JP2010014539A - Liquid sample ionization method, mass spectrometry, and devices thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】本願発明の課題は、試料にレーザーを照射することにより、試料をイオン化し、該イオン化した試料を質量分析器に導き、試料の同定を行う方法において、簡便な装置により感度を向上させることである。
【解決手段】本願発明は、イオン化剤を混合した液体試料を噴霧装置により微細液滴(ミスト状)とし、該微細液滴試料にレーザー光を照射した。これにより、単に液滴にレーザー光を照射するのに比べて、感度が数百倍向上した。
【選択図】 図1An object of the present invention is to improve sensitivity with a simple apparatus in a method for ionizing a sample by irradiating the sample with a laser, guiding the ionized sample to a mass analyzer, and identifying the sample. That is.
According to the present invention, a liquid sample mixed with an ionizing agent is made into fine droplets (mist form) by a spraying device, and the fine droplet sample is irradiated with laser light. This improved the sensitivity several hundred times compared to simply irradiating the droplets with laser light.
[Selection] Figure 1
Description
本願発明は、物質の質量分析に関するものであり、特に、質量分析に先立つ試料のイオン化に関するものである。 The present invention relates to mass spectrometry of substances, and more particularly to ionization of a sample prior to mass analysis.
田中耕一が巨大分子のソフトイオン化質量分析に有効なマトリックス支援レーザー脱離イオン化法(MALDI)を発明し、ノーベル賞を受賞したことはまだ記憶に新しいところである。しかしながら、このMALDIは、夾雑物の多い環境試料に対しては、フラグメントの発生を避けることができず、十分な分析方法とはなっていない。 It is still new in memory that Koichi Tanaka invented the matrix-assisted laser desorption ionization method (MALDI) effective for soft ionization mass spectrometry of macromolecules and won the Nobel Prize. However, this MALDI cannot avoid the generation of fragments for environmental samples with many impurities, and is not a sufficient analysis method.
また、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)及び大気圧イオン化法(APCI)は、比較的多くの対象試料に適用することができるが、環境試料においては夾雑物が障害となり用途が限定されている。1984年国立環境研究所の藤井により気相ラジカル検出を主目的とし、リチウムイオンを気相において付着させる質量分析法が開発され、2000年には、イオン付着質量分析装置(IAMS)として製品化されている。 In addition, the electrospray ionization method (ESI) and the atmospheric pressure ionization method (APCI) can be applied to a relatively large number of target samples. In 1984, Fujii of the National Institute for Environmental Studies developed mass spectrometry for the purpose of gas phase radical detection, with lithium ions attached in the gas phase, and in 2000, commercialized as an ion attachment mass spectrometer (IAMS). ing.
「過去に遡って有害物質が存在しないことを証明したい」、「環境中に在る化学物質の全てをあるがままに測定したい」等といった化学物質のリスク及び動態を解明する研究は、環境インフォーマティクス解析を視野に入れた先端的環境科学における重要な研究課題となっている。 Research that elucidates the risks and dynamics of chemical substances, such as “I want to prove that there are no harmful substances going back in the past”, “I want to measure all chemical substances in the environment as they are”, etc. It has become an important research subject in advanced environmental science with a view to formatting analysis.
環境行政研究機関においても、環境中に存在する有害物質検索のため包括的に検定することの重要性が指摘され、化学物質単位により存在量をアセスメントするため、有害物質の分別抽出法を改善・効率化してスクリーニング、バイオアッセイにより総括評価、データベース化しておく考え方が最近検討され始めている。 Environmental administrative research institutes also pointed out the importance of comprehensive testing for searching for harmful substances in the environment, and improved the method for separating and extracting harmful substances in order to assess the abundance by chemical substance unit. Recently, the idea of comprehensive evaluation and database creation by screening and bioassay has been started.
人体に対する影響が国際的に注目を集めている大気中の浮遊粒子状物質(SPM)は、粒径が数十μmから数nmまで広く分布している。なかでも、粒径0.1μm未満のナノ粒子は、呼吸により肺から直接体内に取り込まれる可能性があり、危険視されている。 Airborne particulate matter (SPM), which is attracting international attention for its influence on the human body, has a particle size widely distributed from several tens of μm to several nm. Among them, nanoparticles having a particle size of less than 0.1 μm may be taken directly into the body from the lungs by respiration, and are regarded as dangerous.
