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JP5589750B2 - Ionizer for mass spectrometer and mass spectrometer equipped with the ionizer - Google Patents

Ionizer for mass spectrometer and mass spectrometer equipped with the ionizer Download PDF

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JP5589750B2 JP2010232989A JP2010232989A JP5589750B2 JP 5589750 B2 JP5589750 B2 JP 5589750B2 JP 2010232989 A JP2010232989 A JP 2010232989A JP 2010232989 A JP2010232989 A JP 2010232989A JP 5589750 B2 JP5589750 B2 JP 5589750B2
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Description

本発明は、液体クロマトグラフ質量分析装置などで用いられる、試料液をイオン化するための質量分析装置用イオン化装置、及び該イオン化装置を備える質量分析装置に関する。   The present invention relates to an ionization apparatus for a mass spectrometer for ionizing a sample solution used in a liquid chromatograph mass spectrometer and the like, and a mass spectrometer including the ionization apparatus.

質量分析装置は、イオン化部において試料のイオン化を行い、イオン化された試料を質量分析部に取り込んだ後、四重極質量フィルタ等により質量電荷比(m/z)に応じて分離して検出する、という構成を有している。   The mass spectrometer performs ionization of the sample in the ionization unit, takes the ionized sample into the mass analysis unit, and then separates and detects the sample according to the mass-to-charge ratio (m / z) using a quadrupole mass filter or the like. It has the structure of.

液体クロマトグラフなどから送られてくる試料液のイオン化を行う方法として、大気圧下のイオン化室内に該試料液を静電噴霧する方法(エレクトロスプレーイオン化法:ESI)や、大気圧下のイオン化室内に噴霧された液滴とコロナ放電で生じたキャリアガスイオンとを反応させて試料をイオン化する方法(大気圧化学イオン化法:APCI)などがある。   As a method of ionizing a sample solution sent from a liquid chromatograph or the like, a method of electrostatically spraying the sample solution in an ionization chamber under atmospheric pressure (electrospray ionization method: ESI) or an ionization chamber under atmospheric pressure There is a method of ionizing a sample by reacting droplets sprayed on the substrate with carrier gas ions generated by corona discharge (atmospheric pressure chemical ionization method: APCI).

ESIでは、試料液をキャピラリから噴霧する際に試料に片寄った電荷を与え、噴霧された液滴中でのクーロン反発力により液滴の微細化を促進させ、その過程で液滴中の目的成分をイオン化する。他方、APCIでは、キャピラリの出口前方に放電電極を配置し、そのコロナ放電により生成した溶媒ガスイオンを微細液滴に化学反応させることで目的成分をイオン化する。いずれの方法を用いるにしても、液滴の微細化の具合が、イオン化部におけるイオン化効率やその後の質量分析部における測定精度に大きく影響することになる。   In ESI, when the sample liquid is sprayed from the capillary, the sample is given a biased charge, and the atomization of the droplet is promoted by the Coulomb repulsive force in the sprayed droplet. Is ionized. On the other hand, in APCI, a discharge electrode is disposed in front of the capillary outlet, and solvent gas ions generated by the corona discharge are chemically reacted with fine droplets to ionize the target component. Regardless of which method is used, the degree of micronization of the droplet greatly affects the ionization efficiency in the ionization unit and the subsequent measurement accuracy in the mass analysis unit.

特開2005−197141号公報JP 2005-197141 A 米国特許第5412208号公報US Pat. No. 5,412,208

液滴の微細化を促進させる方法として、キャピラリから噴出する液体の周囲からネブライザーガスを噴射する方法がある(例えば特許文献1を参照)。この方法では、キャピラリから噴出する液体がネブライザーガスにより剪断されることで液滴の微細化が促進されるが、噴出量が増加した場合、ネブライザーガスによる剪断効率が低下し、微細化の歩留まりが悪化するという問題がある。   As a method for promoting the refinement of droplets, there is a method in which a nebulizer gas is ejected from around a liquid ejected from a capillary (see, for example, Patent Document 1). In this method, the liquid ejected from the capillary is sheared by the nebulizer gas, so that the refinement of the droplet is promoted. There is a problem of getting worse.

例えばESIでは、帯電液滴の径が大きいと、クーロン反発によるイオンの蒸発が生じない。そのため、帯電液滴の径が大きい場合には、クーロン反発による蒸発が起こる限界(レイリー限界)まで液滴を乾燥させ、微細化する必要がある(例えば特許文献2を参照)。しかしながら、このような径の大きい液滴を乾燥させるためには大量の熱量が必要となるため、従来では、数百℃あまりに加熱された乾燥用ガスを数十L/minの割合で供給するなど、大がかりな乾燥機構を装置に備える必要があった。   For example, in ESI, if the diameter of the charged droplet is large, evaporation of ions due to Coulomb repulsion does not occur. Therefore, when the diameter of the charged droplet is large, it is necessary to dry the droplet to the limit (Rayleigh limit) at which evaporation due to Coulomb repulsion occurs (see, for example, Patent Document 2). However, in order to dry such large droplets, a large amount of heat is required. Conventionally, drying gas heated to several hundred degrees Celsius is supplied at a rate of several tens of L / min. It was necessary to equip the apparatus with a large drying mechanism.

