特許 7188441 質量分析装置および質量分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】質量分析装置および質量分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20221206BHJP

   H01J 49/14 20060101ALI20221206BHJP

   H01J 49/42 20060101ALI20221206BHJP

   H01J 49/04 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 C

G01N27/62 G

H01J49/14 500

H01J49/14 700

H01J49/42 150

H01J49/04 220

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020511669

(86)(22)【出願日】2019-03-08

(86)【国際出願番号】 JP2019009391

(87)【国際公開番号】W WO2019193926

(87)【国際公開日】2019-10-10

【審査請求日】2020-09-28

(31)【優先権主張番号】62/652,973

(32)【優先日】2018-04-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100125704

【弁理士】

【氏名又は名称】坂根 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】北野 理基

【審査官】赤木 貴則

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０６９５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３２１０３９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－０１４７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８６００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２２２６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２５５２６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】PREST, H.F. and PERKINS, P. D.，Use of Liquid Reagents for Positive Chemical Ionization on the 5973 MSD，Report，No. 5968-5707E，米国，Agilent Technologies Company，1999年12月，pp. 1-6，http://faculty.fortlewis.edu/milofsky_r/GC-MS-CI.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／６２－Ｇ０１Ｎ ２７／７０

Ｈ０１Ｊ ４９／００－Ｈ０１Ｊ ４９／４８

Ｇ０１Ｎ ３０／７２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン化部を備え、分離カラムで分離された試料を、前記イオン化部でイオン化した後、質量分離に供し、前記質量分離で得られたイオンを検出する質量分析装置であって、
液体を気化させて得られた第１ガスを、第２ガスを用いて前記イオン化部に導入するガス導入部と、
前記液体を気化させて前記第１ガスを得るために前記第２ガスにより前記液体を加圧するガス供給部と、を備え、
前記ガス導入部は、前記イオン化部に接続され、前記ガス供給部から導入された前記第１ガスを含むガスの圧力を調整する抵抗管を含み、
前記イオン化部は、前記第１ガスをイオン化して得られたイオンと前記試料との反応により前記試料をイオン化する質量分析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の質量分析装置において、
前記液体に加えられる圧力を制御する圧力制御部を備える質量分析装置。

【請求項3】

請求項２に記載の質量分析装置において、
前記圧力制御部は、前記液体が配置されている密閉された容器に導入される前記第２ガスの圧力を制御することにより前記液体を加圧する質量分析装置。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか一項に記載の質量分析装置であって、
前記ガス供給部は、前記第２ガスの圧力が大気圧を超える所定の圧力よりも高くならないようにする安全弁を、さらに備える質量分析装置。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記ガス導入部は、前記第１ガスを含むガスを、１ｋＰａ以上の圧力、かつ、１ｍＬ／ｍｉｎ以下の流量で前記イオン化部に導入する質量分析装置。

【請求項6】

請求項１から４までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記液体は、有機溶媒である質量分析装置。

【請求項7】

請求項６に記載の質量分析装置において、
前記有機溶媒が、メタノール、アセトニトリル、アセトン、ヘキサン、イソプロパノール、シクロヘキサンまたはトルエンのいずれかである、質量分析装置。

【請求項8】

イオン化部を備える質量分析装置により、分離カラムで分離され前記イオン化部に導入された試料の質量分析を行う質量分析方法であって、
液体を気化させて第１ガスを得るために第２ガスにより前記液体を加圧することと、
前記液体を気化させて得られた前記第１ガスを、前記第２ガスを用いて前記イオン化部に導入することを備え、
前記第１ガスを、前記第２ガスを用いて前記イオン化部に導入することは、前記イオン化部に接続された抵抗管を用いて前記第１ガスを含むガスの圧力を調整することを含み、
前記イオン化部では、前記第１ガスをイオン化して得られたイオンと前記試料との反応により前記試料がイオン化される質量分析方法。

【請求項9】

請求項８に記載の質量分析方法において、
前記第１ガスを含むガスが、１ｋＰａ以上の圧力、かつ、１ｍＬ／ｍｉｎ以下の流量で前記イオン化部に導入される質量分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、質量分析装置および質量分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスクロマトグラフ－質量分析計（ＧＣ－ＭＳ）等の質量分析装置による分析では、化学イオン化により試料をイオン化することが行われている。化学イオン化では、イオン源を含むイオン化部に導入される試薬ガスのイオン化により生成された反応イオンが、試料を構成する分子（以下、試料分子と呼ぶ）と反応することにより試料分子がイオン化される。化学イオン化では、試料分子が解離しにくく、電子等が付加したイオンが生じやすい等の特徴があり、当該特徴を利用して解析を行うことができる。

【0003】

化学イオン化では、試薬ガスとしてメタンまたはイソブタン等の可燃性ガスが好適に用いられる。しかし、安全性の面から可燃性ガスを含むボンベの設置が困難であったり、コスト面から可燃性ガスの調達が難しい等の問題があった。このため、試薬ガスの供給源として、液相のアセトニトリル等を用いることが提案されている（非特許文献１および非特許文献２）

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Pelt CKV, Brenna JT. "Acetonitrile chemical ionization tandem mass spectrometry to locate double bonds in polyunsaturated fatty acid methyl esters" Analytical Chemistry,（米国）, American Chemical Society, 1999年5月15日、Volume 71, Issue 10, pp.1981-1989

