JPH06507997A - 微細電気的スプレー方法及び装置 - 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】 微細電気的スプレー方法及び装置 本発明は、厚生省からの付与番号ＲＯＩ　０Ｍ３９５１５の下における政府の援 助によって成されたものである。政府は、本発明に対して、権利を保持しつる。

本発明は、一般的に電気的スプレーに関するものであり、特に、真空中へと直接 に低い流速で電気的スプレーを実施するための方法及び装置に関するものである 。

発明の背景 液体を電気的にスプレーしてイオン類を発生させることは、電気的スプレーと称 するが、最初は、１９６０年代の遅くに、分析化学におけるツールとして使用さ れた。この初期の業績は、１９８４年に到るまで拡張されなかったが、１９８４ 年にジョン　フェン（Ｊｏｈｎ　Ｆｅｎｎ　）とその共同研究者が、電気的スプ レーによるイオン化と、質量分析測定とを組み合わせ（ＥＳＩ／ＭＳ）　、高分 子量の種を分析したことを報告した。例えば、ジョン　フェン（Ｊｏｈｎ　Ｆｅ ｎｎ　）等の米国特許第４．　５４２．　２９３号ニラポウスキー（Ｌａｂｏｗ ｓｋｙ）等の米国特許第４．５３１゜０５６号を参照。

現在の電気的スプレー技術における主な制限は、電気的スプレーか、大気圧で実 施されることである。例えば、チャウドリ−（Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ）等の米国特 許第４，９７７．３２０号：へニオン（Ｈｅｎｉｏｎ）等の米国特許第４，９３ ５，６２４号・スミス等の米国特許第４．８８５，０７６号ニスミス等の米国特 許第４゜８４２．７０１号を参照。これにより、差動ポンプの必要か生じ、サン プリングの効率が低下する。Ｍ、イコノモウ（［ｋｏｎ。

ｍｏｕ）等ｒＡｎａ１．　Ｃｈｅｍ、　Ｊ　６２　、９５７　、１９９０年；Ｍ 、マン（Ｍａｎｎ）のｒ　Ｏｒｇａｎ、　Ｍａｓｓ　５ｐｅｃ、Ｊ　、　２５　 、５７５　、１９９０年参照。更なる問題は、大きな流速（例えば、０．５μｍ ／分を越える）が必要なことであった。Ｒｏ　スミス等ｒＡｎａ１．　Ｃｈｅｍ 、　Ｊ　６０．１９４８゜１９８８年参照。

前記した見地から、本発明の目的は、真空中へと直接に電気的スプレーする方法 を提供することであり、低い流速で電気的スプレーする方法を提供することであ る。

発明の要約 前記した目的、他の目的及び利益が、溶液から電気的スプレーを生じさせる方法 によって、達成される。この方法は、この溶液を、毛管を通して、毛管の端部に 形成された出口へと流す工程を有している。この毛管の端部は、５０μｍ以下の 内径を有しており、１５０μｍ以下の外径を有している。この毛管の端部と、前 記端部から離れた導体との間に、電位差が与えられており、この電位は、毛管の 出口から溶液を電気的スプレーさせるのに充分である。

本発明の特定の態様は、検体を含有する溶液中で質量スペクトル分析によって検 体を検出する方法からなる。この方法は、溶液を、毛管を通して、毛管の端部に 形成された出口へと流すことを含み、この毛管の端部は、５０μｍ以下の内径を 有しており、１５０μｍ以下の外径を有している。前記毛管の出口における雰囲 気圧は、ｌＯミリト−ル未満に保持される。毛管の端部と、前記端部から離れた 導体との間に、電位差か与えられており、この電位は、毛管の出口から溶液を電 気的スプレーさせ、溶液中の検体をイオン化するのに充分である。次いで、この イオン化された検体を、質量スペクトル分析によって検出する。

溶液から電気的スプレーを生じさせるための本発明の装置は、端部及びこの端部 に形成された出口を有する毛管を備えており、この毛管の端部は、５０μｍ以下 の内径を有しており、１５０μｍ以下の外径を有している。毛管の端部を収容す るチャンバ（例えば、真空チャンバ）か備えられており、この真空チャンバは更 に、毛管の端部から離れた導体を収容している。毛管の端部と、この端部から離 れた導体との間に電位差を維持するために、電源か設けられており、この電位は 、毛管の出口から溶液を電気的スプレーさせるのに充分である。好ましくは、こ の装置はまた、前記チャンバ内の雰囲気圧をＩＯミリトール未満゛　に維持する ためのポンプを備えている。更に好ましくは、このチャンバは、質量分析計を備 えている。上記の導体は、質量分析計の人口レンズを備えていてよい。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の装置の概略図である。