現在のSPM組成分析においては、微粒子の全ての構成分子をそのまま検出することは困難であり、多成分・同時計測が望まれている。また浮遊粒子については、欧米では粒子1個の計測も可能なレベルになってきたが、前処理に問題を残し、主成分のみで、しかも単純な無機成分しか同定できていない。質量分析困難な環境物質としては、有機ヒ素化合物が最近の代表例である。 In the current SPM composition analysis, it is difficult to detect all the constituent molecules of fine particles as they are, and multi-component / simultaneous measurement is desired. As for suspended particles, it has been possible to measure one particle in Europe and the United States, but it left a problem in the pretreatment, and only a main component and only a simple inorganic component could be identified. Organic arsenic compounds are a recent representative example of environmental substances that are difficult to perform mass spectrometry.
MALDIやESIなどのソフトイオン化技術は、先端バイオ分野での実用性が高く評価されているが、2003年には、米国ジョンズ・ホプキンス大学Cotter教授によりAP−MALDI法が開発され、大気圧下においてMALDIを行い、母乳中の糖鎖化合物をリチウム付加体として検出し、生化学・医学・薬学へ応用可能なことが示された。 Soft ionization technologies such as MALDI and ESI are highly evaluated for their practicality in the advanced biotechnology field. In 2003, AP-MALDI method was developed by Professor Johns Hopkins University, USA, under atmospheric pressure. MALDI was performed and sugar chain compounds in breast milk were detected as lithium adducts, indicating that they can be applied to biochemistry, medicine and pharmacy.
米国日本電子は、DART(Direct Analysis in Real Time)イオン源を開発し、低分子量の揮発性試料物質の現場検出に威力を発揮することにより、2005年度ピッツバーグ・コンファレンスにおいて金賞を授与された。このように、質量分析装置関連のソフトイオン化研究は、世界的に著しく進展している。 US JEOL was awarded the Gold Prize at the 2005 Pittsburgh Conference for developing a DART (Direct Analysis in Real Time) ion source and demonstrating its power for on-site detection of low molecular weight volatile sample materials. Thus, soft ionization research related to mass spectrometers has made significant progress worldwide.
ところで、環境物質は、気体・浮遊粒子・液滴・固体含有等のあらゆる姿となって環境中に存在しているが、この中で、液体のイオン化には、従来は液滴を基板上に滴下し、そこへレーザー光を照射することによりイオン化を行ってきた。 By the way, environmental substances exist in the environment in various forms such as gas, suspended particles, droplets, and solids. Ionization has been performed by dripping and irradiating it with laser light.
しかし、基板上の液滴にレーザー光を照射すると、入射したレーザー光は、試料のみならず、基板にも照射されるので、レーザーエネルギーが試料にどのように吸収されたかの定量的な議論をすることができなかった。 However, when laser light is applied to the droplet on the substrate, the incident laser light is applied not only to the sample but also to the substrate, so we will discuss quantitatively how the laser energy is absorbed by the sample. I couldn't.
このとき、液滴が落下中に、該液滴にレーザー光を照射することにより蒸発・イオン化させ質量分析する技術が開発された(特許文献1参照)。 At this time, a technique has been developed in which a mass analysis is performed by evaporating and ionizing the droplet by irradiating the droplet with laser light while the droplet is falling (see Patent Document 1).
しかしながら、この方法においては、感度が必ずしも上がらず、実用に供するには、不充分であった。
本願発明の課題は、液体試料にイオン化剤を添加してイオン化し、該イオン化した試料を微細化(ミスト化)し、該イオン化した微細液滴試料を質量分析器に導き、試料の同定を行う方法において、簡便な方法により感度を向上させることにある。 An object of the present invention is to add an ionizing agent to a liquid sample to ionize it, refine the ionized sample (mist), introduce the ionized fine droplet sample to a mass analyzer, and identify the sample The method is to improve sensitivity by a simple method.
