特開 2023-47836 イオン化装置及び質量分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023047836

(43)【公開日】2023-04-06

(54)【発明の名称】イオン化装置及び質量分析装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/04 20060101AFI20230330BHJP

   H01J 49/16 20060101ALI20230330BHJP

   H01J 49/42 20060101ALI20230330BHJP

   G01N 27/62 20210101ALI20230330BHJP

【ＦＩ】

H01J49/04 900

H01J49/04 450

H01J49/16 700

H01J49/04 400

H01J49/42 150

G01N27/62 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021156978

(22)【出願日】2021-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】弁理士法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 真悟

【テーマコード（参考）】

2G041

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041DA05

2G041DA18

2G041EA04

2G041GA17

2G041GA20

(57)【要約】

【課題】液体試料を噴霧してイオン化するイオン化装置及び該イオン化装置を備えた質量分析装置において、ガスを加熱するために用いられるヒータに供給する電力の消費を抑える。
【解決手段】内部にイオン化室を構成する空間が設けられた筐体１１０と、該筐体に固定され液体試料を帯電液滴としてイオン化室に噴霧する試料噴霧プローブ１１１と、所定の種類のガスが導入されるプローブであって、ヒータが配設された加熱部１１２１と該加熱部により加熱されたガスをイオン化室に噴出させる噴出部１１２２とを有し該加熱部が筐体の外に位置するように固定された加熱ガス供給プローブ１１２と、ヒータに電力を供給する電力供給部１１２６と、加熱部を取り囲むように設けられ該加熱部を臨む面が鏡面加工された加熱部リフレクタ１１４と、筐体と加熱部リフレクタを接続する伝熱部材１１５、１１６、１１７とを備える質量分析装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部にイオン化室を構成する空間が設けられた筐体と、
前記筐体に固定され、液体試料を前記イオン化室に噴霧する噴霧プローブと、
外部から導入されるガスを加熱するためのヒータが配設された加熱部と、該加熱部により加熱されたガスを前記イオン化室に噴出させる噴出部とを有し、前記加熱部が前記筐体の外に位置するように該筐体に固定された加熱ガス供給プローブと、
前記加熱部を取り囲むように設けられた第１リフレクタと、
前記第１リフレクタを囲むように設けられた第２リフレクタと
を備える質量分析装置。

【請求項2】

前記噴霧プローブと前記加熱ガス供給プローブが離間して、前記筐体の異なる位置に固定されている、請求項１に記載の質量分析装置。

【請求項3】

前記第１リフレクタ及び／又は第２リフレクタが金属製である、及び／又は該第１リフレクタ及び／又は第２リフレクタの前記加熱部を臨む面が鏡面加工されている、請求項１又は２に記載の質量分析装置。

【請求項4】

さらに、
前記筐体と前記第２リフレクタを接続する伝熱部材、
を備える、請求項１から３のいずれかに記載の質量分析装置。

【請求項5】

前記伝熱部材が金属製である、請求項４に記載の質量分析装置。

【請求項6】

前記第２リフレクタが、
前記噴霧プローブが固定されるプローブ固定部と、開口部と、該噴霧プローブから漏出する液体試料を該開口部に流入させる下りの傾斜部とが設けられ、前記筐体の鉛直上方に配置された上面部材と、
前記開口部から流入する液体試料を流通させて前記第２リフレクタの外部に排出する流路が設けられた本体部材と
を備える、請求項１から５のいずれかに記載の質量分析装置。

【請求項7】

内部にイオン化室を構成する空間が設けられた筐体と、
前記筐体に固定され、液体試料を前記イオン化室に噴霧する噴霧プローブと、
外部から導入されるガスを加熱するためのヒータが配設された加熱部と、該加熱部により加熱されたガスを前記イオン化室に噴出させる噴出部とを有し、前記加熱部が前記筐体の外に位置するように該筐体に固定された加熱ガス供給プローブと、
前記加熱部を取り囲むように設けられた第１リフレクタと、
前記第１リフレクタを囲むように設けられた第２リフレクタと
を備えるイオン化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体試料をイオン化するために用いられるイオン化装置及び質量分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体試料に含まれる目的成分を測定するために、液体クロマトグラフ質量分析装置が広く用いられている。液体クロマトグラフ質量分析装置を用いた目的成分の測定では、液体クロマトグラフに液体試料を導入し、該液体クロマトグラフのカラムで目的成分を分離したあと、質量分析装置に導入する。質量分析装置では、例えばエレクトロスプレーイオン化（ElectroSpray Ionization: ESI）プローブを備えたイオン化装置（ESI装置）により目的成分をイオン化し、生成したイオンを質量電荷比に応じて分離し検出する。