第２図は、本発明の電気的スプレー用の毛管を示す概略図である。

第３図は、本発明の電気的スプレー用の毛管の側面を示す電子顕微鏡写真であり 、特に、径の小さな端部へと向かう毛管のテーパーを示すものである。及び 第４図は、本発明の電気的スプレー用の毛管の端部を示す電子顕微鏡写真であり 、特に、溶液が電気的スプレーされる出口を示すものである。

好適な態様の詳細な説明 本発明は、たんばく質、ペプチド類、多核酸、脂肪類、脂質類、糖類、炭化水素 類、合成高分子、金属イオン及び小さいイオン類を含む（しかし、これらに限定 はされない）、種々の異なる検体を検出するのに、使用することができる。一般 的には、極性又は適度に極性の溶媒の溶液中に溶解しうるあらゆる検体を、採用 することができる。

適当な溶媒溶液には、水、メタノール、アセトニトリル、及びこれらの混合物が 含まれるが、これらに限定されない。この溶媒溶液を、毛管内で、１秒あたり０ ．１〜１００ナノリツトルの速度で、流すことができる。好ましい流速は１秒あ たり０、　２〜１０ナノリツトルであり、１秒あたり１ナノリツトルの流速が典 型的である。

本発明の装置を、第１図に概略的に示す。電気的スプレー用毛管ＩＯは、毛管電 気泳動装置２１の毛管電気泳動用毛管２゜の下流側の端部からなる。この電気的 スプレー用毛管の末端は真空チャンバ２２内にあり、真空チャンバ２２に対して 、このチャンバを排気するための真空ポンプ２３が結合されている。

電源２４が、電気的スプレー用毛管に電気的に接続されており、接地されている 。市販のタンデムトリプル四重極質量分析計２５が、この真空チャンバ内に設け られており、この質量分析計の入口レンズ２６がグラウンドに対して電気的に接 続されている。この入口レンズは、電気的スプレー用毛管１ｏがら離されており 、これにより電気的スプレー用毛管から発生する電気的スプレーが、質量分析計 ２５へと向けられる。

電気的スプレーを発生させるであろう電位の印加は、既知の方法に従って実施す ることができる。この電気的スプレー用毛管は、グラウンドに対して＋１２００ Ｖで保持することができる。より高い電圧を採用することができ、より低い電圧 （例えば＋８００Ｖ）でもスプレーが見られる。この毛管をマイナスの電位に保 持することもできるが、これは好適ではない。

真空チャンバ内の圧力は、２マイクロトールのように、質量分析に適した圧力を 保持しなければならない。しかし、本発明は、質量分析以外の用途にも適用性が あり、従って、一般的には、ＩＯミリトール未満の圧力で（例えば、１ミリトー ル以下で；０．１ミリト一ル未満て）実施することができる。もし真空中への電 気的スプレーか特定の用途では不要な場合には、そのときには本発明の思想を、 １０トール以上のように、大気圧（７６０）−ル）を含む高い雰囲気圧への電気 的スプレーに適用することもできる。１０ミリトール〜ｌＯトールの雰囲気圧は 、好適ではなくなる傾向がある。なぜなら、これらの圧力では電気的スプレー溶 液上でグロー放電が生ずるからであるが、これはすへての用途で有害であるとは 限らない。

本発明の電気的スプレー用毛管を、第２図に概略的に示す。

この電気的スプレー用毛管ｌＯは、毛管内に形成された毛管内腔ＩＩを備えてお り、毛管内腔１１を通して、電気的スプレーされるへき溶液が流れる。この毛管 は、径の大きい中間部１２から、相対的に径の小さな端部１３へと向かってテー パーか付いている。この端部は、毛管のチップ１５内に形成された、毛管内腔ｌ Ｉ用の出口１４を備えており、出口１４から電気的スプレーが生ずる。

この端部１３の内径は、出口１４の輪郭を形成しているが、一般的に５０μｍ以 下であり、好ましくは２０μｍ以下である。

この端部の内径は、ここから電気的スプレーが生ずるのを可能とするのに充分に 大きいことのみが必要とされるので、径を１ミクロン又は２ミクロンと小さくす ることができる。現在好適なチップは、その端部で、５〜２０μｍの内径を有す る。もし特定の用途において望ましければ（例えば、５０〜７０μｍの内腔を有 する、毛管電気泳動用毛管について）、毛管の中間部の内径は、必要に応じて毛 管の端部の内径よりも大きくすることができ、この内径を中間部から端部へと向 けてテーパーをつけて減少させることができる。