落下する液滴の中心にレーザー光が照射されると、該液滴は、瞬時に蒸発すると共に、イオン化することが確認されているが、レーザー光が液滴の中心から外れると、レーザーからのエネルギーが液滴に十分に吸収されないために、蒸発が不十分であり、イオン化も不十分であることが確認されている。 When the laser beam is irradiated to the center of the falling droplet, it is confirmed that the droplet evaporates instantaneously and ionizes, but when the laser beam deviates from the center of the droplet, It has been confirmed that evaporation is inadequate and ionization is inadequate because energy is not sufficiently absorbed by the droplets.
本件発明は、イオン化剤の添加された液体試料を微細液滴(ミスト状)とし、該微細液滴試料にレーザー光を照射することにより、さらに微細化するとともにイオン抽出効率を向上させて、質量分析するものである。 In the present invention, the liquid sample to which the ionizing agent is added is made into fine droplets (mist form), and the fine droplet sample is irradiated with laser light, thereby further miniaturizing and improving ion extraction efficiency, To analyze.
本願発明においては、イオン化剤を混合した液滴試料を噴霧装置(ネブライザー)により噴射し、該試料を微細化(ミスト化)し、該微細化された試料にレーザー光を照射することにより、レーザーの照射精度をさほど気にする必要はなく、試料とレーザーとの衝突確率が向上し、液滴にレーザーを照射させる場合と比較して、感度を数百倍向上させることができる。
In the present invention, a droplet sample mixed with an ionizing agent is ejected by a spraying device (nebulizer), the sample is refined (misted), and laser light is irradiated to the refined sample. It is not necessary to care much about the irradiation accuracy, and the collision probability between the sample and the laser is improved, and the sensitivity can be improved several hundred times as compared with the case where the laser is irradiated to the droplet.
以下に、本願発明を実施するための最良の形態を示す。 The best mode for carrying out the present invention will be described below.
装置の概要を説明する。
図1に示すように、本願発明の質量分析装置の概略は、液体試料にイオン化剤を混合するイオン化剤混合部1、該イオン化剤が混合された液体試料を噴霧ガスにより微細液滴化する噴霧装置2、該微細液滴化された液滴試料にレーザー光を照射するレーザー光照射装置3および該微細化された液滴を質量分析する質量分析器(MS)4から構成されている。
An outline of the apparatus will be described.
As shown in FIG. 1, an outline of the mass spectrometer of the present invention includes an ionizing
イオン化剤混合部1においては、液体試料とイオン化剤(Li付加、プロトン付加等)を混合し、液体内においてイオンを生成する。噴霧装置2は、二重管の内側管に液体試料を導入し、外側管に噴霧剤を導入する。噴霧装置2から吹き出された試料は、微細液滴(ミスト状)になっており、この微細液滴にレーザー光照射部3において、レーザー光を照射する。該レーザー照射された液滴は、質量分析器4に導かれて質量分析される。その際、上記質量分析装置には、リペラー電極が設けられており、該電極には、微細液滴イオンを上記質量分析器に導くために電圧が印加されている。
In the ionizing
分析対象試料としては、種々の物質が対象と成りうるが、非極性溶媒に溶解する試料(テルペン類等、水と相性が悪い物質)が本願発明の分析対象として好ましい。 As a sample to be analyzed, various substances can be targeted, but a sample that dissolves in a nonpolar solvent (terpenes and other substances that have poor compatibility with water) is preferable as an analysis target of the present invention.
また、高電場によって試料の分解が起こる可能性があり、他の方法では分析が困難である物質も本願発明の方法においては分析が可能である。 In addition, a substance that can be decomposed by a high electric field and difficult to analyze by other methods can be analyzed by the method of the present invention.
試料として、フタル酸ジシクロヘキシル1mM、分子量329を採用し、イオン化剤として、トリフルオロ酢酸(TFA)0.1%(w/w)を添加した場合の結果を示す。 The results when 1 mM dicyclohexyl phthalate and a molecular weight of 329 are employed as samples and trifluoroacetic acid (TFA) 0.1% (w / w) is added as an ionizing agent are shown.
噴霧装置としては製作したネブライザー装置を使用し、噴霧ガスとしては窒素を用いた。 The nebulizer device produced was used as the spraying device, and nitrogen was used as the spraying gas.
用いたレーザーは、パルスYAGレーザー(1024nm、60〜100Hz、10ns)である。 The laser used was a pulsed YAG laser (1024 nm, 60-100 Hz, 10 ns).
