微量試料用昇温脱離ガス発生装置
【課題】微量試料用昇温脱離ガス発生装置を開発する。
【解決手段】加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている、熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）用の微量試料留置手段であって、該試料が生体関連試料である微量試料留置手段、ならびにキャリアガス供給手段と、加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段、該加熱手段に接続された温度調節手段とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳであって、該試料が生体関連試料である微量試料用ＴＤＳ。
【解決手段】加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている、熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）用の微量試料留置手段であって、該試料が生体関連試料である微量試料留置手段、ならびにキャリアガス供給手段と、加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段、該加熱手段に接続された温度調節手段とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳであって、該試料が生体関連試料である微量試料用ＴＤＳ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量試料用熱脱離ガス発生装置に関する。詳細には、生体関連試料、土壌試料のような分解しやすく、微量にしか取得できない成分を含む試料の昇温脱離ガス発生装置に関する。本発明の昇温脱離ガス発生装置は、質量分析装置、特に、大気圧イオン化質量分析装置（ＡＰＩＭＳ）に接続することにより効果を発揮する。
【背景技術】
【０００２】
物質を加熱気化させて、質量分析、ガスクロマトグラフィー等の分析装置に送り込むための前処理装置としては従来から種々のものが知られているが、その中に熱脱離ガス発生装置（以下、「ＴＤＳ」とも称する）がある。これには種々の加熱方式があり、例えば、半導体分野のウエハ表面に吸着した物質を分析するためのものは赤外線により加熱する方式が主流であり（特許文献１等参照）、これらの装置では熱伝対と試料との間に距離があるためタイムラグを生じ、試料表面に対し過大な熱輻射を与え、生体関連試料などの熱分解しやすいサンプルの分析には不適当であった。また、従来の装置では加熱部のデッドスペースが大きいため、試料量が必然的に大きくなる。さらに、生体関連試料を扱うには、感染防止の観点から容器の取り扱いに注意を要するなどの不具合もあった。
【特許文献１】特開平５−２０３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
生体関連試料等の熱分解しやすいサンプル、あるいは微量にしか採取できないサンプルに適用できるＴＤＳを開発し、例えば、血漿や尿、唾液などの液体試料のみならず、全身の組織片などの種々の生体関連微量試料、あるいは土壌試料中の微量成分の高感度分析を行なう必要性が生じていた。例えば、近年、質量分析による蛋白の分析が頻繁に行なわれるようになったが、高分子側のバックグラウンドが高く、実用上問題となることも多かった。その理由としては、上述のごとく、従来のＴＤＳでは過大な熱輻射により試料蛋白が分解されてしまうことが挙げられる。また、生体関連試料の場合には、これに含まれる種々の有機化合物を熱特性に応じて分離した後、質量分析装置等の分析装置に導入し、分析スペクトルを得て、生体代謝物を一括して分析することにより、臨床診断法を開発することも望まれている。さらに、種々の疾患における特異的低分子化合物の検索、薬物代謝動態を解析することも必要である。そのうえ、感染の心配のない取り扱いができれば便利である。
微量試料を扱う場合、大型で高価なＴＤＳ装置は必要でないことから、小型で安価なＴＤＳ装置の開発も待たれるところであった。
かかる事情から、高感度、高Ｓ／Ｎ比で微量試料を分析するための前処理装置として使用でき、しかも単純な構造で安価なＴＤＳの開発が待たれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明らは、上記事情に鑑みて鋭意研究を行重ね、偶然にも、キャリアガスの流入方向上流側に抵抗体が挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段を用いて熱脱離ガス発生による試料前処理を行なったところ、微量試料の場合であっても十分に質量分析を行なえる程度に前処理ができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記のもの提供する：
（１）加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている、熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）用の微量試料留置手段であって、該試料が生体関連試料である微量試料留置手段；
（２）加熱手段が外嵌された（１）記載の微量試料留置手段；
（３）キャリアガス供給手段と、加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段、該加熱手段に接続された温度調節手段とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳであって、該試料が生体関連試料である微量試料用ＴＤＳ；
（４）該試料留置手段が狭小部を有する管であることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段または請求項３記載の微量試料用ＴＤＳ；
（５）該狭小部を有する管がパイレックス（登録商標）ガラス管（ＴＣＴチューブ）または石英管であることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段または請求項３または４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（６）該加熱手段が該試料留置手段に外嵌されたヒーターであることを特徴とする（２）記載の微量試料留置手段または（３）ないし（５）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（７）ディスポーザブルなものであることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段；
（８）該試料留置手段がディスポーザブルなものであることを特徴とする（３）ないし（６）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（９）該温度調節手段がプログラム温度制御可能なものであることを特徴とする（２）記載の微量試料留置手段または（３）ないし（６）、または（８）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１０）該試料留置手段用の冷却手段を備えたことを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（９）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１１）該ガス供給手段から配管を二分し、一方は、該ガス供給手段と該試料留置手段との間おいて上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段に至るものであり、他方は上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段の出口に合流していることを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（１０）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１２）配管としてハイパー処理光輝焼鈍管が使用されていることを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（１１）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
該導入試料体積が１マイクロリットル以下であることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段または（３）ないし（６）、または（８）ないし（１２）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１４）高感度分析装置に接続されることを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（１３）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１５）（３）ないし（６）、または（８）ないし（１４）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳとＡＰＩＭＳとを組み合わせたことを特徴とする微量試料質量分析システム；
（１６）（１）または（２）記載の微量試料留置手段あるいは（３）ないし（６）、または（８）ないし（１４）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳを用いることを特徴とする微量試料前処理方法；
