JPH0413962A - エレクトロスプレー式質量分析装置 - 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） 本発明は、溶液中の試料、特に液体クロマトグラフィの
溶出液中の成分をエレクトロスプレー法によりイオン化
し質量分析を行うエレクトロスプレー式質量分析装置に
関するものである。

（従来の技術） 近年、液体クロマトグラフィで分離された試料をイオン
化し質量分析装置へ直接導入する研究開発が進められて
いる。

即ち、帯電した微細な液滴を生成し、この液滴を乾燥す
ることによりイオンを気相に抽出し、これを検出する方
法は、サーモスプレー、大気圧スプレー（ＡＰＩ）、エ
レクトロスプレーなどに応用されている。これらの方法
の中で、エレクトロスプレー法は最も効率的に帯電した
液滴を生成することができる為、液体試料、特に液体ク
ロマトグラフィの溶出液を質量分析計に導入し分析を行
う際の方法として注目されている。

エレクトロスプレー法の動作原理は以下のようである。

イオン化すべき試料を溶剤、できれば極性溶剤に溶解し
、得られた溶液を高電位をかけた液体試料移送毛細管内
を通ってゆっくりと移動させる。しかる後、液体試料移
送毛細管出口でこの溶液をジェット放射させると、溶液
は小さな液滴に分解される共に溶剤は蒸発をはじめるに
の液滴は、同時に強い電場により電気的にチャージされ
る。このようにして生成した電気的にチャージされた液
滴は、更にオリフィスを有する高電位のダイアフラム電
極及びスキマー電極により増強され、電気的にチャージ
されたがらこれらのオリフィスを通過する。増強された
イオンは、このダイアフラム電極とスキマー電極との隙
間から吹き出す不活性ガスにより脱溶媒されると共に乾
燥され、イオンのみか質量分析計へと導かれる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のエレクトロスプレー式質量分析装置においては、
生成したイオンを平坦なダイアプラム電極、真空部の一
部であるスキマー電極のオリフィスを介して質量分析計
へ導入していた。

第２図は、かかる従来のエレクトロスプレー式質量分析
装置を単純化して示した断面図である。

第２図に示されているように、従来のエレクトロスプレ
ー式質量分析装置は、概略的に、液体試料移送毛細管３
１と、平坦なダイアフラム電極３２と、そして、スキマ
ー電極３３とから構成されている。液体試料移送毛細管
３１、ダイアフラム電＃１３２及びスキマー電［３３に
は、それぞれ、イオン化すべき試料と同極性の電位かか
けられる。

この場合、液体試料移送毛細管３１から噴射された液滴
は、電気的にチャージされてダイアフラム電ｆｉ３２に
向って吹き付けられる。しかしながら、各液滴は、液体
試料移送毛細管３１を頂点とする放射状の電気力線及び
イオン同士のクーロン反発によりダイアフラム電極３２
に近付くにつれてラッパ状に発散する。従って、かかる
装置では、分析すべきイオンの方向性が悪く、質量分析
計で導入されるイオンの数か減少してしまう欠点を有し
ていた。

第３図は、第２図の装置を改良した従来装置を単純化し
て示した断面図であるに の従来装置では、液体試料移送毛細管３１から噴射され
た液滴の方向性を向上させるために、液体試料移送毛細
管３１と平坦なダイアフラム電極３２との間に円錐状の
導電体３４が設けられている。この従来装置の場合、電
場は導電体３４の中央に設けられたオリフィス３４ａに
集中する。

従って、イオン化された液滴は、発散せず導電体３４の
オリフィス３４ａ内へ導くことができる。

しかしながら、この従来装置では、導電体３４のオリフ
ィス３４ａを通過したイオンの大部分が、円錐状の導電
体３４の内壁面側に引き寄せられ、内壁面に衝突して放
電を起こして消滅する。従って、目的のダイアフラム電
極３２へはイオンは殆ど到達ぜす、ひいては、質量分析
計に導入されるイオンの数も極めて少なくなる。

