(57)【要約】  【課題】適切にイオン化できず質量分析部では分析漏れとなるような化合物についての情報を、簡単な構成の追加によって補完的に検出する。  【解決手段】大気圧イオン化インタフェイスの試料液管２２１からイオン化室内に噴霧された試料液滴の噴霧流２７の先端部側に、噴霧流を横切るように測定光を照射する光照射部２５と、噴霧流中での散乱光や吸収光を検出するための光電子増倍管２６とを配置する。噴霧された液滴から移動相が気化する過程で試料はイオン化され、イオンは脱溶媒管２３に吸い込まれるが、それ以外に単に移動相が気化した試料の微粒子が噴霧流には多数存在する。光照射部２５から発した測定光に対応した散乱光や吸収光を光電子増倍管２６で検出することで、簡易的な蒸発光散乱検出を行うことができ、この検出結果を質量分析結果を補完するために利用することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体クロマトグラフのカラムから溶出した試料液に含まれる試料成分を大気圧イオン化インタフェイスによりイオン化して質量分析する液体クロマトグラフ質量分析装置において、
a)略大気圧雰囲気にあるイオン化室内へ試料液を噴霧する噴霧手段と、
b)該噴霧手段により噴霧された試料液滴から発生するイオンを収集して後段へと輸送するためのイオン輸送手段と、
c)前記噴霧手段により噴霧された試料液の噴霧流に向けて測定光を照射する光照射手段と、
d)該光照射手段より照射された測定光が噴霧流に当たって散乱した光及び／又は吸収を受けた後の光を検出する光検出手段と、
を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ質量分析装置。
【請求項２】
前記噴霧手段から噴霧され略円錐形状に拡がる噴霧流の周縁部に測定光が当たるように前記光照射手段により光を照射することを特徴とする請求項１に記載の液体クロマトグラフ質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフの検出器として質量分析装置を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフでは分析目的や試料の種類などに応じて様々な検出器が利用されているが、近年、高い成分選択性と定性分析能力を有する質量分析装置を検出器とした液体クロマトグラフ質量分析装置（以下「ＬＣ／ＭＳ」と称す）が盛んに利用されるようになってきている。ＬＣ／ＭＳでは、ＬＣ部のカラムから溶出する液体試料に含まれる試料成分を気体イオンにするために大気圧イオン化インタフェイスが用いられる。代表的な大気圧イオン化法としては、エレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）や大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）などが知られている。
【０００３】
ＥＳＩでは、液体試料を導入したノズルの先端部に数ｋＶ程度の高電圧を印加し、強い不平等電界を発生させる。液体試料はノズル中を流れる際にこの電界により電荷分離し、クーロン引力により引きちぎられるように霧化する。そして、周囲の乾燥空気に触れて液滴中の溶媒が蒸発する過程で気体イオンが発生する。こうした原理から、ＥＳＩは高極性化合物や熱に不安定な化合物のイオン化に適しているが、低極性又は無極性の化合物には適さない。他方、ＡＰＣＩでは、ノズルの先端の前方に針電極を配置しておき、ノズルにおいて加熱により霧化した液体試料の液滴に、針電極からのコロナ放電により生成したキャリアガスイオンを化学反応させてイオン化を行う。こうした原理から、ＡＰＣＩは比較的低極性である化合物から極性化合物などのイオン化に適するが、高極性化合物や熱に不安定な化合物には適さない。
【０００４】
従来のＬＣ／ＭＳでは、大気圧イオン化インタフェイスをＥＳＩとＡＰＣＩとで切り替えて（例えばプローブを交換して）分析を行えるようになっているが、上述したようにイオン化に適した化合物が異なるため、物質の種類が全く未知であるような試料を分析する際には、いずれか一方の大気圧イオン化インタフェイスのみで分析を行った場合には、分析漏れが生じる可能性がある。しかしながら、大気圧イオン化インタフェイスを切り替えて２回の測定を行うのは大変に面倒であり、試料の量も余分に必要となる。また、無極性化合物や低極性の中でも特に極性の低いほうの化合物ではＡＰＣＩでもイオン化できないか、イオン化できても感度が非常に低く実用的でなくなる。
【０００５】