（１７）（１５）記載のシステムを用いることを特徴とする微量試料質量分析方法。
【発明の効果】
【０００５】
（イ）加熱プロセスをガス間接加熱としたことにより、試料の熱分解を最低限に抑えることが出来るようになった。
（ロ）本発明の試料留置手段における温度追従性は良好で、加熱手段を外嵌した試料留置手段と試料留置部位との温度差は昇温速度とガス流量、ガス種に依存するが、図３に示した昇温脱離ガス発生装置による温度プロファイルからもわかるように、予め試料留置部位の温度を測定することにより試料の実温度が換算式により推定可能となった。
（ハ）血漿などのきわめて多種類の化合物を含む生体関連試料は、従来、クロマトグラフィーによる前処理を行ってから質量分析に導入することが常識であったが、本発明の装置を用いた方法は生命科学における物質探査の手法としては独創的な方法であり、例えば、種々の疾患に特有な低分子化合物の探索にも利用できる。
（ニ）本発明の微量試料用ＴＤＳ−ＡＰＩＭＳシステムはガス化した試料を質量分析するため、生体関連試料（血液等）を用いた場合にＬＣ−ＭＳ分析でしばしば経験する細孔の目詰まりや質量分析装置内部の汚染はほとんどなく、装置の保守はきわめて容易となる。
（ホ）ＴＤＳの熱処理そのものにより細菌やウイルスが死滅するため、質量分析装置の操作や保守点検に携わる技術者や医療従事者にとって感染の危険性が格段に少なくなる。具体的には、本発明においては試料導入管を試料留置手段中に入れて加熱する事により廃棄物は全体的に滅菌状態になり一般廃棄物として扱うことが出来る。
（ヘ）本発明の微量試料用昇温脱離ガス発生装置は高感度分析装置、例えばＡＰＩＭＳと組み合わせることにより、１μＬ以下の微量試料の質量分析が可能となることから、生体関連試料のみならず、土壌試料の分析、エネルギー資源の探索、環境汚染や犯罪捜査などの微量試料を扱う種々の分野で応用が可能であり、適用範囲が広い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の微量試料用ＴＤＳ（次工程の分析装置と連結されている例）について図１を参照して説明する。
図１を参照すれば、キャリアガス供給手段（図示せず）からのキャリアガス１（例えば、高純度アルゴンまたは高純度空気）は配管２により流通する。配管２は途中で２つに分岐し、キャリアガス１は第１の流路によりマスフローコントローラー３１およびモレキュラーシーブス４１を経て試料留置手段６に導かれる。試料留置手段６には加熱手段７が外嵌されており、加熱手段７は温度調節手段５に接続されている。また、キャリアガス１は第２の流路によりマスフローコントローラー３２およびモレキュラーシーブス４２を経て試料留置手段６の出口に合流する。この出口からのキャリアガスおよびガス化試料を分析装置８に導入し、得られた信号を増幅器９で増幅してデータ分析装置１０で分析し、読み取る。
【０００７】
次に、試料留置手段６について図２を参照して説明する。
試料留置手段６はＴＣＴチューブであってもよく、これに加熱手段としてヒーター７が外嵌されており、該ヒーター７は温度調節手段５に接続され、プログラム可能な温度制御を行なうことができる。試料留置手段６は、キャリアガス１１流入方向上流側に抵抗体１２が挿入され、下流側に試料導入管（例えばガラス毛細管）１３が挿入された狭小部を有する管（例えばＴＣＴチューブ）からなり、試料導入管中に試料１４が置かれる。
【０００８】
キャリアガス１を予め決められた流量、流速で導入し、試料留置手段６に外嵌されたヒーター１６に接続された温度調節手段５にて予めプログラムされた温度制御を行ないつつ試料１５を昇温ガス脱離させる。キャリアガスおよびガス化試料は、適宜第２の流路からのキャリアガスで希釈され、次工程の分析装置８（例えば、ＡＰＩＭＳ）に至り、分析が行なわれる。
【０００９】
以下において本発明をさらに詳細に説明する。番号は図１および２のものと一致する。
本発明の微量試料留置手段６は、キャリアガス１の流入方向上流側に抵抗体１２が挿入されており、下流側に試料１４を導入すべき試料導入管１３が挿入されている。この微量試料留置手段６を含む熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）を構成して、微量試料を前処理することができる。
【００１０】
したがって、本発明は、キャリアガス供給手段（図示せず）と、キャリアガス１の流入方向上流側に抵抗体１２が挿入されており、下流側に試料導入管１３が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段７、該加熱手段７に接続された温度調節手段５とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳに関する。
【００１１】
キャリアガス供給手段は種々あるが、市販のボンベが一般的である。キャリアガス１の種類は、試料と反応せず、高純度でバックグラウンドとして低レベルなものであればいずれの気体であってもよく、例えば、空気であってもよく、あるいはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスも好ましく使用できる。流量または流速は処理すべき試料の種類および量ならびに処理温度等に左右されるが、例えば、大気圧イオン化質量分析装置を用いて分析する場合には、通常、約１０〜５０ｍＬ／分であろう。標準物質は予め既知濃度の液体試料を分析試料と等量だけＴＤＳに留置し、検量線を得ておく必要がある。大気圧イオン化質量分析装置を用いる場合は、キャリアガスは正イオン負荷モードであれば高感度アルゴンを、負イオン負荷モードであれば高純度人工空気を通常用いる。
【００１２】
試料留置手段６には、キャリアガス流入方向上流側に抵抗体１２が挿入され、下流側に試料導入管１３が挿入されているものである。試料留置手段６のはいずれの形状および材料であってもよいが、キャリアガス１およびガス化試料の流れが円滑である点で、管状であることが好ましい。さらに好ましくは、狭小部を有する管であり、その狭小部分をキャリアガスが通過することにより、試料導入管１３における加熱がより均一となることを本発明らは見出している。狭小部の位置は、抵抗体１２の挿入および試料導入管の挿入が可能であればいずれの位置にあってもよく、抵抗体１２の量、材料および試料導入管１３の長さ、試料１４の量等により位置を変更することができる。狭小部の形状は所望の効果をもたらすものであればいずれの形状であってもよく、該試料留置手段６が管状である場合には、いわゆる「砂時計」形とするのが一般的であるが、分析条件、試料留置手段６および試料導入管１３の形状、試料１４の種類や量等により変更することができる。また、狭小部の流路の太さは、抵抗体１２の材質や量、運転条件（キャリアガス流量、温度等）、試料導入管１３の寸法、試料１４の種類や量、試料導入管１３への試料のアプライ方法等により変更可能である。試料留置手段６の材料は加熱（本発明では約３５０℃まで）に耐え、それ自体加熱による不純物の発生が少ないものであれば、いずれの材料であってもよいが、耐熱性、不純物発生の少ないこと、安価に入手しやすいこと、試料導入管に導入された試料を観察できる点などから、ガラス管が好ましく、パイレックスガラス管（ＴＣＴチューブ）または石英管がさらに好ましい。特に、ガスクロマトグラフィー用のＴＣＴチューブは狭小部を有しており、この部分を使用することができる。試料留置手段６および試料導入管１３の寸法は、分析されるべき導入試料１４の種類、量、キャリアガス１の種類、流速、流量、抵抗体１２の量、材料等の因子により、適宜変更することができる。
【００１３】
抵抗体１２の材料は加熱（本発明ＴＤＳでは約３５０℃まで）に耐え、それ自体加熱による不純物の発生が少ないものであれば、いずれの材料であってもよい。また、抵抗体１２の量も、キャリアガス１の流量、試料導入管１３の寸法および位置、分析試料１４等により変更可能である。抵抗体１２としては、耐熱性、熱による不純物発生の少なさ、安価に入手しやすい点などから石英ウールが好ましい。抵抗体１２を挿入することにより、試料導入管１３における加熱がより均一となものとなる。
【００１４】
試料１４を導入される試料導入管１３の形状および材料もいかなるものであってもよいが、やはり耐熱性、不純物発生の少ないこと、安価に入手しやすいこと等か要求される。さらにキャリアガス１およびガス化試料の流通を円滑なものとする形状および材料であることが必要である。好ましくは、ガラス製毛細管である。試料留置手段６中の試料導入管１３の位置は、試料の物性、成分および量等により変更可能である。この試料導入管１３中のいずれかの位置に液体試料１４または固体試料１４を置く。例えば、十分に洗浄し乾燥させたガラス製マイクロシリンジやマイクロピペットのような微量採取用具を用いて試料１４を採取し、洗浄乾燥済のガラス毛細管１３内腔の任意の位置に付着させる。ついで、試料留置手段６のガス下流側を導管から一時的に外して、ガラス毛細管１３をピンセットなどでつまみ、試料留置手段６のガス流出口から挿入留置することにより、ガラス毛細管１３中に試料１４がアプライされたものを試料留置手段中に置くことができる。後述のように試料体積は微量であってもよく、例えば、１μｌまたはそれ未満であってもよい。
【００１５】
本発明の微量試料用ＴＤＳに導入する試料１４はいずれのものであってもよいが、生体関連試料または土壌試料なども導入できる。生体関連試料としては血漿や尿、唾液などの液体試料のみならず、全身の組織片などの種々の生体微量試料が導入可能である。あるいは土壌試料中の微量成分の高感度分析を行なう目的で微量な土壌試料を導入することもできる。本発明の微量試料用ＴＤＳは上記のごとくキャリアガス１により間接的に試料を加熱するものであるため、過大な熱輻射の心配がなく、分解されにくい。したがって、従来から高分子側のバックグラウンドが高く、実用上問題を生じていた蛋白等の熱分解されやすい生体成分の質量分析の前処理として本発明の微量試料用ＴＤＳを用いることができる。