本発明は、前述した従来装置の課題を解決し、エレクト
ロスプレー法で生成したイオンを効率的に質量分析計へ
導入することができるエレクトロスプレー式質量分析装
置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、イオン化すべき試料を溶剤に溶解して得られ
た溶液をジェット噴射する噴射口を一端に有する高電位
をかけた液体試料移送毛細管と、液体試料移送毛細管か
ら噴射された電気的にチャージされた微細な液滴を通す
オリフィスを有するダイアフラム電極と、ダイアフラム
電極により増強された液滴を通すオリフィスを有するス
キマー電極と、ダイアフラム電極とスキマー電極の間に
不活性ガスを供給し、液滴から脱溶媒すると共に乾燥し
て測定すべきイオンのみとする不活性ガス供給手段と、
そして、スキマー電極のオリフィスを通過してきたイオ
ンを受け入れ質量分析を行なう質量分析計とを備えたエ
レクトロスプレーでイオン化することによって溶液中の
試料を分析するエレクトロスプレー式質量分析装置にお
いて、液体試料移送毛細管の噴射口とダイアフラム電極
との間に設けられた１又は２以上の数の円錐台形状の導
電体であって、その平坦部のほぼ中央に電気的にチャー
ジされた微細な液滴を通すオリフィスが形成されている
導電体を有することを特徴とする。

（作用） 本発明でも、電場は円錐台形状の導電体の中央に設けら
れたオリフィスに集中する。従って、液体試料移送毛細
管の噴射口から噴射され電気的にチャージされた液滴は
、発散せず円錐台形状の導電体のオリフィス内へ導かれ
る。導電体のオリフィスを通過しな液滴は、円錐台形状
の導電体の内壁面に引き寄せられることなく直進する。

この液滴は、ダイアフラム電極とスキマー電極の間に供
給される不活性ガスにより、脱溶媒されると共に乾煉さ
れ、測定すべきイオンのみか質量分析計へ導入される。

（実施例） 以下、本発明のエレクトロスプレー式質量分析装置につ
いて、図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るエレクトロスプレー式質量分析
装置の一実施例の断面図である。

本発明のエレクトロスプレー式質量分析装置は、概略的
に、エレクトロスプレー室２１、真空室１６及び真空室
１７を備えて構成されている。

エレクトロスプレー室２１には、一端面中央に約０．１
ｍｍの噴射口を有する液体試料移送毛細管１、一対の円
錐台形状の導電体２．３及びダイアフラム電極１１が、
相互に絶縁材により絶縁されて配置されている。

導電体２は、円板形状の平坦部２ａとこの平坦部２ａか
ら広がるフレア部２ｂとから構成されており、平坦部２
ａの中央には円形断面のオリフィス２ｃか形成されてい
る。図示された好ましい実施例では、平坦部の直径は約
８ｍｍであり、オリフィスの直径は約１ｍｍとなってい
る。尚、導電体３は、導電体２と同じ構造を有しており
、オリフィス３ｃが形成されている平坦部３ａとこの平
坦部３ａから広がるフレア部３ｂとから構成されている
。

平坦なダイアフラム電ｉｌｌも、また、その中央に円形
断面のオリフィスｌｌａが形成されている。

エレクトロスプレー室２１と真空室１６との境界には、
中央に１００μｍのオリフィス４ａを有する円錐台形状
のスキマー電′Ｊ＃１４か設置され、真空室１６と真空
室１７との境界には、中央に１゜５ｍｍのオリフィス５
ａを有する円錐台形状のスキマー電ｔｉｆ１５が設置さ
れる。真空室１６は、真空ポンプにより１０　　トール
に減圧され、一方、真空室１７は、真空ポンプにより１
０　　トールに減圧される。

不活性ガスが、ダイアフラム電極１１とスキマー電極４
の間に設けられたガス入口１８から導入され、ダイアフ
ラム電極１１のオリフィスｌｌａ、導電体３のオリフィ
ス３ｃ及び導電体２のオリフィス２ｃを通りガス出口１
つから排出される。

真空室１７には、また、イオンを集束させるレンズ要素
１２．１３．１４を有する四重極質量分析計１５が設置
されている。この四重極質量分析計１５は、スキマー電
極５の内側から２〜３０＋ｎｍの距離に位置するよう調
整する。

液体試料移送毛細管１、導電体２、導電体３、ダイアフ
ラム電極１１及びスキマー電極４は、それぞれ、イオン
化すべき試料と同極性に３〜４に■、１．５ｋＶ、１．
０ｋＶ、２００Ｖ及び５０■に電位がかけられている。

導電体２．３にかかる電位がかけられると、電場は各導
電体の中央に設けられたオリフィス２Ｃ１３ｃに集中す
る６従って、液体試料移送毛細管１の噴射口から噴射さ
れ電気的にチャージされた液滴は、発散せず円錐台形状
の導電体２のオリフィス２ｃ内を直進し、さらに、円錐
台形状の導電体３のオリフィス３Ｃ内へ導かれる。導電
体３のオリフィス’３ｃを通過した液滴は、円錐台形状
の導電体３の内壁面に引き寄せられることなく直進し、
ダイアフラム電極１１のオリフィス２ｃ内へ導かれる。