本発明が解決しようとする課題は、ネブライザーガスによる液滴の微細化をより効率的に行うことができる質量分析装置用イオン化装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an ionization apparatus for a mass spectrometer capable of more efficiently miniaturizing droplets with a nebulizer gas.

上記課題を解決するために成された本発明は、
試料導管により試料液を導入すると共に、それに沿ってネブライザーガスを噴射することにより試料のイオン化を行う質量分析装置用イオン化装置において、
前記試料導管が、その出口において、該試料導管の中心軸側に設けられた、前記ネブライザーガスを噴射する内側ガス導管と、該試料導管の外周側に設けられた前記ネブライザーガスを噴射する外側ガス導管とを備え
前記外側ガス導管の出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜し、
前記内側ガス導管の出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜していることを特徴とする。
The present invention made to solve the above problems
In an ionizer for a mass spectrometer that introduces a sample solution through a sample conduit and ionizes the sample by injecting a nebulizer gas along the sample solution,
An inner gas conduit for injecting the nebulizer gas and an outer gas for injecting the nebulizer gas provided on the outer peripheral side of the sample conduit provided at the outlet of the sample conduit at the central axis side of the sample conduit A conduit ,
The inner peripheral surface of the outlet end of the outer gas conduit is inclined toward the sample conduit toward the tip,
The inner peripheral surface of the outlet end of the inner gas conduit and said that you have inclined the sample conduit side to the tip.

従来の試料導管は単純な管であったため、試料液は試料導管から中実柱状に噴出するのに対し、本発明では、試料導管の中心軸側に内側ガス導管を設けたため、試料液は中空柱状に噴出する。これにより、噴出する試料液の表面積が従来よりも増加し、ネブライザーガスやイオン化装置(イオン化部)内部の気体とより広い面積で接触するようになる。更に、従来の装置ではネブライザーガスは中実柱状の試料液の外側から接触していたため、ネブライザーガスによる試料液の分散化が不十分であったが、本発明の装置では、出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜している外側ガス導管と、出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜している内側ガス導管とからネブライザーガスを噴出するため、直進性の増したネブライザーガスが壁状の試料液を内側から外側に向けて押し出すことになり、試料液の分散化を大きく促進する。
Since the conventional sample conduit is a simple tube, the sample liquid is ejected from the sample conduit in the form of a solid column, whereas in the present invention, the inner gas conduit is provided on the central axis side of the sample conduit. It erupts in a columnar shape. As a result, the surface area of the ejected sample liquid is increased as compared with the conventional case, and comes into contact with the nebulizer gas and the gas inside the ionizer (ionizer) over a wider area. Furthermore, in the conventional apparatus, since the nebulizer gas was in contact from the outside of the solid columnar sample liquid, the sample liquid was insufficiently dispersed by the nebulizer gas. However, in the apparatus of the present invention, the inner periphery of the outlet end was insufficient. The nebulizer gas is ejected from an outer gas conduit whose surface is inclined toward the sample conduit toward the tip and an inner gas conduit whose inner peripheral surface is inclined toward the sample conduit toward the tip. Therefore, the nebulizer gas with increased straightness pushes the wall-shaped sample liquid from the inside to the outside, greatly promoting the dispersion of the sample liquid.

なお、本発明においても従来と同様に、試料導管の出口外周側からネブライザーガスを噴射する外側ガス導管を設けている前記試料導管の出口外周側に設けられた外側ガス導管が出口よりも突出する突出部を有すると共に、該突出部の内周面が先端に向かって前記試料導管の中心軸側に傾斜していることが望ましい。該形状によりネブライザーガスが試料液内部まで作用し試料液の分散をより一層促進できる。また、内側ガス導管と外側ガス導管におけるネブライザーガスの流速をそれぞれ調整するガス流速調整手段を設けることが望ましい。これにより、試料導管から噴出する試料液の中心軸側と外側とでガス流速の違いによる気圧差を生じさせることができ、試料液の内部にまでネブライザーガスを作用させたり、イオン化装置内の気体を混入させたりすることが可能となる。
Similar to be conventional in the present invention is provided with outer gas conduit for injecting the nebulizer gas from the outlet outer periphery of the sample conduit. The outer gas conduit provided on the outer peripheral side of the outlet of the sample conduit has a protrusion protruding from the outlet, and the inner peripheral surface of the protrusion is inclined toward the center axis of the sample conduit toward the tip. It is desirable. With this shape, the nebulizer gas acts to the inside of the sample liquid, and the dispersion of the sample liquid can be further promoted. It is desirable to provide gas flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the nebulizer gas in the inner gas conduit and the outer gas conduit, respectively. As a result, it is possible to generate a pressure difference due to the difference in gas flow velocity between the central axis side and the outside of the sample liquid ejected from the sample conduit, and the nebulizer gas can be applied to the inside of the sample liquid or the gas in the ionizer Can be mixed in.

