JPH06310088A

JPH06310088A - 質量分析装置イオン源

Info

Publication number: JPH06310088A
Application number: JP5097351A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tanigawa; 建一谷川; Tadao Mimura; 忠男三村; Minoru Uchida; 内田　　稔; Kazumi Matsumura; 和美松村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【構成】液体クロマトグラフより送液された試料容器
を、高電圧が印加してありかつ超音波振動しているノズ
ルに導入し、試料溶液を帯電した液滴としてノズルの先
端から噴霧させ、噴霧された液滴と加熱された気体を混
合し、噴霧された液滴に含まれる試料をイオン化させ、
ノズルに対向する質量分析計に導入する手段を備えてい
る質量分析装置イオン源。【効果】液体クロマトグラフから送液された２００μｌ
／min の高流量の溶液を分岐せずに質量分析計に導入
し、ペプチド，タンパクなどの高極性高分子量物質を質
量分析することができる。また、さらに高流量を用いる
場合でも、溶液の分岐操作が簡便となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体クロマトグラフよ
り溶出されてきた液状試料をイオン化し、質量分析計に
導入する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体クロマトグラフ（以下、ＬＣと略称
する。）から移動相とともに溶出されてきた液状試料
を、質量分析計（以下、ＭＳと略称する。）のイオン源
に導入してイオン化し、イオン化された試料の質量／電
荷比とそのイオン強度をＭＳにより検知する液体クロマ
トグラフ直結形質量分析計（以下、ＬＣ／ＭＳと略称す
る。）が１９７２年以来開発されている。

【０００３】ＬＣは、極性化合物，熱不安定性化合物な
どに対しても、優れた分離能力と定性能力を持っている
ことから、混合試料の分離のためには有力な分析手法で
ある。しかし反面、構造に関する情報はほとんど与えな
い。ＭＳはこれに対して、一成分の分子量及び構造に関
する情報を与える。したがって、ＬＣとＭＳを結合させ
たＬＣ／ＭＳ法は、混合試料の分離と定性・定量を可能
にする有力な分析手法である。ＬＣ／ＭＳ装置は、ＬＣ
と、ＬＣから溶出されてきた液体状試料をＭＳのイオン
源に導入しイオン化するインターフェース（以下、ＬＣ
／ＭＳインターフェースと称する）及びＭＳより構成さ
れる。このインターフェースには、これまでに２０種類
を超える手法が考案されている。これらは、分析対象試
料の熱安定性，極性，揮発性などの性質によって使い分
けられる。例えば、非極性物質に対してはパーティクル
・ビーム法（Particle Beam 法），中極性物質に関して
は大気圧化学イオン化法やサーモスプレイ法（Thermosp
ray 法），高極性物質に対しては、エレクトロスプレイ
法（Electrospray 法）を用いることができる。

【０００４】本発明では、ＬＣ／ＭＳインターフェース
の一手法として、ＬＣより送液された約２００μｌ／mi
n の高流量の試料溶液をＭＳに導入しイオン化する手法
として、超音波振動によって試料溶液を微細化する。