【0003】

ESI装置は、液体試料を流通させるキャピラリと、該キャピラリの外周に設けられたネブライザガス流路を有するESIプローブを備えている。ESIプローブでは、キャピラリ内を流通する液体試料を帯電させつつESIプローブの先端まで輸送し、該先端でネブライザガスを吹き付けることにより、液体試料を帯電液滴としてイオン化室内に噴霧する。イオン化室内に噴霧された帯電液滴は、溶媒の蒸発（脱溶媒）に伴い表面電場が増加し、電荷同士の反発によって分裂するという過程を繰り返して微細化し、最終的にイオン化する。イオン化室で生成されたイオンは、略大気圧であるイオン化室と、その後段に位置する真空室である分析室の圧力差により、イオン化室と分析室の隔壁に設けられたイオン導入口から分析室に引き込まれる。

【0004】

特許文献１には、イオン化の過程で脱溶媒を促進するために、帯電液滴に対して加熱ガス（ヒーティングガス。アシストガスとも呼ばれる。）を吹き付ける加熱ガス供給プローブを備えたイオン化装置が記載されている。加熱ガスには、例えば約400℃に加熱した乾燥空気が用いられる。加熱ガス供給プローブでは、例えば、乾燥ガス供給源からプローブの先端に至る流路の途中にヒータを巻回し、該ヒータが巻回された箇所（加熱部）を乾燥ガスが通過する際に該乾燥ガスを加熱する（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第５４１２２０８号明細書

【特許文献2】特開２０１５－０４９０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ESI装置では、乾燥ガスを加熱する際にヒータに通電する必要があり、ヒータに供給する電力の消費を抑えることができる技術が求められている。

【0007】

ここではESI装置を例に従来技術の課題を説明したが、ESIと同様に液体試料をイオン化室に噴霧してイオン化する大気圧化学イオン化（Atmospheric Pressure Chemical Ionization: APCI）装置や大気圧光イオン化（Atmospheric Pressure Photoionization: APPI）装置などのイオン化装置においても上記同様の問題があった。

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、液体試料を噴霧してイオン化するイオン化装置及び該イオン化装置を備えた質量分析装置において、ガスを加熱するために用いられるヒータに供給する電力の消費を抑えることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために成された本発明に係るイオン化装置及び質量分析装置は、それぞれ、
内部にイオン化室を構成する空間が設けられた筐体と、
前記筐体に固定され、液体試料を前記イオン化室に噴霧する噴霧プローブと、
外部から導入されるガスを加熱するためのヒータが配設された加熱部と、該加熱部により加熱されたガスを前記イオン化室に噴出させる噴出部とを有し、前記加熱部が前記筐体の外に位置するように該筐体に固定された加熱ガス供給プローブと、
前記加熱部を取り囲むように設けられた第１リフレクタと、
前記第１リフレクタを囲むように設けられた第２リフレクタと
を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明では、加熱部を取り囲むように第１リフレクタを設け、さらに第１リフレクタを囲むように第２リフレクタを設けた2層構造を採っている。本発明では、第１リフレクタによって加熱部からの熱輻射が反射され、加熱部と第１リフレクタの間の空間で蓄積された熱が対流する。さらに、第２リフレクタによって第１リフレクタからの熱輻射が反射され、第１リフレクタと第２リフレクタの間の空間でも蓄積された熱が対流する。その結果、加熱部の周辺の温度が低下しにくくなり加熱部から熱が逃げにくくなる。従って、液体試料が噴霧されるイオン化室に加熱ガスを供給するためにヒータに供給する電力の消費を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係るイオン化装置の一実施例であるイオン化部を含む、本発明に係る質量分析装置の一実施例を含む質量分析装置と、液体クロマトグラフを組み合わせた液体クロマトグラフ質量分析装置の要部構成図。

【図2】本実施例のイオン化部の透視斜視図。

【図3】本実施例のイオン化部の鉛直断面図。

【図4】本実施例の加熱ガス供給プローブの構成を説明する図。

【図5】本実施例のイオン化部と比較例のイオン化部における測定時の温度を測定した結果を示す図。

【図6】本実施例のイオン化部と比較例のイオン化部における測定時の温度を測定した結果を示す別の図。

【図7】変形例のイオン化部の要部構成図。

【図8】変形例のイオン化部の外部リフレクタの上面の構造を説明する図。

【図9】変形例のイオン化部の外部リフレクタの下面の構造を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係るイオン化装置の一実施例であるイオン化部を含む、本発明に係る質量分析装置の一実施例について、以下、図面を参照して説明する。図１は、本実施例の質量分析装置１を、液体クロマトグラフ２と組み合わせた液体クロマトグラフ質量分析装置１００の概略構成図である。

