(57)【要約】【課題】自由空間の終点と検出器の検出面で挟まれた領域で発生する質量誤差を大幅に低減させる。【解決手段】飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、標準試料と未知試料を別々に測定して該標準試料のマススペクトルに基づいて未知試料の質量電荷比ｍ／ｚの値を較正する精密質量測定の際に、標準試料と未知試料のスペクトル測定時に設定されていた検出器電圧の違いに応じて、較正後の未知試料のｍ／ｚ値を補正するようにした。【選択図】図５
2014049403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
標準試料と未知試料を別々に測定して該標準試料のマススペクトルに基づいて未知試料の質量電荷比ｍ／ｚの値を較正する精密質量測定の際に、
標準試料と未知試料のスペクトル測定時に設定されていた検出器電圧の違いに応じて、較正後の未知試料のｍ／ｚ値を補正するようにしたことを特徴とする質量分析法。
【請求項２】
請求項１記載の飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
検出器電圧をＶ1なる値に設定して標準試料を測定し、検出器電圧をＶ2なる値に設定して未知試料を測定した場合、補正式として、
（１）標準試料および未知試料のイオンが正イオンであるとき、
【数１】
2014049403.tif 000012
（２）標準試料および未知試料のイオンが負イオンであるとき、
【数２】
2014049403.tif 000013
を用いて、較正後の未知試料の質量電荷比ｍ／ｚをｍ’／ｚ’に補正することを特徴とする質量分析法。ただし、Ｋ（Ｖ1）とＫ（Ｖ2）は、検出器電圧がＶ1、およびＶ2のときの、前記飛行時間型質量分析装置の装置構造に基づく質量補正量である。
【請求項３】
請求項２記載の飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
質量電荷比ｍ／ｚが既知のイオンを検出器電圧Ｖ0で測定したときの全飛行時間をＴ0、同じ条件下で前記飛行時間型質量分析装置の自由空間終点から検出器の検出面まで飛行するのに要する時間をｔ0としたとき、検出器電圧がＶの場合の質量補正量Ｋ（Ｖ）は、次式
【数３】
2014049403.tif 000014
で表わされることを特徴とする質量分析法。ただし、ｔ（Ｖ）は、次式
【数４】
2014049403.tif 000015
で表わされるＶの関数で、Ｖaは加速電圧、ｄは飛行時間型質量分析装置の自由空間終点から検出器の検出面までの長さ、Ｍとｚは試料イオンの質量と価数、ｅは電気素量である。
【請求項４】
請求項２記載の飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
検出器電圧Ｖを複数の異なる値に設定して、質量電荷比ｍ／ｚが既知のイオンを測定することにより、検出器電圧Ｖと質量補正量Ｋ（Ｖ）との関係を予め取得しておき、
該取得しておいた関係に基づいて、標準試料を測定した時の検出器電圧Ｖ1と、未知試料を測定した時の検出器電圧Ｖ2における質量補正量Ｋ（Ｖ1）およびＫ（Ｖ2）を求め、求めたＫ（Ｖ1）値およびＫ（Ｖ2）値に基づいて、較正後の未知試料の質量電荷比ｍ／ｚ値を前記補正式により補正するようにしたことを特徴とする質量分析法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量化合物の定量分析、定性一斉分析、および試料イオンの構造解析分野に用いられる飛行時間型質量分析計の較正法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［飛行時間型質量分析法］
飛行時間型質量分析法では、イオン源でイオン化したイオン群をある時間始点からパルス電圧Ｖで加速する。するとイオンは、自由空間に速度ｖを持って飛び出す。イオンの質量をｍ、価数をｚ、電気素量をｅとすると、エネルギー保存則からイオンの持つ運動エネルギーについて、次の式が成り立つ。
【０００３】
ｍｖ2／２  ＝  ｚｅＶ  ………（１）
式（１）から速度ｖを求めると、次のようになる。
【０００４】
ｖ  ＝  √（２ｚｅＶ／ｍ）  ………（２）
速度ｖを持ったイオンは、電場の影響がない距離Ｌの自由空間を飛行する。その間の飛行時間ｔは次のように表わされる。
【０００５】
t  ＝  Ｌ／ｖ  ………（３）
式（２）、（３）から、ｍ／ｚは次のように表わされる。
【０００６】
ｍ／ｚ  ＝  （２ｅＶ／Ｌ2）t2  ………（４）
ＬおよびＶを一定にすることで、飛行時間ｔからイオンのｍ／ｚを求めることが可能となる。