本発明は、ネブライザーガス用のガス導管として、試料液をイオン化装置に導く試料導管の側に出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜しているガス導管を、内側に出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜しているガス導管を設けることで、試料導管から噴出する試料液の外側と中心軸側から試料液を剪断できるようにしたものである。従来は、ガス導管が試料導管の外側にしか設けられていなかったため、中心軸までネブライザーガスによる剪断の作用が及ばず、結果として径の大きい液滴が形成されていたが、本発明では中心軸又はその近傍からネブライザーガスが噴射されるため、液滴の微細化をより促進させることができる。 The present invention, as a gas conduit for nebulizer gas, a gas conduit inner peripheral surface of the outlet end on the outer side of the sample conduit guiding the sample liquid to the ionizer is inclined to said sample conduit side to the distal end, the inner By providing a gas conduit in which the inner peripheral surface of the outlet end is inclined toward the sample conduit toward the tip, the sample solution can be sheared from the outside and the central axis side of the sample solution ejected from the sample conduit. Is. Conventionally, since the gas conduit was provided only outside the sample conduit, the shearing action by the nebulizer gas did not reach the central axis, and as a result, a droplet having a large diameter was formed. Or since nebulizer gas is also injected from the vicinity, the refinement | miniaturization of a droplet can be promoted more.

また、液滴がより微細化されることで、液滴の乾燥も従来よりも促進されるため、乾燥用ガスを供給する乾燥機構を装置に搭載する場合にもその流量や温度を低く抑えることができる。これにより乾燥機構を小型化することができ、その分のコストやスペースを縮減することが可能となる。更に微細液滴は壁面に吸着しにくいため、イオン源の汚れを軽減することもできる。   In addition, since the droplets are further miniaturized, drying of the droplets is promoted more than before, so that the flow rate and temperature are kept low even when a drying mechanism for supplying a drying gas is installed in the apparatus. Can do. Thereby, a drying mechanism can be reduced in size and it becomes possible to reduce the cost and space for that. Furthermore, since fine droplets are difficult to adsorb on the wall surface, contamination of the ion source can be reduced.

質量分析装置の要部の概略構成図。The schematic block diagram of the principal part of a mass spectrometer. ESIによるイオン化を行う場合の従来のイオン化部の構成を示す概略図(a)、及びAPCIによるイオン化を行う場合の従来のイオン化部の構成を示す概略図(b)。The schematic diagram (a) which shows the structure of the conventional ionization part in the case of performing ionization by ESI, and the schematic diagram (b) which shows the structure of the conventional ionization part in the case of performing ionization by APCI. 本発明に係るイオン化プローブの一実施例を示した概略断面図(a)、及びその出口開口の正面図(b)。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view (a) showing an embodiment of an ionization probe according to the present invention, and a front view (b) of an outlet opening thereof. 本実施例のキャピラリの出口周辺の気体の流れを示す模式図。The schematic diagram which shows the gas flow around the exit of the capillary of a present Example. 本実施例のイオン化プローブの変形例を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the modification of the ionization probe of a present Example. 本実施例のイオン化プローブの別の変形例を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows another modification of the ionization probe of a present Example.

図1は質量分析装置の一般的な要部構成を示す概略図である。この図に示すように、質量分析装置は、導入された試料液のイオン化を行うイオン化部1と、イオン化部1で得られた試料イオンをm/zに応じて分離して検出する質量分析部2と、装置各部の動作を制御する制御部(図示せず)と、を有している。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a general configuration of a main part of a mass spectrometer. As shown in this figure, a mass spectrometer includes an ionization unit 1 that ionizes an introduced sample solution, and a mass analysis unit that separates and detects sample ions obtained by the ionization unit 1 according to m / z. 2 and a control unit (not shown) for controlling the operation of each part of the apparatus.

イオン化部1では、ほぼ大気圧雰囲気であるイオン化室11内に、イオン化プローブ12が突設されている。イオン化プローブ12の先端部の前方には、この先端部から噴霧された液滴中から溶媒が気化することにより生成される試料イオンを後段に輸送するための脱溶媒管13の入口開口が設けられ、さらにその前方には気化しなかった液滴を排出するドレイン14が配置されている。脱溶媒管13の入口開口の中心軸はイオン化プローブ12の先端からの噴霧の中心軸と斜交(ここではほぼ直交)しており、それによって溶媒が十分に気化していない大きな液滴が脱溶媒管13に飛び込むことを防止している。   In the ionization part 1, the ionization probe 12 is protrudingly provided in the ionization chamber 11 which is a substantially atmospheric pressure atmosphere. In front of the tip of the ionization probe 12, an inlet opening of a desolvation tube 13 is provided for transporting sample ions generated by evaporation of the solvent from droplets sprayed from the tip to the subsequent stage. Further, a drain 14 for discharging droplets that have not been vaporized is disposed in front of the drain 14. The central axis of the inlet opening of the desolvation tube 13 is obliquely intersected with the central axis of the spray from the tip of the ionization probe 12 (in this case, substantially orthogonal), so that a large droplet in which the solvent is not sufficiently evaporated is removed. Jumping into the solvent tube 13 is prevented.

