(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側室内で液体試料をノズルから噴霧し、噴霧された液滴を高圧側室内の圧力と低圧側室内の圧力との差圧により両者を連通する脱溶媒管を介して低圧側室内に導入する機構を有する液体クロマトグラフ質量分析装置において、脱溶媒管の近傍に加熱ブロックを設け、加熱ブロックと脱溶媒管の入口側端部の双方に接触し、脱溶媒管の入口側端部の周囲を覆う穴を備えた取り外し可能な熱伝達部材を設けた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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、典型的な液体クロマトグラフ質量分析装置には、イオン化室１１、質量分析検出室１４、及び、それらの間にそれぞれ隔壁で隔てられた第１中間室１２及び第２中間室１３が設けられている。イオン化室１１には、液体クロマトグラフ装置のカラムの出口端に接続されたノズル１５が配設される。質量分析検出室１４にはマスフィルタ１６及びイオン検出器１７が設けられ、それらの中間にある第１及び第２中間室１２，１３にはそれぞれ第１イオンレンズ１８及び第２イオンレンズ１９が設けられている。イオン化室１１と第１中間室１２との間は細径のサンプルコーンや脱溶媒管２０を介して、第１中間室１２と第２中間室１３との間は極小径の通過孔（オリフィス）を有するスキマー２１を介してのみ連通している。
【０００３】
イオン化室１１内はノズル１５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、質量分析検出室１４内は質量分析のためにターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２７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１１と質量分析検出室１４との間に、イオンを通すための穴を設けなければならないことから、両者１１、１４の間に第１及び第２中間室１２，１３を設け、徐々に真空度を上げるようにしているのである。なお、第１中間室１２内はロータリポンプ（ＲＰ）２５により約１０２Paまで、第２中間室１３内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２６により約１０−１〜１０−２Paまで真空排気される。
【０００４】
試料液はノズル１５からイオン化室１１内に噴霧され、液滴中の溶媒が蒸発する過程で試料分子はイオン化される。未だイオン化していない液滴とイオンを含むミスト（霧）はイオン化室１１と第１中間室１２との圧力差によりサンプルコーンや脱溶媒管２０の中に引き込まれ、脱溶媒管２０を通過する過程で更にイオン化が進む。第１中間室１２内には第１イオンレンズ１８が設けられており、その電界により脱溶媒管２０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２１のオリフィス近傍に収束させる。スキマー２１のオリフィスを通って第２中間室１３に導入されたイオンは、第２イオンレンズ１９により収束及び加速された後、質量分析検出室１４へと送られる。質量分析検出室１４では、特定の質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみがマスフィルタ１６中央の長手方向の空間を通り抜け、イオン検出器１７に到達して検出される。
【０００５】
イオン化室１１では、ノズルから噴霧される液体試料を加熱、高速気流、高電界等によって霧化し、イオン化する。例えば、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）では、スプレーノズル１５先端の前方に針電極を配置しておき、スプレーノズル１５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（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、エレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）では、スプレーノズル１５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。液体試料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る。液滴中の溶媒は周囲の空気に触れて蒸発し、気体イオンが発生する。
【０００６】
しかし、これらの方法だけでは未だイオン化は不十分であり、多くの液滴はイオン化することなく、そのままサンプルコーンや脱溶媒管２０に吸引される。液滴は質量も大きく、電気的にほぼ中性であるため、第１、第２中間室１２、１３のイオンレンズ１８、１９や質量分析検出室１４のマスフィルタ１６において電界の影響をほとんど受けることなく通過してしまい、検出器１７に入ってノイズの原因となる。
【０００７】
液滴がこのように検出器１７へ侵入することを防止するために、質量分析装置の各部において様々な工夫が施されているが、最も重要なのは、ノズル１５から噴霧された液滴がイオン化室１１から第１中間室１２へ入る最初の部分（以下、この部分を吸引部と呼ぶ）において十分に溶媒を除去することである。そのため従来より吸引部には、加熱機構を有するサンプルコーン（図６）や脱溶媒管が用いられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
サンプルコーンは、十分に加熱したとしても、そこを通る液滴の通過時間が非常に短いために十分な脱溶媒化が難しい。また、サンプルコーンは液体試料が間近で噴霧されるために汚れやすいが、それを清掃するためにはそれを取り外さなければならず、装置全体を停止して真空を落とさねばならないという問題があった。
【０００９】
脱溶媒管の場合は、加熱ガスを吹き付けたり、管の周囲にヒータを設ける等の方法で加熱するようにしていた。サンプルコーンに比べると、加熱部分が長いために脱溶媒化が進むという利点はあるものの、加熱能力に対して実際に試料液滴の脱溶媒に用いられる熱量の割合が低く、いずれの加熱方法でもエネルギ能率の悪いものであった。また上記同様、脱溶媒管の入口周辺は汚れやすいが、細い管の周囲をきれいに清掃するのは難しく、十分な清掃を行うためにはやはり装置全体の真空を落として、脱溶媒管を取り外して清掃しなければならないという問題があった。
【００１０】
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、効率のよい加熱を行うことにより十分な脱溶媒を行うとともに、清掃も容易な吸引部を備えた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。