【０００７】
［外部標準法での精密質量測定］
質量分析計で精密質量測定を行なう方法として、２つの方法がある。１つは試料と質量較正用の標準試料を混合して測定を行なう内部標準法であり、もう１つは試料と標準試料を別々に測定して較正を行なう外部標準法である。内部標準法では、試料と標準試料をほぼ同一条件で測定できるために高い質量精度が期待できるが、試料と標準試料を混合する必要があり、試料の種類によっては困難な場合がある。それに対して、外部標準法では、試料と標準資料を別々に測定するため、質量精度という意味では内部標準法に劣るが、試料と標準試料を混合する必要がないため、測定可能な試料であれば、どのような試料であっても実施できる。
【０００８】
近年、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化法）が汎用されるようになるにつれて、飛行時間型質量分析装置の有用性は顕著になっている。ＭＡＬＤＩ飛行時間型質量分析装置は、例えば図１に示すような装置構成を持っている。
【０００９】
図１において、１０はサンプルプレート、１１は該サンプルプレート１０に固着されたサンプルである。１４はイオンを加速するための中間電極、１５はベース電極である。１２はレーザー光を集束するレンズ１、１３はレーザー光をサンプル１１に向けて反射するミラー１、１６はイオン源から到着したイオンを検出する飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦＭＳ）である。１７は、イオン源からの像を反射するミラー２、１８は該ミラー２からの反射された像を集束するレンズ２、１９はレンズ２を介して入ってくるサンプル１１の像を観察するＣＣＤカメラである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００１０】
サンプルプレート１０上に、マトリックス（液体や結晶化合物、金属粉等）に試料を混合溶解させて固化したサンプル１１を固着させる。サンプル１１の状態が観察できるように、ミラー２、レンズ２、ＣＣＤカメラ１９を配置している。レンズ１、ミラー１によりレーザー光をサンプル１１に照射し、サンプル１１を気化或いはイオン化する。この場合、レーザー照射により局所的にエネルギーを得たサンプル及びマトリクスがイオン化され爆発的に飛び出すと考えられている。生成したイオンは、加速電極（中間電極１、１４）に印加された電圧により加速され、ＴＯＦＭＳ１６に導入される。
【００１１】
ＴＯＦＭＳ１６内で、それぞれのイオンは自由空間を飛行し、検出器に到達する。前記加速時において、質量の小さいイオンがより速度が速くなることから、検出器には質量の小さいイオンから順番に到着する。検出器としては、二次電子増倍管（ＳＥＭ）、あるいはマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）が用いられ、いずれも、検出器の入射面には増倍用の高電圧が印加される。本明細書では、この電圧を検出器電圧と呼ぶ。この検出器電圧を変えることにより、増倍率（感度）を変えることが可能である。
【００１２】
このようなＭＡＬＤＩ飛行時間型質量分析装置において、外部標準法による精密質量測定は、以下のようにして行なう。まず、図２の左のように、試料と質量較正用の標準試料を比較的近距離の異なる位置に別々に滴下し、そこにレーザーを照射して試料をイオン化し、質量分析測定を行なう。得られた標準試料のスペクトルのピークをアサイン（飛行時間とｍ／ｚ値を対応させる）して、図２の右上のようにプロットする。そこに多項式近似などを当てはめて、飛行時間とｍ／ｚ値の関係式を導出する。この関係式を試料のスペクトルに適用することで、横軸が飛行時間からｍ／ｚ値へと変換され、試料のマススペクトルが得られる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−３０２６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
質量分析法では、試料中に同一濃度の測定対象化合物が含まれている場合でも、それ以外の化合物との混合比率の違いによって、イオン化の効率が異なる場合があるため、生成される測定対象化合物のイオン量は大きく異なってくる場合がある。
【００１５】
そのため、外部標準法で精密質量測定を行なう際には、試料と標準試料の濃度を調節して、検出器電圧も含めて、同じ測定条件で測定を行なえるようにする必要がある。その代表的アルゴリズムを図３に示しておく。
【００１６】
