JPH01219557A - クロマトグラフィー／質量分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、クロマトグラフィー／質量分析計に関し、
特にマイクロ液体クロマトグラフィーと質量分析計とを
直結したシステムにおけるインターフェースに関するも
のである。

〔従来の技術〕

液体クロマトグラフィー（以下、単にクロマトグラフィ
ーと記す）は生体関連物質などの複雑な混合系の分離９
分析に用いられるが、最近、このクロマトグラフィーと
質量分析計とを直結して、混合系試料に対して混合成分
の分離、高感度検出等を一貫して行う方式（以下、ＬＣ
／ＭＳと記す）が開発されている。

このようなＬＣ／ＭＳシステムにおいては、大気圧下で
移動相とともに溶出する試料成分を、減圧状態にある質
量分析計の中に連続的に気化して導入するために、両者
の間にインターフェースが必要となってくる。ここで、
ガスクロマトグラフィーの場合は、移動相が気体であり
、またその流量も少ないので、インターフェースは容易
なもので実現できるが、液体クロマトグラフィーでは移
動相が液体であり、しかも通常はその流量が多いので、
これを質量分析計と直結するには、移動相を分割して導
入する等の複雑なインターフェースが必要になってくる
。

第５図にこの種のシステムの模式図を示す０図において
、１０はクロマトグラフィーであり、試料は試料注入手
段１２によって移動相中に加えられ、分離カラム１３に
よってクロマト分離される。

このクロマト分離された試料は、移動相とともにインタ
ーフェースを介して質量分析計３０のイオン源３１に導
入され、その後分離系３２により質量分離される。

ところで、最近、クロマトグラフィーにおけるカラムを
ミクロ化したマイクロクロマトグラフィーが提案されて
きている。このマイクロクロマトグラフィーは、移動相
の使用量が少ないので、高価な移動相が使用可能となる
等の種々の利点を有しているが、特に移動相の量が少な
いため、質量分析計との直結が容易になるという利点を
有している。即ち、このマイクロクロマトグラフィーに
よれば、カラムの移動相流量が数μｊ！／ｗｉｎ以下で
あるため、全流出物を質量分析計のイオン源へ導入して
、化学イオン化（ＣＩ）モードでも、電子面ＩＩ（Ｅｌ
）モードでもイオン化ができるという長所を有している
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ここで周知のように、質量分析計においては、イオン源
の真空度（圧力）が変化すると再現性の良いデータが得
られない、そこで、イオン源の圧力は一定の圧力に維持
する必要があるが、前記のようなマイクロクロマトグラ
フィーを利用したＬＣ／ＭＳシステム（以下、マイクロ
ＬＣ／ＭＳシステムと記す）においては、移動相がイオ
ン源に常に一定量供給されず、前記イオン源の圧力が変
動してしまうという問題がある。これは、インターフェ
ースを構成するキャピラリ内で、突沸が発生したり、ま
た温度調節が不安定であったりすることによって、移動
相が不安定な状態（例えばガスと液体が混在した状態）
でイオン源へ送出されることによって生じると考えられ
ている。

従って、マイクロＬＣ／ＭＳシステムにおいて安定した
イオン源圧力を得るには、キャピラリ内の移動相の温度
、即ちインターフェース温度を最適な温度にして、常に
安定した移動相をイオン源へ供給することが重要である
。そこで従来、インターフェースのキャピラリの外側に
パイプを設け、質量分析針のイオン源からこのパイプに
伝わってくる熱で前記キャピラリを加熱し、温度制御を
行うようにしており、このため、インターフェースの最
適温度を得るためには、イオン源温度を変更する必要が
あった。