【００１６】
さらに本発明の微量試料用ＴＤＳは、試料留置手段６、第２のガラス管１３、および抵抗体１２として、例えば、石英またはガラスを材料とすることができ、具体的には、ガスクロマトグラフィー用ＴＣＴチューブ、ガラス製毛細管、および石英ウールをそれぞれ使用すれば、これらは市販されているため同じ形状のものを安価に入手でき、ディスポーザブルなものとすることもできる。しかも、試料に高熱を与えて処理するため、感染の心配なく廃棄することができる。
【００１７】
加熱手段７はいずれのものであってもよいが、本発明の微量試料用ＴＤＳでは、特に微量生体関連試料の場合、低融点、低沸点の成分が多いことから、昇温範囲は約３５℃から約３５０℃までで済むため、さらに多種多様なものが使用できる。加熱手段として一般的なものはヒーターであり、セラミックヒーター、コイル状電熱ヒーター等各種のものが入手できる。加熱手段７による試料留置手段６の加熱の態様は様々であるが、加熱手段７が試料留置手段６に外嵌されているのが好ましい。簡単で好ましい加熱手段７としては、試料留置手段６の外周にコイル状に巻いた電熱ヒーターが挙げられる。また、加熱手段７が試料留置手段６の上流側に置かれていてもよい。加熱手段７には温度調節手段５が接続されており、試料１４の形状、種類、含有成分、量、キャリアガス１の種類、流速、流量等の因子により、加熱を制御する。温度制御はプログラム温度制御によるものが好ましい。プログラム温度制御の形態は様々であるが、例えば、自動制御シーケンスにより実現されるものであってもよい。
【００１８】
本発明の微量試料用ＴＤＳに使用する配管２は、加工しやすく、高温に耐え、不純物の遊離が少ないものであれば、いずれの材料であってもよいが、不純物の遊離が少ないという点から、ハイパー処理光輝焼鈍管（例えばＳＵＳ ３１６の内面を電解研磨したもの）を使用することが好ましい。これにより、分析結果のＳ／Ｎ比が向上し、バックグラウンドに埋もれることなく微量成分まで分析することが可能となる。
【００１９】
また、ガス供給手段からの配管２を二分し、一方の流路が、該ガス供給手段と該該試料留置手段６との間おいて上流側に配置されたマスフローコントローラー３１および下流側に配置されたモレキュラーシーブス４１を経て該該試料留置手段６に至るようにし、他方の流路が、上流側に配置されたマスフローコントローラー３２および下流側に配置されたモレキュラーシーブス４２を経て該該試料留置手段６の出口に合流するようにして、試料量、含有成分、次工程の分析装置の感度等に応じてガス化試料を適宜希釈するようにしてもよい。マスフローコントローラー３１、３２はガス流量を制御するためのものであり、モレキュラーシーブス４１、４２は水分と不純物を除去するためのものである。これらのマスフローコントローラーおよびモレキュラーシーブスは存在していてもよく、あるいは存在しなくてもよい。
【００２０】
さらに、該試料留置手段用の冷却手段（図示せず）を備えることにより、プログラム温度制御に対応した温度変化を実現し、さらには次工程（例えば、質量分析装置）における分析に資すことも好ましい。かかる冷却手段は当業者によく知られており、ファンによる送風等がある。
【００２１】
本発明の微量試料用ＴＤＳにより処理されたガス化試料は微量試料の分析に使用される装置８にキャリアガスにより輸送される。分析装置８としては質量分析装置、ガスクロマトグラフィー装置等が当該分野において知られているが、近年、様々な高感度分析装置が開発されている。これらの高感度分析装置を使用することにより、導入試料のさらなる微量化をはかることができる。例えば、ＡＰＩＭＳ（大気圧イオン化質量分析装置）（例えば、栗山克巳、蓮見啓二、小池譲治著者、クリーンテクノロジー、ｐ５１−５２、９月号、１９９７年に記載のＵＧ‐４１０型大気圧イオン化質量分析装置）が近年使用されるようになり、超高感度分析が可能となっている。大気圧イオン化法は、イオン化室が大気圧に保たれているため導入試料濃度が、真空系を用いる熱電子によるイオン化法（ＥＩ）よりも高くできる。また、キャリアガスとのイオン分子反応を利用することにより、イオン再結合エネルギーやプロトン親和力が低い物質を選択的に高効率でイオン化できるため、従来の気体成分検出法のなかで、最も高感度な検出法の一つとして知られている。そこで、本発明の微量試料用ＴＤＳを高感度分析装置に接続して、微量試料の高感度分析を行なうことができる。この場合、試料は１μl以下であってもよい。したがって、本発明は、１の態様において、本発明の微量試料用ＴＤＳと高感度分析装置とを組み合わせたことを特徴とする微量試料質量分析システムに関するものである。さらに本発明は、上記システムを用いることを特徴とする微量試料質量分析方法にも関する。
【００２２】
さらに本発明は、上記微量試料留置手段６あるいは上記微量試料用ＴＤＳを用いることを特徴とする微量試料前処理方法にも関する。上記微量試料留置手段６において、抵抗体および存在してもよい狭小部が相俟ってキャリアガスの流れを乱流として分散させる作用を発揮し、後で実施例に示すように均一な加熱および優れた温度応答性を示すものと考えられる。
以下に実施例により本発明をさらに具体的かつ詳細に説明するが、実施例は本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００２３】
１．装置および運転条件
本装置は血漿や尿、髄液、唾液などの液体試料のみならず全身の組織片などの種々の生体関連試料の成分分析を目的として、温度調節を行った加熱キャリアガスを試料に暴露し試料を揮発させ、質量分析装置などの分析機器に導入するための装置である。生体関連試料が数μＬまで、例えば１μＬまで、昇温上限が３００℃程度までで済み、従来のＴＤＳに比べ、安価で超小型のものが制作可能となる。この生体関連試料用超小型ＴＤＳの開発と実現により、μＬ単位の極微量の生体関連試料がより容易に分析可能となり、生命科学分野のみならず種々の分野における化合物の探索や分析に応用できる。以下に、試作した微量試料用ＴＤＳについて説明する。その基本的構成は図１および図２に示すものである。
【００２４】
従来の昇温脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）は主にウエーハ用専用の大型の装置であったが、生体関連試料用にはわずか１μＬ程度の試料留置スペースで済むため、大幅に小型化できる。生体由来の成分は主に有機化合物や蛋白質などである。３００度以上に昇温させた場合、高分子化合物のほとんどは熱分解を受け、元の構造を保てなくなる。そこで、昇温範囲は３５−３００℃の範囲で充分かつ現実的な仕様であると考え、昇温に要するヒーター部分も簡略化できる。すなわち、試料留置用兼加熱炉心部（６および７）として、ガスクロマトグラフィーで用いられているパイレックスガラス管（ＴＣＴチューブ、VARIAN）または石英管に石英ウールを詰め、外周からコイル状に巻いたヒーターを温度調節手段５で加熱制御する。ＴＣＴチューブは使用頻度や汚染の程度に応じてデイスポーザブルなものにする。本装置の配管系２はキャリアガス１としてアルゴン、窒素、ヘリウム、人工空気などのうち１種類の高純度ガス（実施例では高純度空気を使用）をガス供給用配管から二股に分岐させ、各々、マスフローコントローラー（３１、３２）でガス流量を制御し、モレキュラーシーブス（４１、４２）（実施例では日本エイピーアイ社製を使用）で水分と不純物を除去する。ガス流の一方は加熱された試料留置手段６を通過させ、他方は希釈用として流し、再び合流させ、大気圧イオン化質量分析装置などの分析装置８に導入する方式にする。
【００２５】
本発明の微量試料用ＴＤＳについてさらに具体的に説明する。なお、番号は図面１および２のものと一致する。次工程の分析装置８としてはＡＰＩＭＳを用いた。ＡＰＩＭＳにより分析する場合、イオン濃度が高すぎると低濃度サンプルの感度が落ちる傾向があるので、キャリアーガス供給部はガスによる希釈が行えるように２系統の流量調節器３１、３２を備えたガスクリーナー付供給装置および水分除去のためのモレキュラーシーブス４１、４２を通して供給する。陰イオンを測定モードでの運転を行うためキャリアーガス１は高純度人工空気を用い、酸素アニオンを標準イオン物質とした。サンプル注入は試料導入管１３（ガラス毛細管）の内壁に1μｌの試料１４を付着させ、これを、狭小部を有するＴＣＴチューブ６（パイレックスガスクロマトグラフィー用ＴＣＴチューブ）に挿入することによって行った。ＴＣＴチューブの長さは１５９ｍｍ、外径５．９ｍｍ、内径２．８ｍｍ、狭小部の流路径１．２ｍｍ、キャリアガス入り口から狭小部までの距離１１７ｍｍであった。抵抗体１２としては市販の石英ウール（７０ｍｇ）を使用し、キャリアガス入り口から狭小部までに充填した。試料導入管１３はガラス製毛細管であり、長さ１５ｍｍ、外径２．１ｍｍ、内径１．５ｍｍであり、その中央部に試料を置いた。トランスファーライン（配管）２にはバックグラウンドを下げるため、内部付着物質を極限まで下げた（ハイパー処理）光輝焼鈍管を用いた。シグナル検出部にはAPIMSにはAPI- 110型（日本エイピーアイ社）を使用した。
試料注入量１μlとし、ＤＳ設定条件はキャリアーガス流量をサンプルライン側：２０ｍｌ／分−空気、希釈ライン側：１２０ｍｌ／分−空気に設定した。昇温条件は３７℃、９分保持、１０℃／分（約２７分）の割合で３００℃まで昇温、その後６分保持した後、１８分で３６℃まで自然放置により冷却（６０分／サイクル)で行った。