【００１１】
【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、高圧側室内で液体試料をノズルから噴霧し、噴霧された液滴を高圧側室内の圧力と低圧側室内の圧力との差圧により両者を連通する脱溶媒管を介して低圧側室内に導入する機構を有する液体クロマトグラフ質量分析装置において、脱溶媒管の近傍に加熱ブロックを設け、加熱ブロックと脱溶媒管の入口側端部の双方に接触し、脱溶媒管の入口側端部の周囲を覆う穴を備えた取り外し可能な熱伝達部材を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態及び効果】
液体クロマトグラフのカラムから流出した液体試料は、高圧側室（前記イオン化室）内に配置されたノズルから噴霧され、液滴となる。この際、前記のように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）等が用いられ、一部はイオン化されるが、多くは液滴のまま残る。このイオンと液滴を含むミストは、高圧側室と低圧側室（前記第１中間室）との間の圧力差により、両者を連通する脱溶媒管を介して低圧側室に吸引される。
【００１３】
本発明に係る液体クロマトグラフ質量分析装置では、加熱ブロックからの熱が、熱伝達部材を介して脱溶媒管の入口側端部に伝達される。このため、ミストは脱溶媒管に入った直後に大きな加熱を受ける。ミスト中の液滴は脱溶媒管内において、高圧側室と低圧側室との差圧による加速を受け、徐々に速度を上げてゆく。十分な速度を得た液滴を加熱しても脱溶媒の効果は少ないが、本発明では速度の未だ低い入口側で十分な加熱を行うことにより、大きな脱溶媒効果を挙げることができる。すなわち、脱溶媒の熱効率が高い。
【００１４】
また、この熱伝達部材は脱溶媒管の入口の周囲を覆うため、試料により汚れるのはほとんどこの熱伝達部材となる。従って、この熱伝達部材を取り外し、清掃することにより、脱溶媒管の入口付近は再びきれいな状態となり、次の試料の分析においても正確な測定を行うことができる。
【００１５】
【実施例】
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を図１〜図５により説明する。装置全体の構成は既述の通りであり、ここではイオン化室１１と第１中間室１２との間の吸引部を中心に説明する。
【００１６】
図１、図２に示すように、本実施例の液体クロマトグラフ質量分析装置では屈曲した脱溶媒管２０を用いており、イオン化室１１の入口側中心軸はイオン光軸ｘに対して約４５度傾いている。また、液体試料を噴霧するスプレーノズル１５は、脱溶媒管２０の入口側中心軸に対して直角の方向に噴霧するように配置されている。なお、噴霧方向前方には噴霧された液滴を回収するためのドレイン３９が設けられている。
【００１７】
脱溶媒管２０の周囲には、脱溶媒管２０の入口側を主に加熱するための加熱機構３０が設けられている。加熱機構３０は図３に示すように、イオン化室１１と第１中間室１２との隔壁を構成する円板３１に固定されるベース３２、ベース３２上に固定される加熱ブロック３３、及び、加熱ブロック３３に取り付けられる穴開きキャップ３４等から構成される。加熱ブロック３３にはヒータが内蔵されている。なお、図３において３５はヒータに電力を供給するためのリード線である。ベース３２と隔壁円板３１との間にはシールリング３６が介挿される。
【００１８】
脱溶媒管２０は隔壁円板３１、ベース３２及び加熱ブロック３３を貫通しており、キャップ３４をネジで加熱ブロック３３に取り付けたとき、キャップ３４の穴３４ａが丁度脱溶媒管２０の入口側端部に接触するようになっている。
【００１９】
このような構造及び配置により、本実施例の液体クロマトグラフ質量分析装置における試料噴霧の際の動作は次のようになる。スプレーノズル１５から噴霧された液滴はその噴霧の勢い（運動量）により直接脱溶媒管２０に入るのではなく、イオン化室１１と第１中間室１２との間の差圧により吸引されるのみとなる。また、吸引された液滴のうち大きいものは脱溶媒管２０の屈曲部で管壁に衝突して分解し、大きいまま第１中間室１２に入ることが阻止される。
【００２０】
加熱ブロック３３は内部に設けられたヒータにより加熱されるが、その熱はキャップ３４を介した伝熱により脱溶媒管２０の入口付近を主に加熱する。なお、そのやや後方の部分も、加熱ブロック３３全体に囲まれていることにより、その雰囲気により加熱される。
【００２１】
脱溶媒管２０に吸引された液滴は、その入口付近で直ちに加熱され、脱溶媒化される。この時点では、液滴はイオン化室１１と第１中間室１２との差圧により、直前の運動方向（噴霧方向）に直角の方向に引き込まれた直後であるため、その速度が遅い。このように速度が遅い時点で集中的に加熱されることにより、液滴の脱溶媒化が効率よく行われる。
【００２２】
また、脱溶媒管２０の入口付近は噴霧された液体試料により汚染されるが、本実施例の装置では汚染されるのはほとんどキャップ３４のみであり、それを取り外すことにより容易に清掃することができる。この際、脱溶媒管２０自体はそのままであるため、装置全体の真空排気を停止する必要はない。
【００２３】
その効果を図により説明する。図５（ａ）は加熱機構３０による加熱を行わない場合の検出器１７の出力データであり、試料による高いピークの間に液滴によるノイズピークが多数現れている。図５（ｂ）は加熱機構３０による加熱を行った場合の出力データであり、試料によるピーク以外のノイズがほとんど抑制されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  液体クロマトグラフ質量分析装置の全体構成図。
【図２】  イオン化室と第１中間室との間の吸引部の拡大断面図。
【図３】  脱溶媒管を加熱するためのの加熱機構の分解斜視図。
【図４】  加熱機構の組み立て斜視図。
【図５】  加熱機構の効果を示すための検出器出力データのグラフ。
【図６】  サンプルコーンの説明図。
【符号の説明】
１１…イオン化室
１２…第１中間室
１３…第２中間室
１４…質量分析検出室
１５…スプレーノズル
１６…マスフィルタ
１７…イオン検出器
１８、１９…イオンレンズ
２０…脱溶媒管
２１…スキマー
３０…加熱機構
３１…隔壁円板
３２…ベース
３３…加熱ブロック
３４…キャップ
３４ａ…脱溶媒管用の穴
３９…ドレイン
【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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