JP2002372516A - 液体クロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 他の検出器を併用するＬＣ−ＭＳにおいて配
管を簡素化すると同時に、各測定における精度の向上も
図る。 【解決手段】 大気圧イオン化部２Ａの試料液噴霧用の
ノズル１４に至る手前の試料管路１１にフローセル１２
を設け、それを挟んでＵＶ３の紫外可視光源部２０と紫
外可視吸収検出部３０とを配置する。また、霧化室１３
内からイオンを引き込んで質量分析部４０へと送るイオ
ン輸送管１７よりも後方に蒸発管５２の入口開口を設
け、蒸発管５２に形成した光入射窓５３と光出射窓５４
の外側にＥＬＳＤ４のレーザ光源部５０と光散乱検出部
５６とを配置する。これにより、ＵＶ３，ＥＬＳＤ４を
質量分析装置に一体化し、相互接続のための配管やスプ
リッタなどを不要にする。

Description

【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
質量分析装置に関し、更に詳しくは、液体クロマトグラ
フ部の検出器として質量分析装置以外に、紫外可視分光
光度計や蒸発光散乱検出器などの他の検出器を併用した
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】近年、質量分析装置や液体試料をイオン
化するための大気圧イオン化装置の大きな技術的進歩に
より、質量分析装置が液体クロマトグラフの検出器とし
て一般的に用いられるようになっている。

【０００３】図４は液体クロマトグラフ質量分析装置
（以下「ＬＣ−ＭＳ」と称す）の基本構成を示すブロッ
ク図である。液体クロマトグラフ部（以下「ＬＣ」と称
す）１では、液体試料が移動相の流れに乗ってカラムへ
と導入され、その液体試料に含まれる各種の試料成分が
時間的に分離されてカラム出口に到達する。カラムの出
口端は配管によって大気圧イオン化部２Ａに接続されて
おり、カラムから溶出した試料液は大気圧イオン化部２
Ａでエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）、大気圧
化学イオン化法（ＡＰＣＩ）などにより順次イオン化さ
れ、イオン輸送管を経て質量分析部２Ｂへと送られる。
質量分析部２Ｂは四重極質量フィルタ等の質量分析器を
備え、与えられた各種イオンをその質量数に応じて分離
し検出する。

【０００４】こうしたＬＣ−ＭＳでは、大気圧イオン化
部２Ａと質量分析部２Ｂとは通常一体化され、つまり同
一の筐体内に配置されているため、ここでは、この両者
を合わせて質量分析装置（以下「ＭＳ」と称す）と呼ぶ
こととする。

【０００５】ＭＳは分析対象物に関して有用な情報を与
えてくれる優れた検出器であるが、分析対象物に関して
より多くの情報を取得するために、ＭＳのみならず、従
来からＬＣ用の検出器として用いられている紫外可視分
光光度計（以下「ＵＶ」と称す）や蒸発光散乱検出器
（以下「ＥＬＳＤ」と称す）などを併用したマルチ検出
を行うことも多い。このような複数の検出器を併用する
場合には、ＬＣのカラム出口に各検出器を直列に接続す
るか、或いはカラムから溶出した試料液を分岐して並列
に各検出器へと導入するといった構成が採られている。

