(57)【要約】本発明は、様々な流量のＬＣに対して平等に高感度測定を可能とすることを目的とし、試料溶液を大気圧下でイオン化する大気圧イオン源（４）と排気された空間でイオンの質量分析を行う質量分析部を隔てる隔壁（１１）に、中空の細管を有し、前記大気圧イオン源で生成されたイオンを前記細管を介して前記質量分析部に導き、質量分析する大気圧イオン化質量分析装置において、前記細管を、径の異なる第１の細管（８）及び第２の細管（１０）とで構成し、第２の細管を第１の細管内に挿入し、前記大気圧イオン源で生成したイオンとガスを第２の細管を通して質量分析部に導入すると共に、前記第２の細管と第１の細管の間隙にガスを流すようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液を大気圧下でイオン化する大気圧イオン源と、排気された空間でイオンの質量分析を行う質量分析部と、前記大気圧イオン源と前記質量分析部を隔てる隔壁に中空の細管とを有し、前記大気圧イオン源で生成されたイオンを前記細管を介して前記質量分析部に導き、質量分析する大気圧イオン化質量分析装置において、
前記細管は、径の異なる第１の細管及び第２の細管とで構成され、第２の細管は第１の細管内に挿入され、前記大気圧イオン源で生成したイオンとガスを第２の細管を通して前記質量分析部に導入すると共に、前記第２の細管と前記第１の細管の間隙にガスを流すことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の細管と第２の細管の間隙に連通するガス供給配管と、当該ガス供給配管に接続されるガス供給源と、前記ガス供給配管にガスの流量調節を行う調節手段を備えたことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ガス供給配管にガスの加熱を行う加熱手段を備えたことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記第２の細管の前記質量分析部側の端部は、前記第１の細管の質量分析部側の端部よりも質量分析部側に突き出ていることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第２の細管の大気圧イオン源側の端部は、前記第１の細管の大気圧側の端部よりも大気圧イオン源側に突き出ていることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の細管は、前記大気圧イオン源側の空間と連通していないことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記第２の細管は、フューズドシリカキャピラリであることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記第２の細管は、前記第１の細管が前記隔壁に設置された状態で、取り外し交換可能であることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記第１の細管と第２の細管の外周を被覆し、且つ加熱を行う加熱手段を備えたことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項１０】
請求項２において、
前記試料溶液の流量が０．３ｍｌ／ｍｉｎ以上の場合、前記第２の細管を除去した状態で測定を行うことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項１１】
請求項２において、
前記試料溶液の流量が０．３ｍｌ／ｍｉｎ以下の場合、前記第２の細管の内径を０．２ｍｍ以下として測定を行うことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項１２】
請求項２において、
前記試料溶液の流量が０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以下の場合、前記第２の細管の内径を０．１ｍｍ以下として測定を行うことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項１３】
請求項２において、