【０００５】液状試料を超音波振動によって霧化し、Ｍ
Ｓなどの分析機器に導入する方法に関しては、特開昭56
−126241号公報記載の発明がある。この公知例は、ＬＣ
より流出してきた液状試料を超音波振動によって霧化
し、同時に加熱手段によって霧化された試料を気化する
手段，試料の霧化及び気化の後にジェットセパレーター
によって質量の小さい溶媒分子を除去し、質量の比較的
大きい試料分子だけを取り出す、即ち試料を濃縮する手
段，濃縮された試料を分析機器に導入する手段、を含ん
でいる。この方法によると、熱エネルギーのみで試料の
気化を行う従来の気化法では困難であった熱不安定性・
難揮発性化合物や高極性化合物の気化が容易になる。こ
の結果、これらの物質をイオン化しＭＳ分析が行えるよ
うになるという点で優れた発明といえる。本法をＭＳ分
析に用いる場合、イオン化法には電子衝撃法(Electron
Impact法；ＥＩ法），化学イオン化法(Chemical Ioniza
tion法；ＣＩ法），電界イオン化法（Field Ionization
法；ＦＩ法）などが考えられていた。一方これらのイオ
ン化法は、ペプチド，タンパクなどの高極性高分子量物
質のイオン化には適さないため、この発明ではこれらの
物質のＭＳ測定には不向きであるという限界を持ってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これまでの超音波振動
による試料溶液の微細化導入法では困難であった、ペプ
チド，タンパクなどの高極性高分子量物質のイオン化，
ＭＳ測定を可能とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）高電圧が印加してありかつ超音波振動しているノ
ズルに、ＬＣから送液された試料と移動相の混合溶液を
導き、この混合溶液を帯電した微細な液滴として噴霧さ
せる工程と、（２）この微細な帯電液滴と加熱した気体
を混合し、帯電液滴から移動相溶液を蒸発させ、試料の
みのイオンとし、ＭＳに導く工程とを、含むことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】ＬＣから送液された試料と移動相の混合溶液
は、超音波振動によってノズル開口部から霧化される。
このノズルに高電圧を印加することにより、ノズル先端
とこれに対向するＭＳオリフィス間に強電界が形成され
る。ＭＳオリフィスに対し、ノズルが正の電位を持てば
液滴は正に帯電する。また、ＭＳオリフィスに対し、ノ
ズルが負の電位を持てば液滴は負に帯電する。帯電した
液滴は、同極電荷の静電反発によって微細化する。一
方、この液滴は、気体送風部から送られる加熱された気
体（例えば窒素ガス）と混合する。この結果、液滴から
移動相が蒸発し、静電反発による微細化がさらに進行す
る。この試料イオンは、ノズルとＭＳオリフィス間の強
電界と加熱された気体の流れによってＭＳオリフィス内
に導入される。帯電した液滴は、ノズルとＭＳのオリフ
ィス間、及びオリフィスとＭＳスキマー間でほぼ完全に
脱溶媒し、試料のみのイオンとなる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の装置の断面図であ
る。

【００１０】本発明は、超音波霧化部，高電圧供給部，
気体送風部，質量分析部から構成される。以下に各部の
機能を説明する。

【００１１】（１）超音波霧化部１は電歪素子であり、約３０ｋＨｚの周波数で振動す
る。２は発振器、３は増幅器である。１の電歪素子に交
流電圧を供給することにより、超音波振動を発生させ
る。４は段付きホーンであり、電歪素子１が発生する振
動を増幅する。４は入力ホーン４ａ，出力ホーン（ノズ
ル）４ｂからなる。４の中心には貫通孔が設けられ、液
体の通過が可能である。４ｂは、液体噴出のノズルの役
割を果たす。４ａ，４ｂの長さは、その先端で振動が最
大の振幅を持つように決められている。５は、溶液供給
管である。５の中心には貫通孔が設けられている。６は
碍子である。１及び６と４はナット７により一定のトル
クで締め付けられている。カラム８により分離，溶出さ
れた試料溶液は、チューブ９を通り５に到達する。４と
５は螺合されており、試料溶液は、５，４を通過し、４
ｂの先端から流出する。１を動作させた状態で溶液を流
すと、溶液は超音波振動を受け、４ｂ先端から霧化す
る。

【００１２】（２）高電圧供給部上記の霧化された液滴を正に帯電させるために、段付き
ホーン４に＋３〜＋６ｋＶの高電圧を供給する。１０が
高圧電源である。１０とネジ１８はケーブル１１で繋が
れ、４に高電圧が印加される。４からのリーク電流によ
り発振器３が破壊されないように、碍子６によって１と
４を絶縁している。４ｂの前方に、ＭＳのオリフィス１
２が配される。１２は約＋１００Ｖの電圧が電源１３に
より供給される。したがって、４ｂと１２の間には強電
界が形成される。この強電界によって、霧化された液滴
は＋に帯電し、噴霧される。同様にして、霧化された液
滴を−に帯電させるためには、４と１２の電気極性を−
にする。

【００１３】（３）気体送風部上記の帯電した液滴と加熱した気体を混合するために次
のような装置を設ける。１４は、窒素ガスをホーン先端
に送るためのブロワーパイプである。チャンバー１５を
ヒーター１６により加熱する。加熱されたチャンバー１
５に窒素ガス３〜４ｌ／min を通し、６０〜７０℃に加
熱する。この加熱された窒素ガスの全量をチューブ１７
を通して、１４と４の間の空間に流す。４と１４はネジ
１８で止められている。ガスケット１９により４と１４
は密着しており、この４と１４の接合部から窒素ガスが
漏れないようになっている。加熱された窒素ガスは、４
ｂ先端の周囲から吹き出し、上記の帯電した液滴と混ざ
り合って噴出する。この窒素ガスにより、液滴は乾燥
し、微細化する。微細化した液滴は同極電荷の静電反発
によって、さらに微細化される。この過程を経て、帯電
液滴はほとんど移動相を含まない、試料のみのイオンと
なる。