質量分析部2には、質量分析室27と、上記イオン化室11との間にそれぞれ隔壁で隔てられた第1中間真空室21及び第2中間真空室24が設けられている。質量分析室27内には質量分離部としての四重極フィルタ28とイオン検出器29とが設けられ、それらの中間にある第1中間真空室21及び第2中間真空室24にはそれぞれ第1イオンレンズ22及び第2イオンレンズ25が設けられている。イオン化室11と第1中間真空室21との間は細径の脱溶媒管13を介して、第1中間真空室21と第2中間真空室24との間は極小径の通過穴を頂部に有する円錐形状のスキマー23を介して連通している。   The mass analyzer 2 is provided with a first intermediate vacuum chamber 21 and a second intermediate vacuum chamber 24 that are separated from each other by a partition wall between the mass analysis chamber 27 and the ionization chamber 11. In the mass analysis chamber 27, a quadrupole filter 28 and an ion detector 29 as a mass separation unit are provided. An ion lens 22 and a second ion lens 25 are provided. Between the ionization chamber 11 and the first intermediate vacuum chamber 21, a small-diameter desolvation tube 13 is provided, and between the first intermediate vacuum chamber 21 and the second intermediate vacuum chamber 24, a very small diameter passage hole is formed at the top. It communicates through a conical skimmer 23.

イオン化室11内は、イオン化プローブ12からほぼ連続的に供給される試料液の気化分子によってほぼ大気圧雰囲気になっている。また、第1中間真空室21内はロータリポンプ30により約102Paまで、第2中間真空室24内はターボ分子ポンプ31により約10-1〜10-2Paまで真空排気され、さらに質量分析室27内はターボ分子ポンプ32により約10-3〜10-4Paの高真空状態まで真空排気される。このようにイオン化室11、第1中間真空室21、第2中間真空室24、質量分析室27と、段階的に真空度を上げるような多段差動排気系の構成とすることにより、質量分析室27内の高い真空度を維持するようにしている。 The inside of the ionization chamber 11 is in an almost atmospheric pressure atmosphere due to vaporized molecules of the sample liquid supplied almost continuously from the ionization probe 12. The first intermediate vacuum chamber 21 is evacuated to about 10 2 Pa by a rotary pump 30, and the second intermediate vacuum chamber 24 is evacuated to about 10 −1 to 10 −2 Pa by a turbo molecular pump 31. The chamber 27 is evacuated to a high vacuum state of about 10 −3 to 10 −4 Pa by a turbo molecular pump 32. In this way, the ionization chamber 11, the first intermediate vacuum chamber 21, the second intermediate vacuum chamber 24, the mass analysis chamber 27, and the multistage differential exhaust system that increases the degree of vacuum stepwise can be used for mass analysis. A high degree of vacuum in the chamber 27 is maintained.

イオン化部1及び質量分析部2における分析動作を説明すると、試料液はイオン化プローブ12の先端からイオン化室11内に噴霧され、後述するように噴霧流中の試料分子はイオン化される。発生したイオンは未だイオン化していない微小液滴とともに、イオン化室11と第1中間真空室21との差圧により脱溶媒管13中に引き込まれる。第1イオンレンズ22は、その電場により脱溶媒管13を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー23の通過孔近傍に収束させる。スキマー23の通過孔を通って第2中間真空室24に導入されたイオンは、第2イオンレンズ25により収束及び加速された後、小孔26を通って質量分析室27へと送られる。質量分析室27では、特定のm/zを有するイオンのみが四重極フィルタ28を通り抜け、イオン検出器29に到達しイオン電流として検出される。   The analysis operation in the ionization unit 1 and the mass analysis unit 2 will be described. The sample liquid is sprayed into the ionization chamber 11 from the tip of the ionization probe 12, and the sample molecules in the spray flow are ionized as described later. The generated ions are drawn into the desolvation tube 13 by the differential pressure between the ionization chamber 11 and the first intermediate vacuum chamber 21 together with the fine droplets that have not yet been ionized. The first ion lens 22 helps the ions to be drawn through the desolvation tube 13 by the electric field, and converges the ions in the vicinity of the passage hole of the skimmer 23. The ions introduced into the second intermediate vacuum chamber 24 through the passage hole of the skimmer 23 are converged and accelerated by the second ion lens 25 and then sent to the mass analysis chamber 27 through the small hole 26. In the mass analysis chamber 27, only ions having a specific m / z pass through the quadrupole filter 28, reach the ion detector 29, and are detected as an ion current.