【０００６】図５はこうした他の検出器を併用したＬＣ
−ＭＳの各種の接続形態を示す図である。図５（ａ）は
ＬＣ１、ＵＶ３、ＭＳ２を直列接続した構成であり、Ｌ
Ｃ１のカラムから溶出する試料液をＵＶ３へ導入し、Ｕ
Ｖ３で測定された試料液をＭＳ２へと導入して質量分析
を行うものである。図５（ｂ）はＬＣ１に対してＭＳ２
とＥＬＳＤ４とを並列に接続した構成であり、ＬＣ１の
カラムから溶出する試料液を、メイクアップポンプ５を
接続したスプリッタ６で適宜の割合で分岐させてＭＳ２
とＥＬＳＤ４へ導入するものである。更に、図５（ｃ）
は図５（ａ）の直列接続と図５（ｂ）の並列接続とを組
み合わせた構成である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＬＣ−ＭＳでは
上記記載のような構成を採っているために、次のような
様々な問題がある。 (1) 複数の検出器を配置するために広い設置スペースが
必要となる。 (2) ＬＣと各検出器とを接続する配管が複雑になる。そ
の結果、配管のコストが高くつくのみならず、配管中に
存在する試料液の割合が増大し（つまり死容積が増大
し）、同一成分に対する各検出器での検出時刻のズレ
（つまり保持時間の差）が大きくなる。 (3) 並列配置でスプリッタを用いる場合には、スプリッ
タにおける分岐比の調整が必要となる。 (4) スプリッタと同時にメイクアップ溶媒を用いる場合
には、成分濃度が低下してピーク強度が低下する。 (5) 上記(2)の要因やスプリットの影響により、ＬＣに
よって分離されたピークの拡散が生じ、異なるピークの
裾部が重なって分離性能を損なうことがある。 (6) 上記(2)の要因やスプリットの影響によって同一成
分に対する各検出器での保持時間がズレるため、正確な
同定を行うためには上記時間ズレを補正する処理が必要
となる。

【０００８】本発明はこのような種々の課題を解決する
ために成されたものであり、その主な目的とするところ
は、ＵＶやＥＬＳＤといった他の検出器を併用する液体
クロマトグラフ質量分析装置において、各検出器の相互
接続を簡素化するとともに、その接続が複雑であること
に伴う各検出器での検出時間のズレやピーク波形の変形
に起因する分析精度の低下やデータ処理の複雑化を回避
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。

【０００９】

【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部と質量分析
部との間に、液体クロマトグラフ部のカラムから溶出し
た試料液をイオン化して質量分析部に与える大気圧イオ
ン化インタフェイスを備えた液体クロマトグラフ質量分
析装置であって、前記大気圧イオン化インタフェイス
は、略大気圧下にある霧化室と、前記試料液を該霧化室
へ輸送する試料管路と、該霧化室内で発生したイオンを
前記質量分析部へ輸送するイオン輸送管とを含んでお
り、 a)前記試料管路の途中に設けられたフローセルと、該フ
ローセルを挟んで配置された紫外可視光源部及び紫外可
視吸収検出部と、を含む紫外可視分光光度測定手段と、 b)前記霧化室内に開口端面を有し、該霧化室から吸引さ
れたガスの流れに交差するように光入射窓及び光出射窓
を設けた蒸発管と、該蒸発管の他の開口端面の外側に配
置されたガス吸引部と、前記光入射窓及び光出射窓の外
側に配置されたレーザ光源部及び光散乱検出部と、を含
む蒸発光散乱検出手段と、を備え、前記液体クロマトグ
ラフ部のカラムから溶出した試料液を前記質量分析部、
紫外可視分光光度測定手段、及び蒸発光散乱検出手段に
よりそれぞれ測定するようにしたことを特徴としてい
る。

【００１０】本発明に係るＬＣ−ＭＳでは、カラムから
溶出した試料液がフローセルを通過する際に、紫外可視
光源部から発せられた光が該フローセルを通過する試料
液に照射され、その透過光が紫外可視吸収検出部により
検出される。これにより、紫外可視分光光度測定手段に
よる測定が達成される。フローセルを通過した試料液は
その直後に霧化室に到達し、霧化されるとともにイオン
化される。このようなイオン化は従来知られている方法
で行うことができるから、例えばＥＳＩでは、試料液に
電荷を付与する高電圧印加部、霧化を助けるネブライズ
管などを備える構成とし、ＡＰＣＩでは、脱溶媒のため
の加熱部、コロナ放電用針電極、ネブライズ管などを備
える構成とすればよい。霧化により生じるイオンが入り
交じった微小液滴はガス吸引部の作用により蒸発管内部
に吸引され、溶媒の蒸発が一層進行しつつレーザ光源部
から発し光入射窓を通過したレーザ光を横切る。試料成
分が不揮発性であるとその成分による粒子の雲が形成さ
れるから、レーザ光の散乱を引き起こす。散乱光は光出
射窓から取り出され、光散乱検出部により検出される。
これにより、蒸発光散乱検出手段による測定が達成され
る。イオン輸送管の入口端面は蒸発管の手前と後方との
いずれの位置に配置してもよい。いずれの場合でも、霧
化室内で発生したイオンはイオン輸送管の内部へと取り
込まれ、質量分析部へと送られて従来通り質量分析が達
成される。