【文献】Prest HFP, Perkins PD.“Use of Liquid Reagents for Positive Chemical Ionization on the 5973 MSD”、［online］、1999年、Agilent Technologies Company、［2019年1月29日検索］、インターネット<URL: http://faculty.fortlewis.edu/milofsky_r/GC-MS-CI.pdf>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、液相の物質を気化させて得られた試薬ガスは、室温および大気圧下で気相の試薬ガスと比べ、沸点および蒸気圧が低いため、効率よくイオン化部へと導入することが難しい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様は、イオン化部を備え、分離カラムで分離された試料を、前記イオン化部でイオン化した後、質量分離に供し、前記質量分離で得られたイオンを検出する質量分析装置であって、液体を気化させて得られた第１ガスを、第２ガスを用いて前記イオン化部に導入するガス導入部を備え、前記イオン化部は、前記第１ガスをイオン化して得られたイオンと前記試料との反応により前記試料をイオン化する質量分析装置に関する。
本発明の第２の態様は、イオン化部を備える質量分析装置により、分離カラムで分離され前記イオン化部に導入された試料の質量分析を行う質量分析方法であって、液体を気化させて得られた第１ガスを、第２ガスを用いて前記イオン化部に導入することを備え、前記イオン化部では、前記第１ガスをイオン化して得られたイオンと前記試料との反応により前記試料がイオン化される質量分析方法に関する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、液相の物質を気化させて得られた試薬ガスを、効率よくイオン化部に導入することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態の質量分析装置の構成を示す概念図である。

【図2】図２は、情報処理部を示す概念図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る質量分析方法の流れを示すフローチャートである。

【図4】図４（Ａ）は、ベンゾフェノンを電子イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトルであり、図４（Ｂ）は、試薬ガスとしてメタノールを用い、ベンゾフェノンを化学イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトルであり、図４（Ｃ）は、試薬ガスとしてメタンを用い、ベンゾフェノンを化学イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトルである。

【図5】図５（Ａ）は、ベンゾフェノンを電子イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトルの拡大図であり、図５（Ｂ）は、試薬ガスとしてメタノールを用い、ベンゾフェノンを化学イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトルの拡大図であり、図５（Ｃ）は、試薬ガスとしてメタンを用い、ベンゾフェノンを化学イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトルの拡大図である。

【図6】図６は、加圧用ガスの圧力と、得られたマススペクトルにおけるｍ／ｚ ３３およびｍ／ｚ １８３のそれぞれに対応するピークの強度との関係を示すグラフである。

【図7】図７（Ａ）は、加圧用ガスの種類と、得られたマススペクトルにおける、ｍ／ｚ １８３に対応するピークの強度の、ｍ／ｚ １８２に対応するピークの強度に対する比率とを示すグラフであり、図７（Ｂ）は、試薬ガスの種類と、得られたマススペクトルにおける上記比率とを示すグラフである。

【図8】図８は、キャピラリーチューブの長さおよび加圧用ガスの圧力と、得られたマススペクトルにおける上記比率およびＳ／Ｎ比とを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

【0010】

－第１実施形態－
本実施形態の質量分析装置は、加圧された液体を気化させて得られたガスをイオン化部に導入する。導入されたガスは、化学イオン化の際の試薬ガスとして用いることができる。

【0011】

（質量分析装置について）
図１は、本実施形態の質量分析装置の構成を示す概念図である。質量分析装置１は、ガスクロマトグラフ－質量分析計（以下、ＧＣ－ＭＳと呼ぶ）であり、測定部１００と情報処理部４０とを備える。測定部１００は、ガスクロマトグラフ１０と、試薬ガス供給部２０と、質量分析部３０とを備える。

【0012】

ガスクロマトグラフ１０は、キャリアガス供給源Ｇ１と、キャリアガス流路１１と、試料導入部１２と、カラム温度調節部１３と、分離カラム１４と、試料ガス導入管１５とを備える。試薬ガス供給部２０は、加圧用ガス供給源Ｇ２と、第１加圧用ガス流路２１と、圧力調整部２２と、第２加圧用ガス流路２３と、液体Ｌを格納する液体容器２４と、試薬ガス流路２５と、安全弁２６とを備える。質量分析部３０は、真空容器３１と、排気口３２と、分析対象の試料をイオン化してイオンＩｎを生成するイオン化部３３と、イオン調整部３４と、質量分離部３５と、検出部３６と、試薬ガス導入部３００とを備える。試薬ガス導入部３００は、抵抗管であるキャピラリーチューブ３１０と、試薬ガス導入口３２０とを備える。

【0013】

測定部１００は、試料の各成分（以下、試料成分と呼ぶ）を分離し、分離された各試料成分を検出する。

【0014】

ガスクロマトグラフ１０は、試料成分を物理的または化学的特性に基づいて分離する分離部として機能する。分離カラム１４に導入される際に、試料はガスまたはガス状となっているが、これを試料ガスと呼ぶ。

【0015】

キャリアガス供給源Ｇ１は、キャリアガスを格納する容器を備え、キャリアガスをキャリアガス流路１１に供給する。キャリアガス流路１１は、その一端である第１端が、キャリアガス供給源Ｇ１にキャリアガスが流れることができるように接続され、他端である第２端が、試料導入部１２にキャリアガスを導入可能に接続されている。キャリアガス供給源Ｇ１からキャリアガス流路１１に導入されたキャリアガスは、キャリアガス流路１１の途中に配置された不図示のキャリアガス流量制御部により流量等が調整された後、試料導入部１２に導入される（矢印Ａ１）。試料導入部１２は、試料気化室等の試料が格納される室を備え、不図示のシリンジまたはオートサンプラー等の注入器により注入された試料を一時的に収容し、試料が液体の場合は気化させて、試料ガスを分離カラム１４に導入する（矢印Ａ２）。

【0016】

分離カラム１４は、キャピラリーカラム等のカラムを備える。分離カラム１４は、カラムオーブン等を備えるカラム温度調節部１３により、例えば数百℃以下に温度制御されている。試料ガスの各成分は、移動相と分離カラム１４の固定相との間の分配係数等に基づいて分離され、分離された試料ガスの各成分は異なる時間に分離カラム１４から溶出し、試料ガス導入管１５を通って質量分析部３０のイオン化部３３に導入される。