この質量分析装置では、イオン化プローブ12を交換することによってESIやAPCIなどイオン化の方法を選択的に変えることができる。以下に、ESI及びAPCIで従来用いられるイオン化プローブの構成を図2を用いて説明する。   In this mass spectrometer, the ionization method such as ESI or APCI can be selectively changed by exchanging the ionization probe 12. The configuration of an ionization probe conventionally used in ESI and APCI will be described below with reference to FIG.

図2(a)は、ESIで従来用いられるイオン化プローブ12の概略断面図である。このイオン化プローブ12は、試料液が供給されるキャピラリ121と、その外筒としてキャピラリ121を取り囲むように配設されたガス外管122と、キャピラリ121自体又はその周囲に設けられた図示しない金属筒に数kV程度の直流高電圧を印加する直流電源123と、を有する。ESIでは、直流電源123から印加される電圧により形成される電場の影響によってキャピラリ121を流れて来る試料液が片寄って帯電し、その状態でガス外管122から噴射されるネブライザーガス(通常は窒素ガス)により剪断され、微小液滴となって噴出する。噴出した微小液滴は例えば脱溶媒管13の周囲から噴出される乾燥窒素ガスに接触し、液滴中の移動相や溶媒が急速に蒸発し液滴のサイズは小さくなる。すると、帯電電荷のクーロン反発力によって液滴は細かく分裂し、その過程で試料分子に由来する気体イオンが発生する。   FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of an ionization probe 12 conventionally used in ESI. The ionization probe 12 includes a capillary 121 to which a sample solution is supplied, a gas outer tube 122 disposed so as to surround the capillary 121 as an outer tube, and a metal tube (not shown) provided around the capillary 121 itself or its periphery. And a DC power supply 123 for applying a DC high voltage of about several kV. In ESI, the sample liquid flowing through the capillary 121 is biased by the influence of the electric field formed by the voltage applied from the DC power source 123, and in this state, nebulizer gas (usually nitrogen gas) injected from the gas outer tube 122 is charged. Gas) and is ejected as fine droplets. The ejected microdroplet comes into contact with, for example, dry nitrogen gas ejected from the periphery of the desolvation tube 13, and the mobile phase and the solvent in the droplet rapidly evaporate, thereby reducing the size of the droplet. Then, the droplets are finely divided by the Coulomb repulsive force of the charged charge, and gas ions derived from the sample molecules are generated in the process.

図2(b)は、APCIで従来用いられるイオン化プローブ12の概略断面図である。このイオン化プローブ12は、キャピラリ121、ガス外管122、キャピラリ121の出口開口の前方の空間を囲繞するヒータ124、及びさらにその前方に設けられた針状の放電電極125、を有する。キャピラリ121の先端に達した試料液(ESIと異なり帯電はしていない)はガス外管122から噴射されるネブライザーガスにより剪断され、微小液滴となって噴出する。その前方の空間はヒータ124で囲繞されているため、このヒータ124の加熱によって液滴中の溶媒は気化して溶媒ガスとなる。放電電極125に図示しない高電圧源から高電圧が印加されるとコロナ放電を生じ、溶媒ガス分子は溶媒イオンとなる。この溶媒イオンと液滴中の試料分子とが化学反応し、試料分子はイオン化されて試料イオンとなる。   FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of an ionization probe 12 conventionally used in APCI. The ionization probe 12 includes a capillary 121, a gas outer tube 122, a heater 124 surrounding a space in front of the outlet opening of the capillary 121, and a needle-like discharge electrode 125 provided in front of the heater 124. The sample solution that has reached the tip of the capillary 121 (uncharged unlike ESI) is sheared by the nebulizer gas ejected from the gas outer tube 122 and ejected as fine droplets. Since the space in front of it is surrounded by the heater 124, the solvent in the droplets is evaporated by the heating of the heater 124 and becomes a solvent gas. When a high voltage is applied to the discharge electrode 125 from a high voltage source (not shown), corona discharge occurs, and the solvent gas molecules become solvent ions. The solvent ions and the sample molecules in the droplets chemically react, and the sample molecules are ionized to become sample ions.

図2に示すように、質量分析装置で従来用いられるイオン化プローブ12は、ESIとAPCIのいずれの方法を用いる場合でも、キャピラリ121の外側からのみネブライザーガスを噴射している。以下に示す本発明は、イオン化プローブ12のネブライザーガスによる試料液の剪断を従来より効率的に行えるようにしたものである。   As shown in FIG. 2, the ionization probe 12 conventionally used in a mass spectrometer ejects nebulizer gas only from the outside of the capillary 121 regardless of the method of ESI or APCI. In the present invention described below, the sample liquid can be sheared with the nebulizer gas of the ionization probe 12 more efficiently than before.

図3は、本発明に係るイオン化プローブ12の一実施例を示した概略断面図及び出口開口の正面図である。本実施例のイオン化プローブ12は、キャピラリ121Aがキャピラリ内管1211とキャピラリ外管1212の二重管構造を有し、キャピラリ内管1211をネブライザーガスが、キャピラリ外管1212を試料液が、それぞれ流れる構造となっている。   FIG. 3 is a schematic sectional view showing an embodiment of the ionization probe 12 according to the present invention and a front view of the outlet opening. In the ionization probe 12 of the present embodiment, the capillary 121A has a double tube structure of a capillary inner tube 1211 and a capillary outer tube 1212. The nebulizer gas flows through the capillary inner tube 1211 and the sample solution flows through the capillary outer tube 1212. It has a structure.