従って、クロマトグラフィーの移動相、例えば気化しや
すい移動相を使用する場合は、イオン源の温度を低く設
定する必要があるが、このイオン源の温度を低くすると
、移動相溶媒、試料がイオン源に吸着しやすくなり、測
定中にそれが脱落して分析結果中のバックグラウンドが
増加したり、また親イオンの強度が強すぎるスペトクル
が得られてしまう、このように、イオン源を低温にして
得られたスペクトルは、従来のガスクロマトグラフィー
と質量分析計を直結した装置で得られたスペクトル（イ
オン源は高温）と大きく異なってしまい、両者の比較が
困難になって、正確な信軌性の高い分析結果が得られな
いという問題があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、インタ
ーフェース温度及びイオン源温度をそれぞれ最適な温度
に設定でき、正確な信鯨性の高い分析を行うことのでき
るクロマトグラフィー／質量分析計を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るクロマトグラフィー／質量分析　　　−
計は、クロマトグラフィーによりクロマト分離された試
料を移動相とともに前記質量分析針に導入するためのキ
ャピラリと、このキャピラリ周囲に配設され、該キャピ
ラリ内の移動相を加熱するための熱媒体が流通する加熱
部と、前記熱媒体の温度等を検出することにより、前記
キャピラリ内の移動相の温度情報を得るためのインタフ
ェース温度測定手段と、前記温度情報に応じて前記熱媒
体の温度制御を行う温度制御手段とを設け、イオン源加
熱手段とは別個にインターフェース加熱手段を構成した
ものである。

また、前記クロマトグラフィー／質量分析計における温
度制御手段に、最適なインターフェース温度となるよう
な熱媒体温度を設定する際、熱媒体の温度を段階的に設
定する温度設定手段と、この各温度における移動相溶媒
のイオン信号等を検出してイオン源の真空度を検出する
真空度測定手段と、前記各設定温度ごとにこの検出信号
の変動を所定時間演算して最も変動幅の少ない最適設定
温度を判定する演算手段とを設け、この最適設定温度を
前記温度制御手段に設定するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、インターフェース中の移動相を熱
媒体により加熱するようにするとともに、前記移動相の
温度を、例えば熱媒体温度を検出することにより測定し
、この移動相温度が最適温度になるよう前記熱媒体の温
度を制御するから、インターフェース温度をイオン源温
度と独立して最適な温度に設定することが可能となり、
精度の高い分析結果が得られる。

また、前記インターフェースの最適温度を演算により求
める場合は、最適インターフェース温度が経験によらず
自動的に設定されることとなり、より精度の高い分析を
容易に行うことが可能となり、特にグラジェント法等に
より移動相溶媒の組成が連続して変化する場合にも、常
に最適なインターフェース温度に調整することができる
。

Ｃ実施例〕 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例によるマイクロＬＣ／ＭＳの
概略構成図であり、このマイクロＬＣ／ＭＳは、マイク
ロクロマトグラフィ一部１０と、質量分析計３０と、こ
れらの間を接続するインターフェースと、このインター
フェースを加熱するためのインターフェース加熱ユニッ
ト２０とから構成されている。

前記マイクロクロマトグラフィ一部１０及び質量分析計
３０は従来装置とほぼ同様に構成されている。即ち、マ
イクロクロマトグラフィ一部１０は、移動相溶媒を吐出
するポンプ１１．この移動相溶媒中にサンプル（試料）
を注入するインジェクタ１２．及び前記サンプルをクロ
マト分離するキャピラリカラム１３から構成されている
。また、質量分析計３’Ｏは、前記マイクロクロマトグ
ラフィー１０部により分離されたサンプルをイオン化す
るイオン源３１．イオン源加熱ヒータ３２．イオンを絞
って引き出すためのレンズ３３．イオン化されたサンプ
ルを質量数に応じて分離する四重極３４．光、Ｘ線等の
ノイズ除去のためのデフレクタ３５２分離されたサンプ
ルのイオンを検出する検出器３６．及びデータ処理部３
７から構成されている。

前記マイクロクロマトグラフィ一部１０と質量分析計３
０とはインターフェースにより接続され、このインター
フェースは、前記キャピラリカラム１３と抵抗管として
のキャピラリ２１とを接続するジツイント１４．及び前
記キャピラリ２１がその内部を挿通するパイプ２２から
構成されており、このパイプ２２から前記キャピラリ２
１に熱を伝達するようになっている。

そしてこのインターフェースは、インターフェース加熱
ユニット２０によって独立に温度制御されるようになっ
ている０次にこのインターフェース加熱ユニット２０に
ついて説明すると、前記インターフェースのパイプ２２
の周囲には、その内部を熱媒体が流通するジャラケット
２３が配設されており、このジャケット２３には熱媒体
パイプ２４が接続されている。熱媒体は熱媒体タンク２
７に収容されており、ポンプ２５により前記ジャケット
２３に圧送されるようになっている。前記熱媒体タンク
２７内にはヒータ２８が設けられるとともに、このヒー
タ２８を制御するためのヒータ制御ユニット２６が設け
られている。また、熱媒体パイプ２４の流路途中には、
熱媒体の温度を検出するための温度検出器２９が設けら
れ、この検出信号は前記ヒータ制御ユニット２６の制御
信号入力端子に接続されている。