こうした質量分析装置での分析漏れを補うために、従来知られている液体クロマトグラフの他の検出器を併用するという手法も考えられる。すなわち、液体クロマトグラフのカラムから溶出した液体試料を分岐して一方を質量分析装置に導入し、他方を紫外可視分光光度計や蒸発光散乱検出器などに導入し、同時に検出を行うようにする。こうした装置として特許文献１に記載のＬＣ／ ＭＳが知られている。このＬＣ／ＭＳでは、大気圧イオン化インタフェイスのノズルから噴霧された微小液滴の一部を蒸発管の中に吸引し、蒸発管を通過する際に液滴中の溶媒の気化を促進させ、微粒子化した目的化合物にレーザ光を照射してその散乱光を検出している。これによって、質量分析部による試料の分析と蒸発光散乱検出器による分析とを並行して行うことができる。
【０００６】
しかしながら、こうした構成では、装置が大掛かりになることが避けられず、装置の小型化が困難になるとともに価格も高価になる。また、本来は試料分子をイオン化するためにノズルから噴霧された液滴の一部を強制的に吸引してしまうことによって、質量分析部に導入されるイオンの量が減少し分析感度が下がるという危惧もある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３７２５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主な目的は、ＬＣ／ＭＳを基本とする簡単な構成の変更・追加によって、質量分析部では検出が困難であるような成分についての情報を質量分析と並行して簡便に取得することができる液体クロマトグラフ質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、液体クロマトグラフのカラムから溶出した試料液に含まれる試料成分を大気圧イオン化インタフェイスによりイオン化して質量分析する液体クロマトグラフ質量分析装置において、
a)略大気圧雰囲気にあるイオン化室内へ試料液を噴霧する噴霧手段と、
b)該噴霧手段により噴霧された試料液滴から発生するイオンを収集して後段へと輸送するためのイオン輸送手段と、
c)前記噴霧手段により噴霧された試料液の噴霧流に向けて測定光を照射する光照射手段と、
d)該光照射手段より照射された測定光が噴霧流に当たって散乱した光及び／又は吸収を受けた後の光を検出する光検出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
大気圧イオン化インタフェイスでは、略大気圧雰囲気にあるイオン化室内に例えばネブライズガスの助けを受けて試料液を噴霧する。大気圧化学イオン化法による場合には、加熱によって液滴中の移動相（溶媒）を気化させ、コロナ放電で生成したキャリアガスイオンを試料分子と反応させてイオン化を行う。一方、エレクトロスプレイイオン化法による場合には、液滴を噴霧する際に電荷を付与し、液滴から移動相が蒸発する過程でイオンを発生させる。こうして発生したイオンは微小液滴が入り混じった状態でイオン輸送手段により収集されて後段へと輸送されるが、噴霧流の先端部に近い部分では、液滴中の移動相が気化した状態である試料（化合物）の微粒子が多数存在する。光照射手段から出射した測定光がこうした微粒子に当たると散乱や吸収が生じるから、光検出手段により散乱光や吸収を受けた後の光を検出することにより試料を検出することができる。すなわち、光照射手段と光検出手段とにより簡易的な蒸発光散乱検出器を構成することができる。
【００１１】
こうした蒸発光散乱による検出では、噴霧手段からの噴霧流において液滴中の移動相の蒸発が不十分である場合には十分な感度が得られない。一般的に、噴霧流の中で中心軸に近い部分では液滴の密度が高いために液滴同士が接触して大きな液滴を生じ易く、上記のような蒸発光散乱検出の条件にはあまり適さない。そこで、好ましくは、前記噴霧手段から噴霧され略円錐形状に拡がる噴霧流の周縁部に測定光が当たるように前記光照射手段により光を照射する構成とするとよい。この構成によれば、相対的に試料の微粒子が多い部分に測定光が照射されるので、蒸発光散乱検出の感度を上げるのに有利である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置によれば、大気圧イオン化インタフェイスによってイオン化されにくい試料成分について蒸発光散乱検出により補完的な情報を得ることができるので、分析漏れを軽減することができ、分析の正確性を向上させることができる。また、本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置では、イオン化室内に蒸発光散乱検出のための光照射手段及び光検出手段を設ければよく、別途、蒸発管やアスピレータなどを設ける必要がないので、装置構成が簡単であり、装置のサイズが大きくならずに済みコスト的にも有利である。さらにまた、蒸発光散乱検出によって質量分析に利用されるイオンの収集や輸送を妨害することがないので、質量分析部の分析感度に影響を及ぼすこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例であるＬＣ／ＭＳについて図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＬＣ／ＭＳの要部の構成図、図２は本実施例の特徴である大気圧イオン化インタフェイスの構成図である。