本実施例のキャピラリ121Aにおいて、キャピラリ内管1211とキャピラリ外管1212の半径をそれぞれRin=R、Rout=2Rとした場合、試料液の流路断面積はπRout 2-πRin 2=3πR2である。これに対し、図2に示すような従来構造のキャピラリ121の半径を、本実施例の流路断面積と同じになるようにRs=31/2Rとした場合との比較を行う。 In the capillary 121A of the present embodiment, when the radii of the capillary inner tube 1211 and the capillary outer tube 1212 are R in = R and R out = 2R, respectively, the cross-sectional area of the sample solution is πR out 2 -πR in 2 = 3πR 2 . On the other hand, a comparison is made with the case where R s = 3 1/2 R is set so that the radius of the capillary 121 having the conventional structure as shown in FIG.

試料液の流路断面積が同じである場合、本実施例のキャピラリ121Aと従来構造のキャピラリ121に試料液が同じ流量で導入されたとすると、それぞれのキャピラリにおける試料液の流速は同じになる。一方、ネブライザーガスにより直接剪断される試料液の表面積比は、キャピラリから噴出する試料液がそのまま直進すると仮定すると、
(2πRin+2πRout)/(2πRs)=31/2
となる。従って上記の例では、本実施例のキャピラリ121Aを用いることで、従来構造のキャピラリ121の31/2倍、ネブライザーガスにより直接剪断される液体表面積が増加することになる。
When the flow path cross-sectional areas of the sample liquid are the same, assuming that the sample liquid is introduced at the same flow rate into the capillary 121A of this embodiment and the capillary 121 having the conventional structure, the flow rates of the sample liquid in the respective capillaries are the same. On the other hand, the surface area ratio of the sample liquid directly sheared by the nebulizer gas assumes that the sample liquid ejected from the capillary goes straight as it is.
(2πR in + 2πR out ) / (2πR s ) = 3 1/2
It becomes. Therefore, in the above example, by using the capillary 121A of the present embodiment, the liquid surface area directly sheared by the nebulizer gas is increased by 3 1/2 times that of the capillary 121 having the conventional structure.

また、試料液の流路断面積が同じであっても、従来構造のキャピラリ121からは直径2×31/2Rの幅で試料液が噴出し、本実施例のキャピラリ121AからはRout-Rin=Rの幅で試料液が噴出する。そのため、本実施例のキャピラリ121Aでは、噴出後の試料液の幅が従来構造のキャピラリ121の(2×31/2)-1倍となり、幅が狭くなった分だけネブライザーガスや外気(イオン化室内の気体)などが噴出した試料液の内部にまで作用しやすくなる。
以上の効果により、従来技術に比べて大きい粒の液滴の生成をおさえ、微細液滴生成の歩留まりを向上させることが可能となる。
Even if the flow path cross-sectional area of the sample liquid is the same, the sample liquid is ejected from the capillary 121 having the conventional structure with a diameter of 2 × 3 1/2 R, and R out from the capillary 121A of the present embodiment. Sample liquid is ejected with a width of -R in = R. Therefore, in the capillary 121A of the present embodiment, the width of the sample liquid after ejection is (2 × 3 1/2 ) -1 times that of the capillary 121 having the conventional structure, and the nebulizer gas and the outside air (ionization) are reduced by the width. It becomes easy to act on the inside of the sample liquid from which the gas in the room is ejected.
Due to the above effects, it is possible to suppress the generation of large droplets compared to the prior art and improve the yield of fine droplet generation.

図4は、質量分析装置にガス流速調整部(図示せず)を設け、キャピラリ内管1211とガス外管122のそれぞれのネブライザーガスの流速を調整するようにした場合の、キャピラリ121Aの出口周辺の気体の流れを示す模式図である。この図の例では、キャピラリ内管1211におけるネブライザーガスの流速v1を、ガス外管122における流速v2よりも大きくすることで、キャピラリ外管1212から噴出する試料液の中心軸側の気圧を外側の気圧よりも低くし、ガス外管122側から噴射されるネブライザーガスが液体流路の中心軸側に引き込まれやすくしている。また、試料液の中心軸側と外側の気圧差によって、外気も噴出する試料液の内部に引き込まれやすくなるため、試料液の剪断効率及び噴霧効率が向上する。 FIG. 4 shows the vicinity of the outlet of the capillary 121A when a gas flow rate adjusting unit (not shown) is provided in the mass spectrometer and the flow rates of the nebulizer gas in the capillary inner tube 1211 and the gas outer tube 122 are adjusted. It is a schematic diagram which shows the flow of gas. In the example of this figure, the air pressure on the central axis side of the sample liquid ejected from the capillary outer tube 1212 is increased by making the flow velocity v 1 of the nebulizer gas in the capillary inner tube 1211 larger than the flow velocity v 2 in the gas outer tube 122. The pressure is lower than the outside pressure so that the nebulizer gas injected from the gas outer tube 122 side is easily drawn into the central axis side of the liquid flow path. Further, since the atmospheric pressure difference between the central axis side and the outside of the sample liquid is easily drawn into the sample liquid from which the outside air is ejected, the shear efficiency and the spray efficiency of the sample liquid are improved.