次に動作について説明する。マイクロクロマトグラフィ
一部１０及び質量分析計３０の動作は従来装置と同様で
あり、これらの部分の動作については簡単に説明する。

まずポンプ１１から数μｌ／ｓｉｎ程度の一定量の移動
相溶媒が吐出される。インジェクタ１２においてその溶
媒にサンプルが加えられた後、これらはキャピラリカラ
ム１３に送出されてクロマト分離が行われる。このクロ
マト分離されたサンプルは、順次ジヨイント１４．キャ
ピラリ２１を通り、移動相とともに質量分析計３０のイ
オン源３１に送られる。

このとき、キャピラリ２１はパイプ２２を通してジャケ
ット２３内を流通する熱媒体により最適温度に加熱され
ている。即ち、安定したイオン源圧力を得るためのキャ
ピラリ２１内の移動相の温度は、実験等により経験的に
求めることができ、これは移動相溶媒の種類等によって
異なってくる。

従って、まず使用する装置、移動相溶媒の種類等に応じ
て最適インターフェース温度を求め、この最適インター
フェース温度を得るための熱媒体温度を求めておく、そ
してこの温度値をヒータ制御ユニット２６に設定してお
く、インターフェース加熱ユニット２０においては、熱
媒体が熱媒体パイプ２４を介して、タンク２７．ポンプ
２５．ジャケット２３の間を循環しており、その温度が
温度検出器２９により検出される。そしてこの温度検出
結果はヒータ制御ユニット２６へ入力され、該温度が常
に予め設定したインターフェース最適温度に相当する温
度となるように、ヒータ２８がフィードバック制御され
る。

このようにして、インターフェース加熱ユニット２０に
より最適温度に加熱された溶媒及びサンプルは、質量分
析計３０のイオン源３１へ噴射される。このイオン源３
１は、従来と異なり、前記のインターフェースとは独立
してイオン源加熱ヒータ３２により加熱されており、前
記インターフェースを通して噴射されたサンプルは該イ
オン源３１でイオン化され、高感度、高分解能化のため
にレンズ３により絞られて四重極３４側に引き出される
。この四重極３４は、各種に直流電圧と高周波電圧とが
重ねて印加されており、該四重極３４の中心部に送り込
まれたイオンは、特定の質量数のイオンのみが安定な振
動を繰り返して取り出される。このようにして質量分離
されたイオンは、光やＸ線等のノイズ除去のためにデフ
レクタ３５によってその進路が曲げられ、検出器３６内
に送り込まれる。そしてこのサンプルのイオンは、検出
器３６を構成する複数のダイノードに反射しながら増幅
され、最終的に電流として取り出されてデータ処理部３
７でスペクトル分析処理される。

このような本実施例では、インターフェース加熱ユニッ
ト２０を設けたので、イオン源温度とインターフェース
温度とを独立に、それぞれ最適温度にすることができる
。従って、安定したイオン源圧力を得て再現性の良い質
量スペクトルを得ることができる。また、サンプルのイ
オン源への吸着も発生することはなく、従来のガスクロ
マトグラフィー／質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で得られた
質量スペクトルとの比較も容易に行うことができる。

また、熱媒体をジャケット２３中に流通させて加熱する
ようにしているので、パイプ２２をヒータで直接加熱す
る方式に比較して、均一な加熱を行うことができ、イオ
ン源圧力をより安定なものとすることが可能になるとと
もに、この部分の移動相の漏れによる爆発の危険性をな
くすことができる。

さらに、グラシェド法等のように、移動相溶媒の組成が
連続して変わる場合は、予めそれに応じて温度プログラ
ムを設定しておくことにより、常に溶媒組成に適したイ
ンターフェース温度にすることができる。

第２図は前記第１図に示した装置において、インターフ
ェース最適温度を自動的に設定するようにしたものであ
る。即ち、前記第１図に示したマイクロＬＣ／ＭＳでは
、常にインターフェース温度を予め設定した最適温度に
フィードバック制御できるものの、その予め設定する最
適温度は経験により決定される。そこで、この第２図に
示すマイクロＬＣ／ＭＳでは、最適インターフェース温
度を経験によらず、容易にかつ自動的に設定できるよう
にしたものである。