【0017】

試薬ガス供給部２０は、イオン化部３３に導入する試薬ガスを、質量分析部３０の試薬ガス導入部３００に供給する。試薬ガス供給部２０は、液体容器Ｌに配置された液体Ｌを加圧することにより、液体Ｌが気化されて得られた試薬ガスを効率的に試薬ガス導入部３００に供給する。

【0018】

加圧用ガス供給源Ｇ２は、液体Ｌを加圧する加圧用ガスを格納する容器を備え、加圧用ガスを第１加圧用ガス流路２１に供給する。

【0019】

加圧用ガスは、試料、液体Ｌまたは試薬ガスとの反応等により質量分析に悪影響を与える分子でなければ、加圧用ガスを構成する分子の種類は特に限定されない。加圧用ガスは、試薬ガスとは異なる組成のガスであることが好ましい。加圧用ガスは、アルゴン、ヘリウムまたは窒素等の不活性ガスを含むことができる。効率よく化学イオン化を行う観点から、加圧用ガスは、アルゴンおよび窒素が好ましい。

【0020】

第１加圧用ガス流路２１は、その一端である第１端が、加圧用ガス供給源Ｇ２に加圧用ガスが流れることができるように接続され、他端である第２端が、圧力調整部２２に加圧用ガスを導入可能に接続されている。加圧用ガスは、加圧用ガス供給源Ｇ２から、第１加圧用ガス流路２１を通って圧力調整部２２に導入される。

【0021】

圧力調整部２２は、調圧器を備え加圧用ガスの圧力を制御する。圧力調整部２２は、後述の圧力制御部５１１により制御される。圧力調整部２２は、加圧用ガスの圧力を大気圧よりも高い圧力に調整する。加圧用ガスの圧力が高すぎると、加圧用ガスが導入される流路または装置に悪影響を与えたり、試薬ガス導入部３００によりイオン化部３３に導入されるガスにおける試薬ガスの分圧が低くなり試薬ガスを導入する効率が悪くなる可能性がある。従って、変形例１で後述するように、加圧用ガスの圧力と大気圧との差が５００ｋＰａ以下等になるように加圧用ガスの圧力が調整される。

【0022】

第２加圧用ガス流路２３は、その一端である第１端が、圧力調整部２２に加圧用ガスが流れることができるように接続され、他端である第２端が、液体容器２４の内部に加圧用ガスを導入可能に接続されている。この第２端は、液体容器２４に配置された液体Ｌの水面よりも上方に位置される。加圧用ガスは、圧力調整部２３から、第２加圧用ガス流路２３を通って液体容器２４に導入される。

【0023】

液体容器２４は、液体Ｌを格納することができ、導入される加圧用ガスの圧力を保持可能に密閉することができれば、容器の種類、形状および材質等は特に限定されない。液体容器２４は、例えば、ビーカー、バイアルまたはボトルを用いることができる。

【0024】

液体Ｌは、液体Ｌの気化により生じたガスを試薬ガスとして試料の化学イオン化に用いることができれば、その組成は特に限定されない。液体Ｌを構成する分子は、例えば、分析対象の試料分子よりも低いプロトン親和力を有することが、効率の良い化学イオン化を行う観点から好ましい。液体Ｌは、室温および大気圧下で液相の物質を含んで構成されることが好ましい。これらの観点から、液体Ｌは、有機溶媒が好ましく、液体Ｌは、例えば、メタノール、アセトニトリル、アセトン、ヘキサン、イソプロパノール、シクロヘキサンまたはトルエンとすることができる。効率よく化学イオン化を行う観点から、液体Ｌは、メタノール、アセトン、ヘキサンまたはイソプロパノールが好ましく、比較的蒸気圧が高く、かつ特にプロトン親和性が低いメタノールがより好ましい。
なお、不図示の温度調節装置を用いて液体容器２４の温度を調整し、調整された温度において液相である物質を液体Ｌとして用いてもよい。

【0025】

試薬ガス流路２５は、その一端である第１端が、液体容器２４に試薬ガスが流れることができるように接続され、他端である第２端が、質量分析部３０の試薬ガス導入部３００に試薬ガスを導入可能に接続されている。この第１端は、液体容器２４に配置された液体Ｌの水面よりも上方に位置される。液体Ｌが液体容器２４の内部で気化されて生じた試薬ガスは、液体容器２４から、試薬ガス流路２５を通って試薬ガス導入部３００に導入される。このように、気化された液体Ｌは、加圧用ガスの流れにのって移動し、試薬ガス導入部３００およびイオン化部３３へと導入される。加圧用ガスは、試薬ガスを運ぶためのガスとしても機能する。

【0026】

安全弁２６は、試薬ガス流路２５における試薬ガスの圧力が、大気圧を超える所定の圧力よりも高くならないようにするための弁である。安全弁２６は、試薬ガス流路２５の途中に設置されている。この所定の圧力は、試薬ガスが導入される流路または装置に悪影響を与えない圧力に設定される。
なお、第２加圧用ガス流路２３または試薬ガス導入部３００等、加圧用ガスまたは試薬ガスが導入される任意の流路または装置に、当該流路または装置の内部の圧力が所定の圧力よりも高くならないようにするための弁を設けることができる。