以下、本実施例のイオン化プローブ12の変形例を示す。
図5のイオン化プローブ12は、キャピラリ121Bが三重管構造を有する例である。この変形例では、イオン化プローブ12内で分岐した試料液が最も内側の第一管1213と最も外側の第三管1215において流れ、第一管1213と第三管1215に挟まれる第二管1214においてネブライザーガスが流れる構造となっている。このような構造を有することにより、図3に示した実施例のものよりもネブライザーガスが作用する液体表面積がさらに増加する。
Hereinafter, modifications of the ionization probe 12 of the present embodiment will be shown.
The ionization probe 12 of FIG. 5 is an example in which the capillary 121B has a triple tube structure. In this modification, the sample liquid branched in the ionization probe 12 flows in the innermost first tube 1213 and the outermost third tube 1215, and in the second tube 1214 sandwiched between the first tube 1213 and the third tube 1215. Nebulizer gas flows. By having such a structure, the liquid surface area on which the nebulizer gas acts is further increased as compared with the embodiment shown in FIG.

図6は、イオン化プローブ12の形状に関する変形例である。図6(a)のキャピラリ内管1211Aは、この管に流れるネブライザーガスの方向性を制御する加工を施している。ロケットエンジン等に見られるように、図6(a)のような構成ではキャピラリ内管1211Aを流れるネブライザーガスが直進性を増すため、脱溶媒管13にガス流を収束させる作用がある。   FIG. 6 is a modification regarding the shape of the ionization probe 12. The inner capillary tube 1211A shown in FIG. 6A is subjected to processing for controlling the directionality of the nebulizer gas flowing through the tube. As seen in a rocket engine or the like, in the configuration as shown in FIG. 6 (a), the nebulizer gas flowing through the capillary inner tube 1211A increases the straightness, and thus has the effect of converging the gas flow in the desolvation tube 13.

図6(b)は、ガス外管122のネブライザーガスの噴射口にガス流の方向性を制御する加工を施した例である。この例では、キャピラリ外管1212から噴出する試料液の内部にまでネブライザーガスが作用するように外側のネブライザーガスの方向を変えている。また、図6(c)及び(d)のように、キャピラリ内管1211とキャピラリ外管1212のいずれかが出口側で突設された構成とすることもできる。   FIG. 6B is an example in which the nebulizer gas injection port of the gas outer tube 122 is processed to control the directionality of the gas flow. In this example, the direction of the outer nebulizer gas is changed so that the nebulizer gas acts inside the sample liquid ejected from the capillary outer tube 1212. Further, as shown in FIGS. 6C and 6D, either the capillary inner tube 1211 or the capillary outer tube 1212 may be protruded on the outlet side.

なお、ESIによるイオン化を行う場合で、図6(b)〜(d)のようにイオン化プローブ12内の管のいずれかが先端部で突出している際には、その突出している管の電位を他の管の電位よりも高くする方が、試料液により電荷を与えることができるため望ましい。   In the case of performing ionization by ESI, when any of the tubes in the ionization probe 12 protrudes at the tip as shown in FIGS. 6B to 6D, the potential of the protruding tube is changed. It is desirable to make the potential higher than that of other tubes because the sample solution can be charged.

また、ネブライザーガスによる液滴の微細化は、ガスの温度を高くすることによっても促進させることが可能である。そのため、質量分析装置には、イオン化プローブ12に供給するネブライザーガスを加熱するための加熱部を有していることが望ましい。   Further, the miniaturization of droplets by the nebulizer gas can be promoted also by increasing the gas temperature. Therefore, it is desirable for the mass spectrometer to have a heating unit for heating the nebulizer gas supplied to the ionization probe 12.

以上、本発明のイオン化プローブについて実施例を用いて説明したが、これらはあくまで一例であり、本発明の主旨の範囲で適宜修正や変更を行うことができる。また、上記実施例で示したイオン化プローブの構造は、ESIやAPCIなど試料液をネブライザーガスによって剪断する様々なイオン化法に適用可能であることは容易に想到しうることである。   As mentioned above, although the ionization probe of this invention was demonstrated using the Example, these are an example to the last, and can be suitably corrected or changed in the range of the main point of this invention. Moreover, it can be easily conceived that the structure of the ionization probe shown in the above embodiment can be applied to various ionization methods such as ESI and APCI in which a sample solution is sheared with a nebulizer gas.

