JP3982094B2 - Multicapillary ionization mass spectrometer - Google Patents
Multicapillary ionization mass spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- JP3982094B2 JP3982094B2 JP03233299A JP3233299A JP3982094B2 JP 3982094 B2 JP3982094 B2 JP 3982094B2 JP 03233299 A JP03233299 A JP 03233299A JP 3233299 A JP3233299 A JP 3233299A JP 3982094 B2 JP3982094 B2 JP 3982094B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass spectrometer
- capillary
- sample liquid
- ionization
- ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 83
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 59
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 28
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 28
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 238000005251 capillar electrophoresis Methods 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 2
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 65
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 38
- 238000000132 electrospray ionisation Methods 0.000 description 19
- 238000000065 atmospheric pressure chemical ionisation Methods 0.000 description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 12
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 7
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 7
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- CNKHSLKYRMDDNQ-UHFFFAOYSA-N halofenozide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)N(C(C)(C)C)NC(=O)C1=CC=C(Cl)C=C1 CNKHSLKYRMDDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
- H01J49/0404—Capillaries used for transferring samples or ions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料液体を高感度分析する質量分析装置に係り、特に試料液体中に微量に存在する有機物質や有機物質を高感度で分離分析する液体クロマトグラフ/質量分析装置(以下LC/MSという)やキャピラリ電気泳動/質量分析装置(以下CE/MSという)に関する。
【0002】
【従来の技術】
LC/MSやCE/MSのインターフェースでは、LCやCEで分離された試料液体から気体状イオンが生成され、質量分析部へ導入される。インターフェースにおけるイオン化法としては、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)や大気圧化学イオン化法(APCI)、ソニックスプレーイオン化法(SSI)などの噴霧イオン化法が広く用いられている。ところで、これまで噴霧に用いられるキャピラリは1本であった。
【0003】
ESIでは、キャピラリ末端部の試料液体と対向電極(質量分析装置入り口)との間に高電圧を印加し、静電噴霧現象により帯電液滴を生成する。生成される帯電液滴は蒸発し、気体状イオンが生成される。最初に生成される帯電液滴のサイズが小さく電荷量が高い程、気体状イオンの生成効率は高くなる。また、最初に生成される帯電液滴のサイズは液体の流量が少ない程小さくなる傾向にあり、それはキャピラリの直径を小さくすることにより実現可能となる。
【0004】
従来のESIキャピラリは内径が0.1mm程度だが、より微細化されたキャピラリを利用することも可能となった。噴霧キャピラリ内径が1〜2μmであるミニチュア化されたESIに関する記述がアナリティカル・ケミストリー誌(Analytical Chemistry)、第68巻(1996年)第1頁から第8頁に見られる。このような微細化されたキャピラリを用いると、液体流量が20nL(ナノリットル)/分程度に低減するため、μL(マイクロリットル)程度の体積の試料液体を1時間程度噴霧し続けることができる。そのため、質量分析装置の様々なパラメーターを変更し、生体分子の構造解析を行うことができる。
【0005】