【００１１】なお、前記紫外可視分光光度測定手段及び
蒸発光散乱検出手段は、前記質量分析部と同一の筐体内
に配置されている構成とすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図２は本実施形態によるＬ
Ｃ−ＭＳの全体構成を示すブロック図、図１は本発明の
特徴である大気圧イオン化部２Ａの周囲の構成図であ
る。なお、本例は大気圧イオン化としてＥＳＩを用いた
ものであるが、ＡＰＣＩによる構成に簡単に変更できる
ことは後述の通りである。

【００１３】図２に示すように本ＬＣ−ＭＳでは、ＵＶ
３の機能とＥＬＳＤ４の機能とが実質的に大気圧イオン
化部２Ａにほぼ一体化されている。これらは全て質量分
析部２Ｂと同一の筐体内に収容されており、ＬＣ１とＭ
Ｓ２の２つの装置に、図示しないコントローラとしての
パーソナルコンピュータなどを加えてシステムが構築さ
れている。したがって、従来のように、ＵＶ３やＥＬＳ
Ｄ４を別体で用意する必要がなく、また複雑な配管やス
プリッタなども不要である。

【００１４】図１において、ＬＣのカラムから時間的に
分離して溶出する試料液は、プローブ１０に貫通されて
なる試料管路１１に供給される。試料管路１１は霧化室
１３内に臨んだノズル１４に至るまでの途中に、石英ガ
ラスから成るフローセル１２を備えている。フローセル
１２の両側には光通過路１０ａがプローブ１０の外側ま
で貫通して穿孔されており、その外側には紫外可視光源
部２０と紫外可視吸収検出部３０とがフローセル１２を
挟んで対向して配置されている。

【００１５】紫外可視光源部２０は、ハロゲンランプで
ある第１光源２１、重水素ランプである第２光源２２、
両光源２１、２２からの発光光を混合するハーフミラー
２３、集光鏡２４、シャッタ２５などを含んで構成され
ている。紫外可視吸収検出部３０は、反射鏡３１、スリ
ット３２、回折格子３３、フォトダイオードアレイ検出
器３４などを含んで構成されている。シャッタ２５が開
放状態にあるとき、紫外可視光源部２０は２つの光源２
１，２２からの混合光をフローセル１２に照射する。光
がフローセル１２を透過する際に、その内部を流通して
いる試料液の成分に特有な波長で吸収を受ける。透過光
は回折格子３３で波長方向に分散され、フォトダイオー
ドアレイ検出器３４で複数の波長光が同時に検出され
る。したがって、このフォトダイオードアレイ検出器３
４の検出出力に基づいて、試料成分による光吸収を反映
した吸収スペクトルを作成することができる。