前記試料溶液の流量が０．００１ｍｌ／ｍｉｎ以下の場合、前記第２の細管の内径を０．０２ｍｍ以下として測定を行うことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項１４】
請求項１において、
前記大気圧イオン源は、ＥＳＩイオン源であることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【請求項１５】
請求項１において、
前記大気圧イオン源は、ＡＰＣＩイオン源であることを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、大気圧下で試料溶液を導入イオン化し、そのイオンを高真空の質量分析計に導き質量分析する大気圧イオン化質量分析装置に関する。
背景技術
最近、環境中や食品，生体中に存在する多くの有機化合物の中から極微量の有益または有害な物質を高感度に分析するために、液体クロマトグラフ直結大気圧イオン化質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）が普及してきた。これは、分離手段である液体クロマトグラフ（ＬＣ）と高感度定性定量手段である大気圧イオン化質量分析装置（ＡＰＩ−ＭＳ）が結合した装置である。ＬＣ／ＭＳは、薬学，医学，化学，環境化学など広範な領域で使用されている。
第７図に一般的なＬＣ／ＭＳの模式図を示す。試料溶液は、ＬＣ１で成分ごとに分離される。分離された成分は、移動相溶媒と共にキャピラリチューブ２を経て大気圧イオン源４に導入される。大気圧イオン源の噴霧プローブ３に達した試料溶液は、高圧電源５からプローブ３に印加された高電圧により、大気中に電荷を持った微細な液滴として噴出される。この微細な液滴は大気圧イオン源内７を飛行して、大気分子と衝突し更に微細化される。最終的にイオンが大気中に放出される。これがエレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）である。生成したイオン６は、質量分析計の真空壁に設けられた細孔または細管８を経由して真空室１２中に導入され、真空室１５，１９を経て質量分析計１７により質量分析されマススペクトルを与える。
大気圧イオン化質量分析装置の場合、大気圧イオン源と真空装置である質量分析計の間に配置された細孔または細管は、極めて重要な役割を持っている。大気圧イオン化質量分析装置の場合、イオン化は大気圧（１０５Ｐａ）で行なわれる。一方、質量分析計が動作するためには、高真空（１０−３Ｐａ以下）を必要としている。即ち、８桁の圧力差を克服してイオンを質量分析計に取り込む必要がある。このため、通常はイオンと共に導入される大量のガスを排気するために複数の大型の真空ポンプ２０，２１，２２が用いられている。しかし、経済上、構造上から、真空ポンプの大型化，複数化には当然限界がある。そのため、大気圧イオン源から質量分析計に流入するガスの量を制限する絞りの役目をするものが用いられるようになった。大気圧イオン源と質量分析計の真空室を隔てる隔壁に設けられた細孔や細管が絞りである。ＵＳＰ４１２１０９９，ＵＳＰ４１３７７５０，ＵＳＰ４１４４４５１やＵＳＰ４９３５６２４には、細孔を用いた大気圧イオン化質量分析装置が開示されている。また、ＵＳＰ４５４２２９３やＵＳＰ５２４５１８６には細管を用いた大気圧イオン化質量分析装置が開示されている。
発明の開示
細孔，細管と複数の圧力差のある真空室を複数の真空ポンプで排気する差動排気系を用いることにより大気圧イオン源と質量分析計の結合は達成され、多くの大気圧イオン化質量分析装置が広範な分野で使用されるようになった。また、応用分野に対応した各種のクロマトグラフが大気圧イオン化質量分析装置に結合するようになった。しかし、多くのクロマトグラフとの結合は新たな問題をもたらした。それは、クロマトグラフィーにより、使用最適流量が大きく異なることである。
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第１表から、ＭＳに接続されるクロマトグラフィーの最適流量には実に５桁の差があることがわかる。これだけ大きな流量差があるにも関わらず市販のＬＣ／ＭＳの真空排気系の排気速度や細孔，細管の寸法は一定で、クロマトグラフィーに合わせて変更できるようにはなっていない。当然ながら、質量分析計の排気系は、最も負荷の大きい汎用のＬＣが接続された場合を想定して設計されている。即ち、市販のＬＣ／ＭＳは、大量のガスを通過できるだけのコンダクタンスを持つ細孔または細管と導入されたガスをたちどころに排気してしまう大容量差動排気系を採用するようになった。