また、アナリティカル・ケミストリー誌(Analytical Chemistry)、第69巻(1997年)第426頁から第430頁には、複数個の微細キャピラリが並んだチップを利用したESI質量分析装置に関する記述がある。そこでは、試料液体がチップ内のキャピラリに導入され、キャピラリの試料液体導入部には電極が設置される。チップ内のキャピラリ末端は質量分析装置のイオン導入口に対向して設置され、試料液体導入部と質量分析装置イオン導入口との間には高電圧が印加される。この高電圧により、チップ内のキャピラリ末端と質量分析装置のイオン導入口との間に試料液体のエレクトロスプレーが発生する。
【0006】
上記従来例では、チップ内の1本の微細キャピラリ(60μm×25μm)に導入される分離液体を流量100〜200nL/分でESIによりイオン化し、質量分析する。次に、質量分析装置のイオン導入口に対しチップをスライドし電圧印加部位を変更することにより、隣接するキャピラリ内の試料液体を分析することができる。その結果、高スループットのCE/MSが実現される。
【0007】
APCIでは、キャピラリに導入される試料液体を噴霧し、生成されたガスをコロナ放電などを利用して気相イオン分子反応によりイオン化する。300℃程度に加熱した金属製の噴霧キャピラリを利用する場合が多いが、一般的に加熱による液体の噴霧では完全に試料液体がガス化せず、ミクロン程度の液滴も生成する。液滴の生成が多い場合には、分析物質由来のイオンの量が低減するため感度が低減する。さらに、液滴が真空装置に導入されると、汚染により質量分析計の感度が低減する。
【0008】
このような問題を解決するために、噴霧ガスを攪拌して液滴を加熱された金属に衝突させてからコロナ放電部へ導入する記述が特開平7−159377に見られる。加熱された1本の金属製キャピラリにより試料液体は噴霧される。APCIインターフェースはLC/MSやセミミクロLC/MSに利用され、設定される液体流量は0.1〜1mL(ミリリットル)/分程度である。
【0009】
SSIでは、キャピラリに導入される試料液体を音速程度の高速ガス流で噴霧することにより、気体状イオンが生成される。生成されるイオン量は主にガス流速に依存し、音速の場合に最大となる。アナリティカル・ケミストリー誌(Analytical Chemistry)、第70巻(1998年)第1882頁から第1884頁には、LC/MSやセミミクロLC/MSのSSIインターフェースに関する記述が見られる。噴霧キャピラリは1本である。液体流量は自由に設定できるが、10μL/分〜1mL/分程度で使用されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ESIでは、試料液体の流量を増大させると、イオン生成効率は低減する関係がある。そのため、イオン生成効率を増大させるためには、噴霧キャピラリ内径を小さくする必要がある。そうしないと、試料液体の流量を低減させることができないからである。そのため、ミニチュア化されたESIでは、感度を顕著に低減させないで、試料液体の流量を低減することができる。ところが、本質的に高感度化に対応できないという問題点がある。大抵のESIでは噴霧キャピラリの本数は1本だが、先述のようにESIチップでは複数の微細な噴霧キャピラリが利用できる。しかし、複数の噴霧キャピラリから同時に噴霧することはなく、本質的に高感度化には対応できないという問題がある。
【0011】
APCIでは、試料溶液の流量が増加するに従い、感度が低下する傾向がある。このことは噴霧による試料液体の気化効率が流量の増大に従って低減するためと説明される。この気化効率低減は液滴の生成量増加となり、噴霧ガスを攪拌するなどの工夫が必要となる。加熱された金属による液滴の気化は原理的に有効だが、生体関連物質は熱分解されるため、結果的に分析感度は低減するという問題がある。また100μL/分以下の流量では安定に試料液体を噴霧することが困難であるという問題がある。
【0012】
SSIでも、試料液体の流量が増大すると、イオン生成効率は低減する。実際には、流量が200μL/分以上では、分析感度は殆ど増加しない。
【0013】
これまで述べたように、従来の噴霧イオン化法では、試料液体の流量を増加させても、生成されるイオン量はある程度以上増加せず、感度が向上しないという問題を有する。また、APCIでは試料液体の流量範囲に制限があるうえ、熱分解し易い物質のイオン化が困難であるという問題を有する。
【0014】
【課題を解決するための手段】
試料液体の流量を変化させても生成されるイオン量が増加しない問題を解決するために、本発明においてはイオン化部に複数のキャピラリを有する質量分析装置が提供される。
【0015】
また、APCIにおける試料液体の流量範囲や熱分解の問題を解決するために、イオン化部に複数のキャピラリを有する質量分析装置が提供される。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の一実施例に基づくソニックスプレーイオン化法(SSI)を利用した質量分析装置の断面図を示す。試料液体はポンプ等で輸送管1に導入された後、分岐部2において2本以上のキャピラリ3に導入される。キャピラリ3の断面サイズは同一であり、キャピラリ3の末端が挿入されるオリフィス4の内径も一定である。試料液体の電位は金属製ジョイント5により接地電位に設定される。
【0017】
ガス導入口6から導入される窒素ガスの高速ガス流がオリフィス4から形成される。このガス流により試料液体は噴霧され、瞬間的に微細液滴に変換され、微細液滴から気体状イオンが生成される。生成されるイオンの量はガス流速に依存し、音速の場合に最大となる。ガス流速はガス流量あるいはガス導入口に導入されるガス圧力により制御することができる。大気中に生成される気体状イオンはサンプリングオリフィス7から真空部8に導入され、質量分析計9により質量分離され、検出器10で検出される。
【0018】
気体状イオンは複数のキャピラリ3から生成されるが、サンプリングオリフィス(内径0.2mm程度)7は一個である。大気中に生成される気体状イオンを含んだガス流から効率的に気体状イオンをサンプリングオリフィス7へ導入するため、キャピラリ3の数だけ直径1mm程度の穴が空いた板11がサンプリングオリフィス7の前に設置される。
【0019】
