Technical Review

Chromatography, Vol.27 No.2 (2006)

Technical Review

ESI（Electrospray）とAPCI（Atmospheric Pressure Chemical Ionization）のイオン化を同時に行えるイオン源の開発
大河原正光，熊谷浩樹，Steven M. Fischer，Patricia H. Cormia，Darrell L. Gourley，Glen F. Ingle

Designing a Novel Ion Source for Producing Ions Simultaneously byElectrospray and Atmospheric Pressure Chemical Ionization

Masamitsu Okawara1, Hiroki Kumagai1,
Steven M. Fischer2, Patricia H. Cormia2, Darrell L. Gourley2 and Glen F. Ingle2
1

Yokogawa Analytical Systems Inc., 9−1 Takakuracho, Hachioji, 192−0033, Japan2Agilent Technologies, Inc.

Abstract
Electrospray (ESI) and atmospheric pressure chemical ionization (APCI) are two very different ionization processes with a common elementof forming ions at atmospheric pressure. An experimental ion source, which efficiently and simultaneously produces both ESI and APCI ions,
was constructed using a single ionization chamber and nebulizer. Designing a multimode ion source capable of simultaneous ESI/APCI operation presented many challenges. The most significant challenges were to simultaneously generate therequired electric fields to produce ESI
and APCI ions and provide sufficient drying without physically contacting the charged ESI aerosol. The multimode source developed addresses theses issues in a unique fashion that allows for both types of ions to be produced from a single nebulizer at effectively the same time.

チャンバで構築されている。ESIとAPCIの同時測定に有効な

１．緒言Electrospray（ESI）および大気圧化学イオン化（APCI）は、マルチモードイオン源の設計には、多くの課題がある。最も大気圧下でイオンを生成するという方法としては同じだが、大きい課題は、ESIとAPCIのイオンを同時に生成するようにそのイオン化プロセスは非常に異なっている。マルチモードすることと、帯電したESIエアロゾルとAPCIイオンを物理的イオン源は、効率的かつ同時にESIおよびAPCIによるイオンに接触させずに、十分に乾燥させるようなチャンバーを構成を生成させて、極性化合物から比較的極性の小さい化合物ますることである。マルチモードイオン源は、効率的かつ同時で測定できることを目的に、一つのネブライザとイオン化にESIとAPCIによるイオン化を単一のネブライザで可能にす

横河アナリティカルシステムズ㈱〒１９２―００３３ 八王子市高倉町９―１
FAX : 0426–60–9923
E−mail : masamitsu_okawara@agilent.com―８１―

Chromatography, Vol.27 No.2 (2006)

るユニークな方法であり、いままでのESIとAPCIの切り替えによる測定時のサンプリングレートが半減する問題が解決される。
２．実験
使用機器
実験は、Agilent１１００シリーズHPLCと四重極型MSである
LC/MSDにプロトタイプのマルチモードESI＋APCIイオン源を用いた。これらの機器のコントロールおよびデーター解析
は、Agilent ChemStaionを使用した。
イオン源のデザイン
イオン源の設計の最終目的は、ESIとAPCIのイオン化のメカニズムによって同時に化合物をイオン化することである。
従来型のESIとAPCIマルチモードタイプイオン源は、イオン化を行う際に、それぞれのイオン化のメカニズムを交互に切り替えるタイプであった。この場合、ESIとAPCIを交互に切Figure 1. マルチモードイオン源側面り替えることで時間当たりのデータポイントを減らしてしまうことになる。この問題はESIとAPCIを直列に配置することで解決できる。同時にイオン化するというのは、本来正しい言い方ではないが、質量分析計によって効果的にそれらを検出することが可能である。
構成としては、
１）ESIのイオン化部とAPCIによるイオン化部を分離する。
２）APCIでのイオン化のため化合物を気化させるように十分にエアロゾルを乾燥する。
３）質量分析計の真空部へESIとAPCIで生成したイオンを搬

Figure 2. マルチモードESI領域送する。
ESIとAPCIの構成は、ESIとAPCI領域で物理的に分離されている。ESIで電荷をもったエアロゾルは、赤外線ランプ（IR）によって乾燥されAPCI領域に入る。
（Figure １）。ESIとAPCIの構造的な分離は、ESIネブライザに近い２つの電極の使用によって達成される。ネブライザは、グラウンド（接地され０ V）となっており、最初の電極（チャージングエレ
クトロード）は、±２kVがネブライザの出口側に近い電極でイオン化するために印加されている。
２つめの電極（リバーシングエレクトロード）はESIエアロゾルの電気的なリァレンスフィールドとして用いられ、さらにAPCIの電気的なフィールドとしても使用されている。
ネブライジングガスは、エアロゾルをチャージングエレク
トロードとリバーシングエレクトロードを通過させるのに押Figure 3. マルチモードAPCI領域し出す役割をする。
（Figure ２）
ESIエアロゾルは、乾燥ガスと輻射熱によりエアロゾル上の電荷を失わずに乾燥される。このイオン源は、赤外線ランを及ぼさず、APCIのコロナ領域にエアロゾルを送らねばな

