(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体クロマトグラフによって時間的に分離した試料成分を大気圧化学イオン化法を用いたイオン化手段によりイオン化し、該イオンを質量分析部へ導入する液体クロマトグラフ質量分析装置に於いて、該イオン化手段は、
成分分離した試料液を略大気圧中に噴霧する噴霧手段と、
該噴霧前方にあって移動相溶媒分子をイオン化するための複数の放電電極と、
を備え、前記複数の放電電極のうちの少なくとも１つを、その先端が前記噴霧手段の中心軸から径方向に正イオンの生成に適した距離だけ離れて位置するように設けるとともに、少なくとも他の１つを、その先端が前記噴霧手段の中心軸から径方向に負イオンの生成に適した、前記正イオンの生成に適した距離よりも長い距離だけ離れて位置するように設けることを特徴とする液体クロマトグラフ質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体クロマトグラフ質量分析装置（以下「ＬＣ／ＭＳ」と略す）に関し、更に詳しくは、液体クロマトグラフ部と質量分析部との間に配置される大気圧イオン化インタフェイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣ／ＭＳでは、液体クロマトグラフ部（ＬＣ）のカラムから時間的に分離して溶出する試料液を、イオン化して質量分析部（ＭＳ）へと導入するためのインタフェイスが用いられる。このイオン化インタフェイスには、試料液を加熱、高速気流、高電界等を利用して霧化させつつ気体イオンを生成するイオン化装置を含む。このようなイオン化装置には、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）やエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）などの、いわゆる大気圧イオン化法が広く使用されている。ＡＰＣＩでは、例えばＬＣのカラムの末端に接続されたノズルを略大気圧にあるイオン化室内に向けて開口して配設し、そのノズル先端の前方に針状の放電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試料液の液滴に、放電電極からのコロナ放電により生成した溶媒イオン（バッファイオン）を化学反応させてイオン化を行なう。一方、ＥＳＩでは、ノズルの先端部に数ｋＶ程度の高電圧を印加して強い不平等電界を発生させる。試料液は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て霧化する。周囲の空気に触れて液滴中の溶媒は蒸発し、気体イオンが発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたイオン化装置では、試料分子から電子を奪って正イオン化する場合と、試料分子に電子を供与して負イオン化する場合とがあり、主として試料成分の種類に応じて両者が使い分けられる。ＡＰＣＩでは、正イオン化を行う場合と負イオン化を行う場合とで、イオン生成効率が最良となるような放電電極の位置が必ずしも一致しない。そのため、従来のこの種の装置では、何れか一方のイオン化のみを行えばよい場合には、そのイオン化に最良の条件となるように放電電極の位置を調整した上で分析を行うようにしている。しかしながら、試料の種類によっては、正イオンになり易いものと負イオンになり易いものとが混在している場合があり、このような試料を分析するためには、両者のイオン生成効率がともに最良ではないものの適当に妥協した位置に放電電極を配置せざるをえなかった。そのため、ＭＳ部へ導入されるイオンの数が相対的に少なくなり、分析精度や感度を十分に高くすることができないという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ＡＰＣＩにより正イオン化、負イオン化の何れを行う場合であっても、イオン生成効率を最良又はそれに近い状態に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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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によって時間的に分離した試料成分を大気圧化学イオン化法を用いたイオン化手段によりイオン化し、該イオンを質量分析部へ導入する液体クロマトグラフ質量分析装置に於いて、該イオン化手段は、成分分離した試料液を略大気圧中に噴霧する噴霧手段と、該噴霧前方にあって移動相溶媒分子をイオン化するための複数の放電電極と、を備え、前記複数の放電電極のうちの少なくとも１つを、その先端が前記噴霧手段の中心軸から径方向に正イオンの生成に適した距離だけ離れて位置するように設けるとともに、少なくとも他の１つを、その先端が前記噴霧手段の中心軸から径方向に負イオンの生成に適した、前記正イオンの生成に適した距離よりも長い距離だけ離れて位置するように設けることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態、及び効果】
噴霧手段による噴霧方向の中心軸と放電電極先端との間の距離と、イオン生成効率との関係は、ほぼ図５に示すようになり、放電電極の先端が中心に近い場合に正イオンが生成され易く、放電電極の先端が外周側にある場合には逆に負イオンが生成され易い。そこで、本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置では、少なくとも１つの放電電極を正イオンの生成に最適な位置に設け、少なくとも他の１つの放電電極を負イオンの生成に最適な位置に設け、両放電電極に正イオン化又は負イオン化に応じて正極性又は負極性の高電圧を印加する。この電圧印加により両放電電極からともにコロナ放電が発生するが、正イオン化又は負イオン化に応じて、何れか一方の放電電極から発生したコロナ放電によってイオン化された移動相溶媒分子イオンが試料分子のイオン化に大きく寄与する。
【０００７】
したがって、この発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置によれば、正イオン化、負イオン化の何れを行う場合でも、イオン生成効率をほぼ最良な状態にすることができる。これにより、質量分析部に導入するイオンの数が増加し、分析精度や感度が向上する。また、正イオン化又は負イオン化の何れか一方のみを行う場合に、従来のように放電電極の位置を一々調整する手間が省け、効率的に分析作業を行うことができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例によるＬＣ／ＭＳを図面を参照して説明する。図１は本実施例のＬＣ／ＭＳの全体構成図である。
ＬＣ部１０にあっては、送液ユニット１２が移動相容器１１から移動相を吸引し、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て、異なる時間遅延でもってカラム１４から溶出する。
【０００９】