ＡＰＩＭＳの条件は、イオン化室温度：１２０℃、放電電流：１０μA、ＳＥＭ電圧：１６００Ｖ、ドリフト電圧：４０Ｖ、Ｑポールレンズスキャンモード：Ｍ/ｚ：３−２００、４５秒／スキャン)、検出極性：負、検出感度：１．０x１０−９および１．０x１０−７Ａに設定した。測定時間はＴＤＳの温度プロファイル終了までと同じ６０分に取り、２種類の感度でスキャンを行うため１周期の取り込み時間は１分３０秒とした。
【００２６】
２．結果
２．１ 応答曲線
上記条件で運転した時の設定温度と試料導入管１３のＡ、ＢおよびＣ部位における温度を測定し、応答曲線を図３に示した。Ａ部位は試料導入管の入り口であり、Ｂ部位は試料導入管中央部、すなわち試料１４を置いた位置であり、Ｃ部位は試料導入管の出口である。昇温は図３に示すように経時的に行なった。温度設定値との偏差は最大でも１０℃以内であった。市販の半導体用赤外線照射型の場合、サンプル位置による温度差や熱時定数の関係から２０℃以上偏差がある例も知られているが、この装置では、ガスによる間接加熱を行っていることから温度偏差も少なく、位置Ａ、ＢおよびＣにおける温度差も小さく、最大でも約５℃以内であった。さらに気体比熱は一般に液体比熱より小さいことから特に低温部で安定した加熱特性を有しているといえる。
【００２７】
２．２ 直線定量範囲
図４にマスクロマトグラフのピークトップ値による応答特性を示した。ピークトップの値と試料濃度には強い相関性が示され、直線定量範囲が１．０ｘ１０−５−１．０ｘ１０−４Ｍ、検出限界は１．０ｘ１０−５（Ｓ／Ｎ＝２）となった（図４）。定量範囲の上限はトランスファーラインやイオン化室内に滞留するイオンが完全に排出される能力に制限され、今回の条件では１．０ｘ１０−３の試料では、ピークが形成されず試料導入操作後１時間以上に渡り乳酸由来の信号が検出された。検出下限は検出器からのノイズレベルにより決定されており、１．０ｘ１０−６Ｍのデータポイントはノイズと同等のレベルであった。
これらの結果から、人体の正常値（４．４ｘ１０−４ないし１．８ｘ１０−３Ｍ）が０．１μｌ程度の全血を１０倍〜１００倍希釈することによって測定できることを意味し、必要サンプル量を従来法の１／１００以下にできることが示唆された。
【００２８】
２．３ 血漿の分析
正常成人から得た血漿１μｌを試料として、従来の赤外線照射型の装置によるガス化と本発明の装置によるガス化に供し、大気圧イオン化質量分析を行なった。いずれも設定温度を４０℃、９５℃、２００℃および３００℃としてガス化を行なった。赤外線加熱によるガス化装置はウェハ昇温脱ガス装置ＵＧ−２０型(日立東京エレクトロニクス株式会社製）であった。結果を図５に示す。
従来の赤外線照射型の装置によるガス化の場合、３００℃でガス化を行なうと急激に質量スペクトラムのイオン強度が増大した。すなわちバックグラウンドが増大し、特に質量数の大きい側においてその傾向が顕著であった。一方、本発明の装置によりガス化した場合、このような現象は認められなかった。すなわち、本発明の装置を用いた場合には、バックグラウンドが小さくなり、小さいピークまで分析できることがわかった（質量数の大きい側においても）。本発明の装置によりガス化の場合において、従来の赤外線照射型の装置によるガス化よりもバックグラウンドが小さく、微量フラグメントの分離能が向上する原因としては、従来の赤外線照射によるガス化では輻射熱が過大なため、血漿中の成分（特に高分子化合物）が過度に熱分解したためと考えられる。したがって、本発明のＴＤＳ装置を用いれば、微量試料中の成分の正確な検出・定量が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
生体関連試料のみならず、土壌試料の分析、エネルギー資源の探索、環境汚染や犯罪捜査などの微量試料を扱う種々の分野で応用が可能であり、適用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置の試料留置手段および加熱手段の一例を示す図である。
【図３】本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置における試料近傍における設定温度からの偏差および温度変化プロファイルを示す図である。
【図４】乳酸を試料とした場合の本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置を用いた場合の直線定量範囲を示す図である。
【図５】血漿を試料として、従来の赤外線照射型の装置によるガス化した場合と本発明の装置によるガス化した場合の大気圧イオン化質量分析スペクトルを比較した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１ キャリアガス
２ 配管
５ 温度調節手段
６ 試料留置手段
７ 加熱手段
８ 分析装置
９ 増幅器
１０ データ分析装置
１２ 抵抗体
１３ 試料導入管
１４ 試料
３１，３２ マスフローコントローラー
４１，４２ モレキュラーシーブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量試料用熱脱離ガス発生装置に関する。詳細には、生体関連試料、土壌試料のような分解しやすく、微量にしか取得できない成分を含む試料の昇温脱離ガス発生装置に関する。本発明の昇温脱離ガス発生装置は、質量分析装置、特に、大気圧イオン化質量分析装置（ＡＰＩＭＳ）に接続することにより効果を発揮する。
【背景技術】
【０００２】
物質を加熱気化させて、質量分析、ガスクロマトグラフィー等の分析装置に送り込むための前処理装置としては従来から種々のものが知られているが、その中に熱脱離ガス発生装置（以下、「ＴＤＳ」とも称する）がある。これには種々の加熱方式があり、例えば、半導体分野のウエハ表面に吸着した物質を分析するためのものは赤外線により加熱する方式が主流であり（特許文献１等参照）、これらの装置では熱伝対と試料との間に距離があるためタイムラグを生じ、試料表面に対し過大な熱輻射を与え、生体関連試料などの熱分解しやすいサンプルの分析には不適当であった。また、従来の装置では加熱部のデッドスペースが大きいため、試料量が必然的に大きくなる。さらに、生体関連試料を扱うには、感染防止の観点から容器の取り扱いに注意を要するなどの不具合もあった。
【特許文献１】特開平５−２０３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
生体関連試料等の熱分解しやすいサンプル、あるいは微量にしか採取できないサンプルに適用できるＴＤＳを開発し、例えば、血漿や尿、唾液などの液体試料のみならず、全身の組織片などの種々の生体関連微量試料、あるいは土壌試料中の微量成分の高感度分析を行なう必要性が生じていた。例えば、近年、質量分析による蛋白の分析が頻繁に行なわれるようになったが、高分子側のバックグラウンドが高く、実用上問題となることも多かった。その理由としては、上述のごとく、従来のＴＤＳでは過大な熱輻射により試料蛋白が分解されてしまうことが挙げられる。また、生体関連試料の場合には、これに含まれる種々の有機化合物を熱特性に応じて分離した後、質量分析装置等の分析装置に導入し、分析スペクトルを得て、生体代謝物を一括して分析することにより、臨床診断法を開発することも望まれている。さらに、種々の疾患における特異的低分子化合物の検索、薬物代謝動態を解析することも必要である。そのうえ、感染の心配のない取り扱いができれば便利である。
微量試料を扱う場合、大型で高価なＴＤＳ装置は必要でないことから、小型で安価なＴＤＳ装置の開発も待たれるところであった。
かかる事情から、高感度、高Ｓ／Ｎ比で微量試料を分析するための前処理装置として使用でき、しかも単純な構造で安価なＴＤＳの開発が待たれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明らは、上記事情に鑑みて鋭意研究を行重ね、偶然にも、キャリアガスの流入方向上流側に抵抗体が挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段を用いて熱脱離ガス発生による試料前処理を行なったところ、微量試料の場合であっても十分に質量分析を行なえる程度に前処理ができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記のもの提供する：
（１）加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている、熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）用の微量試料留置手段であって、該試料が生体関連試料である微量試料留置手段；
（２）加熱手段が外嵌された（１）記載の微量試料留置手段；
（３）キャリアガス供給手段と、加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段、該加熱手段に接続された温度調節手段とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳであって、該試料が生体関連試料である微量試料用ＴＤＳ；
（４）該試料留置手段が狭小部を有する管であることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段または請求項３記載の微量試料用ＴＤＳ；