プによる加熱を利用しており水の吸収領域に設定され、温度らない。APCIのコロナ領域はESIのイオンが移動する障害と制御を、イオン源出口側にあるセンサーによって行う。これなる。そこで、ESIとAPCIのコロナ領域の間にセパレータをにより、大量に消費するN２ガスの削減を実現できる。
（Figure設けた。（Figure ４）

３）

ESIで生成したイオンは、コロナ領域に入らずそのまま質量分析計へ導入される。コロナは鋭いAPCIのニードルと対APCIでイオンを生成させるためには、ESIのイオンに影響―８２―

Chromatography, Vol.27 No.2 (2006)

Masamitsu Okawara, Hiroki Kumagai, Steven M. Fischer,
Patricia H. Cormia, Darrell L. Gourley and Glen F. Ingle

Figure 4. マルチモードAPCI領域
向電極のピンの間で生成し、ESIでイオン化しない化合物はこのAPCI領域でイオン化される。APCIで新しく生成したイオンは、質量分析計の真空部へESIでイオン化されたイオンと同様にイオンが電場により搬送される。
結果と考察
マルチモードイオン源の卓越したパフォーマンスはESIとFigure 5. マルチモードイオン源を利用したIndoleとInsulin分析Condition : A mixture of bovine insulin and indole was infused
into the MSD at a flow rate of 0.1 mL/min. The sample was diluted in 50% water : 50% methanol : 0.1% acetic acid, with bovine
insulin at 9 pM/µL and indole at 50 pM/µL.

APCIのイオンを同時に生成することである。マルチモード
イオン源が持つ機能を、IndoleおよびInsulinをサンプルとしてテストした。マルチモードイオン源をESI単独モード（MM−ESI）、APCI単独モード（MM−APCI）またマルチモードESI＋APCI（ミックスモード）で作動させたときのスペクトルをFigure ５に示す。ESI単独モードでは、多価イオン領域イオンのInsulinのシグナル強度は高く、Indoleのシグナル強度は低いことがわかる。APCI単独モードにおいて、Indoleのシグナル強度は高く、Insulinのシグナル強度は、非常に低い。
マルチモードESI＋APCIミックスモードでは、Indole、Insulinとも強いシグナル強度が得られるが、ESI、APCI単独モードと比較して、３０％ほど強度が弱い。
Taxol（タキソール）はセイヨウイチイ樹皮に由来する天然物である。この天然物は、抗がん作用があるため抗がん剤として用いられる。Taxolは、熱的に不安定な試料のためイオン化する条件が課題となる。
下記の例（Figure ６）では、マルチモードイオン源の赤外線ランプの使用がTaxolのような温度に敏感な化合物の分析を阻害しないことを示している。マルチモードのAPCI単独モードに小さなシグナルが見られるが、マルチモードのESI

Figure 6. マルチモードイオン源によるTaxol分析
Condition : An gradient separation was used, starting at 90%
water with 0.05% formic acid added and 10% acetonitrileThe acetonitrile was increased to 95% over 7 minutes, and then held for anadditional minute. A flow rate of 0.4 mL/min was used with a 5µm, 2.1 x 50 mm Zorbax SB−C 8 column at 30℃. The sample
was diluted to approximately 10 pg/µL in acetonitrile. A 1 µL injection was made.

単独モード、マルチモードミックスモードの両方に小さなNaアダクトイオンや熱によるフラグメントイオンとともに [M＋H]＋シグナルが見られる。
Reserpineを用いた感度テスト（マルチモードイオン源のESI+APCIミックスモード、ESI単独モード、APCI単独モード）の結果をFigure ７に示す。S/N比は、Reserpineをカラム―８３―Chromatography, Vol.27 No.2 (2006)に５回注入しピークの平均値をもとに計算した。１ピコグラ
ムのReserpine S/N比は、APCI単独モードで３６、ESI単独モードで３２、ESI＋APCIミックスモードでは３６であった。
結論
ESIとAPCIのミックス モ ー ド が 可 能 なESI＋APCIマ ル チ
モードイオン源を開発した。マルチモード（ESI＋APCIモード）の性能をインドールとインシュリンの分析で検証し、ミックスモードではESI単独、APCI単独でのモードと比較して３０％の感度低下があった。エアロゾルを乾燥させる赤外線ランプの使用は、このイオン源のキーポイントである。エアロゾル乾燥に使用する赤外線ランプの緩やかな乾燥の有効性

Figure 7. Reserpineによる感度テスト
An isocratic separation was used, consisting of 75% methanol and
25% water with 5 mM ammonium formate. A flow rate of 0.4 mL/
min was used with a 3.5 µm,2.1 x 30 mm Zorbax SB−C 18 column at ambient temperature. The sample was diluted to 10 pg/µL
in 75% methanol : 25% xwater. A 1 µL injection was madeは、熱に敏感な化合物であるTaxol分析において実証された。赤外線ランプの強度は、タキソールの確実なスペクトルを得るために調整された。このイオン源の感度は１pgのReserpinに対して、ESI単独、APCI単独、ESI＋APCIのミックスモードで、それぞれS/N＝３０以上の感度が得られ、専用のイオン源と同等の感度が得られることがわかった。マルチモードイオン源は、ハイスループット分析が必要なラボにおいて最適なツールとなると考えられる。

―８４―