1…イオン化部
11…イオン化室
12…イオン化プローブ
121、121A、121B…キャピラリ
1211、1211A…キャピラリ内管
1212…キャピラリ外管
1213…第一管
1214…第二管
1215…第三管
122…ガス外管
123…直流電源
124…ヒータ
125…放電電極
13…脱溶媒管
14…ドレイン
2…質量分析部
21…第1中間真空室
22…第1イオンレンズ
23…スキマー
24…第2中間真空室
25…第2イオンレンズ
26…小孔
27…質量分析室
28…四重極フィルタ
29…イオン検出器
30…ロータリポンプ
31、32…ターボ分子ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ionization part 11 ... Ionization chamber 12 ... Ionization probe 121, 121A, 121B ... Capillary 1211, 1211A ... Capillary inner tube 1212 ... Capillary outer tube 1213 ... First tube 1214 ... Second tube 1215 ... Third tube 122 ... Out of gas Tube 123 ... DC power supply 124 ... Heater 125 ... Discharge electrode 13 ... Desolvation tube 14 ... Drain 2 ... Mass analyzer 21 ... First intermediate vacuum chamber 22 ... First ion lens 23 ... Skimmer 24 ... Second intermediate vacuum chamber 25 ... Second ion lens 26 ... Small hole 27 ... Mass analysis chamber 28 ... Quadrupole filter 29 ... Ion detector 30 ... Rotary pump 31, 32 ... Turbo molecular pump

Claims (7)

試料導管により試料液を導入すると共に、それに沿ってネブライザーガスを噴射することにより試料のイオン化を行う質量分析装置用イオン化装置において、
前記試料導管が、その出口において、該試料導管の中心軸側に設けられた前記ネブライザーガスを噴射する内側ガス導管と、該試料導管の外周側に設けられた前記ネブライザーガスを噴射する外側ガス導管とを備え
前記外側ガス導管の出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜し、
前記内側ガス導管の出口端の内周面が先端に向かって前記試料導管側に傾斜していることを特徴とする質量分析装置用イオン化装置。
In an ionizer for a mass spectrometer that introduces a sample solution through a sample conduit and ionizes the sample by injecting a nebulizer gas along the sample solution,
At the outlet of the sample conduit, an inner gas conduit for injecting the nebulizer gas provided on the central axis side of the sample conduit and an outer gas conduit for injecting the nebulizer gas provided on the outer peripheral side of the sample conduit It equipped with a door,
The inner peripheral surface of the outlet end of the outer gas conduit is inclined toward the sample conduit toward the tip,
Inner circumferential surface mass spectrometer for ionization and wherein that you have inclined the sample conduit side to the tip of the outlet end of the inner gas conduit.
試料導管により試料液を導入すると共に、それに沿ってネブライザーガスを噴射することにより試料のイオン化を行う質量分析装置用イオン化装置において、
前記試料導管が、その出口において、該試料導管の中心軸側に設けられた前記ネブライザーガスを噴射する内側ガス導管と、該試料導管の外周側に設けられた前記ネブライザーガスを噴射する外側ガス導管とを備え
前記外側ガス導管が前記試料導管の出口よりも突出する突出部を有すると共に、該突出部の内周面が先端に向かって前記試料導管の中心軸側に傾斜していることを特徴とする質量分析装置用イオン化装置。
In an ionizer for a mass spectrometer that introduces a sample solution through a sample conduit and ionizes the sample by injecting a nebulizer gas along the sample solution,
At the outlet of the sample conduit, an inner gas conduit for injecting the nebulizer gas provided on the central axis side of the sample conduit and an outer gas conduit for injecting the nebulizer gas provided on the outer peripheral side of the sample conduit And
The outer gas conduit has a protrusion protruding from the outlet of the sample conduit, and an inner peripheral surface of the protrusion is inclined toward the center axis of the sample conduit toward the tip. Ionizer for analyzers.
前記内側ガス導管と前記外側ガス導管におけるネブライザーガスの流速をそれぞれ調整するガス流速調整手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の質量分析装置用イオン化装置。 The ionization device for a mass spectrometer according to claim 1 or 2, further comprising gas flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the nebulizer gas in each of the inner gas conduit and the outer gas conduit. 前記ネブライザーガスを加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の質量分析装置用イオン化装置。   The ionization apparatus for a mass spectrometer according to any one of claims 1 to 3, further comprising heating means for heating the nebulizer gas. 前記イオン化をエレクトロスプレーイオン化法によって行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の質量分析装置用イオン化装置。   The ionization apparatus for a mass spectrometer according to any one of claims 1 to 4, wherein the ionization is performed by an electrospray ionization method. 前記イオン化を大気圧化学イオン化法によって行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の質量分析装置用イオン化装置。   The ionization apparatus for a mass spectrometer according to any one of claims 1 to 4, wherein the ionization is performed by an atmospheric pressure chemical ionization method. 請求項1〜6のいずれかに記載の質量分析装置用イオン化装置を備えることを特徴とする質量分析装置。   A mass spectrometer comprising the ionization apparatus for a mass spectrometer according to claim 1.
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