（５）該狭小部を有する管がパイレックス（登録商標）ガラス管（ＴＣＴチューブ）または石英管であることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段または請求項３または４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（６）該加熱手段が該試料留置手段に外嵌されたヒーターであることを特徴とする（２）記載の微量試料留置手段または（３）ないし（５）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（７）ディスポーザブルなものであることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段；
（８）該試料留置手段がディスポーザブルなものであることを特徴とする（３）ないし（６）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（９）該温度調節手段がプログラム温度制御可能なものであることを特徴とする（２）記載の微量試料留置手段または（３）ないし（６）、または（８）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１０）該試料留置手段用の冷却手段を備えたことを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（９）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１１）該ガス供給手段から配管を二分し、一方は、該ガス供給手段と該試料留置手段との間おいて上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段に至るものであり、他方は上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段の出口に合流していることを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（１０）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１２）配管としてハイパー処理光輝焼鈍管が使用されていることを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（１１）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
該導入試料体積が１マイクロリットル以下であることを特徴とする（１）または（２）記載の微量試料留置手段または（３）ないし（６）、または（８）ないし（１２）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１４）高感度分析装置に接続されることを特徴とする（３）ないし（６）、または（８）ないし（１３）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ；
（１５）（３）ないし（６）、または（８）ないし（１４）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳとＡＰＩＭＳとを組み合わせたことを特徴とする微量試料質量分析システム；
（１６）（１）または（２）記載の微量試料留置手段あるいは（３）ないし（６）、または（８）ないし（１４）のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳを用いることを特徴とする微量試料前処理方法；
（１７）（１５）記載のシステムを用いることを特徴とする微量試料質量分析方法。
【発明の効果】
【０００５】
（イ）加熱プロセスをガス間接加熱としたことにより、試料の熱分解を最低限に抑えることが出来るようになった。
（ロ）本発明の試料留置手段における温度追従性は良好で、加熱手段を外嵌した試料留置手段と試料留置部位との温度差は昇温速度とガス流量、ガス種に依存するが、図３に示した昇温脱離ガス発生装置による温度プロファイルからもわかるように、予め試料留置部位の温度を測定することにより試料の実温度が換算式により推定可能となった。
（ハ）血漿などのきわめて多種類の化合物を含む生体関連試料は、従来、クロマトグラフィーによる前処理を行ってから質量分析に導入することが常識であったが、本発明の装置を用いた方法は生命科学における物質探査の手法としては独創的な方法であり、例えば、種々の疾患に特有な低分子化合物の探索にも利用できる。
（ニ）本発明の微量試料用ＴＤＳ−ＡＰＩＭＳシステムはガス化した試料を質量分析するため、生体関連試料（血液等）を用いた場合にＬＣ−ＭＳ分析でしばしば経験する細孔の目詰まりや質量分析装置内部の汚染はほとんどなく、装置の保守はきわめて容易となる。
（ホ）ＴＤＳの熱処理そのものにより細菌やウイルスが死滅するため、質量分析装置の操作や保守点検に携わる技術者や医療従事者にとって感染の危険性が格段に少なくなる。具体的には、本発明においては試料導入管を試料留置手段中に入れて加熱する事により廃棄物は全体的に滅菌状態になり一般廃棄物として扱うことが出来る。
（ヘ）本発明の微量試料用昇温脱離ガス発生装置は高感度分析装置、例えばＡＰＩＭＳと組み合わせることにより、１μＬ以下の微量試料の質量分析が可能となることから、生体関連試料のみならず、土壌試料の分析、エネルギー資源の探索、環境汚染や犯罪捜査などの微量試料を扱う種々の分野で応用が可能であり、適用範囲が広い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の微量試料用ＴＤＳ（次工程の分析装置と連結されている例）について図１を参照して説明する。
図１を参照すれば、キャリアガス供給手段（図示せず）からのキャリアガス１（例えば、高純度アルゴンまたは高純度空気）は配管２により流通する。配管２は途中で２つに分岐し、キャリアガス１は第１の流路によりマスフローコントローラー３１およびモレキュラーシーブス４１を経て試料留置手段６に導かれる。試料留置手段６には加熱手段７が外嵌されており、加熱手段７は温度調節手段５に接続されている。また、キャリアガス１は第２の流路によりマスフローコントローラー３２およびモレキュラーシーブス４２を経て試料留置手段６の出口に合流する。この出口からのキャリアガスおよびガス化試料を分析装置８に導入し、得られた信号を増幅器９で増幅してデータ分析装置１０で分析し、読み取る。
【０００７】
次に、試料留置手段６について図２を参照して説明する。
試料留置手段６はＴＣＴチューブであってもよく、これに加熱手段としてヒーター７が外嵌されており、該ヒーター７は温度調節手段５に接続され、プログラム可能な温度制御を行なうことができる。試料留置手段６は、キャリアガス１１流入方向上流側に抵抗体１２が挿入され、下流側に試料導入管（例えばガラス毛細管）１３が挿入された狭小部を有する管（例えばＴＣＴチューブ）からなり、試料導入管中に試料１４が置かれる。
【０００８】
キャリアガス１を予め決められた流量、流速で導入し、試料留置手段６に外嵌されたヒーター１６に接続された温度調節手段５にて予めプログラムされた温度制御を行ないつつ試料１５を昇温ガス脱離させる。キャリアガスおよびガス化試料は、適宜第２の流路からのキャリアガスで希釈され、次工程の分析装置８（例えば、ＡＰＩＭＳ）に至り、分析が行なわれる。
【０００９】
以下において本発明をさらに詳細に説明する。番号は図１および２のものと一致する。
本発明の微量試料留置手段６は、キャリアガス１の流入方向上流側に抵抗体１２が挿入されており、下流側に試料１４を導入すべき試料導入管１３が挿入されている。この微量試料留置手段６を含む熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）を構成して、微量試料を前処理することができる。
【００１０】
したがって、本発明は、キャリアガス供給手段（図示せず）と、キャリアガス１の流入方向上流側に抵抗体１２が挿入されており、下流側に試料導入管１３が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段７、該加熱手段７に接続された温度調節手段５とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳに関する。
【００１１】
キャリアガス供給手段は種々あるが、市販のボンベが一般的である。キャリアガス１の種類は、試料と反応せず、高純度でバックグラウンドとして低レベルなものであればいずれの気体であってもよく、例えば、空気であってもよく、あるいはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスも好ましく使用できる。流量または流速は処理すべき試料の種類および量ならびに処理温度等に左右されるが、例えば、大気圧イオン化質量分析装置を用いて分析する場合には、通常、約１０〜５０ｍＬ／分であろう。標準物質は予め既知濃度の液体試料を分析試料と等量だけＴＤＳに留置し、検量線を得ておく必要がある。大気圧イオン化質量分析装置を用いる場合は、キャリアガスは正イオン負荷モードであれば高感度アルゴンを、負イオン負荷モードであれば高純度人工空気を通常用いる。
【００１２】