図2に、本発明の別の一実施例に基づくソニックスプレーイオン化法(SSI)を利用したイオン化部の断面図を示す。金属製のオリフィス板12(厚さ0.2mm程度)にあるオリフィス4(内径約150μm)へ絶縁性の高い石英製キャピラリ3(外径約100μm、内径約40μm)の末端が挿入される。キャピラリ3がオリフィス4と接触をさけてほぼ同軸状にするため、微細穴(内径約110μm)のある支持板13がイオン化部本体14(導体)に固定される。
【0020】
イオン化部の組み立てを容易にするために、イオン化部本体14は大きく2つの部分から構成されている。キャピラリ3は輸送管1末端に挿入され、シリコンラバーなどの耐蝕性の高い接着剤により密封される。キャピラリ3にはポリイミド製のものを利用することもできる。オリフィス板12の厚さがゼロの場合には、オリフィス板12にガスの圧力が2気圧程度かかる状態で原理的には音速のガス流が形成される。強度的な問題からオリフィス板12の厚みは0.1mm以上必要であるが、1mm以上の厚さではオリフィス12におけるガス圧力損失が著しいために4気圧程度のガス圧力でガス導入口からガスを導入する必要が生じる。
【0021】
上記のようなオリフィス4およびキャピラリ3のサイズの場合には、一つのオリフィス4あたりのガス流量が0.3L/分程度でガス流速がほぼ音速となり、生成されるイオン量は最大となる。また、1本のキャピラリに導入される試料液体の流量は50μL/分以下の場合に、イオン生成効率は非常に高い。キャピラリ3やオリフィス4のサイズは同一であることが、製造コストの低減に有効である。
【0022】
また、噴霧ガスは円錐状に形成されるが、イオンは主に中心軸周辺に集中的に生成され、帯電液滴が周辺部に生成される。そのため、隣接するオリフィス4から生成される噴霧ガス同士が接触した場合には、液滴同士が結合し、より巨大な液滴に成長する。このことはイオン生成効率を低減させる原因になりうる。そこで、オリフィス4の間隔は2mm以上10mm以下に設定すると便利である。
【0023】
SSIではイオンが噴霧ガスの中心軸に沿って多く生成される傾向がある。大気中に生成されたイオンを効率よくサンプリングオリフィス7へ導入するために、板11にはキャピラリ3と同数の穴があり、キャピラリ3の中心軸と板11の穴の中心軸はほぼ一致する構造となっている。板11およびサンプリングオリフィス7はリング状セラミックヒーター15により120℃程度に加熱され、噴霧ガス流による冷却が防止される。
【0024】
また、板11にはガス抜き穴16があり、サンプリングオリフィス7から真空部に導入されるイオンを含んだガスの溶媒密度を低減する。このことにより、イオンがサンプリングオリフィス7から真空部に導入される際に著しく溶媒和されることが防止される。
【0025】
試料液体の電位を金属製ジョイント5から接地電位に設定し、オリフィス板12に−1kV程度の電圧を印加すると正イオンが多量に生成される。逆にオリフィス板12に+1kV程度の電圧を印加すると負イオンが多量に生成される。分析目的の物質の性質に応じて、分析イオンの極性を選択することができる。
【0026】
図3に、本発明のさらに別の一実施例に基づく大気圧化学イオン化法(APCI)を利用したイオン化部の断面図を示す。APCIでは、先ず液体を噴霧してエアロゾルに変換する。次に、ガス状分子をコロナ放電等で生成される一次イオンと衝突させ、気相イオン分子反応によりガス状分子をイオン化させる。
【0027】
図3に示す実施例における試料液体の噴霧手段は、図2に示すSSIと類似の構造である。ガス噴霧により生成される液滴のサイズはガス流速が音速の場合に最も小さくなる。そのため、APCIにおいても、噴霧ガス流速は音速以上であることが望ましい。しかし、ガス流速がマッハ2を超える場合には、断熱膨張によるエアロゾルの冷却が著しく、一旦生成された微細液滴が凝集し、イオン生成効率が低減する。
【0028】
コロナ放電の針電極17とサンプリングオリフィス7との間には、2〜5kV程度の高電圧が印加される。針電極17に正の高電圧が印加される場合には、負イオンがサンプリングオリフィス7から真空装置内に導入され易く、負イオン分析に有利である。逆に負の高電圧が印加される場合には、正イオン分析に有利である。
【0029】
噴霧ガスは噴霧チャンバ18内に生成される。噴霧チャンバ18は気密性が高く、噴霧されたガスは充分に攪拌される。噴霧チャンバ18の温度が20℃程度の場合には、ガス導入口6から導入されるガス流量が試料溶液の流量の50000倍以上でないと、湿度が100%を超え試料液体の完全な気化は実現しない可能性がある。例えばガス流量が1L/分の場合には、試料液体の流量が20μL/分程度に設定することが望ましい。試料液体の気化を促進するために、噴霧チャンバ18を80℃から150℃程度に加熱することができる。この場合には、ガス流量を低減することができる。
【0030】
試料液体を音速ガス流により噴霧すると気体状イオンが生成されるが、極めて揮発性の高い物質はイオン化されない傾向がある。そのため、揮発性の高い物質をコロナ放電によりイオン化する。
【0031】
図4に本発明のさらに別の一実施例に基づくエレクトロスプレーイオン化法(ESI)を利用したイオン化部の断面図を示す。ESIではキャピラリ3内の試料液体とサンプリングオリフィス7との間に4kV程度の高電圧を印加し、静電噴霧現象を利用することによりイオンや帯電液滴を生成する。静電噴霧現象によるイオン生成では、主に試料液体の電気伝導度や流量、表面張力に制限される。そのため、試料液体の組成や流量の範囲が制限される。
【0032】
しかし、図4に示すように、ガス噴霧を併用することにより、このような制限はかなり緩和される。生成される帯電液滴の気化を促進することにより、イオン生成が促進される。そこで、サンプリングオリフィス7の前にガス流発生用部材19が設置され、サンプリングオリフィス7からキャピラリ3に向ってカウンターガス流を形成する。このガス流により、帯電液滴の気化が促進される。
【0033】
さらに、サンプリングオリフィス7から真空部に導入されるガス流量より多いガス流量でカウンターガス流を流すことにより、大気中のゴミが真空部に導入され、真空部が汚染されることを防止することができる。