【0013】

質量分析装置１は、略大気圧であるイオン化室１１と、図示しない真空ポンプにより内部が排気される真空チャンバを備えている。真空チャンバの内部は、第１中間真空室１２、第２中間真空室１３、及び分析室１４に分離されており、この順に真空度が高くなる差動排気系の構成を有している。イオン化室１１と第１中間真空室１２は両者を隔てる隔壁に設けられた脱溶媒管１１３で連通している。第１中間真空室１２と第２中間真空室１３は、両者を隔てる隔壁に設けられたスキマー１２２の頂部の開口で連通している。第２中間真空室１３と分析室１４は、両者を隔てる隔壁に設けられた開口で連通している。

【0014】

イオン化室１１には、エレクトロスプレーイオン化（ESI）プローブ１１１（本発明における噴霧プローブに相当）と、加熱ガス供給プローブ１１２が配置されている。ESIプローブ１１１には、液体クロマトグラフ２のカラムで分離された試料成分が順次導入される。加熱ガス供給プローブ１１２は、ESIプローブ１１１から噴霧される帯電液滴に対して加熱ガスを吹き付ける。加熱ガスとしては、例えば乾燥空気が用いられる。

【0015】

ESIプローブ１１１は、液体試料が流通するキャピラリと、該キャピラリの外側に設けられたネブライザガス流路を備えている。ESIプローブ１１１では、キャピラリ内を流通する液体試料を該高電圧（ESI電圧）により帯電させてESIプローブ１１１の先端まで輸送し、該先端でネブライザガスを吹き付けることにより、液体試料を帯電液滴としてイオン化室１１内に噴霧する。イオン化室１１内に噴霧された帯電液滴は、溶媒の蒸発（脱溶媒）に伴い表面電場が増加して電荷同士の反発によって分裂するという過程を繰り返して微細化し、最終的にイオン化する。また、加熱ガス供給プローブ１１２からの加熱ガスが帯電液滴に吹き付けられることによって脱溶媒が促進される。イオン化室１１で生成されたイオンは、その後段に位置する第１中間真空室１２の圧力差により、脱溶媒管１１３から第１中間真空室１２に引き込まれる。脱溶媒管１１３は、隔壁の一部を構成する加熱ブロック（図示略）により加熱されており、この脱溶媒管１１３を通過する間に、更に脱溶媒が促進される。

【0016】

第１中間真空室１２には、複数のロッド状の電極で構成されたイオンガイド１２１が配置されている。脱溶媒管１１３を通じて導入されたイオンは、イオンガイド１２１によってイオン光軸（イオンの飛行方向の中心軸）Ｃの近傍に収束され、スキマー１２２の頂部の開口を通じて第２中間真空室１３に進入する。

【0017】

第２中間真空室１３には、複数のロッド状の電極で構成されたイオンガイド１３１が配置されている。スキマー１２２の頂部の開口を通じて導入されたイオンは、イオンガイド１３１によってイオン光軸Ｃの近傍に収束され、第２中間真空室１３と分析室１４を隔てる隔壁に設けられた開口を通じて分析室１４に進入する。

【0018】

分析室１４には、四重極マスフィルタ１４１及びイオン検出器１４２が配置されている。四重極マスフィルタ１４１はいずれも、メインロッドと、該メインロッドの前段に位置するプレロッドで構成されている。分析室１４に進入したイオンは、四重極マスフィルタ１４１で質量分離され、イオン検出器１４２で検出される。

【0019】

本実施例の質量分析装置１は、イオン化部の構成に特徴を有している。以下、イオン化部の構成を詳細に説明する。図２は、質量分析装置１のイオン化部の斜透視図（加熱部リフレクタ１１４、外部リフレクタ１１５、及び外装部１１９を透過させた図）、図３はイオン化室１１の鉛直断面図である。なお、図２ではESIプローブ１１１の代わりに該ESIプローブ１１１が挿通及び固定される挿通穴１１１１を図示している。

【0020】

本実施例のイオン化部は、直方体状の箱体であるプローブボックス１１０（本発明における筐体に相当）、ESIプローブ１１１、加熱ガス供給プローブ１１２、加熱部リフレクタ１１４（本発明における第１リフレクタに相当）、及び外部リフレクタ１１５（本発明における第２リフレクタに相当）を有しており、それらが外装部１１９の中に収容されている。プローブボックス１１０の内部の空間がイオン化室１１となる。