この毛管の端部Ｉ３は、好ましくは、１５０μｍ以下の外径を有しており、更に 好ましくは、１００μｍ以下の外径を有している。この外径の下限は、このチッ プを製造するための特定の材料に依存するであろうが、しかし、５、ＩＯｌ又は ２０μｍの低さであってよい。現在好適な毛管は、約５０μｍ〜約７０μｍの外 径を有する端部を備えている。図示した毛管の外径は、中間部から端部へと向か って減少しており、截頭円錐形の半角が約１０〜２０°である細長いテーパー領 域を形成している。

本発明を実施するのに使用される電気的スプレー用毛管は、鉄、導電性ポリマー 、溶融シリカ、及びガラス（例えば、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス）の ような、あらゆる適当な導電性材料から製造することができる。溶融シリカ又は ガラスから構成されたチップは、金、銀又は白金のような材料によって、スパッ タリング又は蒸着のような方法によって金属化する。

金属層１５を図２に示す。

本発明を実施するのに使用される、金属化されたホウケイ酸ガラスからなる毛管 は、通常の方法によって製造することができる。本発明の好適例においては、０ ．２０３２ミリメートルの内径を有し、５〜６ミリメードルの外径を有する「パ イレックス（ＰＹＲＥＸ）７７４０　（商標）」のチューブを、アメリカ合衆国 ニューシャーシー州ブエナ（Ｂｕｅｎａ）のウィルマッドガラス（Ｗｉ　Ｉｍａ ｄ　Ｇｌａｓｓ）社から購入し、１６０の引き落とし比で島津ＧＤＭ　ＩＢ延伸 機によって延伸した。

引き落とされた毛管の１メートル部分の一端を、２ミリメートルの深さまで、ｌ Ｏ〜２０ミリメートルの４８％フッ化水素水溶液中に浸漬し、攪拌しながら、約 ２０分間エツチングした。

エツチングの間、水を、このチューブを通してエツチング浴中へと、１秒あたり 約１センチメートルの速度でくみ出し、この毛管の内部がエツチングされるのを 防止した。次いで、このエツチングした毛管チップを、既知の手順に従って、真 空下に、このチップと共にペルジャー内で金ワイヤーを抵抗加熱することによっ て、金で被覆する。実質的にこの方法で製造したチップの電子顕微鏡写真を、第 ３図及び第４図に示す。

本発明の電気的スプレー装置を、米国特許第４，９７７．３２０号、４，９３５ ．６２４号、４，８８５，０７６号、４゜８４２．７０１号、４，５４２，２９ ３号及び４．　５３１．　０５６号に記載されているような既知の手順を変更す ることによって、本発明の開示に立脚して、検体の質量分析用の市販の四重極質 量分析計のような質量分析計と、操作上直接に連動させることができる。これら の特許と、本明細書で引用した他のすへての特許の開示を、参照によって本明細 書中に包含することを、本出願人は特に意図している。上記したように、本発明 によれば、電気的スプレーを真空中へと直接に実施することができるので、質量 分析計中へと電気的スプレーするときに、スキマー及び差動ポンプの必要がない 。質量分析の代わりとして、本発明に従って、真空中へと電気的スプレーするこ とによって生ずるイオンを、他の真空分光手段によって分析することができ、他 の真空分光手段にはレーザー分光、フレーム分光、原子分光、及びイオントラッ プを含むか、これらに限定はされない。

本発明においては、電気的スプレー用毛管は、毛管液体クロマトグラフィー用の 毛管又は毛管電気泳動用の毛管の下流側の末端を含む、あらゆる試料輸送用毛管 からなっていてよい。毛管電気泳動は、毛管ゾーン電気泳動、電気運動クロマト グラフィー及び等速回転電気泳動のような変形法を含む。本発明の電気的スプレ ー装置は、Ｒ，スミス等の米国特許第４，８８５゜０７６号及び４，８４２．７ ０１号に示されているように、既知の手順に従って、毛管電気泳動装置と操作上 連動させることができ、ヘニオン等の米国特許第４，９３５．６２４号に示され ているように、既知の手順に従って、液体クロマトグラフィー装置と操作上連動 させることができる。しかし、本発明によれば、電気的スプレーする溶液が、実 質的に、毛管液体クロマトグラフィー又は毛管電気泳動に供される液体からなる ので、シース電極液又はメークアップフローの必要かない。

これまで本発明を例示したが、本発明を制限するものと解釈されるべきではない 。本発明は、次の請求の範囲によって規定されるものであり、これらの請求の範 囲の均等物も本発明の範囲内に含まれる。

フロントページの続き （７２）発明者　ドーマイヤー　ダニエル　エムアメリカ合衆国　ノースカロラ イナ州 ２７５１６　チャペル　ヒル　サンライズ　レイン　２０５　アパートメント　 ケイ