【0034】
図5に、本発明のさらに別の一実施例に基づくエレクトロスプレーイオン化法(ESI)を利用したイオン化部の断面図を示す。金属製キャピラリ3は同軸状に配置され、静電噴霧現象を発生させるための高電圧は金属製キャピラリ3と金属管20との間に印加される。その結果、図に示すように、イオンを含む噴霧ガスは軸対称型に形成される。金属管20(内径1〜5mm程度)先端部の側面には、サンプリング穴21が各々の噴霧ガスに向って設けられる。
【0035】
イオンは金属管20を通ってサンプリングオリフィス7から真空部へ導入(吸引)される。さらに、金属管20の入り口の周囲にはリング状の電極22が設置され電圧が印加され、静電力によりイオンを金属管20に向って収束させる。その結果、大気中で軸対称型に形成されるイオンを内径0.2mm程度のサンプリングオリフィス7へ有効に導入することができる。金属管20は必ずしも曲げられている必要はないが、直線状である場合には装置全体のサイズが大型化する。
【0036】
図6に、本発明のさらに別の一実施例に基づくソニックスプレーイオン化法(SSI)を利用したイオン化部の断面図を示す。図5に示すESIの実施例と同様に金属管20が使用されるが、キャピラリ3から生成されるイオンを含む噴霧ガス流はキャピラリ3と同軸状になる。噴霧ガス流はサンプリング穴21に接触しない構造である。リング状電極22と金属管20との電位差がゼロの場合には、イオンはガス流に従って移動するため、サンプリング穴21から金属管20へ導入されない。
【0037】
リング状電極22の内側に生成される噴霧ガスにはイオンの他に帯電液滴、中性分子、液滴が含まれる。しかし、帯電液滴や中性分子、液滴がサンプリングオリフィス7から真空部に導入されると、真空部が汚染されて感度低減の原因になる。真空部の汚染を防止するためには、真空部にイオンだけが導入されるようにすることが重要である。
【0038】
そこで、リング状電極22と金属管20との間に適当な電圧を印加することにより、イオンや帯電液滴の易動度分離を実現し、イオンのみを金属管20から真空部へ導入することができる。先述したが、SSIでは噴霧ガスの中心軸に沿ってイオンは生成される傾向にある。そのため、ガス流の断面ではイオンが狭い領域に主に存在する。そのため、ガス流に垂直な方向に電界を印加することにより、イオンを一種の易動度分析装置(モービリティーアナライザー)で易動度分離を行い、主にイオンのみをサンプリングオリフィス7へ導入することができる。
【0039】
イオンの易動度は5×10-5m2/Vs以上であり、帯電液滴の易動度はそれ以下であるであることが知られている。本実施例によれば、易動度の低い帯電液滴はサンプリング穴21より下流側で金属管20に衝突し再結合(中性化)される。検出イオンの極性と逆極性に帯電した帯電液滴はリング状電極22へ移動し、中性の分子や液滴はガス流に従い下流に移動する。
【0040】
高分解能の易動度分析装置に関する記述はトレンズ・イン・アナリティカル・ケミストリー誌(Trends in Analytical Chemistry)、第17巻(1998年)第328頁から第339頁に見られる。イオンの易動度は5×10-5m2/Vs以上であり、帯電液滴の易動度はそれ以下であるであることが知られる。イオンと帯電液滴を易動度の差により分離するために、噴霧ガスと平行にアシストガスを流して層流を形成することは有効である。易動度分離においては、リング状電極21の端部とサンプリング穴21との距離やリング状電極22の内径、印加電圧などは予め最適化される。また、ガス導入口から導入されるガスの流量により、印加電圧を変更することができる。金属管20は直角に曲がる必要はないが、噴霧ガス流がセラミックヒーター15やサンプリングオリフィスなどにより乱されないような構造にする必要がある。
【0041】
【発明の効果】
試料液体からイオンと同時に生成される帯電液滴が真空装置内に導入されることを防止でき、真空装置内部の汚染による感度低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるSSIを利用した質量分析装置の要部断面図。
【図2】本発明の一実施例によるSSIを利用した質量分析装置の要部断面図。
【図3】本発明の一実施例によるAPCIを利用した質量分析装置の要部断面図。
【図4】本発明の一実施例によるESIを利用した質量分析装置の要部断面図。
【図5】本発明の一実施例によるESIを利用した質量分析装置の要部断面図。
【図6】本発明の一実施例によるSSIを利用した質量分析装置の要部断面図。
【符号の説明】
1…輸送管、2…分岐部、3…キャピラリ、4…オリフィス、5…ジョイント、6…ガス導入口、7…サンプリングオリフィス、8…真空部、9…質量分析計、10…検出器、11…板、12…オリフィス板、13…支持板、14…イオン化部本体、15…ヒーター、16…ガス抜き穴、17…針電極、18…噴霧チャンバ、19…ガス流発生用部材、20…金属管、21…サンプリング穴、22…リング状の電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass spectrometer that performs high-sensitivity analysis of a sample liquid, and in particular, a liquid chromatograph / mass spectrometer (hereinafter referred to as LC / MS) that separates and analyzes organic substances and organic substances present in a trace amount in a sample liquid with high sensitivity. ) And a capillary electrophoresis / mass spectrometer (hereinafter referred to as CE / MS).