試料留置手段６には、キャリアガス流入方向上流側に抵抗体１２が挿入され、下流側に試料導入管１３が挿入されているものである。試料留置手段６のはいずれの形状および材料であってもよいが、キャリアガス１およびガス化試料の流れが円滑である点で、管状であることが好ましい。さらに好ましくは、狭小部を有する管であり、その狭小部分をキャリアガスが通過することにより、試料導入管１３における加熱がより均一となることを本発明らは見出している。狭小部の位置は、抵抗体１２の挿入および試料導入管の挿入が可能であればいずれの位置にあってもよく、抵抗体１２の量、材料および試料導入管１３の長さ、試料１４の量等により位置を変更することができる。狭小部の形状は所望の効果をもたらすものであればいずれの形状であってもよく、該試料留置手段６が管状である場合には、いわゆる「砂時計」形とするのが一般的であるが、分析条件、試料留置手段６および試料導入管１３の形状、試料１４の種類や量等により変更することができる。また、狭小部の流路の太さは、抵抗体１２の材質や量、運転条件（キャリアガス流量、温度等）、試料導入管１３の寸法、試料１４の種類や量、試料導入管１３への試料のアプライ方法等により変更可能である。試料留置手段６の材料は加熱（本発明では約３５０℃まで）に耐え、それ自体加熱による不純物の発生が少ないものであれば、いずれの材料であってもよいが、耐熱性、不純物発生の少ないこと、安価に入手しやすいこと、試料導入管に導入された試料を観察できる点などから、ガラス管が好ましく、パイレックスガラス管（ＴＣＴチューブ）または石英管がさらに好ましい。特に、ガスクロマトグラフィー用のＴＣＴチューブは狭小部を有しており、この部分を使用することができる。試料留置手段６および試料導入管１３の寸法は、分析されるべき導入試料１４の種類、量、キャリアガス１の種類、流速、流量、抵抗体１２の量、材料等の因子により、適宜変更することができる。
【００１３】
抵抗体１２の材料は加熱（本発明ＴＤＳでは約３５０℃まで）に耐え、それ自体加熱による不純物の発生が少ないものであれば、いずれの材料であってもよい。また、抵抗体１２の量も、キャリアガス１の流量、試料導入管１３の寸法および位置、分析試料１４等により変更可能である。抵抗体１２としては、耐熱性、熱による不純物発生の少なさ、安価に入手しやすい点などから石英ウールが好ましい。抵抗体１２を挿入することにより、試料導入管１３における加熱がより均一となものとなる。
【００１４】
試料１４を導入される試料導入管１３の形状および材料もいかなるものであってもよいが、やはり耐熱性、不純物発生の少ないこと、安価に入手しやすいこと等か要求される。さらにキャリアガス１およびガス化試料の流通を円滑なものとする形状および材料であることが必要である。好ましくは、ガラス製毛細管である。試料留置手段６中の試料導入管１３の位置は、試料の物性、成分および量等により変更可能である。この試料導入管１３中のいずれかの位置に液体試料１４または固体試料１４を置く。例えば、十分に洗浄し乾燥させたガラス製マイクロシリンジやマイクロピペットのような微量採取用具を用いて試料１４を採取し、洗浄乾燥済のガラス毛細管１３内腔の任意の位置に付着させる。ついで、試料留置手段６のガス下流側を導管から一時的に外して、ガラス毛細管１３をピンセットなどでつまみ、試料留置手段６のガス流出口から挿入留置することにより、ガラス毛細管１３中に試料１４がアプライされたものを試料留置手段中に置くことができる。後述のように試料体積は微量であってもよく、例えば、１μｌまたはそれ未満であってもよい。
【００１５】
本発明の微量試料用ＴＤＳに導入する試料１４はいずれのものであってもよいが、生体関連試料または土壌試料なども導入できる。生体関連試料としては血漿や尿、唾液などの液体試料のみならず、全身の組織片などの種々の生体微量試料が導入可能である。あるいは土壌試料中の微量成分の高感度分析を行なう目的で微量な土壌試料を導入することもできる。本発明の微量試料用ＴＤＳは上記のごとくキャリアガス１により間接的に試料を加熱するものであるため、過大な熱輻射の心配がなく、分解されにくい。したがって、従来から高分子側のバックグラウンドが高く、実用上問題を生じていた蛋白等の熱分解されやすい生体成分の質量分析の前処理として本発明の微量試料用ＴＤＳを用いることができる。
【００１６】
さらに本発明の微量試料用ＴＤＳは、試料留置手段６、第２のガラス管１３、および抵抗体１２として、例えば、石英またはガラスを材料とすることができ、具体的には、ガスクロマトグラフィー用ＴＣＴチューブ、ガラス製毛細管、および石英ウールをそれぞれ使用すれば、これらは市販されているため同じ形状のものを安価に入手でき、ディスポーザブルなものとすることもできる。しかも、試料に高熱を与えて処理するため、感染の心配なく廃棄することができる。
【００１７】
加熱手段７はいずれのものであってもよいが、本発明の微量試料用ＴＤＳでは、特に微量生体関連試料の場合、低融点、低沸点の成分が多いことから、昇温範囲は約３５℃から約３５０℃までで済むため、さらに多種多様なものが使用できる。加熱手段として一般的なものはヒーターであり、セラミックヒーター、コイル状電熱ヒーター等各種のものが入手できる。加熱手段７による試料留置手段６の加熱の態様は様々であるが、加熱手段７が試料留置手段６に外嵌されているのが好ましい。簡単で好ましい加熱手段７としては、試料留置手段６の外周にコイル状に巻いた電熱ヒーターが挙げられる。また、加熱手段７が試料留置手段６の上流側に置かれていてもよい。加熱手段７には温度調節手段５が接続されており、試料１４の形状、種類、含有成分、量、キャリアガス１の種類、流速、流量等の因子により、加熱を制御する。温度制御はプログラム温度制御によるものが好ましい。プログラム温度制御の形態は様々であるが、例えば、自動制御シーケンスにより実現されるものであってもよい。
【００１８】
本発明の微量試料用ＴＤＳに使用する配管２は、加工しやすく、高温に耐え、不純物の遊離が少ないものであれば、いずれの材料であってもよいが、不純物の遊離が少ないという点から、ハイパー処理光輝焼鈍管（例えばＳＵＳ ３１６の内面を電解研磨したもの）を使用することが好ましい。これにより、分析結果のＳ／Ｎ比が向上し、バックグラウンドに埋もれることなく微量成分まで分析することが可能となる。
【００１９】
また、ガス供給手段からの配管２を二分し、一方の流路が、該ガス供給手段と該該試料留置手段６との間おいて上流側に配置されたマスフローコントローラー３１および下流側に配置されたモレキュラーシーブス４１を経て該該試料留置手段６に至るようにし、他方の流路が、上流側に配置されたマスフローコントローラー３２および下流側に配置されたモレキュラーシーブス４２を経て該該試料留置手段６の出口に合流するようにして、試料量、含有成分、次工程の分析装置の感度等に応じてガス化試料を適宜希釈するようにしてもよい。マスフローコントローラー３１、３２はガス流量を制御するためのものであり、モレキュラーシーブス４１、４２は水分と不純物を除去するためのものである。これらのマスフローコントローラーおよびモレキュラーシーブスは存在していてもよく、あるいは存在しなくてもよい。
【００２０】
さらに、該試料留置手段用の冷却手段（図示せず）を備えることにより、プログラム温度制御に対応した温度変化を実現し、さらには次工程（例えば、質量分析装置）における分析に資すことも好ましい。かかる冷却手段は当業者によく知られており、ファンによる送風等がある。
【００２１】
本発明の微量試料用ＴＤＳにより処理されたガス化試料は微量試料の分析に使用される装置８にキャリアガスにより輸送される。分析装置８としては質量分析装置、ガスクロマトグラフィー装置等が当該分野において知られているが、近年、様々な高感度分析装置が開発されている。これらの高感度分析装置を使用することにより、導入試料のさらなる微量化をはかることができる。例えば、ＡＰＩＭＳ（大気圧イオン化質量分析装置）（例えば、栗山克巳、蓮見啓二、小池譲治著者、クリーンテクノロジー、ｐ５１−５２、９月号、１９９７年に記載のＵＧ‐４１０型大気圧イオン化質量分析装置）が近年使用されるようになり、超高感度分析が可能となっている。大気圧イオン化法は、イオン化室が大気圧に保たれているため導入試料濃度が、真空系を用いる熱電子によるイオン化法（ＥＩ）よりも高くできる。また、キャリアガスとのイオン分子反応を利用することにより、イオン再結合エネルギーやプロトン親和力が低い物質を選択的に高効率でイオン化できるため、従来の気体成分検出法のなかで、最も高感度な検出法の一つとして知られている。そこで、本発明の微量試料用ＴＤＳを高感度分析装置に接続して、微量試料の高感度分析を行なうことができる。この場合、試料は１μl以下であってもよい。したがって、本発明は、１の態様において、本発明の微量試料用ＴＤＳと高感度分析装置とを組み合わせたことを特徴とする微量試料質量分析システムに関するものである。さらに本発明は、上記システムを用いることを特徴とする微量試料質量分析方法にも関する。
【００２２】
さらに本発明は、上記微量試料留置手段６あるいは上記微量試料用ＴＤＳを用いることを特徴とする微量試料前処理方法にも関する。上記微量試料留置手段６において、抵抗体および存在してもよい狭小部が相俟ってキャリアガスの流れを乱流として分散させる作用を発揮し、後で実施例に示すように均一な加熱および優れた温度応答性を示すものと考えられる。
以下に実施例により本発明をさらに具体的かつ詳細に説明するが、実施例は本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００２３】
１．装置および運転条件
本装置は血漿や尿、髄液、唾液などの液体試料のみならず全身の組織片などの種々の生体関連試料の成分分析を目的として、温度調節を行った加熱キャリアガスを試料に暴露し試料を揮発させ、質量分析装置などの分析機器に導入するための装置である。生体関連試料が数μＬまで、例えば１μＬまで、昇温上限が３００℃程度までで済み、従来のＴＤＳに比べ、安価で超小型のものが制作可能となる。この生体関連試料用超小型ＴＤＳの開発と実現により、μＬ単位の極微量の生体関連試料がより容易に分析可能となり、生命科学分野のみならず種々の分野における化合物の探索や分析に応用できる。以下に、試作した微量試料用ＴＤＳについて説明する。その基本的構成は図１および図２に示すものである。