【００１６】フローセル１２を通過した試料液はその直
後に試料管路１１の末端に達し、ノズル１４から霧化室
１３内に噴霧されイオン化される。詳しく述べると、試
料液が流通する試料管路１１の先端には金属細管１５に
より数kVの電圧が印加され、ノズル１４付近に強い不平
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、ネブライズ管１６を介してのネブライズガス（窒素
ガスなど）の助けを受けて片寄った電荷を有した状態で
霧化する。これにより発生した液滴は周囲の大気成分と
衝突して微細化され、更に液滴中の溶媒が蒸発して気体
イオンが発生する。発生したイオンは、その前方に位置
するイオン輸送管１７の入口開口からイオン輸送管１７
内へと引き込まれ、質量分析部４０へと送られる。イオ
ン輸送管１７は適度に加熱されたヒーテッドキャピラリ
であり、引き込まれた微細液滴から溶媒の気化を一層促
進させイオン化を促す。

【００１７】なお、イオン輸送管１７の入口開口がノズ
ル１４の噴霧の中心軸から外れた位置となっていること
により、ノズル１４からの噴流の周囲に多く存在する微
細液滴やイオンを効率よく取り込み、噴流の中心部に多
く存在する大きな液滴の取り込みを回避することができ
る。

【００１８】イオン輸送管１７を経て質量分析部４０へ
と送られたイオンは、イオンレンズ４１により収束及び
加速されて四重極質量フィルタ４２に送られ、特定の質
量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有する目的イオンのみが四重
極質量フィルタ４２を通り抜けて検出器４３に達し検出
される。質量分析部４０では、四重極質量フィルタ４２
への印加電圧を適宜に走査してイオンの通過条件を変え
ることにより、質量スペクトルを作成することができ
る。

【００１９】ノズル１４からの噴流の前方には蒸発管５
２の入口開口が存在しており、その蒸発管５２の他方の
開口の外側にはアスピレータ減圧式ドレイン５５が設け
られている。アスピレータ減圧式ドレイン５５は、高速
のガス流によって霧化室１３内の液滴を蒸発管５２の内
部へと吸引する。蒸発管５２は適度な温度に加熱されて
おり、液滴に含まれる溶媒の揮発を一層促進させる。こ
の蒸発管５２の側周面の適宜の位置には光入射窓５３と
光出射窓５４とが設けられている。光入射窓５３の外側
にはレーザ光源５１を含むレーザ光源部５０が配置され
ており、蒸発管５２の内部を流通するガスに対してほぼ
直交するようにレーザ光を照射する。また、光出射窓５
４の外側には光電子増倍管５７などの光検出器を含む光
散乱検出部５６が配置されている。

【００２０】蒸発管５２へ飛び込んだ液滴が揮発性の高
い溶媒のみであるときには、この溶媒蒸気中をレーザ光
が通過するため光の散乱はごく少なく、しかもその散乱
光の光強度はほぼ一定になる。これに対し、その液滴中
に不揮発性の成分が存在すると、蒸発管５２の中にこの
成分による微細な粒子の雲が発生し、その粒子雲にレー
ザ光が当たると光の散乱が生じる。光出射窓５４はこの
散乱光が通過する位置に設けられており、光散乱検出部
５６は散乱光の光強度を検出する。検出信号は上記成分
の濃度や粒度分布などに依存した値となる。

【００２１】上記構成では、紫外可視光源部２０及び紫
外可視吸収検出部３０からなる紫外可視分光光度測定手
段により測定された試料液は殆ど遅滞なくノズル１４か
ら霧化室１３内へと噴霧され、更にこれにより発生した
イオン（微細液滴を含む）がイオン輸送管１７へ導入さ
れた後、殆ど遅滞なく残りの液滴が蒸発管５２へ導入さ
れ、レーザ光源部５０、蒸発管５２及び光散乱検出部５
６からなる蒸発光散乱検出手段により測定される。した
がって、図２におけるＵＶ３，質量分析部２Ｂ，ＥＬＳ
Ｄ４の３種類の測定がきわめて近接した時間内で行われ
ることになる。