[0002]
[Prior art]
In the LC / MS or CE / MS interface, gaseous ions are generated from the sample liquid separated by LC or CE and introduced into the mass spectrometer. Spray ionization methods such as electrospray ionization (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI), and sonic spray ionization (SSI) are widely used as ionization methods at the interface. By the way, until now, only one capillary has been used for spraying.
[0003]
In ESI, a high voltage is applied between the sample liquid at the end of the capillary and the counter electrode (mass spectrometer entrance), and charged droplets are generated by an electrostatic spray phenomenon. The generated charged droplets are evaporated and gaseous ions are generated. The smaller the size of the initially generated charged droplet and the higher the charge amount, the higher the efficiency of generating gaseous ions. In addition, the size of the charged droplet generated first tends to decrease as the liquid flow rate decreases, and this can be realized by reducing the diameter of the capillary.
[0004]
Although the conventional ESI capillary has an inner diameter of about 0.1 mm, it is possible to use a more miniaturized capillary. A description of the miniaturized ESI with an atomizing capillary inner diameter of 1-2 μm can be found in Analytical Chemistry, Vol. 68 (1996), pages 1-8. When such a miniaturized capillary is used, the liquid flow rate is reduced to about 20 nL (nanoliter) / minute, so that a sample liquid having a volume of about μL (microliter) can be continuously sprayed for about 1 hour. Therefore, it is possible to change the various parameters of the mass spectrometer and perform structural analysis of biomolecules.
[0005]
Analytical Chemistry, Vol. 69 (1997), pages 426 to 430, describes an ESI mass spectrometer using a chip in which a plurality of microcapillaries are arranged. There, the sample liquid is introduced into a capillary in the chip, and an electrode is installed in the sample liquid introduction part of the capillary. The capillary end in the chip is placed opposite to the ion inlet of the mass spectrometer, and a high voltage is applied between the sample liquid inlet and the mass analyzer ion inlet. This high voltage generates an electrospray of the sample liquid between the capillary end in the chip and the ion inlet of the mass spectrometer.
[0006]
In the above conventional example, the separation liquid introduced into one fine capillary (60 μm × 25 μm) in the chip is ionized by ESI at a flow rate of 100 to 200 nL / min and subjected to mass spectrometry. Next, the sample liquid in the adjacent capillary can be analyzed by changing the voltage application site by sliding the chip with respect to the ion introduction port of the mass spectrometer. As a result, high throughput CE / MS is realized.
[0007]
In APCI, a sample liquid introduced into a capillary is sprayed, and the generated gas is ionized by gas phase ion molecule reaction using corona discharge or the like. In many cases, a metal spray capillary heated to about 300 ° C. is used, but in general, when the liquid is sprayed by heating, the sample liquid is not completely gasified, and droplets of about a micron are also generated. In the case where many droplets are generated, the sensitivity is reduced because the amount of ions derived from the analyte is reduced. In addition, when the droplets are introduced into the vacuum apparatus, the sensitivity of the mass spectrometer is reduced due to contamination.
[0008]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 7-159377 describes a technique in which a spray gas is stirred to cause a droplet to collide with a heated metal and then introduced into a corona discharge section. The sample liquid is sprayed by one heated metal capillary. The APCI interface is used for LC / MS and semi-micro LC / MS, and the set liquid flow rate is about 0.1 to 1 mL (milliliter) / min.
[0009]
In SSI, gaseous ions are generated by spraying the sample liquid introduced into the capillary with a high-speed gas flow of about the speed of sound. The amount of ions generated depends mainly on the gas flow velocity, and is maximized at the speed of sound. Analytical Chemistry, Volume 70 (1998), pages 1882 to 1884, describes the SSI interface of LC / MS and semi-micro LC / MS. There is one atomizing capillary. The liquid flow rate can be freely set, but is used at about 10 μL / min to 1 mL / min.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In ESI, when the flow rate of the sample liquid is increased, the ion generation efficiency is reduced. Therefore, in order to increase the ion generation efficiency, it is necessary to reduce the inner diameter of the spray capillary. Otherwise, the flow rate of the sample liquid cannot be reduced. Therefore, in the miniaturized ESI, the flow rate of the sample liquid can be reduced without significantly reducing the sensitivity. However, there is a problem in that it cannot essentially cope with high sensitivity. In most ESI, the number of spray capillaries is one, but as described above, a plurality of fine spray capillaries can be used in the ESI chip. However, there is a problem in that it is not possible to spray from a plurality of spray capillaries at the same time, and it is essentially impossible to cope with high sensitivity.