しかしながら、汎用ＬＣやセミミクロＬＣの場合は、この方式により最高の性能が得られるＬＣ／ＭＳも、流量が極端に小さくなるミクロＬＣやキャピラリ電気泳動（ＣＥ）の場合には、期待通りの性能が得られない場合が多い。これは、細管を通過し排気可能なガス量に較べてミクロＬＣやＣＥの流量が極端に小さいためである。
即ち、ミクロＬＣやＣＥの場合、イオン源で気化生成したガスの容量と真空排気系の排気速度には２桁から５桁の差がある。真空ポンプの能力の方が２桁から５桁も大きく勝っている。そのため、この差分を補うようにイオン源中に導入される窒素ガスが細管に流入する。これにより噴霧により生成したイオンは細管内で１００倍から１００，０００倍希釈されることになる。希釈されたイオンの多くは、差動排気系を通過する過程で中性ガス分子と共に拡散し排気されてしまう。これが、極低流量領域において期待通りの感度が得られない原因である。
ＣＥとＭＳの結合において、ＣＥ溶出液の周囲に別の溶媒をシース流として供給し、試料溶液と共に噴霧イオン化する方法がＵＳＰ４８８５０７６に開示されている。この例では、シース流の役割が噴霧イオン化を安定化させるとしている。しかし、結果的には、試料の希釈と言う観点から見れば、この方法も感度低下を招いている可能性が高い。
本発明は、低流量領域での感度低下を防ぐと共に、流量の大幅な変化に関わらず常に高感度測定と安定な測定を可能にする大気圧イオン化質量分析装置を提供しようとするものである。
本発明はかかる問題を解決するために、試料溶液を大気圧下でイオン化する大気圧イオン源と、排気された空間でイオンの質量分析を行う質量分析部と、前記大気圧イオン源と前記質量分析部を隔てる隔壁に中空の細管とを有し、前記大気圧イオン源で生成されたイオンを前記細管を介して前記質量分析部に導き、質量分析する大気圧イオン化質量分析装置において、前記細管は、径の異なる第１の細管及び第２の細管とで構成され、第２の細管は第１の細管内に挿入され、前記大気圧イオン源で生成したイオンとガスを第２の細管を通して前記質量分析部に導入すると共に、前記第２の細管と前記第１の細管の間隙にガスを流すようにする。
また好ましくは、前記第１の細管と第２の細管の間隙に連通するガス供給配管と、当該ガス供給配管に接続されるガス供給源と、前記ガス供給配管にガスの流量調節を行う調節手段を備える。
発明を実施するための最良の形態
第２図に本発明の概略構成図を示す。
試料溶液は、ＬＣ１の試料注入口から注入され、ポンプで送出される移動相の溶液と共に、分離カラムに導入される。分離カラムにより試料は成分毎に分離される。移動相として、水，メタノール，アセトニトリルなどの有機溶媒や、それらの混合溶液が用いられる。分離された試料成分は、移動相の溶液とともに分離カラムを出て、ＬＣ／ＭＳの大気圧イオン源４にキャピラリチューブ２を通して導入される。噴霧プローブ３の先端部には３ｋＶから５ｋＶの高電圧が高圧電源５から供給され印加される。ここで試料溶液は、噴霧プローブ３と同軸方向に噴出する高速の窒素ガスと高電界により、大気圧イオン源４の大気中７に帯電した微細な液滴６として噴出される。この微細な帯電液滴は、大気中のガス分子と衝突し更に微細化する。最終的にイオンが大気中７に放出される。イオンは、質量分析計の真空隔壁１１を貫通する第２の細管１０を経て真空室１２中に導入される。真空室１２は、油回転ポンプ（ＲＰ）からなる真空ポンプ２０によって排気され、通常、１００Ｐａ程度の圧力に保たれる。真空室１２に放出されたイオンは直進し、真空隔壁１４に設けられたスキマー１３の細孔を通過する。スキマー１３の細孔を通過したイオンは、真空ポンプ２１によって真空室１２よりも高真空に排気された真空室１５に導入され、ここでイオンガイド１６により収束される。収束されたイオンは、質量分析計１７が置かれた高真空室１９に達する。高真空室１９は、真空ポンプ２２によって、通常、１０−３Ｐａ以下に排気される。ここで、イオンは質量分析計１７により質量分析され、検出器１８により検出されマススペクトルを与える。