【００２２】図３は、上記３種類の測定によって得られ
る、或る成分のピーク波形を示す模式図であり、（ａ）
は本発明による測定の一例、（ｂ）は図５（ｃ）に示す
従来構成による測定の一例である。図３（ｂ）に示すよ
うに、従来の構成では、ＵＶ３，ＥＬＳＤ４，ＭＳ２の
間を接続する配管内部等に試料液が流通するのに時間を
要するため、同一成分に対するピークの発生時刻、つま
り保持時間に大きなズレが生じる。しかも、このような
時間ズレはＬＣ１のカラム流量やメイクアップ溶媒の流
量などによって変わってしまう。また、ＥＬＳＤ４とＭ
Ｓ２とでのピーク強度はスプリッタ６でのスプリット比
やメイクアップ溶媒の流量によって変わり、定量分析に
誤差が生じ易い。これに対し本発明による方法では、図
３（ａ）に示すように、ＵＶ３，ＭＳ２，ＥＬＳＤ４に
おける同一成分の保持時間のズレが短縮化され、いずれ
も３秒以下にまで短くすることができる。また、ＭＳ２
とＥＬＳＤ４におけるピーク強度がいずれも向上し、し
かもメイクアップ溶媒を用いないのでピークの拡散も小
さく、鋭いピーク形状が現れる。このように本発明によ
れば、同一成分に対する各検出器での保持時間のズレが
小さく、ピーク形状の変形も小さくてすむ。

【００２３】なお、上記実施形態では、質量分析部４０
へイオンを導入するためのイオン輸送管１７の入口を蒸
発管５２の入口開口の手前に設けていたが、蒸発管５２
の出口開口の後方に設け、ＥＬＳＤ４による測定をＭＳ
２による測定よりも先に行う構成としてもよい。

【００２４】また、上記実施形態では大気圧イオン化法
としてＥＳＩを用いていたが、ＡＰＣＩ等の他の大気圧
イオン化法に代えることができる。すなわち、図１に示
す構成において、ノズル１４や金属細管１５等のＥＳＩ
特有の構造体を含むプローブ１０は霧化室１３に対して
着脱自在に構成されており、ＡＰＣＩによるイオン化を
行う場合にはＡＰＣＩ専用のプローブを装着する。この
ＡＰＣＩ専用プローブは、例えば、試料液を噴霧するノ
ズルの前方をヒータで取り囲み、更にその前方にコロナ
放電用の針電極を配置する。ネブライズガスの助けによ
りノズルから噴出した液滴は直ぐにヒータにより加熱さ
れて溶媒が気化し、その微小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う。これにより、Ｅ
ＳＩと同様に紫外可視分光光度測定手段により測定され
た直後の試料液をイオン化し、質量分析部２Ｂへと取り
込むことができる。なお、ＡＰＣＩとＥＳＩとを比較す
ると、前者は後者よりも霧化室１３内での液滴の温度が
高くなるので脱溶媒化がより効率的に行える。そのた
め、後者では蒸発管５２内部での溶媒の蒸発を一層促進
させるべく、その温度を高めに設定することが望まし
い。

【００２５】更にまた、上記実施形態は本発明の単に一
例にすぎず、上記記載のもの以外に、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。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように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、次のような様々な
効果を奏する。 (1) ＵＶ及びＥＬＳＤの機能が質量分析装置に一体化さ
れているため、マルチ検出を行いたい場合であっても、
従来と同様にＬＣのカラムの溶出液を質量分析装置の入
口に接続しさえすればよいので、配管が非常に簡素化さ
れ、またスプリッタやメイクアップポンプも不要であ
る。したがって、配管の手間が大幅に軽減されるととも
に、これら配管等に関するコストが削減できる。 (2) ＵＶやＥＬＳＤを別体で用意する必要がないので、
設置スペースが狭くてもよい。 (3) 各検出器がきわめて近接して配置され配管中の死容
積が非常に小さくなるため、各検出器での検出時刻の差
（保持時間の相違）が非常に小さくなる。そのため、こ
のような保持時間のズレを補正する処理が不要になる
か、或いは、補正処理を要するとしてもカラム流量など
への依存性が小さくなるので補正処理が容易になる。 (4) ＭＳやＥＬＳＤにおけるピーク強度が高くなり、ま
たピークの広がりも抑制できる。したがって、複数の成
分の分離性能が向上し、定量分析、定性分析ともに従来
よりも正確性が向上する。このように本発明の液体クロ
マトグラフ質量分析装置によれば、単にコストの低減や
省力化が可能になるのみならず、分析性能も改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液体クロマトグラフ質量分析装置の
一実施形態の特徴である大気圧イオン化部の周囲の構成
図。