【0021】

プローブボックス１１０の上面には、挿通穴１１１１が設けられており、該挿通穴１１１１にESIプローブ１１１が固定される。また、プローブボックス１１０の側部（脱溶媒管１１３と反対の側部）には加熱ガス供給プローブ１１２が固定されている。プローブボックス１１０の下面と外部リフレクタ１１５の底面は伝熱部材１１６を介して接続されている（図３参照）。

【0022】

伝熱部材１１６は、プローブボックス１１０の内部であるイオン化室１１で発生した熱を外部リフレクタ１１５に放出するための部材である。そのため、熱伝導性が高い材料が用いられるとよい。そのような材料は、典型的には金属（合金を含む。以下も同様。）である。本実施例では黄銅製の伝熱部材１１６が用いられている。伝熱部材１１６には、プローブボックス１１０と外部リフレクタ１１５を接続可能である限りにおいて任意の形状のものを用いることができる。ただし、プローブボックス１１０の熱を効率よく外部リフレクタ１１５に放出するためには、プローブボックス１１０と伝熱部材１１６の接触面積、及び伝熱部材１１６と外部リフレクタ１１５の接触面積が大きいことが好ましい。

【0023】

加熱ガス供給プローブ１１２には、該加熱ガス供給プローブ１１２に乾燥空気を供給するガス供給源１１２３が接続されており、これらを接続する流路には、乾燥ガスの供給と停止を制御するためのバルブ１１２４が設けられている（図４参照）。ガス供給源１１２３及びバルブ１１２４は外装部１１９の外に配置される。加熱ガス供給プローブ１１２は、ガス供給源１１２３から供給される乾燥空気を加熱する加熱部１１２１と、該加熱部１１２１で加熱された乾燥空気をイオン化室１１に噴射する噴射部１１２２を備えており、加熱部１１２１がプローブボックス１１０の外に位置し、噴射部１１２２の先端がイオン化室１１の内部に位置するようにプローブボックス１１０に固定されている。本実施例では、脱溶媒管１１３と対向する側から水平方向に加熱ガスが帯電液滴に対して噴射されるような角度で加熱ガス供給プローブ１１２を配置しているが、加熱ガス供給プローブ１１２の取り付け位置や角度は適宜に変更可能である。

【0024】

加熱部１１２１の外形は略直方体であり、その内部には、ガス供給源１１２３から供給されるガスが流通する流路が設けられ、また、該流路内を流れるガスを加熱するためのヒータ１１２５が配設されている。ヒータ１１２５には、外装部１１９の外に設けられた電力供給部１１２６から電力が供給される。加熱ガス供給プローブ１１２は略円筒状の外形を有しており、本実施例では乾燥ガスを加熱したものを加熱ガスとして使用するが、窒素ガス等の他の種類のガスを加熱したものを加熱ガスとして用いてもよい。

【0025】

プローブボックス１１０の外部に位置する加熱部１１２１には、該加熱部１１２１を取り囲むように、加熱部リフレクタ１１４が設けられている。加熱部リフレクタ１１４は、断面がコの字状になるように板状の部材の2箇所を折り曲げた部材である。加熱部１１２１は、中央に該加熱部１１２１を挿通する開口が設けられた、2個の矩形板状の第１スペーサ１１７によって、加熱部リフレクタ１１４の内面に固定されている。第１スペーサ１１７には、熱伝導率が低い材料からなるものを用いる。本実施例ではセラミック製のものを用いているが、その他、耐熱性を有する樹脂（例えば、ベークライトなどのフェノール樹脂）などからなるものも好適に用いることができる。第１スペーサ１１７に、熱伝導率が低いものを用いることにより、加熱部１１２１から加熱部リフレクタ１１４に熱が逃げるのを抑制している。第１スペーサ１１７には、加熱部１１２１を固定できる程度の強度を有しつつ、断面積が小さい（加熱部１１２１から加熱部リフレクタ１１４への伝熱経路が狭い）を用いるとよい。

【0026】

加熱部リフレクタ１１４には、加熱部１１２１からの熱輻射（赤外線）の反射率が高い材料からなるものを用いるとよい。そのような材料は典型的には金属である。本実施例の加熱部リフレクタ１１４には、アルミニウム製のものを用いている。また、加熱部リフレクタ１１４の、加熱部１１２１を臨む面は、熱輻射（赤外線）の反射率を高めるように加工されている。そのような加工は典型的には鏡面加工である。これらの効果により、加熱部リフレクタ１１４の内面で加熱部１１２１からの熱輻射が高効率で反射される。