図2に、試料として、フタル酸ジシクロヘキシル、イオン化剤として、TFAを採用し、レーザーを照射した場合のマススペクトルを示す。 FIG. 2 shows a mass spectrum in the case where dicyclohexyl phthalate is used as a sample, TFA is used as an ionizing agent, and laser irradiation is performed.
図3に、比較のために、試料としてフタル酸ジシクロヘキシル、イオン化剤としてTFAを用い、レーザーを照射しない場合のマススペクトルを示す。 For comparison, FIG. 3 shows a mass spectrum in the case where dicyclohexyl phthalate is used as a sample, TFA is used as an ionizing agent, and laser irradiation is not performed.
図2及び図3を対比すると明らかなように、レーザーを照射しない場合には、80×103カウント/分程度であったが、レーザーを照射した場合には、550×103カウント/分程度となり、レーザーを照射することにより、7倍程度感度が向上している。 As apparent from the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, when the laser was not irradiated, it was about 80 × 10 3 counts / minute, but when the laser was irradiated, about 550 × 10 3 counts / minute. Thus, the sensitivity is improved about 7 times by irradiating the laser.
図4に、試料として、フタル酸ジシクロヘキシル、イオン化剤として、TFAを採用し、レーザーを照射した場合のフタル酸ジシクロヘキシルのピーク強度に関するマスクロマトグラムの時間変化を示す。この図から明らかなように、本願発明の方法は、連続的な質量モニター運転にも好都合であった。
FIG. 4 shows the time change of the mass chromatogram with respect to the peak intensity of dicyclohexyl phthalate when dicyclohexyl phthalate is used as a sample, TFA is used as an ionizing agent, and laser irradiation is performed. As is apparent from this figure, the method of the present invention was also advantageous for continuous mass monitor operation.
次に、試料として、Dibenzyl-14-crown-4 0.005mMを採用し、イオン化剤として、テトラキス[3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ホウ素リチウム(LiTFPB)0.025mMを添加した場合の結果を示す。噴霧装置およびレーザーは、実施例1と同じである。 Next, the result when Dibenzyl-14-crown-4 0.005 mM was adopted as a sample and tetrakis [3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl] boron lithium (LiTFPB) 0.025 mM was added as an ionizing agent. Indicates. The spraying device and the laser are the same as in Example 1.
図5に、レーザーを照射した場合のマススペクトルを示す。
図6に、比較として、レーザーを照射しない場合のマススペクトルを示す。
FIG. 5 shows a mass spectrum when the laser is irradiated.
For comparison, FIG. 6 shows a mass spectrum when no laser is irradiated.
図5及び図6を対比すると明らかなように、レーザーを照射しない場合には、50×103カウント/分程度であったが、レーザーを照射した場合には、140×103カウント/分程度となり、レーザーを照射することにより、3倍程度感度が向上している。 As is clear from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, it was about 50 × 10 3 counts / minute when the laser was not irradiated, but about 140 × 10 3 counts / minute when the laser was irradiated. Thus, the sensitivity is improved about 3 times by irradiating the laser.
図7に、比較として、Dibenzyl-14-crown-4 0.5mM、LiTFPB 5mMの液滴を微細化せずに、直接レーザーを照射した場合のマススペクトルを示す。この場合には、20×103カウント/分程度であったので、試料の濃度を考慮すると、本願発明による微細液滴(ミスト)にレーザーを照射した場合に、感度は700倍程度向上している。逆に言えば、液滴にレーザー光を照射する方法においては同定不可能な微量の試料に対しても、本願発明においては試料の同定が可能である。また、高繰り返し周波数のレーザーを用いるとさらなるイオン抽出効率の向上が得られると考えられる。
As a comparison, FIG. 7 shows a mass spectrum in the case of directly irradiating a laser without diminishing Dibenzyl-14-crown-4 0.5 mM and
1 イオン化剤混合部
2 液滴噴霧装置
3 レーザー光照射部
4 質量分析器
5 液体試料
6 イオン化剤
7 噴霧剤
DESCRIPTION OF
Claims (8)
The mass spectrometer according to claim 7, wherein the mass spectrometer includes a repeller electrode, and a voltage is applied to the electrode to guide droplet ions to the mass analyzer. .
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JP2008174611A JP2010014539A (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Liquid sample ionization method, mass spectrometry, and devices thereof |
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