[0011]
In APCI, the sensitivity tends to decrease as the flow rate of the sample solution increases. This is explained because the vaporization efficiency of the sample liquid by spraying decreases as the flow rate increases. This reduction in vaporization efficiency results in an increase in the amount of droplets generated, and a device such as stirring the spray gas is required. Although vaporization of droplets by heated metal is effective in principle, there is a problem that analytical sensitivity is reduced as a result, since biological materials are thermally decomposed. Further, there is a problem that it is difficult to stably spray the sample liquid at a flow rate of 100 μL / min or less.
[0012]
Even in SSI, the ion production efficiency decreases as the flow rate of the sample liquid increases. Actually, when the flow rate is 200 μL / min or more, the analysis sensitivity hardly increases.
[0013]
As described above, the conventional spray ionization method has a problem that even if the flow rate of the sample liquid is increased, the amount of ions to be generated does not increase to some extent, and the sensitivity is not improved. In addition, APCI has a problem in that the flow rate range of the sample liquid is limited and it is difficult to ionize a substance that easily undergoes thermal decomposition.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem that the amount of ions generated does not increase even when the flow rate of the sample liquid is changed, the present invention provides a mass spectrometer having a plurality of capillaries in the ionization section.
[0015]
In addition, a mass spectrometer having a plurality of capillaries in the ionization unit is provided in order to solve the problem of flow rate of sample liquid and thermal decomposition in APCI.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a mass spectrometer using a sonic spray ionization method (SSI) based on an embodiment of the present invention. The sample liquid is introduced into the
[0017]
A high-speed gas flow of nitrogen gas introduced from the
[0018]
Gaseous ions are generated from a plurality of
[0019]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an ionization unit using a sonic spray ionization method (SSI) according to another embodiment of the present invention. The end of a quartz capillary 3 (outer diameter: about 100 μm, inner diameter: about 40 μm) having high insulating properties is inserted into the orifice 4 (inner diameter: about 150 μm) in the metal orifice plate 12 (thickness: about 0.2 mm). Since the
[0020]
In order to facilitate the assembly of the ionization part, the ionization part
[0021]
In the case of the size of the
[0022]
Further, although the atomizing gas is formed in a conical shape, ions are mainly generated around the central axis and charged droplets are generated in the peripheral portion. Therefore, when the spray gases generated from the
[0023]
In SSI, many ions tend to be generated along the central axis of the spray gas. In order to efficiently introduce ions generated in the atmosphere into the
[0024]
Further, the
[0025]
When the potential of the sample liquid is set to the ground potential from the
[0026]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of an ionization unit using an atmospheric pressure chemical ionization method (APCI) according to still another embodiment of the present invention. In APCI, a liquid is first sprayed and converted into an aerosol. Next, gaseous molecules are collided with primary ions generated by corona discharge or the like, and gaseous molecules are ionized by a gas phase ion molecule reaction.
[0027]
The sample liquid spraying means in the embodiment shown in FIG. 3 has a structure similar to the SSI shown in FIG. The size of droplets generated by gas spraying is the smallest when the gas flow velocity is sonic. Therefore, also in APCI, it is desirable that the spray gas flow velocity be equal to or higher than the sound velocity. However, when the gas flow rate exceeds
[0028]
A high voltage of about 2 to 5 kV is applied between the corona
[0029]
A spray gas is generated in the
[0030]
When the sample liquid is sprayed by a sonic gas flow, gaseous ions are generated, but substances with extremely high volatility tend not to be ionized. Therefore, highly volatile substances are ionized by corona discharge.