【0027】

試薬ガス導入部３００は、試薬ガス供給部２０から導入された試薬ガスの圧力および流量を調整し、試薬ガスをイオン源３３に導入する。試薬ガス導入部３００のキャピラリーチューブ３１０は、その一端である第１端が、試薬ガス流路２５と試薬ガスが流れることができるように接続され、他端である第２端が、試薬ガス導入口３２０に試薬ガスが流れることができるように接続されている。キャピラリーチューブ３１０の長さおよび内径は、イオン源３３に導入された試薬ガスにより化学イオン化が起き、この化学イオン化で得られたイオンＩｎを所望の精度で検出できれば特に限定されない。試薬ガス導入口３２０は、イオン化部３３の不図示のイオン化室の内部に試薬ガスを導入可能に開口しており、試薬ガスをイオン源３３に導入する。

【0028】

質量分析部３０は、質量分析計を備え、イオン化部３３に導入された試料をイオン化し、このイオン化で生成されたイオンＩｎを質量分離して検出する。イオン化部３３で生成された試料に由来するイオンＩｎの経路を矢印Ａ４で模式的に示した。
なお、イオンＩｎを所望の精度で質量分離し、この質量分離で得られたイオンを検出することができれば、質量分析部３０を構成する質量分析計の種類は特に限定されず、任意の種類の１以上の質量分析器を含むものを用いることができる。また、質量分離部３５で原子若しくは原子団のイオンＩｎへの付加またはイオンＩｎの解離等を行ってもよい。上記「質量分離で得られたイオン」には、これらの付加または解離等により得られたイオンも含まれる。

【0029】

質量分析部３０の真空容器３１は、排気口３２を備える。排気口３２は、不図示の真空排気系と排気可能に接続されている。この真空排気系は、ターボ分子ポンプ等の、１０^－２Ｐａ以下等の高真空が実現可能なポンプおよびその補助ポンプを含む。図１では、真空容器３１の内部のガスが排出される点を矢印Ａ５で模式的に示した。

【0030】

質量分析部３０のイオン化部３３は、イオン源を備え、イオン化部３３に導入された試料を化学イオン化によりイオン化し、イオンＩｎを生成する。このイオン源は、不図示のイオン化室、熱電子生成用フィラメントおよびトラップ電極等を含み、熱電子生成用フィラメントで生成された熱電子を、トラップ電極に印加された電圧で加速し、イオン化室内の試薬ガスに照射して不図示の反応イオンを生成する。生成された反応イオンと試料分子との反応により、試料分子へのプロトンの付加または当該反応イオンの付加等が起こり、試料分子がイオン化される。イオン化部３３で生成されたイオンＩｎはイオン調整部３４に導入される。

【0031】

質量分析部３０のイオン調整部３４は、レンズ電極またはイオンガイド等のイオン輸送系を備え、電磁気学的作用により、イオンＩｎの流束を収束させる等して調整する。イオン調整部３４から出射されたイオンＩｎは質量分離部３５に導入される。

【0032】

質量分析部３０の質量分離部３５は、四重極マスフィルタを備え、導入されたイオンＩｎを質量分離する。質量分離部３５は、四重極マスフィルタに印加された電圧により、ｍ／ｚの値に基づいてイオンＩｎを選択的に通過させる。質量分離部３５の質量分離で得られたイオンＩｎは検出部３６に入射する。

【0033】

質量分析部３０の検出部３６は、二次電子増倍管または光電子増倍管等のイオン検出器を備え、入射したイオンＩｎを検出する。検出部３６は、入射したイオンＩｎの検出により得られた検出信号を、不図示のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換し、デジタル化された検出信号を測定データとして情報処理部４０に出力する（矢印Ａ６）。

【0034】

図２は、情報処理部４０の構成を示す概念図である。情報処理部４０は、入力部４１と、通信部４２と、記憶部４３と、出力部４４と、制御部５０とを備える。制御部５０は、装置制御部５１と、データ処理部５２と、出力制御部５３とを備える。装置制御部５１は、圧力制御部５１１と、導入制御部５１２とを備える。

【0035】

情報処理部４０は、電子計算機等の情報処理装置を備え、質量分析装置１のユーザー（以下、単に「ユーザー」と呼ぶ）とのインターフェースとなる他、様々なデータに関する通信、記憶、演算等の処理を行う。
なお、測定部１００と情報処理部４０とが一体の装置として構成してもよい。

【0036】

入力部４１は、マウス、キーボード、各種ボタンまたはタッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部４１は、測定部１００の制御または制御部５０の処理に必要な情報等を、ユーザーから受け付ける。通信部４２は、インターネット等の無線または有線接続による通信を行うことができる通信装置を含んで構成され、測定部１００の制御または制御部５０の処理に関するデータ等を適宜送受信する。

【0037】

記憶部４３は、不揮発性の記憶媒体で構成され、制御部５０が処理を実行するためのプログラムおよびデータ、ならびに検出部３６の検出により得られたデータ（以下、測定データと呼ぶ）等を記憶する。出力部４４は、液晶モニタ等の表示装置またはプリンター等を含んで構成される。出力部４４は、制御部５０の処理に関する情報等を、表示装置に表示したり、プリンターにより印刷したりして出力する。

【0038】

制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置を備え、当該処理装置は、測定部１００を制御したり、測定データを処理する等、質量分析装置１の動作の主体となる。

【0039】

制御部５０の装置制御部５１は、測定部１００の各部の動作を制御する。例えば、装置制御部５１は、質量分離部３５で通過させるイオンのｍ／ｚを連続的に変化させるスキャンモード、または、特定のｍ／ｚを有するイオンを通過させるＳＩＭ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｓｃａｎｎｎｉｎｇ）モードによりイオンＩｎの検出を行うことができる。この場合、装置制御部５１は、入力部４１からの入力等に基づいて設定されたｍ／ｚを有するイオンＩｎが質量分離部３５を選択的に通過するように、質量分離部３５の電圧を変化させる。