【0027】

本実施例では、このように、加熱部１１２１からの熱輻射を加熱部リフレクタ１１４で反射し、加熱部リフレクタ１１４の内部で高温の空気を対流させて加熱部１１２１の温度を下がりにくくしている。本実施例では、これらにより、ヒータ１１２５に供給する電力の消費量を低減することができる。本実施例では、赤外線の反射率が高い部材で構成するという要件と、内面（加熱部１１２１を臨む面）に反射率を高める加工（鏡面加工）を施したものを用いるという要件の両方を満たすような加熱部リフレクタ１１４としているが、これらはいずれも好ましい要件であって、これらの要件を満たす加熱部リフレクタ１１４を用いることは本発明における必須の要件ではない。

【0028】

プローブボックス１１０及び加熱部リフレクタ１１４の外側には外部リフレクタ１１５が設けられている。加熱部リフレクタ１１４は、第２スペーサ１１８によって外部リフレクタ１１５に固定されている。第２スペーサ１１８には、熱伝導率が低い材料からなるものを用いる。本実施例ではセラミック製のものを用いているが、その他、耐熱性を有する樹脂（例えば、ベークライトなどのフェノール樹脂）などからなるものも好適に用いることができる。加熱部リフレクタ１１４から外部リフレクタ１１５に熱が逃げるのを抑制するためには、断面積が小さい（加熱部リフレクタ１１４から外部リフレクタ１１５への伝熱経路が狭い）第２スペーサ１１８を用いるとよい。

【0029】

外部リフレクタ１１５にも加熱部リフレクタ１１４と同様に、加熱部リフレクタ１１４からの熱輻射（赤外線）の反射率が高い材料からなるものを用いるとよい。また、外部リフレクタ１１５の内面も、熱輻射（赤外線）の反射率を高めるように加工（例えば鏡面加工）されている。本実施例では、これらにより、外部リフレクタ１１５の外に熱が逃げにくくなる。これによって、加熱部リフレクタ１１４の温度が下がりにくくなる。加熱部リフレクタ１１４と同様に、外部リフレクタ１１５についても、赤外線の反射率が高い金属等の材料で構成すること、及び内面が鏡面加工されたものを用いることはいずれも好ましい要件であって、これらの要件を満たす外部リフレクタ１１５を用いることは本発明における必須の要件ではない。

【0030】

本実施例では、加熱部リフレクタ１１４と外部リフレクタ１１５という2層のリフレクタを用いているため、加熱部１１２１内のヒータ１１２５の消費電力を抑制するだけでなく、外部リフレクタ１１５の外側に位置する外装部１１９の温度上昇が抑制される。

【0031】

プローブボックス１１０と外部リフレクタ１１５は、該プローブボックス１１０の下面に取り付けられた伝熱部材１１６により接続されている。伝熱部材１１６には熱伝導率が高い材料からなるものを用いる。そのような材料として、金属が挙げられる。本実施例ではアルミニウムの板材を用いている。これにより、伝熱部材１１６を通じてプローブボックス１１０からの熱が効率よく外部リフレクタ１１５へと伝達され、プローブボックス１１０の内部の温度上昇を抑制することができる。

【0032】

測定中にプローブボックス１１０内の温度が過度に上昇すると、該プローブボックスに固定されているESIプローブ１１１も加熱され、該ESIプローブ１１１の内部を流通する液体試料が沸騰してしまうことがある。ESIプローブ１１１内で液体試料が沸騰するとESIプローブ１１１から液体試料が一定の状態で噴霧されず、測定感度が不安定になる。本実施例の質量分析装置１では、伝熱部材１１６を介してプローブボックス１１０から外部リフレクタ１１５に熱を逃がすことにより、プローブボックス１１０及びESIプローブ１１１の温度上昇を抑制し、ESIプローブ１１１から一定の状態で液体試料を噴霧して測定感度を安定化することができる。

【0033】

また、外部リフレクタ１１５にも熱伝導率が高い材料からなるものを用いるため、プローブボックス１１０から伝熱部材１１６を経由して外部リフレクタ１１５へと伝えられた熱が外部リフレクタ１１５の全体に広がり、外部リフレクタ１１５と伝熱部材１１６の接触箇所が局所的に高温になることも抑制される。なお、伝熱部材１１６は、プローブボックス１１０の熱を外部リフレクタ１１５に伝達するものである限りにおいて適宜の形状のものを用いることができる。

【0034】

外部リフレクタ１１５の外側には、外装部１１９が設けられている。外装部１１９は、使用時に高温になるプローブボックス１１０や外部リフレクタ１１５に使用者が直接触れて火傷することを避けるために設けられた部材である。外装部１１９には、例えば樹脂材料からなるものが用いられる。上述したように、本実施例では外装部１１９の温度上昇が抑制されるため、樹脂材料から成る外装部１１９が変形したり、破損したりすることを防止できる。