イオン化インタフェイス２０はイオン化室２１を含み、イオン化室２１にはカラム１４の末端に接続されたイオン化プローブ２２が配設されている。また、ＭＳ部３０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中間室３１、第２中間室３４とが設けられている。質量分析室３７には四重極フィルタ３８及びイオン検出器３９が設けられ、それらの中間にある第１中間室３１及び第２中間室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中間室３１との間は細径の脱溶媒管２４を介して、第１中間室３１と第２中間室３４との間は極小径の通過孔を有するスキマー３３を介してのみ連通している。
【００１０】
イオン化室２１内は、イオン化プローブ２２から連続的に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっている。一方、質量分析室３７内は、質量分析のためにターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）４２により約１０−３〜１０−４Ｐａの高真空状態まで真空排気される。このように真空度の差の大きいイオン化室２１と質量分析室３７との間に、イオンを通過させるための穴を設けなければならないことから、それらの間に第１及び第２中間室３１、３４を設け、段階的に真空度を上げるようにしている。具体的には、第１中間室３１内はロータリポンプ（ＲＰ）４０により約１０２Ｐａまで、第２中間室３４内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）４１により約１０−１〜１０−２Ｐａまで真空排気される。
【００１１】
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、後述するように移動相溶媒イオンとの化学反応によって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中間室３１との圧力差により脱溶媒管２４中に引き込まれる。第１イオンレンズ３２は、その電界により脱溶媒管２４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（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみが四重極フィルタ３８中央の長手方向の空間を通り抜け、イオン検出器３９に到達しイオン電流として検出される。
【００１２】
図１に示すように、脱溶媒管２４の入口開口２３の中心軸Ｐは、後段のイオン光軸Ｓに対して約４５°下方を向いている。これに対し、試料液を噴霧するイオン化プローブ２２の中心軸Ｃは、入口開口２３の中心軸Ｐに対してほぼ直交する方向に試料液を噴霧するようにチャンバに取り付けられている。また、イオン化プローブ２２からの噴霧方向前方には、噴霧された試料液を回収するためのドレイン２５が設けられている。即ち、噴霧後に発生した試料イオンを含む試料液滴の多くは入口開口２３を通して脱溶媒管２４に入り込み、残りの液滴は液体としてドレイン２５から回収される。
【００１３】
図２は図１中のイオン化プローブ２２周辺の詳細図、図３はイオン化プローブ２２内部の概略構成及び要部の電気的構成を示す図である。図２に示す通り、イオン化プローブ２２は、試料液を噴霧するスプレー部２２１と、そのスプレー部２２１からの噴霧前方に２本の針状の放電電極２２２、２２３（第１放電電極２２２、第２放電電極２２３）を備えている。スプレー部２２１は、図３に示すように、試料液が流通するキャピラリ２２４と同軸に外筒としてネブライズ管２２５を備えており、キャピラリ２２４の先端に達した試料液はネブライズ管２２５から噴き出すネブライズガス（通常Ｎ２ガス）の助けを受けて小さな液滴となって噴出する。その前方の空間はヒータ２２６で囲繞されており、ヒータ２２６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２２２、２２３に高電圧発生部５１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。
【００１４】
図４は放電電極２２２、２２３の位置を図３に於いて右方から見た状態を示す図、図５はイオン化プローブ２２（つまり噴霧）の中心軸Ｃと放電電極先端との径方向の距離と、イオン生成効率との関係を示すグラフである。図５に示すように、放電電極が中心軸Ｃに近い位置に在る場合には正イオンが生成され易く、中心軸Ｃから離れた位置に在る場合には逆に負イオンが生成され易い。そこで、図４に示すように、第１放電電極２２２は正イオンの生成効率が最良となる位置（ここでは距離ｄ１の位置）に、他方、第２放電電極２２３は負イオンの生成効率が最良となる位置（ここでは距離ｄ２の位置）に、予めその位置が調整される。
【００１５】
分析時には、制御部５０は正イオン化、負イオン化の何れを行うのかによって正極性又は負極性の高電圧を発生するように高電圧発生部５１を制御する。これに応じて、２本の放電電極２２２、２２３には同一の高電圧が印加され、両放電電極２２２、２２３からコロナ放電が生じる。何れのコロナ放電によっても溶媒ガス分子はイオン化されるが、図５に示したように、一方の放電電極がより大きくイオンの生成に寄与し、他方の放電電極の寄与は非常に小さい。正イオン化、負イオン化の何れを行うのかに応じて、イオンの生成に大きく寄与する放電電極は相違するものの、何れにしても高いイオン生成効率を達成することができる。
【００１６】
上記実施例では、放電電極２２２、２２３の位置について中心軸Ｃとの距離のみを調整するようにしていたが、中心軸Ｃの延伸方向の位置調整も加えるようにしてもよい。ただし、イオン生成効率に大きく関係するのは中心軸Ｃとの間の距離であり、これのみの調整で十分な効果が得られる。また、放電電極は更に多数設けてもよい。
【００１７】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例によるＬＣ／ＭＳの要部の全体構成図。
【図２】  図１中のイオン化プローブ周辺の詳細図。
【図３】  イオン化プローブ内部の概略構成及び要部の電気的構成図。
【図４】  放電電極の位置を図３に於いて右方から見た状態を示す図。
【図５】  イオン化プローブ（噴霧）の中心軸Ｃと放電電極先端との径方向の距離と、イオン生成効率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…ＬＣ部
１４…カラム
２０…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…スプレー部
２２２、２２３…放電電極
２２４…キャピラリ
２２５…ネブライズ管
２２６…ヒータ
２３…入口開口
２４…脱溶媒管
２５…ドレイン
３０…ＭＳ部
５０…制御部
５１…高電圧発生部
【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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