【0040】

装置制御部５１の圧力制御部５１１は、圧力調整部２２を介し、加圧用ガスの圧力を制御する。液体容器２４に配置された液体Ｌには、加圧用ガスの圧力が加えられるため、圧力制御部５１１は、液体容器２４に加えられる圧力を制御することになる。圧力制御部５１１は、入力部４１からの入力等に基づいて設定された圧力の値に加圧用ガスの圧力を調整するように、圧力調整部２２に制御信号を送信する。

【0041】

装置制御部５１の導入制御部５１２は、試薬ガス導入部３００を介し、試薬ガスのイオン化部３３への導入を制御する。導入制御部５１２は、例えば、試薬ガス導入部３００における試薬ガスの流路に配置された不図示の電磁弁の開閉を制御することによりイオン源３３への試薬ガスの導入および非導入を切り替える。

【0042】

制御部５０のデータ処理部５２は、測定データを処理し、解析する。この解析の方法は特に限定されない。例えば、データ処理部５２は、測定データから、マススペクトルまたはマスクロマトグラムに対応するデータを生成し、試料成分のそれぞれに対応するピークのピーク強度またはピーク面積を試料成分に対応する強度として算出する。データ処理部５２は、算出された強度から試料成分の試料における濃度等を算出することができる。

【0043】

出力制御部５３は、装置制御部５１による装置制御の状態を示す情報、または、データ処理部５２の処理により得られた解析の結果を示す情報を含む出力画像を生成する。出力制御部５３は、出力部４４を制御して当該出力画像を出力させる。

【0044】

（質量分析方法について）
図３は、本実施形態に係る質量分析方法の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１００１において、液体Ｌを含む密閉された容器（液体容器２４）が用意される。ステップＳ１００１が終了したら、ステップＳ１００３が開始される。ステップＳ１００３において、上記容器に加圧用ガスが導入され、加圧用ガスにより液体Ｌおよび液体Ｌが気化したガスが加圧される。ステップＳ１００３が終了したらステップＳ１００５が開始される。

【0045】

ステップＳ１００５において、試薬ガス導入部３００は、加圧された液体Ｌを気化させて得られた試薬ガスを加圧用ガスの流れに乗せてイオン化部３３に導入する。ステップＳ１００５が終了したら、ステップＳ１００７が開始される。ステップＳ１００７において、イオン化部３３は、分離カラム１４で分離された試料と試薬ガスとの反応により試料をイオン化する。ステップＳ１００７が終了したら、ステップＳ１００９が開始される。

【0046】

ステップＳ１００９において、質量分析部３０は、イオン化された試料を質量分離に供し、質量分離で得られたイオンを検出する。ステップＳ１００９が終了したら、ステップＳ１０１１が開始される。ステップＳ１０１１において、データ処理部５２は、検出により得られたデータ（測定データ）を解析し、解析で得られた情報を表示する。ステップＳ１０１１が終了したら、処理が終了される。

【0047】

次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位等に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。
（変形例１）
上述の実施形態において、試薬ガス導入部３００のキャピラリーチューブ３１０の長さまたは内径を調整することで、効率よく化学イオン化を行うために必要な加圧用ガスの圧力を低くすることができる。

【0048】

試薬ガス導入部３００によりイオン化部３３に導入される、試薬ガスを含む全ガス流量は、０．１ｍＬ／ｍｉｎ以上が好ましく、０．２５ｍＬ／ｍｉｎ以上がより好ましく、０．４ｍＬ／ｍｉｎ以上がさらに好ましい。この全ガス流量が大きい程、試薬ガスの導入量が増加するため、化学イオン化が起こりやすくなる。また、上記全ガス流量は、１．３ｍＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、０．９ｍＬ／以下がより好ましく、０．８ｍＬ／ｍｉｎ以下がさらに好ましい。この全ガス流量が大き過ぎると、加圧用ガスの圧力を高くする必要があり、加圧用ガスまたは試薬ガスの流路または装置等に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0049】

加圧用ガスの圧力は、大気圧との差圧で、１ｋＰａ以上が好ましく、１０ｋＰａ以上がより好ましく、２０ｋＰａ以上がさらに好ましく、３０ｋＰａ以上がより一層好ましく、４０ｋＰａ以上がさらに一層好ましく、５０ｋＰａ以上がさらにより一層好ましい。加圧用ガスの圧力が高いと、試薬ガスの導入量が増加するため、化学イオン化が起こりやすくなる。また、加圧用ガスの圧力は、大気圧との差圧で、５００ｋＰａ以下が好ましく、４００ｋＰａ以下がより好ましく、２００ｋＰａ以下がさらに好ましく、１５０ｋＰａ以下がより一層好ましく、１００ｋＰａ以下がさらに一層好ましい。加圧用ガスの圧力が高過ぎると、加圧用ガスまたは試薬ガスの流路または装置等に悪影響を及ぼす可能性があったり、イオン化部３３に導入されるガスにおける試薬ガスの分圧が低下して試薬ガスを導入する効率が悪くなる場合がある。

【0050】

好適な例として、加圧用ガスの圧力が大気圧との差圧で１０ｋＰａ以上、かつ試薬ガス導入部３００によりイオン化部３３に導入される全ガス流量が１ｍＬ／ｍｉｎ以下とすることができる。さらに好適な例として、加圧用ガスの圧力が大気圧との差圧で２０ｋＰａ以上、かつ上記全ガス流量が０．８ｍＬ／ｍｉｎ以下とすることができる。

【0051】

上記のように加圧用ガスの圧力および、試薬ガス導入部３００によりイオン化部３３に導入される全ガス流量を調整する観点から、キャピラリーチューブ３１０の長さは５０ｃｍ以下が好ましく、２０ｃｍ以下がより好ましく、１０ｃｍ以下がさらに好ましく、５ｃｍ以下がより一層好ましい。キャピラリーチューブ３１０の長さが短いと、加圧用ガスの圧力の値に対して上記全ガス流量が大きくなり、加圧用ガスの圧力を抑制しつつ効率的に試薬ガスをイオン化部３３に導入することができる。この際、キャピラリーチューブ３１０の内径は例えば０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下とすることができる。キャピラリーチューブ３１０の長さは適宜、１ｃｍ以上、３ｃｍ以上等とすることができる。