[0031]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an ionization unit using an electrospray ionization method (ESI) according to still another embodiment of the present invention. In ESI, a high voltage of about 4 kV is applied between the sample liquid in the
[0032]
However, as shown in FIG. 4, such limitation is considerably relaxed by using gas spray together. By promoting vaporization of the generated charged droplets, ion generation is promoted. Therefore, a gas
[0033]
Further, by flowing the counter gas flow at a gas flow rate higher than the gas flow rate introduced from the
[0034]
FIG. 5 shows a cross-sectional view of an ionization part using an electrospray ionization method (ESI) according to still another embodiment of the present invention. The
[0035]
Ions are introduced (sucked) through the
[0036]
FIG. 6 shows a cross-sectional view of an ionization unit using a sonic spray ionization method (SSI) according to still another embodiment of the present invention. A
[0037]
The atomizing gas generated inside the ring-shaped
[0038]
Therefore, by applying an appropriate voltage between the
[0039]
It is known that the mobility of ions is 5 × 10 −5 m 2 / Vs or more, and the mobility of charged droplets is less than that. According to the present embodiment, the charged droplets having low mobility collide with the
[0040]
A description of high-resolution mobility analyzers can be found in Trends in Analytical Chemistry, Vol. 17 (1998), pages 328-339. It is known that the mobility of ions is 5 × 10 −5 m 2 / Vs or more, and the mobility of charged droplets is less than that. In order to separate ions and charged droplets by the difference in mobility, it is effective to flow an assist gas in parallel with the spray gas to form a laminar flow. In the mobility separation, the distance between the end of the
[0041]
【The invention's effect】
Charged droplets that are generated simultaneously with ions from the sample liquid can be prevented from being introduced into the vacuum apparatus, and a reduction in sensitivity due to contamination inside the vacuum apparatus is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a mass spectrometer using SSI according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a mass spectrometer using SSI according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a mass spectrometer using APCI according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a mass spectrometer using ESI according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a mass spectrometer using ESI according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a mass spectrometer using SSI according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記輸送管に導入された試料液体から気体状イオンを生成する大気圧領域に設けられたイオン化部と、
生成された気体状イオンを質量分離する真空領域に設けられた質量分離部と
からなる質量分析装置であり、
前記イオン化部において
複数のキャピラリと、
前記輸送管から導入された試料液体が前記複数のキャピラリに分配される分岐部と、
前記キャピラリの末端近傍で周囲から流出するようガスを導くオリフィスと、
前記キャピラリの末端で前記ガスに流速を与えるためのガス供給部とを具備し、
前記キャピラリの各々に導入された試料液体を音速程度のガス流で噴霧することにより前記気体状イオンを生成し、
前記イオン化部と前記質量分離部との間に設けられ、噴霧ガス流から前記気体状イオンを取り込むよう前記キャピラリの各々に対応して設けられた複数のイオン取り込み口と、
前記複数のイオン取り組み口を通して取り込まれたイオンを前記真空領域に導入するサンプリングオリフィスと
を具備することを特徴とするマルチキャピラリイオン化質量分析装置。An introduction part for introducing the sample liquid into the transport tube;
An ionization section provided in an atmospheric pressure region for generating gaseous ions from the sample liquid introduced into the transport pipe;
A mass spectrometer comprising a mass separation unit provided in a vacuum region for mass separation of generated gaseous ions,
A plurality of capillaries in the ionization section;
A branch portion in which the sample liquid introduced from the transport pipe is distributed to the plurality of capillaries;
An orifice for directing gas to flow out of the vicinity near the end of the capillary;
A gas supply unit for providing a flow rate to the gas at the end of the capillary,
The gaseous ions are generated by spraying the sample liquid introduced into each of the capillaries with a gas flow of about the speed of sound,
A plurality of ion intake ports provided between the ionization unit and the mass separation unit and provided corresponding to each of the capillaries so as to take in the gaseous ions from a spray gas flow;
A multi-capillary ionization mass spectrometer comprising: a sampling orifice for introducing ions taken through the plurality of ion approach ports into the vacuum region.
前記輸送管に導入された試料液体から気体状イオンを生成する大気圧領域に設けられたイオン化部と、
生成された気体状イオンを質量分離する真空領域に設けられた質量分離部と
からなる質量分析装置であり、
前記イオン化部において
複数のキャピラリと、
前記輸送管から導入された試料液体が前記複数のキャピラリに分配される分岐部と、
前記キャピラリの末端近傍で周囲から流出するようガスを導くオリフィスと、
前記キャピラリの末端で前記ガスに流速を与えるためのガス供給部とを具備し、
前記キャピラリの各々に導入された試料液体を音速程度のガス流で噴霧することにより前記気体状イオンを生成し、
前記イオン化部と前記質量分離部との間に設けられ、噴霧ガス流から前記気体状イオンを取り込むように設けられたイオン取り込み口と、
前記イオン取り組み口を通して取り込まれたイオンを前記真空領域に導入するサンプリングオリフィスと
を具備し、
前記イオン取り込み口が管状金属から構成され、前記管状金属の周囲に第2の管状電極が配置されることを特徴とするマルチキャピラリイオン化質量分析装置。 An introduction part for introducing the sample liquid into the transport tube;
An ionization section provided in an atmospheric pressure region for generating gaseous ions from the sample liquid introduced into the transport pipe;
A mass separator provided in a vacuum region for mass-separating the generated gaseous ions;
A mass spectrometer comprising:
In the ionization section
A plurality of capillaries;
A branch portion in which the sample liquid introduced from the transport pipe is distributed to the plurality of capillaries;
An orifice for directing gas to flow out of the vicinity near the end of the capillary;
A gas supply unit for providing a flow rate to the gas at the end of the capillary,