【００１４】
ＬＣ部１にあっては、送液ユニット１２が移動相容器１１から移動相（溶離液）を吸引し、一定の送液量を維持しつつ試料注入部１３へと送給する。試料注入部１３では所定のタイミングで試料液を移動相中に注入する。試料液が混入された移動相はカラム１４に送られ、カラム１４を通過する間に成分毎に分離され、それぞれ時間的にずれてカラム１４から溶出して大気圧イオン化インタフェイス２に到達する。
【００１５】
大気圧イオン化インタフェイス２はイオン化室２１を含み、イオン化室２１内にはカラム１４の末端に接続されたイオン化プローブ２２の先端部が突設されている。イオン化室２１内部の構成については後で詳細に説明する。
【００１６】
ＭＳ部３にあっては、質量分析室３７と、上記イオン化室２１との間にそれぞれ隔壁で隔てられた第１中間真空室３１及び第２中間真空室３４が設けられている。質量分析室３７内には質量分離部としての四重極フィルタ３８とイオン検出器３９とが設けられ、それらの中間にある第１中間真空室３１及び第２中間真空室３４にはそれぞれ第１イオンレンズ３２及び第２イオンレンズ３５が設けられている。イオン化室２１と第１中間真空室３１との間は細径の脱溶媒管２３を介して、第１中間真空室３１と第２中間真空室３４との間は極小径の通過穴を頂部に有する円錐形状のスキマー３３を介して連通している。
【００１７】
イオン化室２１内は、イオン化プローブ２２からほぼ連続的に供給される液体試料の気化分子によってほぼ大気圧雰囲気になっている。また、第１中間真空室３１内はロータリポンプ４０により約１０2[Pa]まで、第２中間真空室３４内はターボ分子ポンプ４１により約１０-1〜１０-2[Pa]まで真空排気され、さらに質量分析室３７内はターボ分子ポンプ４２により約１０-3〜１０-4[Pa]の高真空状態まで真空排気される。このようにイオン化室２１、第１中間真空室３１、第２中間真空室３４、質量分析室３７と、段階的に真空度を上げるような多段差動排気系の構成とすることにより、質量分析室３７内の高い真空度を維持するようにしている。
【００１８】
大気圧イオン化インタフェイス２及びＭＳ部３における分析動作を説明すると、試料液はイオン化プローブ２２の先端からイオン化室２１内に噴霧され、後述するように噴霧流中の試料分子はイオン化される。発生したイオンは未だイオン化していない微小液滴とともに、イオン化室２１と第１中間真空室３１との差圧により脱溶媒管２３中に引き込まれる。第１イオンレンズ３２は、その電場により脱溶媒管２３を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー３３の通過孔近傍に収束させる。スキマー３３の通過孔を通って第２中間真空室３４に導入されたイオンは、第２イオンレンズ３５により収束及び加速された後、小孔３６を通って質量分析室３７へと送られる。質量分析室３７では、特定の質量数を有するイオンのみが四重極フィルタ３８を通り抜け、イオン検出器３９に到達しイオン電流として検出される。
【００１９】
この実施例のＬＣ／ＭＳでは、イオン化プローブ２２を交換することによってＥＳＩ又はＡＰＣＩを選択的に行うことができる。
ＥＳＩの場合、図２（ａ）に示すように、試料液を噴霧するイオン化プローブ２２は、試料液が供給される試料液管２２１と、試料液管２２１と同軸であって外筒として取り囲むように配設されたネブライズガス管２２２とを有し、ネブライズガス管２２２又はその周囲に設けられた金属筒に直流電源２２３より高電圧が印加される。この電圧による電場の影響で、試料液管２２１を流れて来る試料液は片寄って帯電しており、その状態でネブライズガス管２２２から噴出するネブライズガス（通常Ｎ2ガス）の助けを受けて微小液滴となって噴出する。噴出した微小液滴は周囲の乾燥窒素ガスに接触し、液滴中の移動相や溶媒が急速に蒸発し液滴のサイズは小さくなる。すると、帯電電荷の斥力によって液滴は細かく分裂し、その過程で試料分子に由来する気体イオンが発生する。
【００２０】