【0035】

液体試料の測定時には、液体クロマトグラフ２のカラムで分離された試料成分が順次、ESIプローブ１１１に導入される。加熱ガス供給プローブ１１２は、ESIプローブ１１１から噴霧される帯電液滴に対して加熱ガスを吹き付ける。上記の通り、加熱ガスとしては、例えば乾燥空気が用いられる。加熱ガスのうち、帯電液滴を通過したものはプローブボックス１１０の壁面に吹き付けられ、それによってプローブボックス１１０が加熱される。

【0036】

測定中は、加熱ガス供給プローブ１１２から加熱ガスが継続的にプローブボックス１１０に吹き付けられるため、プローブボックス１１０は徐々に昇温していく。本実施例のイオン化部では、プローブボックス１１０と外部リフレクタ１１５が伝熱部材１１６により接続されているため、長時間にわたる測定を行ったり、加熱ガス供給プローブ１１２から高温の加熱ガスをイオン化室１１に噴射したりしても、プローブボックス１１０の温度上昇を抑制することができる。これにより、プローブボックス１１０に固定されたESIプローブ１１１が加熱されて過度に昇温し、該ESIプローブ１１１内を流れる液体試料が沸騰する可能性を低減して、測定感度を安定化することができる。

【0037】

また、加熱部１１２１から放出される熱は加熱部リフレクタ１１４の、鏡面加工された内面で反射され、該加熱部リフレクタ１１４の内部にとどまる。そのため、加熱部１１２１においてヒータ１１２５に供給する電力の消費量を抑制することができる。

【0038】

次に、上記実施例の構成を採ることにより得られる効果を確認するために行ったシミュレーションの結果を説明する。図５は、本実施例（左図）と、伝熱部材１１６を有しない比較例（右図）における温度分布を、イオン化部の断面で示したものである。また、図６は、本実施例（左図）と、同比較例（右図）における温度分布を、イオン化部の内部を透視した斜視図で示したものである。

【0039】

この測定では、加熱ガス供給プローブ１１２からイオン化室１１に噴射する乾燥ガスの温度が400℃になるようにヒータに供給する電力量を調整した。その結果、比較例ではヒータの発熱量（熱源発熱量）が115.70W必要であったのに対し、本実施例ではヒータの発熱量（熱源発熱量）が109.33Wであり、約6W低減した。この測定で使用したヒータの最大発熱量は230Wであることから、本実施例の構成を採ることによりヒータのDUTY（最大発熱量に対する比）に換算して熱効率が2.6%向上した。

【0040】

また、プローブボックス１１０の上面及び側面の温度をそれぞれ測定したところ、比較例では126.3℃（上面）と128.0℃（側面）であったのに対し、本実施例では121.6℃（上面）と124.1℃（側面）となり、比較例に比べて、プローブボックス１１０の昇温が約5℃抑制された。

【0041】

次に、本発明に係る質量分析装置が備えるイオン化装置の変形例であるイオン化部について図７を参照して説明する。変形例のイオン化部は、上記実施例と同様にプローブボックス１１０の昇温及び加熱部１１２１のヒータ１１２５に供給する電力量を抑制することに加えて、ESIプローブ１１１から漏れ出した液体試料をリークトレイ２１９に導く機能を有する。変形例の第２スペーサ２１８は上記実施例の第２スペーサ１１８と類似の形状を有するが、外部リフレクタ１１５と接触する箇所に貫通孔が設けられている。また、変形例の伝熱部材２１６は後記する外部リフレクタ２１５の底面の傾斜に合わせて、上記実施例の伝熱部材１１６から形状を変更するとともに、漏出した液体試料を流通させるための開口が設けている。上記実施例のイオン化部と同一の構成要素には同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。

【0042】

変形例のイオン化部は、図７に断面図で示すように、外部リフレクタ２１５の形状と、リークトレイ２１９を備える点で、上記実施例のイオン化部と異なる。外部リフレクタ２１５は、上面を形成する上面部材２１５１と、側面及び底面を形成する本体部材２１５２を有する。説明の便宜上、上面部材２１５１と本体部材２１５２に分けているが、これらが別体である必要はなく、一体の部材であってもよい。

【0043】

図８に上面図（上図）とA-A’断面図（下図）で示すように、外部リフレクタ２１５の上面部材２１５１には、ESIプローブ１１１を挿入及び固定するための第１開口部（プローブ固定部）２１５３、第２開口部２１５４、及び第１開口部２１５３から第２開口部２１５４に向かって下方に傾斜する第１溝部２１５５が設けられている。