通常のアルゴリズムでは、標準試料のスペクトル測定を行ない（第１工程）、観測されたイオンピークをアサインし（第２工程）、その結果から飛行時間とｍ／ｚ値の較正式を作成し（第３工程）、その後、未知試料を測定して（第４工程）、測定時の検出器電圧が同じ場合は飛行時間とｍ／ｚ値の較正式をそのまま適用して（第５工程）、精密質量測定を完了する（第６工程）。一方、測定時の検出器電圧が標準試料と未知試料とで異なっている場合は、標準試料または未知試料の濃度を再調整した後、第１工程または第４工程に戻って、標準試料と未知試料を同じ検出器電圧で測定できるまで測定全体をやり直す。
【００１７】
しかしながら、このようなアルゴリズムによっても、試料と標準試料の組み合わせ如何によっては、適切な濃度を見つけるのが困難で、標準試料の測定に用いた検出器電圧では試料のピーク強度が不足したり、観測されなかったりする場合がある。そのため、時として試料測定の際に検出器電圧を上げて、検出器のゲインを上げる必要があるが、その際に次の影響が考えられる。
【００１８】
図３に飛行時間と質量分析計の自由空間終点と検出面との位置関係を示す。図４から分かるように、自由空間の終点と検出器の検出面との間には、必ずしも自由空間ではない領域Ａが存在している。そして多くの場合、自由空間と検出面との間には電位差が存在し、ゲインを調節する検出器電圧に応じてその電位差の値は変化する。
【００１９】
そのため、標準試料の測定と測定対象化合物を含む試料の測定とで検出器電圧を変化させると、自由空間終点から検出面までの飛行時間が図４の領域Ａにおいて狂いを生じるため、観測されるｍ／ｚ値がわずかに変化して、精密質量測定の精度に影響を与えることがある。
【００２０】
本発明では、このような問題点を解決するために、外部標準法における新規なｍ／ｚ値の補正方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的を達成するため、本発明にかかる飛行時間型質量分析法は、
飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
標準試料と未知試料を別々に測定して該標準試料のマススペクトルに基づいて未知試料の質量電荷比ｍ／ｚの値を較正する精密質量測定の際に、
標準試料と未知試料のスペクトル測定時に設定されていた検出器電圧の違いに応じて、較正後の未知試料のｍ／ｚ値を補正するようにしたことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１記載の飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
検出器電圧をＶ1なる値に設定して標準試料を測定し、検出器電圧をＶ2なる値に設定して未知試料を測定した場合、補正式として、
（１）標準試料および未知試料のイオンが正イオンであるとき、
【００２３】
【数１】
2014049403.tif 000003
（２）標準試料および未知試料のイオンが負イオンであるとき、
【００２４】
【数２】
2014049403.tif 000004
を用いて、較正後の未知試料の質量電荷比ｍ／ｚをｍ’／ｚ’に補正することを特徴としている。ただし、Ｋ（Ｖ1）とＫ（Ｖ2）は、検出器電圧がＶ1、およびＶ2のときの、前記飛行時間型質量分析装置の装置構造に基づく質量補正量である。
【００２５】
また、請求項２記載の飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
質量電荷比ｍ／ｚが既知のイオンを検出器電圧Ｖ0で測定したときの全飛行時間をＴ0、同じ条件下で前記飛行時間型質量分析装置の自由空間終点から検出器の検出面まで飛行するのに要する時間をｔ0としたとき、検出器電圧がＶの場合の質量補正量Ｋ（Ｖ）は、次式
【００２６】
【数３】
2014049403.tif 000005
で表わされることを特徴としている。ただし、ｔ（Ｖ）は、次式
【００２７】
【数４】
2014049403.tif 000006
で表わされるＶの関数で、Ｖaは加速電圧、ｄは飛行時間型質量分析装置の自由空間終点から検出器の検出面までの長さ、Ｍとｚは試料イオンの質量と価数、ｅは電気素量である。
【００２８】
また、請求項２記載の飛行時間型質量分析装置を用いた質量分析法であって、
検出器電圧Ｖを複数の異なる値に設定して、質量電荷比ｍ／ｚが既知のイオンを測定することにより、検出器電圧Ｖと質量補正量Ｋ（Ｖ）との関係を予め取得しておき、
該取得しておいた関係に基づいて、標準試料を測定した時の検出器電圧Ｖ1と、未知試料を測定した時の検出器電圧Ｖ2における質量補正量Ｋ（Ｖ1）およびＫ（Ｖ2）を求め、求めたＫ（Ｖ1）値およびＫ（Ｖ2）値に基づいて、較正後の未知試料の質量電荷比ｍ／ｚ値を前記補正式により補正するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の飛行時間型質量分析法によれば、