【0052】

（態様）
上述した複数の例示的な実施形態または変形例は、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項目）一態様に係る質量分析装置は、イオン化部を備え、分離カラムで分離された試料を、前記イオン化部でイオン化した後、質量分離に供し、前記質量分離で得られたイオンを検出する質量分析装置であって、液体を気化させて得られた第１ガス（試薬ガス）を、第２ガス（加圧用ガス）を用いて前記イオン化部に導入するガス導入部（試薬ガス導入部３００）を備え、前記イオン化部は、前記第１ガスをイオン化して得られたイオンと前記試料との反応により前記試料をイオン化する。これにより、液相の物質を気化させて得られた試薬ガスを、効率よくイオン化部に導入することができる。

【0054】

（第２項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目に記載の質量分析装置において、前記第２ガスにより前記液体を加圧するガス供給部（試薬ガス供給部２０）を備える。これにより、液相の物質の気化が促進されるため、液体を気化させて得られた試薬ガスを、さらに効率よくイオン化部に導入することができる。

【0055】

（第３項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第２項目に記載の質量分析装置において、前記液体に加えられる圧力を制御する圧力制御部を備える。これにより、制御された適切な圧力の加圧用ガスを用いて質量分析を行うことができる。

【0056】

（第４項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第２項目に記載の質量分析装置において、前記圧力制御部は、前記液体が配置されている密閉された容器に導入される前記第２ガスの圧力を制御することにより前記液体を加圧する。これにより、複雑な装置等を用いたり、煩雑な操作を必要とせず、試薬ガスを効率的にイオン化部に導入することができる。

【0057】

（第５項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第４項目のいずれかに記載の質量分析装置において、前記ガス導入部は、前記第１ガスを含むガスを、１ｋＰａ以上の圧力、かつ、１ｍＬ／ｍｉｎ以下の流量で前記イオン化部に導入する。これにより、イオン化部に導入されるガスにおける試薬ガスの分圧が低下することを抑制し、試薬ガスをイオン化部に効率的に導入することができる。

【0058】

（第６項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第５項目までのいずれかに記載の質量分析装置において、前記液体は、有機溶媒である。これにより、有機溶媒の試料との反応性を利用して、効率的にイオン化を行うことができる。

【0059】

（第７項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第６項目に記載の質量分析装置において、前記有機溶媒が、メタノール、アセトニトリル、アセトン、ヘキサン、イソプロパノール、シクロヘキサンまたはトルエンのいずれかである。これらの有機溶媒は、蒸気圧またはプロトン親和性の観点から化学イオン化に好適であり、より効率のよいイオン化を行うことができる。

【0060】

（第８項目）一態様に係る質量分析方法は、イオン化部を備える質量分析装置により、分離カラムで分離され前記イオン化部に導入された試料の質量分析を行う質量分析方法であって、加圧された液体を気化させて得られた第１ガス（試薬ガス）を、第２ガス（加圧用ガス）を用いて前記イオン化部に導入することを備え、前記イオン化部では、前記第１ガスをイオン化して得られたイオンと前記試料との反応により前記試料がイオン化される。これにより、液相の物質を気化させて得られた試薬ガスを、効率よくイオン化部に導入することができる。

【0061】

（第９項目）他の一態様に係る質量分析方法では、第８項目に記載の質量分析方法において、前記第１ガスを含むガスが、１ｋＰａ以上の圧力、かつ、１ｍＬ／ｍｉｎ以下の流量で前記イオン化部に導入される。これにより、イオン化部に導入されるガスにおける試薬ガスの分圧が低下することを抑制し、試薬ガスをイオン化部に効率的に導入することができる。

【0062】

本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【実施例】

【0063】

以下に、上述の実施形態に係る実施例を示すが、本発明は下記の実施例における具体的な装置等に限定されるものではない。以下の実施例では、圧力は大気圧との差圧で示される。

【0064】

（実施例１）
ベンゾフェノン（分子量１８２）を、電子イオン化（比較例）、メタノールを試薬ガスとして用いた化学イオン化（実施例）、およびメタンガスを試薬ガスとして用いた化学イオン化（比較例）のそれぞれの方法によりイオン化を行い質量分析した。液相のメタノールを、アルゴンを加圧用ガスとして用いて加圧した。加圧用ガスの圧力は、４００ｋＰａであった。

【0065】

（分析条件）
＜システム＞
質量分析装置： ＧＣ－ＭＳ（ＧＣＭＳ－ＴＱ８０４０（島津製作所））
分離カラム： ＳＨ－Ｒｘｉ－５Ｓｉｌ ＭＳ（島津ジーエルシー） （３０ｍ ｘ ０．２５ｍｍＩ.Ｄ., ｄｆ＝０．２５μｍ）
＜ガスクロマトグラフィ＞
注入口温度： ２５０℃
カラムオーブン温度： ６０℃ （１ｍｉｎ）の後、２５℃／ｍｉｎで温度を上昇させ、３００℃ （０．４ｍｉｎ）。
キャリアガス制御： 線速度一定 （３６．５ｃｍ／ｓｅｃ）
試料注入モード： スプリットレス
試料注入量： １μＬ
＜質量分析＞
インターフェース温度： ２９０℃
イオン源温度： ２３０℃
測定モード： スキャン
スキャン範囲： ｍ／ｚ ５０ - ５００
イベント時間： ０．２ｓｅｃ
スキャンスピード： ２，５００ｕ／ｓｅｃ
試薬ガスが通るキャピラリーチューブの長さ： ５０ｃｍ
上記キャピラリーチューブの内径： ０．０４ｍｍ