【図２】 本実施形態によるＬＣ−ＭＳの全体構成を示
すブロック図。

【図３】 ＵＶ，ＭＳ，ＥＬＳＤによって得られる或る
成分のピーク波形を示す模式図であり、（ａ）は本発明
による測定の一例、（ｂ）は図５（ｃ）に示す従来構成
による測定の一例。

【図４】 液体クロマトグラフ質量分析装置の基本構成
を示すブロック図。

【図５】 他の検出器（ＵＶ，ＥＬＳＤ）を併用したＬ
Ｃ−ＭＳの各種の接続形態を示す図。

【符号の説明】

１…ＬＣ ２…ＭＳ ２Ａ…大気圧イオン化部 １０…プローブ １０ａ…光通過路 １１…試料管路 １２…フローセル １３…霧化室 １４…ノズル １５…金属細管 １６…ネブライズ管 １７…イオン輸送管 ２Ｂ，４０…質量分析部 ４１…イオンレンズ ４２…四重極質量フィルタ ４３…検出器 ３…ＵＶ ２０…紫外可視光源部 ２１…第１光源 ２２…第２光源 ２３…ハーフミラー ２４…集光鏡 ２５…シャッタ ３０…紫外可視吸収検出部 ３１…反射鏡 ３２…スリット ３３…回折格子 ３４…フォトダイオードアレイ検出器 ４…ＥＬＳＤ ５０…レーザ光源部 ５１…レーザ光源 ５２…蒸発管 ５３…光入射窓 ５４…光出射窓 ５５…アスピレータ減圧式ドレイン ５６…光散乱検出部 ５７…光電子増倍管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 30/74 Ｇ０１Ｎ 30/74 Ｅ Ｚ 30/78 30/78

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体クロマトグラフ部と質量分析部との
   間に、液体クロマトグラフ部のカラムから溶出した試料
   液をイオン化して質量分析部に与える大気圧イオン化イ
   ンタフェイスを備えた液体クロマトグラフ質量分析装置
   であって、前記大気圧イオン化インタフェイスは、略大
   気圧下にある霧化室と、前記試料液を該霧化室へ輸送す
   る試料管路と、該霧化室内で発生したイオンを前記質量
   分析部へ輸送するイオン輸送管とを含んでおり、 a)前記試料管路の途中に設けられたフローセルと、該フ
   ローセルを挟んで配置された紫外可視光源部及び紫外可
   視吸収検出部と、を含む紫外可視分光光度測定手段と、 b)前記霧化室内に開口端面を有し、該霧化室から吸引さ
   れたガスの流れに交差するように光入射窓及び光出射窓
   を設けた蒸発管と、該蒸発管の他の開口端面の外側に配
   置されたガス吸引部と、前記光入射窓及び光出射窓の外
   側に配置されたレーザ光源部及び光散乱検出部と、を含
   む蒸発光散乱検出手段と、 を備え、前記液体クロマトグラフ部のカラムから溶出し
   た試料液を前記質量分析部、紫外可視分光光度測定手
   段、及び蒸発光散乱検出手段によりそれぞれ測定するよ
   うにしたことを特徴とする液体クロマトグラフ質量分析
   装置。
2. 【請求項２】 前記紫外可視分光光度測定手段及び蒸発
   光散乱検出手段は、前記質量分析部と同一の筐体内に配
   置されてい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。