ところで、前述のように、インターフェース最適温度は
イオン源の圧力、即ち真空度と密接な関係があるので、
このイオン源の真空度を測定し、これをフィードバンク
制御すれば良いと考えられる。しかし、イオン源の真空
度を直接測定することは困難である。そこで、このイオ
ン源の真空度の変動は移動相溶媒のイオン信号の変動と
対応関係にあることに着目し、このイオン信号を検出す
ることによってフィードバック制御すれば、容易に前記
目的を達成することが可能となる。

これを実現する第２図の装置において、第１図と同一符
号は同一のものを示している。４０は検出器３６からの
イオン信号を得て、インターフェース最適温度を演算す
るとともに、これをヒータ制御ユニット２６に設定する
最適温度演算ユニットである。

第３図に前記最適温度演算ユニット４０の機能ブロック
図を示す０図において、４５は初期値から最高値までの
温度を段階的に設定して、これをヒータ制御ユニット２
６に入力する温度設定部、４１は検出器３６からの信号
を増幅する信号増幅部、４２は増幅された信号の変動を
、前記段階的に設定された各温度ごとに所定時間演算す
る変動幅演算部、４３は前記各温度ごとの変動幅演算値
を記憶するメモリである。また、４４は最小変動幅演算
部であり、前記メモリ４３の内容及び前記温度設定部４
５からの値を受けて、最小変動幅の信号に対応する温度
（最適温度）を演算するとともに、この温度を前記温度
設定部４５に設定するものである。

次にこの第２図に示す装置の、最適温度演算動作を第４
図のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップ５１にて、設定温度の初期値ｔ。

及びメモリアドレスｎ−１を設定する。なお、設定温度
の初期値ｔ、及び最高値ｔ、□は実験等により予めわか
っている０次に、ヒータ制御ユニット２６に温度１−１
．を設定しくステップ５２）、この設定温度ｔ、におい
て、前記第１図の装置で示した動作と同様の動作で質量
分析を行い、定常状態になったらサンプルのイオンを検
出器３６で検出する。検出されたイオン信号は最適温度
演算ユニッ）４０に入力され、信号増幅部４１で増幅さ
れる。そしてこの増幅された信号の、一定時間の変動幅
を変動幅演算部４２で求め（ステップ５３）、メモリ４
３のアドレス「１」にこの演算値を格納する（ステップ
５４）０次に設定温度ｔ＝ｔ、＋Δｔ、メモリアドレス
ｎ＝ｎ＋　１として（ステップ５５）、設定温度が最高
温度１−１．。

８になるまで前記動作を繰り返す（ステップ５６）。

このようにして、予め設定された温度範囲ｔ。

〜ｔ、□における各温度ごとの信号変動幅が求められた
ら、メモリ４３の内容を全て読み出し、各値を比較して
（ステップ５７）、前記変動幅が最小になる加熱温度を
最適温度としてヒータ制御ユニット２６に設定する（ス
テップ５８）。

このような本実施例では、インターフェース加熱ユニッ
ト２０を設けるとともに、イオン信号の変動幅を利用し
てインターフェース最適温度を演算する最適温度演算ユ
ニット４０を設けたので、前記第１図に示した装置と同
様の効果が得られるとともに、インターフェース温度を
経験によらず、自動的に求めることができ、より再現性
の良い質量スペクトルを得ることができる。特に、グラ
ジェント法等のように、移動相溶媒の組成が連続して変
化するような場合に、インターフェース温度を常に最適
な温度に設定することができる。

なお、前記各実施例ではヒータを制御して熱媒体の温度
、即ちインターフェース温度を制御するようにしたが、
ポンプ２５出口に流量制御バルブを設け、熱媒体流量を
制御してインターフェース温度を制御するようにしても
よく、前記各実施例と同様の効果を奏する。

また、前記各実施例では熱媒体パイプ２４の流路途中に
温度検出器２９を設け、熱媒体の温度検出を行ってヒー
タを制御するようにしたが、これは、例えばバイブ２２
の内壁に温度検出器を設けてもよく、キャピラリ２１内
の移動相温度が把握できるような場所であれば、どのよ
うな位置に設置してもよい。