【００１４】（４）質量分析部ＭＳ側では、１２のオリフィスの後にスキマー２０が配
置され、１２と２０の間が差動排気される。また、２０
には２１から約＋５０Ｖの電圧が供給される。上記の試
料のイオン化は１２と２０の減圧部においても進行する
と考えられる。即ち、この減圧部で試料イオンは中性分
子と数回の衝突を行い、移動相溶液が完全に脱離をする
と同時にイオンの集合体が壊され、単一のイオンとな
る。こうして生成したイオンは２０を通過後、さらに高
真空部に移動し、質量分析される。また、４，１２，２
０に印加される電圧の極性を−にした場合、−イオンが
生成し、これを質量分析し検出する。

【００１５】図２は、図１に示した装置によりペプチド
の一種であるタフトシン（Ｃ₂₁Ｈ₄₀Ｎ₈Ｏ₆；分子量５０
０.６０)を測定した結果である。ＬＣの移動相にメタノ
ール１００％を用い、流量２００μｌ／min で、溶液を
分岐せずにＭＳのオリフィスに導入し、ＭＳ測定を行っ
た。試料量は２μｇである。ｍ／ｚ５０１にプロトンが
１個付加した一価イオン，ｍ／ｚ２５１にプロトンが２
個付加した二価イオンが検出されている。

【００１６】

【発明の効果】液体供給部から送液された溶液は超音波
霧化部によって霧化される。溶液流量が１ｍｌ／min 以
内のとき、ＭＳに取り込める位置での液滴の平均粒径は
約５０μｍである。一方、超音波霧化器を構成するノズ
ルに高電圧を印加することにより、ノズル先端と対向す
るＭＳオリフィス間には強電界が形成される。この強電
界によって、霧化された液滴は帯電し、静電反発によっ
て微細化する。この液滴は、気体送風部から送られる加
熱された窒素ガスと混合する。この結果、液滴は乾燥
し、微細化がさらに進行する。溶液流量が２００μｌ／
min 以下では、ＭＳに取り込める位置での５０％以上の
液滴の粒径を１５μｍ以下とできる。帯電した液滴は、
ノズルとＭＳのオリフィス間、及びオリフィスとＭＳス
キマー間でほぼ完全に移動相溶液を脱離し、試料のみの
イオンとなる。

【００１７】こうして、超音波霧化部により高流量の溶
液を微細化し、イオン化効率の向上が図られる。また、
超音波霧化と加熱した窒素ガスを組合せることにより、
さらに液体の微細化，イオン化の促進を図ることができ
る。本発明では５０μｌ／min の低流量から２００μｌ
／min の高流量のＬＣ溶液を分岐せずに直接ＭＳのオリ
フィスに導入するＬＣ／ＭＳ分析が可能である。この結
果、ＬＣ溶液の分岐操作が不要または簡便化され、ペプ
チド，タンパクなどの高極性高分子量物質をＭＳ測定す
ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の装置の断面図である。

【図２】本発明によるペプチドの測定例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…電歪素子、２…発振器、３…増幅器、４…段付きホ
ーン、５…液体供給管、６…碍子、７…ナット、８…カ
ラム、９，１７…チューブ、１０…高圧電源、１１…ケ
ーブル、１２…オリフィス、１３，２１…電源、１４…
ブロワーパイプ、１５…チャンバー、１６…ヒーター、
１８…ネジ、１９…ガスケット、２０…スキマー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松村和美茨城県勝田市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体クロマトグラフより送液された試料溶
液を、高電圧が印加してありかつ超音波振動しているノ
ズルに導入し、該試料溶液を帯電した液滴として該ノズ
ルの先端から噴霧させ、該噴霧された液滴と加熱された
気体を混合し、該噴霧された液滴に含まれる試料をイオ
ン化させ、該ノズルに対向する質量分析計に導入する手
段を備えていることを特徴とする質量分析装置イオン
源。
【請求項２】前記超音波振動しているノズルに高電圧を
印加し、該ノズルと質量分析計の間に強電界を形成させ
ることにより、前記試料溶液を帯電した液滴とする手段
を含むことを特徴とする請求項１記載の質量分析装置イ
オン源。