The gaseous ions are generated by spraying the sample liquid introduced into each of the capillaries with a gas flow of about the speed of sound,
An ion intake port provided between the ionization unit and the mass separation unit and provided to take in the gaseous ions from a spray gas flow;
A sampling orifice for introducing ions taken through the ion working port into the vacuum region;
Comprising
The multicapillary ionization mass spectrometer characterized in that the ion intake port is made of a tubular metal, and a second tubular electrode is arranged around the tubular metal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03233299A JP3982094B2 (en) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Multicapillary ionization mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03233299A JP3982094B2 (en) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Multicapillary ionization mass spectrometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000230921A JP2000230921A (en) | 2000-08-22 |
JP3982094B2 true JP3982094B2 (en) | 2007-09-26 |
Family
ID=12356004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03233299A Expired - Fee Related JP3982094B2 (en) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Multicapillary ionization mass spectrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3982094B2 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3787549B2 (en) | 2002-10-25 | 2006-06-21 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Mass spectrometer and mass spectrometry method |
EP1819423A4 (en) * | 2004-11-09 | 2010-11-03 | Du Pont | Ion source for a mass spectrometer |
GB0608024D0 (en) * | 2006-04-24 | 2006-05-31 | Micromass Ltd | Mass spectrometer |
JP5523457B2 (en) * | 2008-07-28 | 2014-06-18 | レコ コーポレイション | Method and apparatus for ion manipulation using a mesh in a radio frequency electric field |
JP5234019B2 (en) * | 2010-01-29 | 2013-07-10 | 株式会社島津製作所 | Mass spectrometer |
EP2710623B1 (en) | 2011-05-20 | 2019-10-23 | Purdue Research Foundation (PRF) | System for analyzing a sample |
JP5687138B2 (en) * | 2011-06-06 | 2015-03-18 | 株式会社日立製作所 | Mass spectrometer and cover plate |
CN109755097B (en) * | 2018-11-29 | 2020-10-09 | 中国计量科学研究院 | A quadrupole mass spectrometer and method of using the same |
CN110208358A (en) * | 2019-05-21 | 2019-09-06 | 暨南大学 | A kind of high-frequency vibration atomization ionization probe device and method |
CN113176325B (en) * | 2021-04-14 | 2023-05-12 | 北京师范大学 | Normal pressure mass spectrum online monitoring system for accelerating degradation of organic pollutants by plasmas in milliseconds |
CN116840010B (en) * | 2023-07-03 | 2024-05-03 | 暨南大学 | Air inlet device of atomizing chamber |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01292247A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-24 | Hitachi Ltd | Mass analyser |
JP2957624B2 (en) * | 1990-02-10 | 1999-10-06 | 株式会社日立製作所 | Mass spectrometer |
JPH04188555A (en) * | 1990-11-21 | 1992-07-07 | Hitachi Ltd | mass spectrometer |
JP3274302B2 (en) * | 1994-11-28 | 2002-04-15 | 株式会社日立製作所 | Mass spectrometer |
JPH08297112A (en) * | 1995-04-27 | 1996-11-12 | Shimadzu Corp | Liquid chromatograph mass spectrometer |
JPH0943202A (en) * | 1995-07-27 | 1997-02-14 | Shimadzu Corp | Liquid chromatograph mass spectrometer |
JP3353561B2 (en) * | 1995-09-07 | 2002-12-03 | 株式会社日立製作所 | Method and apparatus for solution mass spectrometry |
JP3198965B2 (en) * | 1997-02-20 | 2001-08-13 | 株式会社島津製作所 | Electrospray ionizer |
JP2949108B1 (en) * | 1998-05-28 | 1999-09-13 | 科学技術振興事業団 | Nebulizer array |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP03233299A patent/JP3982094B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000230921A (en) | 2000-08-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6653626B2 (en) | Ion sampling for APPI mass spectrometry | |
Covey et al. | Atmospheric pressure ion sources | |
US6278110B1 (en) | Orthogonal ion sampling for APCI mass spectrometry | |
JP3415682B2 (en) | Capillary electrophoresis / mass spectrometer | |
US7960711B1 (en) | Field-free electrospray nebulizer | |
US7332715B2 (en) | Atmospheric pressure ion source high pass ion filter | |
US6646257B1 (en) | Multimode ionization source | |
US8178833B2 (en) | High-flow tube for sampling ions from an atmospheric pressure ion source | |
US6294779B1 (en) | Orthogonal ion sampling for APCI mass spectrometry | |
US6486469B1 (en) | Dielectric capillary high pass ion filter | |
JP4657451B2 (en) | Vortex gas flow interface for electrospray mass spectrometry | |
JP7011736B2 (en) | Multiple gas flow ionizer | |
US6583407B1 (en) | Method and apparatus for selective ion delivery using ion polarity independent control | |
US20050072934A1 (en) | Apparatus for delivering ions from a grounded electrospray assembly to a vacuum chamber | |
JP3982094B2 (en) | Multicapillary ionization mass spectrometer | |
US6794646B2 (en) | Method and apparatus for atmospheric pressure chemical ionization | |
US20110049348A1 (en) | Multiple inlet atmospheric pressure ionization apparatus and related methods | |
JPH07306193A (en) | Ion source and mass spectrometer using the same | |
JP3691312B2 (en) | Capillary electrophoresis / mass spectrometer | |
JPH0729542A (en) | Mass spectrometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040325 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060417 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060926 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061107 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070612 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070625 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130713 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |