特開 2024-2021 イオン化装置及びイオン化方法

(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】P2024002021

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】イオン化装置及びイオン化方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/16 20060101AFI20231228BHJP

   G01N 27/62 20210101ALI20231228BHJP

   H01J 49/04 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

H01J49/16 500

G01N27/62 G

H01J49/04 770

H01J49/04 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100956

(22)【出願日】2022-06-23

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｎ．ｓｈｉｍａｄｚｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｌｃｍｓ／ｌｃｍｓ２０５０／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ、令和４年３月３日 〔刊行物等〕 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍａｄｚｕ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／６ｆｙ４ｇ２ｃｕｙｈ３－ｌ０＿ｐ．ｈｔｍｌ、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍａｄｚｕ．ｃｏｍ／ａｎ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｌｉｑｕｉｄ－ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ－ｍａｓｓ－ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ／ｓｉｎｇｌｅ－ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ－ｌｃ－ｍｓ／ｌｃｍｓ－２０５０／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ、令和４年６月１日 〔刊行物等〕 ｈｔｔｐｓ：／／ｎｏｗｅｖｅｎｔｓ．ｏｎｌｉｎｅ／ｓｈｉｍａｄｚｕ－ｍａｓｓｓｐｅｃ／、令和４年６月１日 〔刊行物等〕 島津サイエンス西日本株式会社、令和４年６月１６日

(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】磯 圭祐

【テーマコード（参考）】

2G041

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041DA05

2G041EA04

2G041GA17

2G041GA20

2G041GA27

(57)【要約】

【課題】イオン化プローブから噴霧される液体試料に対して加熱ガス供給機構からガスを吹き付けて脱溶媒を促進することにより試料に成分をイオン化するイオン化装置において加熱ガス供給機構の汚染を防止する。
【解決手段】イオン導入口１１３が設けられた隔壁で分析室１２、１３、１４と隔てられたイオン化室１１に配置されるイオン化装置において、液体試料を噴霧するイオン化プローブ１１１と、ガス供給源と該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有しイオン化プローブ１１１から液体試料が噴霧される方向と交差する方向に加熱部１１２２を通過したガスを吹き付ける加熱ガス供給機構１１２と、イオン化プローブ１１１に液体試料が導入されている間、使用者による操作の有無に関わらず加熱ガス供給機構１１２からガスを吹き付け続けるように加熱ガス供給機構１１２を制御する制御部３２とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン導入口が設けられた隔壁によって分析室と隔てられたイオン化室に配置されるイオン化装置であって、
液体試料を噴霧するイオン化プローブと、
ガス供給源と、該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有し、前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧される方向と交差する方向に前記ガスを吹き付ける加熱ガス供給機構と、
前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧されている間、使用者による操作の有無に関わらず前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け続けるように該加熱ガス供給機構の動作を制御する制御部と
を備えるイオン化装置。

【請求項2】

前記加熱ガス供給機構は、前記ガス供給源から供給されるガスを前記加熱部により加熱して吹き付ける加熱動作と、前記ガス供給源から供給されるガスを前記加熱部により加熱することなく吹き付ける非加熱動作を実行可能である、請求項１に記載のイオン化装置。

【請求項3】

前記イオン化プローブは、前記液体試料を噴霧するためのネブライザガスを供給するネブライザガス供給部を備え、
前記制御部は、前記ネブライザガス供給機構の動作と同期させて前記加熱ガス供給機構の動作を制御する、請求項１に記載のイオン化装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記液体試料の測定が実行されている測定時間帯に所定の測定時流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け、前記液体試料の測定が実行されていない待機時間帯に前記測定時流量よりも低い待機時流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付ける、請求項１に記載のイオン化装置。

【請求項5】

さらに、
前記イオン導入口に流入するイオン流と対向する方向にガスを吹き付ける乾燥ガス供給機構
を備える、請求項１に記載のイオン化装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記乾燥ガス供給機構から前記ガスが吹き付けられている場合に所定の第１流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け、前記乾燥ガス供給機構から前記ガスが吹き付けられていない場合に前記第１流量よりも低い第２流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付ける、請求項５に記載のイオン化装置。

【請求項7】

イオン導入口が設けられた隔壁によって分析室と隔てられたイオン化室において液体試料をイオン化する方法であって、
イオン化プローブに前記液体試料を導入して噴霧する工程と、
ガス供給源と、該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有し、前記イオン化プローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構から、使用者による操作の有無に関わらず前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧される方向と交差する方向に前記ガスを吹き付け続ける工程と
を含むイオン化方法。

【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技術に関する。

【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（ESI: ElectroSpray Ionization）源により液体試料に含まれる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源は、液体試料が流通するキャピラリと、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て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。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質量分析室の圧力差により、イオン化室と質量分析室の隔壁に設けられたイオン導入口から質量分析室に引き込まれる。特許文献１及び２には、こうしたイオン化の過程で脱溶媒を促進するために、ESIプローブに加えて、該ESIプローブ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、加熱ガス供給機構を備えたイオン化装置が記載されている。こうしたイオン化装置では、使用者が、液体試料の特性に応じて適宜、加熱ガスを吹き付けるタイミングを設定することにより、イオン化しづらい試料成分の脱溶媒を促進してイオン化効率を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第５４１２２０８号明細書

【特許文献2】米国特許第６７５９６５０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ESIプローブから液体試料が噴霧されると、イオン化室内に気流が発生する。引用文献１及び２に記載のイオン化装置では、ESIプローブから液体試料を噴霧するタイミングや加熱ガス供給機構から加熱ガスを吹き付けるタイミングは使用者が自由に設定することができるが、ESIプローブから噴霧される帯電液滴に対して、ESIプローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構から該帯電液滴が噴霧される方向と交差する方向にガスを吹き付ける（ESIプローブから帯電液滴を噴霧する中心軸と、加熱ガス供給機構からガスを吹き付ける中心軸が別軸である）構成のイオン化装置では、ESIプローブから液体試料が噴霧されている間に、加熱ガス供給機構からの加熱ガスの吹き付けが行われない時間帯があると、イオン化室内で生じた気流によって液体試料の帯電液滴等の一部が加熱ガス供給機構の内部に進入する。その結果、加熱ガス供給機構の内部が汚染されてしまうという問題があった。ここでは液体試料をESI法でイオン化する場合を例に説明したが、他のイオン化法（APCI法など）によりイオン化する場合にも上記同様の問題があった。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、イオン化プローブから噴霧される液体試料に対して、該イオン化プローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構からガスを吹き付けて脱溶媒を促進することにより該液体試料に含まれる成分をイオン化するイオン化装置において、加熱ガス供給機構が汚染されることを防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために成された本発明は、イオン導入口が設けられた隔壁によって分析室と隔てられたイオン化室に配置されるイオン化装置であって、
液体試料を噴霧するイオン化プローブと、
ガス供給源と、該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有し、前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧される方向と交差する方向に前記ガスを吹き付ける加熱ガス供給機構と、
前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧されている間、使用者による操作の有無に関わらず前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け続けるように該加熱ガス供給機構の動作を制御する制御部と
を備える。

【0008】

上記課題を解決するために成された本発明の別の態様は、イオン導入口が設けられた隔壁によって分析室と隔てられたイオン化室において液体試料をイオン化する方法であって、
イオン化プローブに前記液体試料を導入して噴霧する工程と、
ガス供給源と、該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有し、前記イオン化プローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構から、使用者による操作の有無に関わらず前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧される方向と交差する方向に前記ガスを吹き付け続ける工程と
を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係るイオン化装置及びイオン化方法では、イオン化プローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構から、イオン化プローブから液体試料が噴霧される方向と交差する方向にガスを吹き付ける。即ち、イオン化プローブから帯電液滴を噴霧する中心軸と、加熱ガス供給機構からのガス吹き付ける中心軸が別軸である。そして、イオン化プローブから液体試料が噴霧されている間、使用者による操作の有無に関わらず加熱ガス供給機構からガスを吹き付け続けるように加熱ガス供給機構の動作を制御する。つまり、液体試料の噴霧が開始されると同時又はそれよりも前の時点から自動的に加熱ガス供給機構によるガスの吹き付けを開始し、液体試料の噴霧が終了すると同時又はそれよりも後の時点まで加熱ガス供給機構によるガスの吹き付けを継続する。そのため、加熱ガス供給機構から噴き出すガス流によって、液体試料が加熱ガス供給機構の内部に進入して汚染されるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係るイオン化装置の一実施形態を含む液体クロマトグラフ質量分析装置の要部構成図。

【図2】本実施形態のイオン化室に配置される各部の構成を説明する図。

【図3】本実施形態のイオン化装置のESIプローブの先端部の拡大図。

【図4】本発明に係るイオン化方法の一実施形態のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明に係るイオン化装置の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のイオン化装置を備え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。

【0012】

本実施形態の液体クロマトグラフ質量分析装置１００は、大別して、液体クロマトグラフ２、質量分析装置１、及びこれらの各部を制御する制御・処理部３を備えている。

【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、加熱ガス供給機構１１２、及び乾燥ガス供給機構１１４が配置されている。ESIプローブ１１１には、液体試料が直接、あるいは液体クロマトグラフのカラムで成分分離された後の液体試料が導入される。

【0015】

加熱ガス供給機構１１２は、ガス供給源１１２１、ヒータ１１２２（本発明における加熱部に相当）、加熱ガス供給プローブ１１２３、及び温度測定部１１２４を備えている（図２参照。図１には加熱ガス供給プローブ１１２３のみを図示）。加熱ガス供給プローブ１１２３は、ESIプローブ１１１の先端から所定距離離間した位置で、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所定の流量（例えば1.0～30.0L/min）で吹き付けるように配置されている。この流量は、例えばガス供給源１１２１に設けられた流量調整部によって調整される。加熱ガスとしては、例えば乾燥空気や窒素ガスが用いられる。ヒータ１１２２への通電は測定制御部３３（後記）によって制御される。また、ヒータ１１２２への通電を行わずガスを通過させることもできる。例えば、目的成分が熱により分解したり変性したりしやすいものである場合には、ヒータ１１２２への通電を行わず、常温のガスを吹き付ける。ヒータ１１２２に通電してガスを加熱する場合には、測定制御部３３は、温度測定部１１２４により測定されるガスの温度を目標温度（例えば400℃）に近づけるようにフィードバック制御を行う。

【0016】

乾燥ガス供給機構１１４は、ガス供給源１１４１、加熱ブロック１１４２、及び乾燥ガス供給管１１４３を備えている（図２参照。図１には加熱ブロック１１４２と乾燥ガス供給管１１４３のみを図示）。乾燥ガス供給管１１４３は、脱溶媒管１１３を取り囲むように該脱溶媒管１１３と同軸に配置されており、該脱溶媒管１１３に流入するイオン流に対して乾燥ガスを吹き付けるように構成されている。乾燥ガスの流量も、例えばガス供給源１１４１に設けられた流量調整部によって調整される。乾燥ガスとしても、例えば乾燥空気や窒素ガスが用いられる。本実施形態では、ガス供給源１１２１とガス供給源１１４１を個別に設けているが、1つのガス供給源から分岐流路を設けるなどして加熱ガス供給機構１１２と乾燥ガス供給機構１１４のそれぞれにガスを供給してもよい。

【0017】

ESIプローブ１１１は、図３に先端部の部分拡大図で示すように、液体試料が流通するキャピラリ１１１１と、該キャピラリ１１１１の外側に設けられたネブライザガス流路１１１２、該ネブライザガス流路１１１２にネブライザガスを供給するネブライザガス供給機構１１１３を備えている。ESIプローブ１１１では、キャピラリ１１１１内を流通する液体試料を所定の電圧（ESI電圧。典型的には5.0kV以下の適宜の大きさの正電圧又は負電圧）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（例えば窒素ガス）を所定の流量（例えば0.5～5.0L/min）で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。この流量は、例えばガス供給源１１２１に設けられた流量調整部によって調整される。

【0018】

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１１２３から加熱ガスが帯電液滴に吹き付けられることによって帯電液滴の脱溶媒が促進される。

【0019】

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の周囲には乾燥ガス供給管１１４３が設けられており、該乾燥ガス供給管１１４３には、ガス供給源１１４１から供給され隔壁の一部を構成する加熱ブロック１１４２によって加熱された乾燥ガスが供給される。脱溶媒管１１３に流入するイオン流に対し、該乾燥ガス供給管１１４３から供給される乾燥ガスが該イオン流と対向する方向から吹き付けられることにより、イオン流の脱溶媒が促進される。脱溶媒管１１３も加熱ブロック１１４２により所定の温度（例えば300℃）に加熱されており、この脱溶媒管１１３を通過する間にも脱溶媒が促進される。加熱ブロック１１４２は図示しない加熱部（ヒータへの通電等）により加熱される。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

分析室１４には、前段四重極マスフィルタ１４１、コリジョンセル１４２、後段四重極マスフィルタ１４４、及びイオン検出器１４５が配置されている。前段四重極マスフィルタ１４１及び後段四重極マスフィルタ１４４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と、該メインロッドの後段に位置するポストロッドで構成されている。コリジョンセル１４２には、該コリジョンセル１４２内のイオンをイオン光軸Ｃの近傍に収束させる多重極ロッド電極１４３が配置されている。また、コリジョンセル１４２には、窒素ガス等の不活性ガスを衝突誘起解離（CID）ガスとして導入するCIDガス導入部が設けられている。

【0023】

分析室１４に進入したイオンのうち、所定の質量電荷比を有するイオンが前段四重極マスフィルタ１４１によってプリカーサイオンとして選別され、コリジョンセル１４２に進入する。コリジョンセル１４２の内部では、CIDガスとの衝突によってプリカーサイオンが開裂してプロダクトイオンが生成される。コリジョンセル１４２で生成されたイオンは、後段四重極マスフィルタ１４４で質量分離され、イオン検出器１４５で検出される。イオン検出器１４５からの出力信号は、制御・処理部３に送信され記憶部３１（後記）に保存される。

【0024】

制御・処理部３は、記憶部３１を備えている。記憶部３１には、各種化合物の測定条件や解析パラメータなどの情報を収録した化合物データベース（化合物DB）３１１が保存されている。本実施形態では、化合物データベース３１１に、各化合物の測定時に使用する加熱ガス供給機構１１２の動作パラメータ（加熱ガスの温度、流量など）の情報も収録されている。

【0025】

制御・処理部３は、さらに、機能ブロックとして測定条件設定部３２、測定制御部３３（本発明における制御部に相当）、及び加熱ガス供給機構動作設定部３４を備えている。制御・処理部３の実体は一般的なコンピュータであり、予めインストールされた専用のソフトウェアをプロセッサで実行することによりこれらの機能ブロックが具現化される。制御・処理部３には、マウスやキーボードなどからなる入力部４と、液晶ディスプレイなどで構成される表示部５が接続されている。

【0026】

加熱ガス供給機構動作設定部３４は、ESIプローブ１１１から液体試料や移動相が噴霧されている時間帯に加熱ガス供給機構１１２からのガスの吹き付け動作を停止する測定条件の設定の可否を設定するものである。加熱ガス供給機構動作設定部３４には予め決められた者のみがアクセス可能（例えば、装置の管理者などの特定の者が予め決められたIDとパスワードでログインした場合にのみアクセス可能）でおり、分析作業者などの一般の使用者がアクセスすることができないようになっている。本実施形態では、上記予め決められた者が加熱ガス供給機構動作設定部３４の設定を変更した例外的な場合を除いて、液体試料の噴霧中に加熱ガス供給機構１１２からガスを吹き付ける動作を停止する測定条件の設定を受け付けないようになっている。

【0027】

本実施形態の質量分析装置１は、イオン化室１１における加熱ガス供給機構１１２の配置と動作に特徴を有している。以下、イオン化室１１の構成を説明する。図２は、質量分析装置１のイオン化室１１近傍の拡大図である。

【0028】

ESIプローブ１１１は、その噴霧軸（ESIプローブ１１１から噴霧される帯電液滴の進行方向の中心軸）と、脱溶媒管１１３の中心軸が、交点Xにおいて直交するように配置されている。本実施形態では、最も好ましい態様として、ESIプローブ１１１の噴霧軸が鉛直方向に、脱溶媒管１１３の中心軸が水平方向になるように構成されている。また、加熱ガス供給プローブ１１２３は、該加熱ガス供給プローブ１１２３の吹き付け方向（加熱ガスの進行方向の中心軸）とESIプローブ１１１の噴霧軸が成す角度θが60度以上80度以下となるように配置されている。角度θの範囲は本件出願人が先の出願（PCT/JP2021/030953）において行った検討の結果に基づいている。角度θが60度以上であることにより、ESIプローブ１１１の先端と加熱ガス供給プローブ１１２３が物理的に干渉することがなく両者の配置が容易になる。また、角度θが80度以下であることにより、加熱ガスがESIプローブ１１１の先端部に吹き付けられて該ESIプローブ１１１内で液体試料が沸騰する可能性を低減することができる。イオン化室１１と第１中間真空室１２の隔壁に設けられたキャピラリである脱溶媒管１１３は、該隔壁の一部を構成する加熱ブロック１１４２により所定の温度に加熱されている。

【0029】

また、加熱ガス供給プローブ１１２３からのガスの吹き付け方向の中心軸上に、加熱ブロック１１４２の上部（脱溶媒管１１３よりも上方に位置する部分）が位置するように、加熱ガス供給プローブ１１２３と加熱ブロック１１４２が配置されている。即ち、加熱ガス供給プローブ１１２３から供給される加熱ガスは、ESIプローブ１１１の先端と、該ESIプローブ１１１の噴霧軸と脱溶媒管１１３の中心軸の交点Xとの間の位置（ESIプローブ１１１の先端からの距離Lの位置）で、帯電液滴に対して吹き付けられる。この距離Lは、例えば2.5mm以上10mm以下に設定される。距離Lの範囲も同様に、本件出願人が先の出願（PCT/JP2021/030953）において行った検討の結果に基づいている。距離Lを2.5mm以上とすることにより、ESIプローブ１１１の先端と加熱ガス供給プローブ１１２３の先端が近接して放電が起こる可能性を低減することができる。また、距離Lを10mm以下とすることにより、広く用いられているESIプローブ１１１の先端の高さと脱溶媒管１１３の中心軸の高さの差が10.5mmである一般的なイオン化装置において、脱溶媒管１１３の中心軸よりも上方の位置で帯電液滴に加熱ガスを吹き付けて脱溶媒を促進し、イオンの測定感度を高めることができる。

【0030】

本実施形態では、ESIプローブ１１１の先端から噴霧される帯電液滴が脱溶媒管１１３に到達するまでの間に加熱ガスが吹き付けられるため、帯電液滴が液滴の状態のままで脱溶媒管１１３から分析室１４（第１中間真空室１２、第２中間真空室１３、及び分析室１４）に進入することが抑制される。また、このような位置に加熱ガスを供給することにより、液体試料から生成されるイオン以外のもの（イオン化室１１内に存在する不所望の中性分子やイオン）が脱溶媒管１１３を通じて分析室１４に進入することも抑制される。これにより、分析室側の各室の汚染が抑制され、質量分析装置１の堅牢性が向上する。

【0031】

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態の液体クロマトグラフ質量分析装置１００を用いた液体試料の測定例を説明する。

【0032】

使用者が液体試料の測定を指示すると、測定条件設定部３２は、化合物データベース３１１に収録されている化合物の一覧を表示部５の画面に表示する。使用者が表示された一覧から測定対象の化合物（目的成分）を選択すると、測定条件設定部３２は、化合物データベース３１１から、当該化合物の測定条件及び解析パラメータ並びに加熱ガス供給機構１１２の動作パラメータを読み出し、それらを表示部５の画面に表示する。使用者は、必要に応じて測定条件等に変更を加えた後、測定条件等を決定する（ステップ１）。使用者により測定条件等が決定されると、測定条件設定部３２は、試料の測定及び解析を実行するためのバッチファイルを作成して記憶部３１に保存する。

【0033】

上記の通り、使用者が設定する測定条件には、加熱ガス供給機構１１２の動作パラメータが含まれる。しかし、加熱ガス供給機構動作設定部３４において、ESIプローブ１１１から液体試料や移動相が噴霧されている時間帯に加熱ガス供給機構１１２からのガスの吹き付け動作を停止する測定条件の設定を認める例外的な設定がなされていない限り、ESIプローブ１１１から液体試料や移動相が噴霧されている時間帯にガスの吹き付け動作を停止するような測定条件を設定することはできないようになっている。あるいは、使用者が、ESIプローブ１１１から液体試料や移動相が噴霧されている時間帯にガスの吹き付け動作を停止するような測定条件を設定した場合、その設定に関わらず、測定条件設定部３２が、直前の時間帯の動作パラメータ（加熱ガスの温度、流量など）を自動的に適用し、測定条件を上書き設定するようにしてもよい。

【0034】

バッチファイルが作成された後に使用者が測定開始を指示すると、測定制御部３３は、そのバッチファイルを実行し、液体クロマトグラフ質量分析装置１００の各部の動作を制御して液体試料に含まれる目的成分を測定する。

【0035】

測定開始時には、まず、真空チャンバ内の第１中間真空室１２、第２中間真空室１３、及び分析室１４をそれぞれ所定の真空度まで排気する。また、加熱ガス供給機構１１２のヒータ１１２２への通電を開始するとともにガス供給源１１２１から所定の流量（例えば5L/min）でガスを供給する（ステップ２）。ヒータ１１２２への通電を開始した後、該ヒータ１１２２を通過したガスの温度を温度測定部１１２４で測定し、その温度が所定の温度（例えば400℃）で安定するようにヒータ１１２２に送給する電力量が調整される。ヒータ１１２２で加熱されたガスはイオン化室１１内に吹き付けられる。さらに、乾燥ガス供給機構１１４でもガス供給源１１４１からガス（乾燥ガス）を供給し、乾燥ガス供給管１１４３からイオン化室１１内に吹き付ける（ステップ３）。加熱ガスの吹き付けを、乾燥ガスの吹き付けと同時又はそれよりも先に開始することで、乾燥ガスの吹き付けによって生じる気流によってイオン化室１１内に存在する不所望の物質が加熱ガス供給機構１１２の内部に進入することを防止する。

【0036】

真空チャンバ内の各室が所定の真空度まで排気され、加熱ガス供給機構１１２においてガスが所定の温度に達すると、測定制御部３３は、予め液体クロマトグラフ２（又は液体クロマトグラフ２に接続されたオートサンプラ）にセットされた液体試料をインジェクタから注入する。液体クロマトグラフ２に投入された液体試料は移動相の流れに乗ってカラムに導入され、カラム内で各成分が分離される。

【0037】

液体クロマトグラフ２のカラムで分離された液体試料中の各種成分は移動相とともに順次、ESIプローブ１１１に導入され（ステップ４）、帯電液滴としてイオン化室１１に噴霧される（ステップ５）。この帯電液滴には、加熱ガス供給プローブ１１２３から加熱ガスが吹き付けられ（ステップ６）、それによって脱溶媒が促進される。また、帯電液滴から生成されたイオン流は、イオン化室１１と第１中間真空室１２の圧力差によって脱溶媒管１１３を通じて第１中間真空室１２に引き込まれる。このとき、乾燥ガス供給管１１４３からイオン流に対向する乾燥ガス流が吹き付けられ（ステップ７）、また、加熱された脱溶媒管１１３をイオン流が通過することによって、さらに脱溶媒が促進される。

【0038】

液体試料の測定が終了すると（ステップ８）、測定制御部３３は、液体クロマトグラフ２における移動相の供給を停止する。続いて、乾燥ガス供給機構１１４のガス供給源１１４１からのガスの供給を停止する（ステップ９）。これと同時に（又はガス供給源１１４１からのガスの供給停止よりも後に）加熱ガス供給機構１１２のガス供給源１１２１からのガスの供給を停止する（ステップ１０）。加熱ガスの吹き付けを、乾燥ガスの吹き付けと同時又はそれよりも後に停止することで、乾燥ガスの吹き付けによって生じる気流によってイオン化室１１内に存在する不所望の物質が加熱ガス供給機構１１２の内部に進入することを防止する。

【0039】

このように、本実施形態の液体クロマトグラフ質量分析装置１００では、液体クロマトグラフ２から移動相や液体試料がESIプローブ１１１に導入されるよりも前に加熱ガス供給プローブ１１２３から加熱ガスの供給を開始し、ESIプローブ１１１に移動相や液体試料が導入されている間、常に加熱ガスを供給し続ける。

【0040】

ESIプローブ１１１から液体試料中の各種成分を移動相とともに噴霧すると、イオン化室１１内に気流が発生する。また、乾燥ガス供給機構１１４からも、イオン流と対向する方向に乾燥ガスが吹き付けられる。本実施形態のように、ESIプローブ１１１から噴霧される帯電液滴に対して、ESIプローブ１１１とは別に設けられた加熱ガス供給機構１１２から該帯電液滴が噴霧される方向と交差する方向にガスを吹き付ける（ESIプローブ１１１から帯電液滴を噴霧する中心軸と、加熱ガス供給機構１１２からガスを吹き付ける中心軸が別軸である）構成のイオン化装置では、加熱ガス供給プローブ１１２３からのガスの吹き付けを行わないと、イオン化室１１内で生じた気流によって液体試料中の成分や移動相の帯電液滴の一部が加熱ガス供給機構１１２の内部に進入し、それによって該加熱ガス供給機構１１２の内部が汚染される可能性がある。先の測定時に加熱ガス供給機構１１２の内部に進入した液体試料中の成分が加熱ガスとともに次の測定の液体試料に吹き付けられるとコンタミネーションが生じる。また、そうしたコンタミネーションを防止するには加熱ガス供給機構１１２を測定毎に洗浄しなければならず手間と時間がかかる。本実施形態では、測定制御部３３が、ESIプローブ１１１に液体試料が導入されている間、加熱ガス供給プローブ１１２３から常に加熱ガスを吹き付け続けるため、このガス流によって液体試料中の成分や移動相が加熱ガス供給機構１１２の内部に進入するのを防止することができる。

【0041】

上記測定例では、測定制御部３３が、液体試料の測定開始及び終了と同期させて加熱ガス供給機構１１２を動作させ、液体試料及び移動相がESIプローブ１１１に導入される前に加熱ガス供給プローブ１１２３からイオン化室に加熱ガスを吹き付けるようにしたが、他の動作形態を採ることもできる。例えば、ESIプローブ１１１においてネブライザガス供給機構１１１３によるネブライザガスの供給の開始及び終了と同時に加熱ガス供給機構１１２のガス供給源１１２１からのガスの供給を開始及び終了させることもできる。ネブライザガスは、ESIプローブ１１１に導入される液体試料や移動相をイオン化室１１に噴霧するために使用するものであるため、これと同期させて加熱ガス供給プローブ１１２３からガスを吹き付けることで、加熱ガス供給機構１１２の内部に液体試料中の成分等が進入するのを確実に防止することができる。即ち、少なくともESIプローブ１１１から液体試料が噴霧されている間、加熱ガス供給機構１１２からガスを吹き付け続けることができる限りにおいて、任意の方法を採ることができる。

【0042】

上記の測定例では1つの液体試料のみを測定したが、オートサンプラに複数の液体試料をセットしておき、それらを順に測定する場合もある。そうした測定では、液体試料の測定間に待機時間が設けられる場合がある。例えば、液体クロマトグラフ２でグラジエント分析を行う場合、1つの液体試料の測定を開始した後、液体クロマトグラフ２で移動相を平衡化する。このように、液体試料の測定間で、ESIプローブ１１１に液体試料等が導入されない時間帯（待機時間帯）が存在する場合には、その間、加熱ガス供給プローブ１１２３からイオン化室１１への加熱ガスの吹き付けを一時的に停止したり、あるいは加熱ガスの流量を測定時流量から待機時流量（測定時流量＞待機時流量）に低下させたりしてもよい。もちろん、測定時間帯と待機時間帯の両方に、加熱ガス供給プローブ１１２３から同流量のガスをイオン化室１１に吹き付けるようにしてもよい。

【0043】

また、上記の測定例では、加熱ガス供給機構１１２において、ガス供給源１１２１から供給されるガスをヒータ１１２２で所定の温度に加熱して加熱ガス供給プローブ１１２３からイオン化室１１に吹き付けたが、ヒータ１１２２に通電せず、ガス供給源１１２１から供給されるガスを加熱することなくイオン化室１１に吹き付けるようにしてもよい。例えば、目的成分が熱により分解したり変性したりしやすいものである場合に非加熱のガスを吹き付けるようにするとよい。また、そうした目的成分を測定する際には、加熱ブロック１１４２への通電も行わず、非加熱の乾燥ガスをイオン流に吹き付け、該イオン流を非加熱の脱溶媒管に導入するとよい。

【0044】

また、上記の測定例では、乾燥ガス供給機構１１４を使用したが、乾燥ガス供給機構１１４を使用しなくてもよい（あるいは乾燥ガス供給機構１１４を備えつつ、それを動作させずに測定してもよい）。その場合、乾燥ガスを吹き付ける場合に比べてイオン流をイオン化室１１内に押し戻す気流が発生しにくくなる。従って、乾燥ガスをイオン流に吹き付けることなく測定する場合には、乾燥ガスをイオン流に吹き付ける場合よりも加熱ガス供給プローブ１１２３からイオン化室１１に吹き付けるガスの流量を低減してもよい。例えば、測定制御部３３が、乾燥ガス供給機構１１４からガスが吹き付けられている場合に所定の第１流量で加熱ガス供給機構１１２からガスを吹き付け、乾燥ガス供給機構１１４かガスが吹き付けられていない場合には第１流量よりも低い第２流量で加熱ガス供給機構１１２からガスを吹き付けるようにすればよい。

【0045】

上記実施形態及び測定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。

【0046】

上記実施形態では、使用者に、加熱ガス供給機構１１２の動作パラメータ（加熱ガスの温度、流量など）を含む測定条件を設定させる構成としたが、使用者に加熱ガス供給機構１１２の動作パラメータを設定させないようにしてもよい。その場合には、例えば、測定条件設定部３２が、使用者により設定された測定条件によって決まる、ESIプローブ１１１から液体試料や移動相が噴霧される時間帯に合わせて、予め決められた動作パラメータで加熱ガス供給機構１１２を動作させるような測定条件を自動的に設定するように構成すればよい。また、上記実施形態では加熱ガス供給機構動作設定部３４を備える構成としたが、これも任意である。上記実施形態において必須の要件は、ESIプローブ１１１から液体試料や移動相が噴霧されている間、使用者による操作の有無に関わらず加熱ガス供給機構１１２からガス（加熱ガス又は非加熱のガス）を吹き付け続けることであって、その要件が満たされる限りにおいて適宜の構成を採ることができる。

【0047】

液体クロマトグラフ質量分析装置１００としたが、液体クロマトグラフを備えることなく、液体試料を直接ESIプローブに導入する質量分析装置においても上記同様の構成を採ることができる。その場合には、液体試料がESIプローブから噴霧されている間、加熱ガス供給プローブ１１２３からイオン化室にガスを吹き付け続けるようにすればよい。

【0048】

上記実施形態では、ESIプローブ１１１を備えたイオン化室１１を有するイオン化装置（ESI源）としたが、ESIプローブ１１１に代えて、液体試料を噴霧するイオン化プローブと大気圧化学イオン化（APCI: Atmospheric pressure chemical ionization）用のコロナニードルを備えたイオン化装置（APCI源）においても上記同様の構成を採ることができる。あるいは、ESIプローブとAPCI用のコロナニードルを備えたイオン化装置（いわゆるデュアルイオン化装置）においても上記同様の構成を採ることができる。また、上記実施形態では、ESIプローブ１１１から液体試料を噴霧する方向と、脱溶媒管１１３の中心軸が直交するように両者を配置（直交配置）したが、これは好ましい一態様であって、それ以外の配置においても本発明を適用することができる。さらに、加熱ガス供給機構はイオン化プローブとは別に設けられるものであって、該イオン化プローブから液体試料が噴霧される方向と交差する方向にガスを吹き付ける（イオン化プローブから帯電液滴を噴霧する中心軸と、加熱ガス供給機構からガスを吹き付ける中心軸が別軸である）ものであればよく、上記実施形態で示した好ましい一態様の配置以外にも適宜の配置を採ることができる。

【0049】

上記実施形態では生成したイオンを質量分析する構成としたが、イオンの移動度測定等、他の測定を行う装置においても上記実施形態と同様のイオン化装置を用いることができる。さらに、質量分析を行う場合についても、上記実施形態の三連四重極型以外の様々な構成の質量分析部（シングル四重極型、イオントラップ型、飛行時間型等）を用いることができる。

【0050】

［態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。

【0051】

（第１項）
本発明の一態様は、イオン導入口が設けられた隔壁によって分析室と隔てられたイオン化室に配置されるイオン化装置であって、
液体試料を噴霧するイオン化プローブと、
ガス供給源と、該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有し、前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧される方向と交差する方向に前記ガスを吹き付ける加熱ガス供給機構と、
前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧されている間、使用者による操作の有無に関わらず前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け続けるように該加熱ガス供給機構の動作を制御する制御部と
を備える。
（第７項）
本発明の別の一態様は、イオン導入口が設けられた隔壁によって分析室と隔てられたイオン化室において液体試料をイオン化する方法であって、
イオン化プローブに前記液体試料を導入して噴霧する工程と、
ガス供給源と、該ガス供給源から供給されるガスを加熱するための加熱部とを有し、前記イオン化プローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構から、使用者による操作の有無に関わらず前記イオン化プローブから前記液体試料が噴霧される方向と交差する方向に前記ガスを吹き付け続ける工程と
を含む。

【0052】

イオン化室内でイオン化プローブから液体試料が噴霧されると、イオン化室内に気流が発生する。従来のイオン化装置では、ESIプローブから液体試料を噴霧するタイミングや加熱ガス供給機構から加熱ガスを吹き付けるタイミングは使用者が適宜に設定することができるが、ESIプローブから噴霧される帯電液滴に対して、ESIプローブとは別に設けられた加熱ガス供給機構から該帯電液滴が噴霧される方向と交差する方向にガスを吹き付ける（ESIプローブから帯電液滴を噴霧する中心軸と、加熱ガス供給機構からガスを吹き付ける中心軸が別軸である）構成のイオン化装置では、液体試料がイオン化プローブから噴霧されている間に加熱ガス供給機構によるガスの吹き付けを行われないと、イオン化室内で生じた気流によって液体試料の帯電液滴の一部が加熱ガス供給機構の内部に進入し、それによって該加熱ガス供給機構の内部が汚染されてしまう。先の測定時に加熱ガス供給機構の内部に進入した液体試料がガスとともに次の測定の液体試料に吹き付けられるとコンタミネーションが生じる。また、そうしたコンタミネーションを防止するには加熱ガス供給機構を測定毎に洗浄しなければならず手間と時間がかかる。