大気圧イオン化質量分析装置の場合、最も重要なことは質量分析計の動作に必要な高真空（１０−３Ｐａ以下）を保ちながら、大気圧下で生成したイオンを出来るだけ多く質量分析計に取り込むことである。しかし、イオンのみを取り込む事は出来ないため、ガスも同時に大量に取り込むことになる。大気圧イオン化質量分析装置の多くは、複数の真空ポンプを圧力差を持たせて動作させる差動排気系を採用している。
この差動排気系において、大気圧から油回転ポンプ（ＲＰ）によって排気される初段の排気系の構造がもっとも重要になる。大気圧イオン源で生成したイオンを含んだガスを余すところなく質量分析計に送り込めれば、このステップでのイオン移送効率は１００％といえる。
さらに、イオン移送の間に希釈，拡散によってイオンが失われることを防ぐことも重要である。高真空領域（１０−３Ｐａ以下）ならイオンは電界により容易に収束され、拡散を未然に防ぐことが出来る。一方、ＲＰの排気する初段の圧力（１００Ｐａ）領域は粘性流領域と呼ばれ、この圧力下ではイオンを電界により収束する事が難しく、イオンは中性のガス分子と共に拡散し、ＲＰにて排気される恐れがある。
ＬＣ／ＭＳの場合、試料は移動相と共に液体の状態で大気圧イオン源４に供給される。試料溶液は、噴霧及び気化により気体となる。常温の水，メタノールが２００℃の気体となると、それぞれ、２０００倍，１０００倍の体積の膨張が起きる。汎用ＬＣの場合、最も多用される移動相の流量は１ｍｌ／ｍｉｎである。移動相にメタノールを用いた場合、噴霧，気化により１（ｌ／ｍｉｎ）の気体が毎分大気圧イオン源に供給される。この気体を大気中から細管を経由して質量分析計に取り込む。
ＲＰにより得られる圧力は約１００Ｐａで、この圧力領域は粘性流領域と呼ばれている。この圧力領域の細管のコンダクタンスＣ（ｍ３／ｓ）は（１）式で求められる。
Ｃ＝１３４９＊（ｄ４／Ｌ）＊｛（Ｐ１＋Ｐ２）／２｝        （１）
ここで、ｄは細管の直径（ｍ）、Ｌは細管の長さ（ｍ）、Ｐ１とＰ２は細管の前後の圧力（Ｐａ）である。
第３図に示すように、圧力Ｐ１の状態で生成されたイオンを含む試料ガスＱ０のうち、細管を通過できるガスの流量Ｑ１（ｍ３・Ｐａ／ｓ）は（２）式で求まる。
Ｑ１＝Ｃ（Ｐ１−Ｐ２）                                      （２）
これはＰ１≫Ｐ２の場合、近似的に（３）式のようになる。
Ｑ１＝Ｃ＊Ｐ１                                              （３）
ここで、大気圧イオン源で生成される試料ガス量Ｑ０と細管内を流れるガスの流量Ｑ１の関係には、以下の３つの場合が考えられる。
Ａ）大気圧イオン源で生成される試料ガス量Ｑ０がＱ１を上回る場合
（Ｑ０＞Ｑ１）（第３図（１）の状態）
生成されたガスとイオンの一部のみが質量分析計に取り込まれ、他の部分（Ｑ０−Ｑ１）は大気圧イオン源から大気中に廃棄される。
Ｂ）大気圧イオン源で生成される試料ガス量Ｑ０とＱ１が一致した場合
（Ｑ０＝Ｑ１）（第３図（２）の状態）
試料ガスの大部分が細管を通過できる。更に、大気圧イオン源内の窒素ガスによる希釈も極少なく出来る。
Ｃ）大気圧イオン源で生成される試料ガス量Ｑ０がＱ１を下回る場合
（Ｑ０＜Ｑ１）（第３図（３）の状態）
生成されたガスとイオンは細管から質量分析計に取り込まれ、Ｑ１−Ｑ０に相当するガスが細管の入り口周辺から細管に吸引され、細管内で試料ガスを希釈することになる。
ここで、細管の直径ｄが０．４ｍｍ、長さＬが０．１２ｍ、大気圧イオン源の圧力Ｐ１が１０５Ｐａ、ＲＰで排気された室の圧力Ｐ２が１００Ｐａとした場合、細管のコンダクタンスＣは（１）式に従い以下のように求まる。
Ｃ＝１３４９＊｛（４＊１０−４）４／（１２＊１０−２）｝＊｛（１０５＋１０２）／２｝
＝１．４４＊１０−５（ｍ３／ｓ）
＝０．８６４（ｌ／ｍｉｎ）≒１（ｌ／ｍｉｎ）                （４）
すなわち、直径０．４ｍｍ，長さ１２ｃｍの細管を用い、細管の前後の圧力差が１気圧（１０５Ｐａ）とした場合、（２）（４）式から、一分間の流量Ｑ１＝約１（リットル・気圧／ｍｉｎ）のガスがこの細管を通過できることが分かる。
第２表に、ＬＣ／ＭＳに使われるクロマトグラフィーと、それらの典型的な流量と、それに対応したコンダクタンスＣを持つ細管（Ｑ０＝Ｑ１となる細管）の例を示す。