【００２４】
従来の昇温脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）は主にウエーハ用専用の大型の装置であったが、生体関連試料用にはわずか１μＬ程度の試料留置スペースで済むため、大幅に小型化できる。生体由来の成分は主に有機化合物や蛋白質などである。３００度以上に昇温させた場合、高分子化合物のほとんどは熱分解を受け、元の構造を保てなくなる。そこで、昇温範囲は３５−３００℃の範囲で充分かつ現実的な仕様であると考え、昇温に要するヒーター部分も簡略化できる。すなわち、試料留置用兼加熱炉心部（６および７）として、ガスクロマトグラフィーで用いられているパイレックスガラス管（ＴＣＴチューブ、VARIAN）または石英管に石英ウールを詰め、外周からコイル状に巻いたヒーターを温度調節手段５で加熱制御する。ＴＣＴチューブは使用頻度や汚染の程度に応じてデイスポーザブルなものにする。本装置の配管系２はキャリアガス１としてアルゴン、窒素、ヘリウム、人工空気などのうち１種類の高純度ガス（実施例では高純度空気を使用）をガス供給用配管から二股に分岐させ、各々、マスフローコントローラー（３１、３２）でガス流量を制御し、モレキュラーシーブス（４１、４２）（実施例では日本エイピーアイ社製を使用）で水分と不純物を除去する。ガス流の一方は加熱された試料留置手段６を通過させ、他方は希釈用として流し、再び合流させ、大気圧イオン化質量分析装置などの分析装置８に導入する方式にする。
【００２５】
本発明の微量試料用ＴＤＳについてさらに具体的に説明する。なお、番号は図面１および２のものと一致する。次工程の分析装置８としてはＡＰＩＭＳを用いた。ＡＰＩＭＳにより分析する場合、イオン濃度が高すぎると低濃度サンプルの感度が落ちる傾向があるので、キャリアーガス供給部はガスによる希釈が行えるように２系統の流量調節器３１、３２を備えたガスクリーナー付供給装置および水分除去のためのモレキュラーシーブス４１、４２を通して供給する。陰イオンを測定モードでの運転を行うためキャリアーガス１は高純度人工空気を用い、酸素アニオンを標準イオン物質とした。サンプル注入は試料導入管１３（ガラス毛細管）の内壁に1μｌの試料１４を付着させ、これを、狭小部を有するＴＣＴチューブ６（パイレックスガスクロマトグラフィー用ＴＣＴチューブ）に挿入することによって行った。ＴＣＴチューブの長さは１５９ｍｍ、外径５．９ｍｍ、内径２．８ｍｍ、狭小部の流路径１．２ｍｍ、キャリアガス入り口から狭小部までの距離１１７ｍｍであった。抵抗体１２としては市販の石英ウール（７０ｍｇ）を使用し、キャリアガス入り口から狭小部までに充填した。試料導入管１３はガラス製毛細管であり、長さ１５ｍｍ、外径２．１ｍｍ、内径１．５ｍｍであり、その中央部に試料を置いた。トランスファーライン（配管）２にはバックグラウンドを下げるため、内部付着物質を極限まで下げた（ハイパー処理）光輝焼鈍管を用いた。シグナル検出部にはAPIMSにはAPI- 110型（日本エイピーアイ社）を使用した。
試料注入量１μlとし、ＤＳ設定条件はキャリアーガス流量をサンプルライン側：２０ｍｌ／分−空気、希釈ライン側：１２０ｍｌ／分−空気に設定した。昇温条件は３７℃、９分保持、１０℃／分（約２７分）の割合で３００℃まで昇温、その後６分保持した後、１８分で３６℃まで自然放置により冷却（６０分／サイクル)で行った。
ＡＰＩＭＳの条件は、イオン化室温度：１２０℃、放電電流：１０μA、ＳＥＭ電圧：１６００Ｖ、ドリフト電圧：４０Ｖ、Ｑポールレンズスキャンモード：Ｍ/ｚ：３−２００、４５秒／スキャン)、検出極性：負、検出感度：１．０x１０−９および１．０x１０−７Ａに設定した。測定時間はＴＤＳの温度プロファイル終了までと同じ６０分に取り、２種類の感度でスキャンを行うため１周期の取り込み時間は１分３０秒とした。
【００２６】
２．結果
２．１ 応答曲線
上記条件で運転した時の設定温度と試料導入管１３のＡ、ＢおよびＣ部位における温度を測定し、応答曲線を図３に示した。Ａ部位は試料導入管の入り口であり、Ｂ部位は試料導入管中央部、すなわち試料１４を置いた位置であり、Ｃ部位は試料導入管の出口である。昇温は図３に示すように経時的に行なった。温度設定値との偏差は最大でも１０℃以内であった。市販の半導体用赤外線照射型の場合、サンプル位置による温度差や熱時定数の関係から２０℃以上偏差がある例も知られているが、この装置では、ガスによる間接加熱を行っていることから温度偏差も少なく、位置Ａ、ＢおよびＣにおける温度差も小さく、最大でも約５℃以内であった。さらに気体比熱は一般に液体比熱より小さいことから特に低温部で安定した加熱特性を有しているといえる。
【００２７】
２．２ 直線定量範囲
図４にマスクロマトグラフのピークトップ値による応答特性を示した。ピークトップの値と試料濃度には強い相関性が示され、直線定量範囲が１．０ｘ１０−５−１．０ｘ１０−４Ｍ、検出限界は１．０ｘ１０−５（Ｓ／Ｎ＝２）となった（図４）。定量範囲の上限はトランスファーラインやイオン化室内に滞留するイオンが完全に排出される能力に制限され、今回の条件では１．０ｘ１０−３の試料では、ピークが形成されず試料導入操作後１時間以上に渡り乳酸由来の信号が検出された。検出下限は検出器からのノイズレベルにより決定されており、１．０ｘ１０−６Ｍのデータポイントはノイズと同等のレベルであった。
これらの結果から、人体の正常値（４．４ｘ１０−４ないし１．８ｘ１０−３Ｍ）が０．１μｌ程度の全血を１０倍〜１００倍希釈することによって測定できることを意味し、必要サンプル量を従来法の１／１００以下にできることが示唆された。
【００２８】
２．３ 血漿の分析
正常成人から得た血漿１μｌを試料として、従来の赤外線照射型の装置によるガス化と本発明の装置によるガス化に供し、大気圧イオン化質量分析を行なった。いずれも設定温度を４０℃、９５℃、２００℃および３００℃としてガス化を行なった。赤外線加熱によるガス化装置はウェハ昇温脱ガス装置ＵＧ−２０型(日立東京エレクトロニクス株式会社製）であった。結果を図５に示す。
従来の赤外線照射型の装置によるガス化の場合、３００℃でガス化を行なうと急激に質量スペクトラムのイオン強度が増大した。すなわちバックグラウンドが増大し、特に質量数の大きい側においてその傾向が顕著であった。一方、本発明の装置によりガス化した場合、このような現象は認められなかった。すなわち、本発明の装置を用いた場合には、バックグラウンドが小さくなり、小さいピークまで分析できることがわかった（質量数の大きい側においても）。本発明の装置によりガス化の場合において、従来の赤外線照射型の装置によるガス化よりもバックグラウンドが小さく、微量フラグメントの分離能が向上する原因としては、従来の赤外線照射によるガス化では輻射熱が過大なため、血漿中の成分（特に高分子化合物）が過度に熱分解したためと考えられる。したがって、本発明のＴＤＳ装置を用いれば、微量試料中の成分の正確な検出・定量が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
生体関連試料のみならず、土壌試料の分析、エネルギー資源の探索、環境汚染や犯罪捜査などの微量試料を扱う種々の分野で応用が可能であり、適用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置の試料留置手段および加熱手段の一例を示す図である。
【図３】本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置における試料近傍における設定温度からの偏差および温度変化プロファイルを示す図である。
【図４】乳酸を試料とした場合の本発明の微量試料用熱脱離ガス発生装置を用いた場合の直線定量範囲を示す図である。
【図５】血漿を試料として、従来の赤外線照射型の装置によるガス化した場合と本発明の装置によるガス化した場合の大気圧イオン化質量分析スペクトルを比較した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１ キャリアガス
２ 配管
５ 温度調節手段
６ 試料留置手段
７ 加熱手段
８ 分析装置
９ 増幅器
１０ データ分析装置
１２ 抵抗体
１３ 試料導入管
１４ 試料
３１，３２ マスフローコントローラー
４１，４２ モレキュラーシーブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている、熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）用の微量試料留置手段であって、該試料が生体関連試料である微量試料留置手段。
【請求項２】
加熱手段が外嵌された請求項１記載の微量試料留置手段。
【請求項３】
キャリアガス供給手段と、加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段、該加熱手段に接続された温度調節手段とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳであって、該試料が生体関連試料である微量試料用ＴＤＳ。
【請求項４】
該試料留置手段が狭小部を有する管であることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段または請求項３記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項５】
該狭小部を有する管がパイレックス（登録商標）ガラス管（ＴＣＴチューブ）または石英管であることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段または請求項３または４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項６】