【0066】

図４（Ａ）は、ベンゾフェノンを電子イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトル（比較例）であり、図４（Ｂ）は、試薬ガスとしてメタノールを用い、ベンゾフェノンを化学イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトル（実施例）であり、図４（Ｃ）は、試薬ガスとしてメタンを用い、ベンゾフェノンを化学イオン化して得られたイオンのピークを含むマススペクトル（比較例）である。これらのマススペクトルにおいて、横軸はｍ／ｚ、縦軸はマススペクトル中ピーク強度が最も高いピークを基準にした相対強度である。

【0067】

図５（Ａ）は、図４（Ａ）のｍ／ｚ １８２付近の拡大図であり、図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）のｍ／ｚ １８２付近の拡大図であり、図５（Ｃ）は、図４（Ｃ）のｍ／ｚ １８２付近の拡大図である。ｍ／ｚ １８２に対応するピークは、熱電子によりベンゾフェノンが直接イオン化されて生成された陽イオン（Ｍ＋）（以下、分子イオンと呼ぶ）である。ｍ／ｚ １８３に対応するピークは、化学イオン化によりベンゾフェノンにプロトンが付加して生成された陽イオン（ＭＨ＋）（以下、プロトン付加イオンと呼ぶ）である。

【0068】

電子イオン化を行った場合（図４（Ａ）および図５（Ａ））では、プロトン付加イオン（ＭＨ＋）よりも分子イオン（Ｍ＋）の検出強度が顕著に高かった。液相のメタノールを気化させて試薬ガスとして用いた場合（図４（Ｂ）および図５（Ｂ））、メタンガスを試薬ガスとして用いた場合（図４（Ｃ）および図５（Ｃ））と同様、分子イオン（Ｍ＋）の検出強度よりもプロトン付加イオン（ＭＨ＋）の検出強度が顕著に高かった。

【0069】

（実施例２）
加圧用ガスの圧力以外は実施例１と同様の分析条件で、液相のメタノールを気化させて試薬ガスとした化学イオン化を用い、ベンゾフェノンを質量分析した。加圧用ガスとして用いるアルゴンの圧力が、１００ｋＰａ、２００ｋＰａ、３００ｋＰａおよび４００ｋＰａのそれぞれの場合について質量分析を行った。

【0070】

図６は、加圧用ガスの圧力と、実施例２で得られたマススペクトルにおけるｍ／ｚ ３３およびｍ／ｚ １８３のそれぞれに対応するピークの強度との関係を示すグラフである。ｍ／ｚ ３３に対応するピークはメタノールに対応するピークである。加圧用ガスであるアルゴンの圧力を１００ｋＰａから４００ｋＰａまで高くしていくと、試薬ガスであるメタノールの検出強度が高くなり、さらに、プロトン付加イオン（ＭＨ＋）の検出強度も高くなることが観察された。

【0071】

（実施例３）
加圧用ガスの種類以外は実施例１と同様の分析条件で、液相のメタノールを気化させて試薬ガスとした化学イオン化を用い、ベンゾフェノンを質量分析した。加圧用ガスとして、アルゴン、ヘリウムおよび窒素のそれぞれの場合について質量分析を行った。

【0072】

図７（Ａ）は、加圧用ガスの種類と、実施例３で得られたマススペクトルにおける、ｍ／ｚ １８３に対応するピークの強度の、ｍ／ｚ １８２に対応するピークの強度に対する比率（以下、イオン強度比率と呼ぶ）を示すグラフである。イオン強度比率が高い程、電子イオン化よりも化学イオン化がより優位に起こったことになる。ヘリウムを加圧用ガスとして用いた場合でも、電子イオン化を行う場合（例えば、図５（Ａ）参照）と比較して、高いイオン強度比率が得られ、化学イオン化が起きていることが示された。アルゴンまたは窒素を加圧用ガスとして用いた場合には、化学イオン化により生じたプロトン付加イオンの検出強度が電子イオン化により生じた分子イオンの強度よりも顕著に高かった。

【0073】

（実施例４）
試薬ガスの種類以外は実施例１と同様の分析条件で、複数の種類の有機溶媒をそれぞれ気化させて試薬ガスとした化学イオン化を用い、ベンゾフェノンを質量分析した。試薬ガスとして、アセトニトリル、メタノール、アセトン、ヘキサンおよびイソプロパノールのそれぞれの場合について質量分析を行った。

【0074】

図７（Ｂ）は、試薬ガスの種類と、実施例４で得られたマススペクトルにおける、イオン強度比率を示すグラフである。アセトニトリルを試薬ガスとして用いた場合、電子イオン化を行う場合（例えば、図５（Ａ）参照）と比較して、高いイオン強度比率が得られた。メタノール、アセトン、ヘキサンおよびイソプロパノールはいずれも１２００％を超えるイオン強度比率が観察され、ヘキサンおよびイソプロパノールでは１６００％を超えるイオン強度比率が観察された。イオン強度比率は、イソプロパノール、ヘキサン、アセトン、メタノールの順に高かった。実施例４で用いた有機溶媒を試薬ガスとして、化学イオン化が電子イオン化よりもはるかに優位に起こっていることが示された。