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汎用ＬＣの場合、イオン源に導入される溶液の流量は１（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、気体に換算してＱ０＝１（ｌ／ｍｉｎ）程度である。内径０．４ｍｍ＊長さ１２０ｍｍの細管を用いれば、Ｑ０＝Ｑ１となり、ほぼ１００％の試料ガスＱ０が、細管を通過して質量分析計に取り込まれることになる。
ミクロＬＣの場合、イオン源に導入される溶液の流量は１０（μｌ／ｍｉｎ）、気体に換算してＱ０＝１０（ｍｌ  気圧／ｍｉｎ）程度である。大気圧イオン源には試料溶液の他に、噴霧のための補助ガス，噴霧された液滴を微細化するためのバスガスなどが導入される。補助ガスやバスガスは、乾燥窒素ガスが用いられている。ミクロＬＣから導入された気体の流量は１０（ｍｌ  気圧／ｍｉｎ）であるから、（４）式で示した内径０．４ｍｍ＊長さ１２０ｍｍの細管コンダクタンスの値、約１（ｌ／ｍｉｎ）を大きく下回る。即ちＱ０＜Ｑ１であり、第３図の（３）に示すように、この差（Ｑ１−Ｑ０）を埋めるべく細管には噴霧ガス，バスガスが流入してくる。その結果、試料ガスは細管の中でＱ０／Ｑ１＝約１／１００に希釈される。
ナノスプレイの場合は、試料ガスＱ０と細管の流量Ｑ１の関係がさらに拡大して、Ｑ０≪Ｑ１となり、希釈はＱ０／Ｑ１＝１／１００，０００にも達する。希釈されたガスは差動排気系の初段の室にて拡散し、質量分析計へ到達できるイオンの数は大幅に減少する。
細管での希釈を防ぐには、大気圧イオン源に導入される試料溶液に見合ったコンダクタンスＣを持つ細管を選び、装着することが考えられる。したがって、Ｑ０＝Ｑ１になるようにすればよく、即ち、第２表の各種クロマトグラフィーに対応した細管を装着すればよいことになる。
しかしながら、この場合、大きな問題がある。通常、真空排気系は最も負荷の大きい汎用ＬＣ向きに設計されている。差動排気系の初段のＲＰは圧力１００Ｐａにおいて約毎分１リットル・気圧の気体を排気できる能力がある。第３図（２）で示した組み合わせは、汎用ＬＣとそれに見合ったコンダクタンスを持った細管（０．４ｍｍ＊１２０ｍｍ）の例である。細管を通ったガスは差動排気系初段の室（真空室１２）に入り、急激な圧力低下により急速に拡散する。直進した成分のみがスキマー１３の頂点に設けられた細孔から真空室１５に取り込まれる。広く拡散した他の成分はＲＰで排気される。
第４図に示すように、ミクロＬＣに対応して細管の内径を０．１ｍｍにすると、この細管のコンダクタンスＣは、０．４ｍｍの細管のコンダクタンス約１（ｌ／ｍｉｎ）に対して、（０．１／０．４）４倍、即ち、１０００＊（１／４）４＝３．９（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。即ち、差動排気系初段の室（真空室１２）に導入されるガスの容量が約４ｍｌ／ｍｉｎに制限されたことになる。これにより、試料ガス量Ｑ０と細管の流量Ｑ１はバランスする（Ｑ０＝Ｑ１）。しかし、大排気量のＲＰをそのまま用いると、真空ポンプの排気能力はそのままで、真空室に導入されるガス量が１／１００以下になるため、差動排気系初段の室の圧力Ｐ２は１００Ｐａから減少し、数Ｐａの低圧と成る。細管を通ったガスＱ１は差動排気系初段の室に入り、急激な圧力低下により急速に拡散するが、真空室１２の圧力Ｐ２が汎用ＬＣの場合より約２桁近い高真空のため、汎用ＬＣの場合よりも拡散は更に増進する。したがって、ミクロＬＣの場合、スキマー１３の頂点に設けられた細孔から真空室１５に取り込まれる成分は、汎用ＬＣの場合よりもずっと少なくなり、拡散による損失が大きくなる。ＣＥやナノスプレイの場合は、真空室内での拡散による損失は更に大きくなる。
以上のように、単に細管の径を変更してコンダクタンスＣを調整するのみでは、ミクロＬＣやＣＥ，ナノスプレイなどの場合、細管内でのガスの希釈、真空室での拡散などによるイオンの損失が大きく、これが感度低下の主因となってしまう。また、細管の交換には、装置の停止を必要とし、交換，再起動など極めて能率の悪い作業となる。
