
【００２３】
イオン化部１２は、氷滴とされた試料をイオン化して、質量分析計３に送り込む構成となっている。イオン化部１２としては、例えば下記の手段により試料をイオン化する手法を用いることができる：
・電界印加
・加熱
・氷滴のまま真空中に導入して昇華によりイオン化する方法。
【００２４】
本例のイオン化部１２は、氷滴の受入口１２１と、イオンの送出口１２２とを備えた領域とされている。イオン化部１２において試料をイオン化するための手法は、従来と同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。
【００２５】
液滴生成部１３（図２参照）は、試料供給部２から供給された液体状の試料から液滴を生成する構成となっている。具体的には、本例の液滴生成部１３は、気流供給部１３１を備えている。気流供給部１３１は、搬送部１４を流れてくる流体に気流を吹きつけることにより、気流の剪断力によって流体を切断して、液滴８を生成するようになっている。
【００２６】
搬送部１４は、液滴生成部１３で生成された液滴をイオン化部１２に向けて搬送する構成となっている。より具体的には、搬送部１４は、基板上に形成された微小流路により構成されており、試料供給部２からの液体を氷滴生成部１１に向けて送り出すようになっている。また、搬送部１４の途中には、前記した液滴生成部１３の気流供給部１３１が接続されており、気流供給部１３１により形成された液滴８を搬送部１４によって下流側に搬送できるようになっている。
【００２７】
（質量分析計）
質量分析計３は、質量分離部３１と、検出部３２とを備えている。質量分離部３１は、イオン化された試料を分離する要素である。質量分離部３１としては、磁場偏向型、四重極型、イオントラップ型、飛行時間型など、既存の各種の手法を用いることができるので、詳しい説明は省略する。検出部３２は、分離された試料を検出して、必要な特性を取得できるようになっている。検出部３２についても既存の手法を用いることができるので、これについての詳しい説明は省略する。
【００２８】
（第１実施形態の動作）
次に、第１実施形態における質量分析装置の動作について説明する。
【００２９】
まず、試料供給部２から、インタフェース装置１の搬送部１４に、液体状の試料を送り込む。送り込まれた試料は、液滴生成部１３（図２参照）に到達し、気流によって分断される。これにより、本実施形態では、液滴８を形成することができる。
【００３０】
形成された液滴は、気体によって液滴間の間隔を保ちながら、液滴生成部１３における気流の圧力によって搬送部１４の下流に向けて進み、搬送部１４の端部（図２において右端）から、質量分析計３の方向に射出される。
【００３１】
搬送部１４の端部から射出された液滴は、飛行しながら、氷滴生成部１１を通過する。ここで、氷滴生成部１１は、飛行中の液滴８を冷却することによって凍結させ、これによって、固体の氷滴６を生成できるようになっている。
【００３２】
生成された氷滴６は、その慣性力によって飛行を続け、イオン化部１２の受入口１２１からイオン化部１２の内部に入る。
【００３３】
次いで、氷滴６に含まれる試料は、イオン化部１２によってイオン化される。これにより本実施形態では、試料イオンが生成される。生成された試料イオンは、イオン化部１２の送出口１２２から質量分析計３の質量分離部３１に送り込まれる。ここで、本実施形態の質量分離部３１の内部は、高真空とされているので、試料イオンを質量分離部３１の内部に引き込むことができる。質量分析計３においては、質量分離部３１によって分離された試料を検出部３２で検出することにより、必要な特性（いわゆるマススペクトル）を得ることができる。質量分析計３の動作は従来と同様なので詳細な説明は省略する。
【００３４】
ここで、従来の質量分析装置においては、イオン化された試料のごく一部しか質量分析計に導入されないため、低濃度の試料の分析が難しいという問題があった。これに対して、本実施形態の装置では、試料から氷滴を離散的に生成して、その氷滴を質量分析計への導入口に逃さず確実に輸送して、順次イオン化するので、生成されたイオンを高効率で（理想的には１００％の高率で）質量分析計３に導入することができる。このため、本実施形態の装置によれば、高感度の質量分析が可能になり、低濃度試料の分析も可能になるという利点がある。
【００３５】
また本実施形態における試料投入方法は、試料供給部２から供給された液体状の試料から氷滴を生成するステップと、生成された氷滴をイオン化部１２により順次イオン化して、試料イオンを生成するステップと、試料イオンを質量分析計３に送り込むステップとを備える試料投入方法として記述することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかるインタフェース装置１の構成を説明する。なお、この第２実施形態の説明においては、前記した第１実施形態の装置と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、説明の煩雑を避ける。
【００３７】
前記した第１実施形態の装置においては、氷滴生成部１１が、飛行中の液滴を固化して氷滴を生成する構成とした。これに対して、第２実施形態の装置では、氷滴生成部１１が、搬送部１４内にある液滴を冷却することにより、氷滴を形成する構成とする。すなわち、第２実施形態の氷滴生成部１１は、例えば、液滴を搬送する搬送部１４に隣接して形成され、搬送部１４内にある液滴を冷却して氷滴とする。ここで、搬送部１４内で凍結した氷滴６は、搬送部１４の内面との摩擦力が大きくなる。そこで、第２実施形態の装置では、搬送部１４内における氷滴６の表面を瞬間的に加熱することにより、氷滴６と搬送部１４内面との間に液膜を形成し、両者間の摩擦を軽減することが好ましい。
【００３８】
第２実施形態の装置においても、空気圧その他の適宜の手段により、氷滴６をイオン化部１２の内部に向けて間欠的に射出することができる。
【００３９】
第２実施形態における前記以外の構成及び利点については、第１実施形態と同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。
【００４０】
なお、本発明の内容は、前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、具体的な構成に対して種々の変更を加えうるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１  インタフェース装置
１１  氷滴生成部
１２  イオン化部
１２１  受入口
１２２  送出口
１３  液滴生成部
１３１  気流供給部
１４  搬送部
２  試料供給部
３  質量分析計
３１  質量分離部
３２  検出部
６  氷滴
８  液滴
【図１】
2018048931.tif 000003
【図２】
2018048931.tif 000004