イオン化プローブ２２は脱溶媒管２３の入口開口の中心軸に対してほぼ直交する方向に試料液を噴霧し、その噴霧流２７はほぼ円錐形状に広がりながら進行する。その進行の過程で上述したように試料イオンが生成され、イオンは液滴が入り混じった状態で脱溶媒管２３に吸い込まれる。但し、噴霧流２７では全ての試料がイオン化されて脱溶媒管２３に吸引されるわけではないから、噴霧流２７中には液滴から単に移動相が蒸発した状態である試料の微粒子も多数含まれる。また、試料にはイオン化されにくい化合物もあるから、こうした化合物ではその多くが微粒子の状態で噴霧流２７の先端部に近い部分に存在する。
【００２１】
このＬＣ／ＭＳでは、こうした試料を検出するために、噴霧流２７の先端部に近い側で噴霧流２７を横切るように測定光を照射する発光源２５と、測定光に対して噴霧流２７中で散乱された光や吸収を受けた光を検出するための光電子増倍管２６とが適宜の位置に配置されている。図３は、図２（ａ）の構成を噴霧流２７の中心軸Ｃに直交する面内でみたときの概略図である。発光源２５から照射される測定光は噴霧流２７の周縁部を横切るようにその光路が設定されている。噴霧流２７の中心軸Ｃ近傍は液滴の密度が高いために液滴同士が接触する確率が高く、液滴が大きくなって移動相が蒸発しにくい。逆に噴霧流２７の周縁部では液滴のサイズが小さく移動相の蒸発が促進されて、相対的に試料の微粒子が存在する確率が高い。そこで、このように噴霧流２７の周縁部に測定光を当てることによって、ここでの測定対象である試料の微粒子に効率良く測定光を照射して検出感度を高めることができる。
【００２２】
なお、脱溶媒管２３に吸い込まれた以外の試料液やガスは、最終的に噴霧流２７の前方に設けられているドレイン２４からイオン化室２１外に排出される。
【００２３】
図１に示すように、光電子増倍管２６の検出出力はＭＳ部３のイオン検出器３９の検出出力とともにデータ処理部４３に送られ、データ処理部４３で演算処理が行われて例えばマススペクトル、マスクロマトグラム、トータルイオンクロマトグラムのほか、散乱光の強度変化を示すクロマトグラムなどが作成される。発光源２５と光電子増倍管２６との組み合わせにより、ＭＳ部３では検出できない又は検出できても非常に感度の低いような化合物を検出することができるので、ＭＳ部３による結果を補完して、より分析精度を高めることができる。
【００２４】
ＡＰＣＩの場合には、図２（ｂ）に示すように、試料液管２２１、ネブライズガス管２２２に、試料液管２２１開口の前方空間を囲繞するヒータ２２４、及びさらにその前方に設けられた針状の放電電極２２５を一体化したイオン化プローブ２２を使用する。試料液管２２１の先端に達した試料液（ＥＳＩと異なり帯電はしていない）はネブライズガス管２２２から噴き出すネブライズガスの助けを受けて微小液滴となって噴出する。その前方空間はヒータ２２４で囲繞されているから、このヒータ２２４の加熱によって液滴中の溶媒は気化して溶媒ガスとなる。放電電極２２５に図示しない高電圧源から高電圧が印加されるとコロナ放電を生じ、溶媒ガス分子は溶媒イオンとなる。この溶媒イオンと液滴中の試料分子とが化学反応し、試料分子はイオン化されて試料イオンとなる。この場合でも、略円錐状に広がる噴霧流２７の先端部に近い位置を測定光が横切るように発光源２５と光電子増倍管２６とを配置することは上記ＥＳＩの場合と同じである。このＡＰＣＩの場合、ヒータ２２４による加熱によって液滴からの移動相の気化はＥＳＩの場合よりも効率的に行われる。したがって、ＥＳＩの場合よりも検出感度が上がることが期待できる。
【００２５】
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を加えることができることは明らかである。例えば、上記実施例では大気圧イオン化インタフェイスとして代表的なＥＳＩとＡＰＣＩとについてのみ説明したが、他のイオン化手法、例えば噴霧流中にレーザを照射する等の方法によるイオン化にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例である液体クロマトグラフ質量分析装置の要部の構成図。
【図２】本実施例のＬＣ／ＭＳにおける大気圧イオン化インタフェイスの概略図。
【図３】本実施例のＬＣ／ＭＳにおける大気圧イオン化インタフェイスを軸Ｃに直交する面でみたときの概略図。
【符号の説明】
【００２７】
１…ＬＣ部
１４…カラム
２…大気圧イオン化インタフェイス
２１…イオン化室
２２…イオン化プローブ
２２１…試料液管
２２２…ネブライズガス管
２２３…直流電源
２２４…ヒータ
２２５…放電電極
２３…脱溶媒管
２５…発光源
２６…光電子増倍管
２７…噴霧流
３…ＭＳ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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