この問題を解決するには、真空室１２に導入されるガス量が変わっても、差動排気系の初段の室（真空室１２）の圧力を一定に保てば、真空室１２におけるイオンの損失をほぼ同じにすることが出来る。それには真空ポンプ２０の排気速度を、導入されるガス量に対応して制御することが考えられる。１００Ｐａ程度の圧力を排気する真空ポンプとしては油回転ポンプ（ＲＰ）がある。ＲＰの排気速度を外部より制御する事は困難であるが、ＲＰと真空室間にゲートバルブ等を備え、排気コンダクタンスを変更することは出来る。しかし、この手法では、最適圧力条件を求めることは困難である。更に、高価なゲートバルブを必要とするため、経済的にも有利な方法とはいえない。
そこで本発明では、細管を流れるガスの流量を、大気圧イオン源で発生するガス量に無関係にほぼ一定とし、さらに、差動排気系の初段の室（真空室１２）におけるＲＰの排気速度も変更しない手法を示す。
第１図に本発明の主要部分である、大気圧イオン源４と真空室１２の拡大図を示す。
本発明においては、大気圧イオン源４と真空室１２を結ぶ細管は、大きな内径（０．４ｍｍ）の第１の細管８と、第１の細管８の内径よりも小さな外径（０．３ｍｍ）の第２の細管１０で構成される。第１の細管８内に第２の細管１０を挿入する二重管構造である。第２の細管１０は、金属性でもフューズドシリカキャピラリでも良い。フューズドシリカキャピラリは入手しやすく、安価で使いやすい。
大気圧側には、第１の細管８と第２の細管１０を固定するシールナット３０と、第１の細管８と第２の細管１０の間の空間に、乾燥窒素ガス９を流すガス導入配管３１が配置される。この窒素ガスの流量をニードルバルブ２４などにより外部から制御できるようにしておけば、真空室１２の圧力を最適なものに保つことが出来る。また、導入する窒素ガスを加熱するヒータ２３をガス導入配管３１上に配置すれば、第２の細管１０を効率よく加熱することも出来る。
また、第１及び第２の細管８，１０を加熱するために、ヒータ３２を内蔵した金属ブロック３３が、第１の細管８を被覆している。
第２の細管１０は、第１の細管８よりも長く、シールナット３０により金属ブロック３３に固定される。第２の細管１０の大気圧側の先端部４０は、大気圧イオン源４の大気中７に突き出ている。そのため、第２の細管１０は、噴霧プローブ３から噴霧されたガスとイオン６を吸引出来るようになっている。第１の細管８は、シールナット３０により、大気中７とは連通せず、ガス導入配管３１とのみ連通する。
第１及び第２の細管８，１０は、大気圧イオン源４と差動排気系の初段の室となる真空室１２の間を隔てる隔壁１１を貫くように配置されている。噴霧成分のガスとイオンは、第２の細管１０中を流れ、窒素ガスや他のガスによる希釈は極力受けないようになっている。窒素ガス９は、第１の細管８と第２の細管１０の間隙を流れ、真空ポンプ２０により排気された真空室１２に放出される。ここで窒素ガスは圧力の急激な減少により、急速に拡散する。分子の拡散速度が音速に達すると、そこに衝撃波が形成される。そのため、細管の末端４１から樽状の衝撃波３５と前方にはマッハデスク３６が形成される。真空室１２と隣接した真空室１５を隔てる隔壁１４上に設けられたスキマー１３の先端部は、マッハデスクの中に挿入されるように配置される。スキマー１３の先端部に設けられた細孔３９からイオンをサンプリングする。
第２の細管１０の末端部４１は、第１の細管８の末端３４よりスキマー１３側に突き出ている。そのため、第２の細管１０の末端は、形成された樽状衝撃波内３７に位置するようになる。樽状衝撃波内３７のガス分子は断熱的に膨張と拡散をするため、整然と下流３８に向け並進運動を行う。そのため、この領域（樽状衝撃波内３７）は、特に“Ｓｉｌｅｎｃｅ  Ｚｏｎｅ”と呼ばれている。一方、衝撃波３５やマッハデスク３６においては、ガス分子は断熱圧縮され、衝撃波３５を超えた領域は、ランダムな熱運動の領域となる。第６図に示すように、第２の細管１０の出口が樽状衝撃波内３７中に位置しているため、第２の細管１０を通り樽状衝撃波内３７中に放出されたイオン流の拡散は最小にとどめることが出来る。並進運動をしている周囲の窒素ガスは、イオン流のシースガスとして働き、拡散希釈を極力小さく出来る。そのため、イオン流は樽状衝撃波内３７中を下流に向け直線状に移動し、スキマー１３の先端部の細孔３９から次の真空室１５を経て質量分析計が置かれた高真空室１９に送り込まれ質量分析計１７により質量分析される。一方、第１の細管８から放出された窒素ガスの大半はスキマー１３により排除され、真空ポンプ２０により排気される。