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．液体から電気的スプレーを生じさせる方法であって：この溶液を、毛管を通 して、毛管の端部に形成された出口ヘと流し、この毛管の端部が５０μｍ以下の 内径を有しており、１５０μｍ以下の外径を有しており； この毛管の端部と、この端部から離れた導体との間に電位差を与え、この電位が 、前記毛管の出口から前記溶液を電気的スプレーさせるのに充分である、 液体から電気的スプレーを生じさせる方法。
2. ２．前記毛管の端部が２０μｍ以下の内径を有している、請求項１記載の方法。
3. ３．前記毛管の端部が１００μｍ以下の外径を有している、請求項１記載の方法 。
4. ４．前記毛管の出口における雰囲気圧を１０ミリトール未満に保持する工程を更 に有する、請求項１記載の方法。
5. ５．前記毛管の出口における雰囲気圧を１ミリトール未満に保持する、請求項４ 記載の方法。
6. ６．前記毛管の出口における雰囲気圧を０．１ミリトール未満に保持する、請求 項４記載の方法。
7. ７．前記毛管が、毛管電気泳動用の毛管からなる、請求項１記載の方法。
8. ８．前記毛管が、毛管液体クロマトグラフィー用の毛管からなる、請求項１記載 の方法。
9. ９．前記溶液を前記毛管内で、１秒あたり０．１〜１００ナノリットルの速度で 流す、請求項１記載の方法。
10. １０．前記溶液を前記毛管内で、１秒あたり０．１〜１０ナノリットルの速度で 流す、請求項１記載の方法。
11. １１．検体を含有する溶液内で質量スペクトル分析によって前記検体を検出する 方法であって、 前記溶液を、毛管を通して、毛管の端部に形成された出口ヘと流し、この毛管の 端部が５０μｍ以下の内径を有しており、１５０μｍ以下の外径を有しており； 前記毛管の出口における雰囲気圧を１０ミリトール未満に保持し； この毛管の端部と、この端部から離れた導体との間に電位差を与え、この電位が 、前記毛管の出口から前記溶液を電気的スプレーさせ、前記溶液内の前記検体を イオン化するのに充分であり；及び このイオン化された検体を質量スペクトル分析によって検出する、検体を検出す る方法。
12. １２．前記毛管が、毛管電気泳動用の毛管からなる、請求項１１記載の方法。
13. １３．前記溶液を、前記電気的スプレー工程に先立って毛管電気泳動に供し、電 気的スプレーされる前記溶液が、実質的に毛管電気泳動に供される前記溶液から なる、請求項１２記載の方法。
14. １４．前記毛管が、毛管液体クロマトグラフィー用の毛管からなる、請求項１１ 記載の方法。
15. １５．前記溶液を、前記電気的スプレー工程に先立って毛管液体クロマトグラフ ィーに供し、電気的スプレーされる前記溶液が、実質的に毛管液体クロマトグラ フィーに供される前記溶液からなる、請求項１４記載の方法。
16. １６．前記毛管の端部が２０μｍ以下の内径を有する、請求項１記載の方法。
17. １７．前記毛管の端部が１００μｍ以下の外径を有する、請求項１１記載の方法 。
18. １８．前記毛管の出口における雰囲気圧を１ミリトール未満に保持する、請求項 １１記載の方法。
19. １９．前記毛管の出口における雰囲気圧を０．１ミリトール未満に保持する、請 求項１１記載の方法。
20. ２０．前記溶液を前記毛管内で、１秒あたり０．１〜１００ナノリットルの速度 で流す、請求項１１記載の方法。
21. ２１．溶液から電気的スプレーを生じさせる装置であって：端部とこの端部内に 形成された出口とを備えた毛管であって、この毛管の端部が５０μｍ以下の内径 を有しており、１５０μｍ以下の外径を有している、毛管：前記毛管の端部を収 容する真空チャンバであって、この毛管の端部から離れた導体を更に収容してい る真空チャンバ；及び この毛管の端部と、この端部から離れた前記導体との間に電位差を与えるための 電力供給手段であって、前記電位が前記毛管の出口から前記溶液を電気的スプレ ーさせるのに充分である、電力供給手段を備えている、溶液から電気的スプレー を生じさせる装置。
22. ２２．前記真空チャンバ内の雰囲気圧を１０ミリトール未満に保持するためのポ ンプ手段を更に備えている、請求項２１記載の装置。
23. ２３．前記真空チャンバが更に質量分析計を収容しており、前記導体が質量分析 計入口レンズからなる、請求項２１記載の装置。
24. ２４．前記毛管の端部が２０μｍ以下の内径を有する、請求項２１記載の装置。
25. ２５．前記毛管の端部が１００μｍ以下の外径を有する、請求項２１記載の装置 。