【0053】

第１項に係るイオン化装置及び第７項に係るイオン化方法では、イオン化プローブから液体試料が噴霧されている間、使用者による操作の有無に関わらず加熱ガス供給機構からガスを吹き付け続けるように該イオン化プローブ及び該加熱ガス供給機構の動作を制御する。つまり、液体試料の噴霧が開始されると同時又はそれよりも前の時点から自動的に加熱ガス供給機構によるガスの吹き付けを開始し、液体試料の噴霧が終了すると同時又はそれよりも後の時点まで加熱ガス供給機構によるガスの吹き付けを継続する。そのため、加熱ガス供給機構から噴き出すガス流によって、液体試料が加熱ガス供給機構の内部に進入するのを防止することができる。

【0054】

（第２項）
第２項に係るイオン化装置は、第１項に係るイオン化装置において
前記加熱ガス供給機構は、前記ガス供給源から供給されるガスを前記加熱部により加熱して吹き付ける加熱動作と、前記ガス供給源から供給されるガスを前記加熱部により加熱することなく吹き付ける非加熱動作を実行可能である。

【0055】

第２項に係るイオン化装置では、測定対象の目的成分が熱によって分解したり変性したりしやすい場合でも、加熱ガス供給機構を非加熱動作することによって、加熱ガス供給機構の内部に液体試料が進入して汚染されるのを防止し、かつ、帯電液滴の脱溶媒も促進することができる。

【0056】

（第３項）
第３項に係るイオン化装置は、第１項又は第２項に係るイオン化装置において、
前記イオン化プローブは、前記液体試料を噴霧するためのネブライザガスを供給するネブライザガス供給機構を備え、
前記制御部は、前記ネブライザガス供給機構の動作と同期させて前記加熱ガス供給機構の動作を制御する。

【0057】

第３項に係るイオン化装置では、ESIプローブにおいて液体試料を噴霧するためのネブライザガスを供給するネブライザガス機構の動作と同期させ、ネブライザガスによって液体試料が噴霧されている間、加熱ガス供給機構を動作させてガスを吹き付け続けるため、噴霧された液体試料が加熱ガス供給機構の内部に進入して汚染されるのを確実に防止することができる。

【0058】

（第４項）
第４項に係るイオン化装置は、第１項から第３項のいずれかに係るイオン化装置において、
前記制御部は、前記液体試料の測定が実行されている測定時間帯に所定の測定時流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け、前記液体試料の測定が実行されていない待機時間帯に前記測定時流量よりも低い待機時流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付ける。

【0059】

第４項に係るイオン化装置では、液体試料の測定が実行されていない待機時間帯に加熱ガス供給機構から吹き付けるガスの流量を低減することでガスの使用量を抑えることができる。なお、液体試料の測定が実行されていない待機時間帯にESIプローブから何も噴霧されない場合や、ESIプローブから噴霧される液体が加熱ガス供給機構を汚染するものでない場合には、待機時流量をゼロに（即ち、ガスの吹き付けを停止）してもよい。

【0060】

（第５項）
第５項に係るイオン化装置は、第１項から第４項のいずれかに係るイオン化装置において、さらに、
前記イオン導入口に流入するイオン流と対向する方向にガスを吹き付ける乾燥ガス供給機構
を備える。

【0061】

第５項に係るイオン化装置では、乾燥ガスを吹き付けることによってイオン導入口に導入されるイオン流の脱溶媒をさらに促進することができる。

【0062】

（第６項）
第６項に係るイオン化装置は、第５項に係るイオン化装置において、
前記制御部は、前記乾燥ガス供給機構から前記ガスが吹き付けられている場合に所定の第１流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付け、前記乾燥ガス供給機構から前記ガスが吹き付けられていない場合に前記第１流量よりも低い第２流量で前記加熱ガス供給機構から前記ガスを吹き付ける。

【0063】

第６項に係るイオン化装置において、乾燥ガス供給機構からガスが吹き付けられていない場合は、ガスが吹き付けられている場合に比べて液体試料の帯電液滴が加熱ガス供給機構の内部に進入しにくい。乾燥ガス供給機構からガスが吹き付けられていない場合に加熱ガス供給機構から吹き付けるガスの流量を低減することでガスの使用量を抑えることができる。

【符号の説明】

【0064】

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
１１１…ESIプローブ
１１１１…キャピラリ
１１１２…ネブライザガス流路
１１１３…ネブライザガス供給機構
１１２…加熱ガス供給機構
１１２１…ガス供給源
１１２２…ヒータ
１１２３…加熱ガス供給プローブ
１１２４…温度測定部
１１３…脱溶媒管
１１４…乾燥ガス供給機構
１１４１…ガス供給源
１１４２…加熱ブロック
１１４３…乾燥ガス供給管
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…前段四重極マスフィルタ
１４２…コリジョンセル
１４３…多重極ロッド電極
１４４…後段四重極マスフィルタ
１４５…イオン検出器
２…液体クロマトグラフ
３…制御・処理部
３１…記憶部
３１１…化合物データベース
３２…測定条件設定部
３３…測定制御部
３４…加熱ガス供給機構動作設定部
４…入力部
５…表示部
Ｃ…イオン光軸
Ｘ…ESIプローブの噴霧軸とイオン導入口の中心軸の交点
Ｌ…ESIプローブの先端から、ESIプローブの噴霧軸と加熱ガス供給プローブの吹き付け方向の交点までの距離
θ…ESIプローブの噴霧軸と加熱ガス供給プローブの吹き付け方向が成す角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】