本発明のように、イオンを含む試料ガス用の細管と、窒素ガス用の細管を独立させることにより、微小流量の試料ガスの場合は、従来の一つの細管の場合と異なり、細管内で微小流のガスを希釈せずに真空室１２に送り込むことができる。第５図に、単一の細管を有する従来の構造でのガスの流れ（第５図（１））と、本発明の構造でのガスの流れ（第５図（２））を示す。第５図（１）の場合、試料ガス流量と細管内の流量の関係は、Ｑ０′≪Ｑ１である。第５図（２）の場合、試料ガス流量と細管内の流量の関係は、Ｑ０′＝Ｑ１′≪Ｑ２である。したがって、第５図（２）に示す本発明の構造の場合、真空室１２に導入されるガスの大半は、第１の細管８と第２の細管１０の間を流れる窒素ガスである。そのため、この窒素ガスの流量を制御しておけば、真空室１２の圧力を最適なものに保つことが出来る。窒素ガスの流量の制御は、ニードルバルブ２４を調整することで簡単に行える。結果として、細管内での希釈や真空室１２での拡散排気によるイオンの損失を防ぐことが出来る。
また、本発明の構造によれば、ＭＳの真空ポンプの動作を停止することなく、第２の細管１０を容易に交換することが出来る。第２の細管１０を交換する場合、装置の真空排気は継続したまま、シールナット３０を緩め、第２の細管１０を引き抜けば良い。その際に空気が第１の細管８から吸引されるが、質量分析計の真空には影響を与えない。新しい第２の細管１０をシールナット３０に装着して、再び第１の細管８に挿入し、２つの細管間に窒素ガスを流せば、第２の細管１０の交換は完了する。真空の安定と細管温度の安定化のため３０分ほど待てばＬＣ／ＭＳ測定が再開できる。
実際の測定でよく遭遇するトラブルは、第２の細管１０が試料の析出やゴミなどにより詰まることである。この場合も本発明によれば、装置全体を停止させたり、真空ポンプを停止させる必要はなく、簡単に第２の細管１０を取り替えることが出来る。
また、この第２の細管１０の交換容易性を利用して、接続されるＬＣの流量に応じて第２の細管１０を最適なものに変更することで、イオンの透過効率を向上させることが出来る。
例えば、第２表に示したように、セミミクロＬＣが接続される場合、内径０．２ｍｍ以下の第２の細管１０を選択し装着する。ミクロＬＣが接続される場合、内径０．１ｍｍ以下の第２の細管１０を選択し装着する。ＣＥ（ナノスプレイ）が接続される場合、内径０．０２ｍｍ以下の第２の細管１０を選択し装着する。そして、微調整として、ニードルバルブ２４で窒素ガスの量を調整することで、常に最適な状態にすることが出来る。尚、汎用ＬＣを接続する場合は、第２の細管１０を除去し、第１の細管８のみの状態にして測定を行えばよい。
以上、大気圧イオン源としてＥＳＩイオン源について記述してきたが、本発明は他の大気圧イオン源、例えば大気圧化学イオン化イオン源（ＡＰＣＩイオン源）にも適用できる。この場合、流量が大きく異なるクロマトグラフィーとＡＰＣＩの組み合わせになる。ＡＰＣＩは、気化，イオン化の後、ＥＳＩと同じ動作をするため、本発明を適応できる。
また、本発明においては質量分析計を特に限定しない。現在広く使用される四重極ＭＳ（ＱＭＳ），イオントラップ，磁場型ＭＳ，ＴＯＦＭＳなどに適応できる。
本発明によれば、流量の大きく異なるクロマトグトグラフィー対応し、常に高感度分析が達成できる大気圧イオン化質量分析装置を提供することができる。更に、メインテナンスの大幅な簡素化も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の概略構成図である。
第２図は、大気圧イオン源４と真空室１２の拡大図である。
第３図は、試料流量の差異による動作の違いを説明するための図である。
第４図は、細管を細くした場合の動作を説明するための図である。
第５図は、細管が単独の場合と複数の場合の差異を説明するための図である。
第６図は、本発明の動作を説明するための図である。
第７図は、従来技術によるＬＣ／ＭＳの概略構成図である。
【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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【国際調査報告】
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