この液滴は、ダイアフラム電極１１とスキマー電極４の
間に供給される不活性ガスにより、脱溶媒されると共に
乾燥され、測定すべきイオンのみが質量分析計１５へ導
入される。

図示された実施例では、円錐台形状の導電体を２つ設置
しであるが、導電体は１つでも、或いは、３つ以上でも
良い。

エレクトロスプレー法によるイオン化においては、一般
に溶媒の流速、組成に限界かあるとされていた。即ち、
第２図及び第３図のような単純なエレクトロスプレー式
質量分析装置の場合、流速は、２〜５０μＩ／分の範囲
が望ましく、溶媒の塩濃度は１０−４モルより薄くない
と良好な噴霧、イオン化を起こすことができなかった。

しかるに、第１図に示したような本発明のエレクトロス
プレー式質量分析装置の場合、良好なエレクトロスプレ
ーによる噴霧、イオン化を行える範囲を広げることがで
きた。流速は、従来の装置に比べておよそ２倍まで速く
することが可能であり、従って、２〜１００μＩ／分の
範囲とすることができた。また、塩濃度も既存の方法に
比して１０倍濃い濃度まで噴霧、イオン化することか可
能となった。

（発明の効果） 本発明のエレクトロスプレー式質量分析装置は、液体試
料移送毛細管の噴射口とダイアプラム電極との間に設置
された１又は２以上の数の円錐台形状の導電体であって
、その平坦部のほぼ中央に電気的にチャージされた微細
な液滴を通すオリフィスが形成されている導電体を有す
ることにより、エレクトロスプレー法によりイオン化し
た試料を効率的に質量分析計に導入することかできるよ
うになっただけでなく、従来の装置に比べて、流速、溶
媒組成等の制限を大きく緩和させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るエレクトロスプレー式質量分析
装置の一実施例の断面図である。 第２図は、従来のエレクトロスプレー式質量分析装置を
単純化して示した断面図である。 第３図は、第２図の装置を改良した従来装置を単純化し
て示した断面図である。 １・・・液体試料移送毛細管 ２．３・・・導電体 ４．５・・・スキマー電極 １１・・・ダイアフラム電極 １２．１３．１４・・・レンズ要素 １５・・・質量分析計 １６．１７・・・真空室 １８・・・ガス入口 ９・・・ガス出口 ト・・エレクトロスプレー室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　イオン化すべき試料を溶剤に溶解して得られた溶液を
   ジェット噴射する噴射口を一端に有する高電位をかけた
   液体試料移送毛細管と、前記液体試料移送毛細管から噴
   射された電気的にチャージされた微細な液滴を通すオリ
   フィスを有するダイアフラム電極と、前記ダイアフラム
   電極により増強された液滴を通すオリフィスを有するス
   キマー電極と、前記ダイアフラム電極と前記スキマー電
   極の間に不活性ガスを供給し、液滴から脱溶媒すると共
   に乾燥して測定すべきイオンのみとする不活性ガス供給
   手段と、そして、前記スキマー電極のオリフィスを通過
   してきたイオンを受け入れ質量分析を行なう質量分析計
   とを備えたエレクトロスプレーでイオン化することによ
   って溶液中の試料を分析する質量分析装置において、 前記液体試料移送毛細管の噴射口とダイアフラム電極と
   の間に設けられた１又は２以上の数の円錐台形状の導電
   体であって、その平坦部のほぼ中央に電気的にチャージ
   された微細な液滴を通すオリフィスが形成されている導
   電体を有することを特徴とするエレクトロスプレー式質
   量分析装置。 （２）請求項１に記載のエレクトロスプレー式質量分析
   装置において、 前記導電体の平坦部が直径約８ｍｍの円板形状を有し、
   且つ前記平坦部のオリフィスが直径約１ｍｍの円形断面
   を有することを特徴とするエレクトロスプレー式質量分
   析装置。 （３）請求項１に記載のエレクトロスプレー式質量分析
   装置において、 前記導電体が前記液体試料移送毛細管の噴射口とダイア
   フラム電極との間に２個設けられていることを特徴とす
   るエレクトロスプレー式質量分析装置。 （４）請求項３に記載のエレクトロスプレー式質量分析
   装置において、 前記液体試料移送毛細管、前記液体試料移送毛細管に近
   い方の導電体、前記ダイアフラム電極に近い方の導電体
   、前記ダイアフラム電極及び前記スキマー電極が、それ
   ぞれ、イオン化すべき試料と同極性に３〜４ｋＶ、１．
   ５ｋＶ、１．０ｋＶ、２００Ｖ及び５０Ｖに電位がかけ
   られていることを特徴とするエレクトロスプレー式質量
   分析装置。