【0044】

また、図９に上面図（上図）とA-A’断面図（下図）で示すように、外部リフレクタ２１５の本体部材２１５２の下面にも、第２開口部２１５４が設けられている側から反対側に向かって下方に傾斜する第２溝部２１５６が設けられている。第２溝部２１５６の端部にはリークトレイ２１９が、外装部１１９の上面に載置されている。

【0045】

液体クロマトグラフ２のカラムから流出する液体試料をESIプローブ１１１に導入する際には、カラムの出口側流路とESIプローブ１１１の入口側流路が治具によって接続される。このとき治具による流路の接続状態が不良であったり、測定中に治具に緩みが生じたりすると、流路の接続部から液体（液体試料や移動相）が漏出することがある。

【0046】

変形例のイオン化部において、ESIプローブ１１１の入口で漏出し、外部リフレクタ２１５の上面部材２１５１の第１開口部２１５３に流下した液体は、外部リフレクタ２１５の上面部材２１５１の第１溝部２１５５に導かれ、第２開口部２１５４から外部リフレクタ２１５の本体部材２１５２に流入する。本体部材２１５２に流入した液体は側壁を伝って流下し、第２スペーサ２１８に設けられた貫通孔を通って下面に設けられた第２溝部２１５６に流れ込み、該第２溝部２１５６を通ってリークトレイ２１９に導かれる。

【0047】

変形例のイオン化部では、上記の様に、ESIプローブ１１１の入口の流路接続部等で液体が漏出した場合でも、限定された経路によってその液体がリークトレイ２１９に導かれる。そのため、ESIプローブ１１１から漏出した液体によって外部リフレクタ２１５の広い範囲が汚染されることがなく、上記の限定された経路のみをふき取るのみで簡単にメンテナンスすることができる。

【0048】

上記実施例及び変形例はいずれも一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。

【0049】

上記実施例及び変形例のように、外部リフレクタ１１５、２１５を備えた構成において伝熱部材１１６を備えることは好ましい態様であって、必ずしも外部リフレクタ１１５、２１５とプローブボックス１１０を接続する伝熱部材１１６を備えなくてもよい。そのような構成であっても、加熱部リフレクタ１１４と外部リフレクタ１１５、２１５という2層のリフレクタを備えることにより、ヒータ１１２５に供給する電力の消費量を低減することができる。また、外装部１１９の過度な温度上昇も抑制される。

【0050】

上記実施例では液体クロマトグラフ２のカラムで成分分離した後の液体試料を導入する構成としたが、液体クロマトグラフを用いることなく分析対象の液体試料を直接導入する構成を採ることもできる。また、上記実施例はシングル四重極型としたが、トリプル四重極型、四重極－飛行時間型、イオントラップ型等の、他の構成を有する質量分析装置にも上記同様の構成を有するイオン化装置を用いることができる。さらに、イオン移動度分析装置等、質量分析装置以外のイオン分析装置においても上記同様の構成を有するイオン化装置を用いることができる。

【0051】

上記実施例では、エレクトロスプレーイオン化法により液体試料をイオン化するイオン化装置としたが、大気圧化学イオン化（Atmospheric Pressure Chemical Ionization: APCI）装置や大気圧光イオン化（Atmospheric Pressure Photoionization: APPI）装置などのイオン化装置においても上記同様の構成を採ることができる。

【0052】

［態様］
上述した複数の例示的な実施例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0053】

（第１項）
本発明の一態様に係る質量分析装置は、
内部にイオン化室を構成する空間が設けられた筐体と、
前記筐体に固定され、液体試料を前記イオン化室に噴霧する噴霧プローブと、
外部から導入されるガスを加熱するためのヒータが配設された加熱部と、該加熱部により加熱されたガスを前記イオン化室に噴出させる噴出部とを有し、前記加熱部が前記筐体の外に位置するように該筐体に固定された加熱ガス供給プローブと、
前記加熱部を取り囲むように設けられた第１リフレクタと、
前記第１リフレクタを囲むように設けられた第２リフレクタと
を備える。

【0054】

（第７項）
本発明の一態様に係るイオン化装置は、
内部にイオン化室を構成する空間が設けられた筐体と、
前記筐体に固定され、液体試料を前記イオン化室に噴霧する噴霧プローブと、
外部から導入されるガスを加熱するためのヒータが配設された加熱部と、該加熱部により加熱されたガスを前記イオン化室に噴出させる噴出部とを有し、前記加熱部が前記筐体の外に位置するように該筐体に固定された加熱ガス供給プローブと、
前記加熱部を取り囲むように設けられた第１リフレクタと
前記第１リフレクタを囲むように設けられた第２リフレクタと
を備える。