【0075】

（実施例５）
キャピラリーチューブの長さならびに加圧用ガスの種類および圧力以外は実施例１と同様の分析条件で、液相のメタノールを気化させた試薬ガスを用い、加圧用ガスとして窒素を用いてベンゾフェノンの質量分析を行った。メタンガス等を試薬ガスとした通常の化学イオン化では、キャピラリーチューブは５０ｃｍの長さのものが用いられている。本実施例では、キャピラリーチューブの長さが５０ｃｍの場合には、加圧用ガスの圧力を４００ｋＰａとして上記質量分析を行った。キャピラリーチューブの長さが１０ｃｍの場合には、加圧用ガスの圧力を５０ｋＰａ、１００ｋＰａ、１５０ｋＰａおよび２００ｋＰａの各条件で上記質量分析を行った。キャピラリーチューブの長さが５ｃｍの場合には、２０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａおよび１５０ｋＰａの各条件で上記質量分析を行った。キャピラリーチューブの長さが３ｃｍの場合には、２０ｋＰａ、３０ｋＰａ、４０ｋＰａおよび５０ｋＰａの各条件で上記質量分析を行った。

【0076】

質量分析で得られたマススペクトルに対応するデータ（以下、マススペクトルデータと呼ぶ）から、イオン強度比率に加え、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出した。Ｓ／Ｎ比は、スムージング処理を行っていないマススペクトルデータについて、ノイズが最も低い１分間に対応するデータを自動探索し、強度の二乗平均平方根により算出した。

【0077】

図８は、キャピラリーチューブの長さおよび加圧用ガスの圧力と、実施例４で得られたマススペクトルにおける、イオン強度比率およびＳ／Ｎ比とを示すグラフ（ｎ＝３）である。ハッチングされた棒グラフがＳ／Ｎ比を示し、黒塗りの棒グラフがイオン強度比率を示す。グラフ中の圧力値は、加圧用ガスの圧力を示す。

【0078】

図８では、加圧用ガスの圧力が一定であれば、キャピラリーチューブの長さが短くなるにつれ、電子イオン化よりも化学イオン化がより優位に起こり、Ｓ／Ｎ比も上昇する傾向にあることが示されている。

【0079】

キャピラリーチューブの長さが１０ｃｍかつ加圧用ガスの圧力が５０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下の場合、キャピラリーチューブの長さが２０ｃｍかつ加圧用ガスの圧力が２０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下の場合、および、キャピラリーチューブの長さが３ｃｍかつ加圧用ガスの圧力が２０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下の場合では、キャピラリーチューブの長さを一定とすると、加圧用ガスの圧力が高い方がイオン強度比率およびＳ／Ｎ比が高い傾向にあった。しかし、加圧用ガスがこれらの値よりも高くなると、イオン化強度比率またはＳ／Ｎ比が下がる場合があった。このイオン強度比率の低下は、イオン化抑制が一因と考えられた。また、Ｓ／Ｎ比の低下は、高圧力によるベースラインの上昇が一因と考えられた。

【0080】

温度を２５℃として、キャピラリーチューブの長さと加圧用ガスの圧力から算出した、図８の各条件におけるイオン源へ導入される全ガス流量を以下に示す。
キャピラリーチューブの長さ 加圧用ガスの圧力 全ガス流量
５０ｃｍ ４００ｋＰａ ０．５３ｍＬ／ｍｉｎ
１０ｃｍ ５０ｋＰａ ０．２４ｍＬ／ｍｉｎ
１０ｃｍ １００ｋＰａ ０．４３ｍＬ／ｍｉｎ
１０ｃｍ １５０ｋＰａ ０．６６ｍＬ／ｍｉｎ
１０ｃｍ ２００ｋＰａ ０．９５ｍＬ／ｍｉｎ
５ｃｍ ２０ｋＰａ ０．３１ｍＬ／ｍｉｎ
５ｃｍ ５０ｋＰａ ０．４８ｍＬ／ｍｉｎ
５ｃｍ １００ｋＰａ ０．８５ｍＬ／ｍｉｎ
５ｃｍ １５０ｋＰａ １．３３ｍＬ／ｍｉｎ
３ｃｍ ２０ｋＰａ ０．５２ｍＬ／ｍｉｎ
３ｃｍ ３０ｋＰａ ０．６０ｍＬ／ｍｉｎ
３ｃｍ ４０ｋＰａ ０．７０ｍＬ／ｍｉｎ
３ｃｍ ５０ｋＰａ ０．８０ｍＬ／ｍｉｎ

【0081】

上記のように、キャピラリーチューブの長さが５０ｃｍで加圧用ガスの圧力が４００ｋＰａの場合、全ガス流量は０．５３ｍＬ／ｍｉｎと算出され、キャピラリーチューブの長さが３ｃｍで加圧用ガスの圧力が２０ｋＰａの場合、全ガス流量は０．５２ｍＬ／ｍｉｎと算出された。前者の場合と後者の場合では、イオン源に導入される全ガス流量は略等しい。しかし、後者の場合では、試薬ガスの分圧が大きく向上し、より効率的に化学イオン化が起こり、Ｓ／Ｎ比が向上したと考えられた。

【0082】

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
米国特許仮出願第６２／６５２９７３号（２０１８年４月５日出願）

【符号の説明】

【0083】

１…分析装置、１０…ガスクロマトグラフ、１１…キャリアガス流路、１２…試料導入部、１４…分離カラム、２０…試薬ガス供給部、２１…第１加圧用ガス流路、２２…圧力調整部、２３…第２加圧用ガス流路、２４…液体容器、２５…試薬ガス流路、２６…安全弁、３０…質量分析部、３１…真空容器、３３…イオン化部、３５…質量分離部、３６…検出部、４０…情報処理部、４４…出力部、５０…制御部、５１…装置制御部、５２…データ処理部、１００…測定部、３００…試薬ガス導入部、３１０…キャピラリーチューブ、３２０…試薬ガス導入口、５１１…圧力制御部、５１２…導入制御部、Ｇ１…キャリアガス供給源、Ｇ２…試薬ガス供給源、Ｉｎ…イオン、液体Ｌ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】