また、前記第２図に示した実施例ではイオン源の真空度
を、検出器３６で得られるイオン信号をモニタリングし
て検出するようにしたが、もちろん真空ゲージ等を用い
て直接イオン源の真空度をモニタリングしても良い、さ
らに、前記実施例における最適温度演算ユニット４０で
は、各設定温度における信号の変動幅を全てメモリ４３
に一旦記憶し、それらを比較して最小変動幅となる温度
を演算するようにしたが、これは、例えば各設定温度ご
とに得られる変動幅を逐次比較し、変動幅が小さくなっ
た時点でメモリの内容を更新するようにしてもよく、種
々の構成が可能である。

また、前記各実施例では質量分析計に四重掻を用いたも
のを示したが、これは他の磁場偏向形の質量分析計を用
いてもよいのはもちろんである。

サラに、本発明のインターフェース加熱ユニット及び最
適温度演算ユニットは、ＱＣ／ＭＳの直結インターフェ
ースにも適用できるのはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、クロマトグラフィーと
質量分析計とを直結するキャピラリ周囲に、その内部を
熱媒体が流通する加熱部を設けるとともに、前記熱媒体
の温度等を検出することによりキャピラリを流通する移
動相の温度を測定し、この検出結果に応じて前記熱媒体
の温度制御を行うようにしたので、イオン源とインター
フェースとをそれぞれ独立して最適な温度に設定するこ
とができ、再現性の良い、高い信転性を有する分析を行
うことができる効果がある。

また、前記装置に加えて、熱媒体の温度を段階的に設定
する温度設定手段と、この段階的な各温度ごとのイオン
源の真空度を検出する真空度検出手段と、前記各温度ご
との検出信号の一定時間の変動を演算するとともに、最
も変動幅の少ない最適設定温度を判定育る演算手段を設
けたので、移動相溶媒等が変化した場合にも、経験によ
らず、自動的にインターフェース最適温度を設定するこ
とができ、常に再現性の良い質量スペクトルが得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるクロマトグラフィー／
質量分析計の概略構成図、第２図は第１図の装置に最適
温度演算ユニットを設けた場合の構成図、第３図は第２
図に示す装置の最適温度演算ユニットの機能ブロック図
、第４図はその動作を説明するためのフローチャート図
、第５図は一般的なりロマトグラフィー／質量分析計の
直結システムを示す構成図である。 １０・・・クロマトグラフィ一部、２０・・・インター
フェース加熱ユニット、２１・・・キャピラリ、２２・
・・パイプ、２３・・・ジャラケット、２４・・・熱媒
体パイプ、２５・・・ポンプ、２６・・・ヒータ制御ユ
ニット、２７・・・熱媒体タンク、２８・・・ヒータ、
２９・・・温度検出器、３０・・・質量分析計、４０・
・・最適温度演算ユニット、４１・・・信号増幅部、４
２・・・変動幅演算部、４３・・・メモリ、４４・・・
最小変動幅演算部、４５・・・温度設定部。 ｆ、３３図 て〕４４ 図５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）クロマトグラフィーと質量分析計とを直結して、
   混合系試料の分析を行うクロマトグラフィー／質量分析
   計において、前記クロマトグラフィーによりクロマト分
   離された試料を移動相とともに前記質量分析計に導入す
   るためのキャピラリと、このキャピラリ周囲に配設され
   、該キャピラリ内の移動相を加熱するための熱媒体が流
   通する加熱部と、前記キャピラリ内の移動相の温度情報
   を得るためのインタフェース温度測定手段と、前記温度
   情報に応じて前記熱媒体の温度制御を行う温度制御手段
   とを備えたことを特徴とするクロマトグラフィー／質量
   分析計。
2. （２）前記温度制御手段に、段階的に温度を設定するた
   めの温度設定手段と、この段階的に設定された各温度ご
   とに前記質量分析計のイオン源部分の真空度を検出する
   ための真空度測定手段と、前記各設定温度ごとに前記真
   空度検出信号の変動を所定時間演算し、この検出信号の
   変動幅が最も少なくなる最適設定温度を、前記温度設定
   手段をして前記温度制御手段に設定する演算手段とを備
   えたことを特徴とする請求項第１項記載のクロマトグラ
   フィー／質量分析計。