該加熱手段が該試料留置手段に外嵌されたヒーターであることを特徴とする請求項２記載の微量試料留置手段または請求項３ないし５のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項７】
ディスポーザブルなものであることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段。
【請求項８】
該試料留置手段がディスポーザブルなものであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項９】
該温度調節手段がプログラム温度制御可能なものであることを特徴とする請求項２記載の微量試料留置手段または請求項３ないし６、または請求項８のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１０】
該試料留置手段用の冷却手段を備えたことを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし９のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１１】
該ガス供給手段から配管を二分し、一方は、該ガス供給手段と該試料留置手段との間おいて上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段に至るものであり、他方は上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段の出口に合流していることを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし１０のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１２】
配管としてハイパー処理光輝焼鈍管が使用されていることを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし１１のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１３】
該導入試料体積が１マイクロリットル以下であることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段または請求項３ないし６、または請求項８ないし１２のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１４】
高感度分析装置に接続されることを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし１３のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１５】
請求項３ないし６、または請求項８ないし１４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳとＡＰＩＭＳとを組み合わせたことを特徴とする微量試料質量分析システム。
【請求項１６】
請求項１または２記載の微量試料留置手段あるいは請求項３ないし６、または請求項８ないし１４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳを用いることを特徴とする微量試料前処理方法。
【請求項１７】
請求項１５記載のシステムを用いることを特徴とする微量試料質量分析方法。
【請求項１】
加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている、熱脱離ガス発生装置（ＴＤＳ）用の微量試料留置手段であって、該試料が生体関連試料である微量試料留置手段。
【請求項２】
加熱手段が外嵌された請求項１記載の微量試料留置手段。
【請求項３】
キャリアガス供給手段と、加熱手段領域内のキャリアガスの流入方向上流側に石英ウールが挿入されており、下流側に試料を導入すべき試料導入管が挿入されている試料留置手段と、該試料留置手段を加熱する加熱手段、該加熱手段に接続された温度調節手段とを含むことを特徴とする微量試料用ＴＤＳであって、該試料が生体関連試料である微量試料用ＴＤＳ。
【請求項４】
該試料留置手段が狭小部を有する管であることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段または請求項３記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項５】
該狭小部を有する管がパイレックス（登録商標）ガラス管（ＴＣＴチューブ）または石英管であることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段または請求項３または４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項６】
該加熱手段が該試料留置手段に外嵌されたヒーターであることを特徴とする請求項２記載の微量試料留置手段または請求項３ないし５のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項７】
ディスポーザブルなものであることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段。
【請求項８】
該試料留置手段がディスポーザブルなものであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項９】
該温度調節手段がプログラム温度制御可能なものであることを特徴とする請求項２記載の微量試料留置手段または請求項３ないし６、または請求項８のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１０】
該試料留置手段用の冷却手段を備えたことを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし９のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１１】
該ガス供給手段から配管を二分し、一方は、該ガス供給手段と該試料留置手段との間おいて上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段に至るものであり、他方は上流側に配置されたマスフローコントローラーおよび下流側に配置されたモレキュラーシーブスを経て該試料留置手段の出口に合流していることを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし１０のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１２】
配管としてハイパー処理光輝焼鈍管が使用されていることを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし１１のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１３】
該導入試料体積が１マイクロリットル以下であることを特徴とする請求項１または２記載の微量試料留置手段または請求項３ないし６、または請求項８ないし１２のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１４】
高感度分析装置に接続されることを特徴とする請求項３ないし６、または請求項８ないし１３のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳ。
【請求項１５】
請求項３ないし６、または請求項８ないし１４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳとＡＰＩＭＳとを組み合わせたことを特徴とする微量試料質量分析システム。
【請求項１６】
請求項１または２記載の微量試料留置手段あるいは請求項３ないし６、または請求項８ないし１４のいずれかに記載の微量試料用ＴＤＳを用いることを特徴とする微量試料前処理方法。
【請求項１７】
請求項１５記載のシステムを用いることを特徴とする微量試料質量分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１１６４７３（Ｐ２００８−１１６４７３Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９４３２（Ｐ２００８−９４３２）
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【分割の表示】特願２００２−２５４１４６（Ｐ２００２−２５４１４６）の分割
【原出願日】平成１４年８月３０日（２００２．８．３０）
【出願人】（５９１１０８８８０）国立循環器病センター総長 (159)
【出願人】（５９５１１５７５４）株式会社日本エイピーアイ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【分割の表示】特願２００２−２５４１４６（Ｐ２００２−２５４１４６）の分割
【原出願日】平成１４年８月３０日（２００２．８．３０）
【出願人】（５９１１０８８８０）国立循環器病センター総長 (159)
【出願人】（５９５１１５７５４）株式会社日本エイピーアイ (6)
【Ｆターム（参考）】
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