【0055】

第１項の質量分析装置及び第７項のイオン化装置では、筐体に液体試料噴霧プローブ及び加熱ガス供給プローブが個別に固定され、該加熱ガス供給プローブの加熱部は該筐体の外に配置される。第１項の質量分析装置及び第７項のイオン化装置では、加熱部を取り囲むように第１リフレクタが設けられており、これによって加熱部からの熱輻射が反射されるため、該第１リフレクタの外部に熱が逃げにくくなる。また、第１リフレクタの内部で蓄積された熱が対流することにより加熱部の周辺の温度が低下しにくくなり加熱部から熱が逃げにくくなる。さらに、第１リフレクタの外に第２リフレクタを設けた2層構造であるため、第２リフレクタによっても第１リフレクタからの熱輻射が反射され、第１リフレクタと第２リフレクタの間の空間でも蓄積された熱が対流する。従って、ガスを加熱するためにヒータに供給する電力の消費量を低減することができる。

【0056】

（第２項）
第１項に記載の質量分析装置において、
前記噴霧プローブと前記加熱ガス供給プローブが離間して、前記筐体の異なる位置に固定されている。

【0057】

従来の質量分析装置では、特許文献２に記載のように、ガスを加熱する加熱部が噴霧プローブと一体的に構成されている。これに対し、第２項の質量分析装置では噴霧プローブと加熱ガス供給プローブが離間して配置されるため、第１リフレクタを備えた構成を採り加熱部の温度を高温に維持しても噴霧プローブが加熱されることがない。

【0058】

（第３項）
第１項又は第２項に記載の質量分析装置において、
前記第１リフレクタ及び／又は第２リフレクタが金属製である、及び／又は該第１リフレクタ及び／又は第２リフレクタの内面が鏡面加工されている。

【0059】

第３項の質量分析装置では、金属製である、又は鏡面加工された内面を有するリフレクタを用いることにより高効率で熱輻射を反射することができる。

【0060】

（第４項）
第１項から第３項のいずれかに記載の質量分析装置において、さらに、
前記筐体と前記第２リフレクタを接続する伝熱部材
を備える。

【0061】

第４項の質量分析装置では、筐体から第２リフレクタに熱を逃がすことにより、筐体の温度が過度に上昇し、該筐体に固定された噴霧プローブを流れる液体試料が沸騰するのを抑制して、該噴霧プローブから一定の状態で液体試料を噴霧し、測定感度を安定化することができる。

【0062】

（第５項）
第４項に記載の質量分析装置において
前記伝熱部材が金属性である。

【0063】

第５項の質量分析装置では、高効率で筐体の熱を第２リフレクタに放出することができる。

【0064】

（第６項）
第１項から第５項のいずれかに記載の質量分析装置において、
前記第２リフレクタが、
前記噴霧プローブが固定されるプローブ固定部と、開口部と、該噴霧プローブから漏出する液体試料を該開口部に流入させる下りの傾斜部とが設けられ、前記筐体の鉛直上方に配置された上面部材と、
前記開口部から流入する液体試料を流通させて前記第２リフレクタの外部に排出する流路が設けられた本体部材と
を備える。

【0065】

第６項の質量分析装置では、液体試料噴霧プローブから漏出する液体試料が流通する経路が限定されるため、該液体試料により汚染される個所を最小限に抑えるとともに、該液体試料により汚染された箇所をふき取る等して容易に洗浄することができる。

【符号の説明】

【0066】

１００…液体クロマトグラフ質量分析装置
１…質量分析装置
１１…イオン化室
１１０…プローブボックス
１１１…ESIプローブ
１１１１…挿通穴
１１２…加熱ガス供給プローブ
１１２１…加熱部
１１２２…噴射部
１１２３…ガス供給源
１１２４…バルブ
１１２５…ヒータ
１１２６…電力供給部
１１３…脱溶媒管
１１４…加熱部リフレクタ
１１５…外部リフレクタ
１１６、２１６…伝熱部材
１１７…第１スペーサ
１１８…第２スペーサ
１１９…外装部
１２…第１中間真空室
１２１…イオンガイド
１２２…スキマー
１３…第２中間真空室
１３１…イオンガイド
１４…分析室
１４１…四重極マスフィルタ
１４２…イオン検出器
２…液体クロマトグラフ
２１５…外部リフレクタ
２１５１…上面部材
２１５２…本体部材
２１５３…第１開口部
２１５４…第２開口部
２１５５…第１溝部
２１５６…第２溝部
２１８…スペーサ
２１９…リークトレイ
Ｃ…イオン光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】