標準試料と未知試料を別々に測定して該標準試料のマススペクトルに基づいて未知試料の質量電荷比ｍ／ｚの値を補正する外部標準法と、飛行時間型質量分析装置とを併用した精密質量測定の際に、
スペクトル測定時に設定されていた検出器電圧の違いに由来する未知試料のｍ／ｚ値の誤差を補正するようにしたことを特徴としているので、
自由空間の終点と検出器の検出面で挟まれた領域で発生する質量誤差を大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＭＡＬＤＩ飛行時間型質量分析装置の構成を示す図である。
【図２】ＭＡＬＤＩ飛行時間型質量分析装置で測定されたスペクトルの横軸変換方法を示す図である。
【図３】従来の外部標準法のアルゴリズムの一例を示す図である。
【図４】飛行時間型質量分析装置の自由空間終点と検出器付近を拡大した図である。
【図５】本発明にかかる外部標準法のアルゴリズムの一実施例を示す図である。
【図６】質量補正量間を補間する際のさまざまな方法を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
［実施例１］
まず、イオンの飛行時間検出部の装置構成に合わせて、補正式を導出する。例えば、図２、および図４のような装置構成の場合は、次のような手順になる。
【００３３】
加速電圧をＶa、領域Ａの長さをｄ、試料イオンの質量をＭ、価数をｚ、電気素量をｅとすると、領域Ａでの飛行時間ｔは、以下の式（５）で概算できる（イオンの極性は正であると仮定する）。
【００３４】
【数５】
2014049403.tif 000007
ここで、Ｖ以外は定数であると考えると、ｔはＶの関数と見なせる。
【００３５】
次に、ｍ／ｚ値が既知の試料を、検出器電圧Ｖ0の条件下でスペクトル測定し、飛行時間Ｔ0を記録する。式（５）にｍ／ｚとＶ0の値を代入し、この条件下での、領域Ａでの飛行時間ｔを算出し、ｔ0とする。以上を用いると、質量補正量は以下の式（６）で算出できる。
【００３６】
【数６】
2014049403.tif 000008
この質量補正量Ｋ（Ｖ）は、加速電圧Ｖaが変化しなければ、試料のｍ／ｚ値とは関係なく、常に使用することができる。
【００３７】
以下の手順は、実際の測定の際に用いられるアルゴリズム（図５参照）である。
【００３８】
手順１：標準試料のピーク強度が十分となるように、検出器電圧Ｖ1を調整し、スペクトル測定を行なう。
【００３９】
手順２：手順１で得られたスペクトルの各ピークをアサイン（同定）し、ｍ／ｚと飛行時間とを対応づけさせる。
【００４０】
手順３：手順２でアサインした結果をプロットし、多項式等で近似して、飛行時間とｍ／ｚの関係式を導出する。
【００４１】
手順４：未知試料のピーク強度が十分となるように、検出器電圧Ｖ2を調整し、スペクトル測定を行なう。
【００４２】
手順５：手順４で得られたスペクトルに、手順３で導出した関係式を適用し、スペクトルの横軸を飛行時間値からｍ／ｚ値に変換する。
【００４３】
手順６：Ｖ1とＶ2が一致していない場合は、式（６）で使用した検出器電圧を次式に代入し、イオンのｍ／ｚ値をｍ’／ｚ’値へと補正する。
【００４４】
（１）測定対象が正イオンの場合、以下の式（７）を用いる。
【００４５】
【数７】
2014049403.tif 000009
（２）測定対象が負イオンの場合、以下の式（８）を用いる。
【００４６】
【数８】
2014049403.tif 000010
手順７：試料ピークのｍ／ｚを確認し、精密質量測定を終える。
【００４７】
なお、手順１−３と手順４の前後関係については、順番が逆であっても良い。
【００４８】
［実施例２］
実施例１では、最初に実験した他は、計算によって補正式を導出しているが、計算ではなく、すべて測定によって補正式を導出させる方法もある。その場合は、他の条件は同じ値に設定して、検出器電圧Ｖのみを変化させ、同一のｍ／ｚ値を有しているイオンピークの飛行時間Ｔを２組以上記録する。基準電圧がＶ0の時の領域Ａの飛行時間をＴ0とすると、質量補正量Ｋ（Ｖ）は、以下の式（９）で表わすことができる。
【００４９】
【数９】
2014049403.tif 000011
横軸を検出器電圧Ｖ、縦軸を質量補正量Ｋ（Ｖ）として測定値をプロットし、図６ａのように、隣接する２点間を直線で結ぶことで補間させる。このようにして導出した任意のＶ値における質量補正量Ｋ（Ｖ）の値は、実施例１の式（６）中のＫ（Ｖ）値として使用することができる。
【００５０】
［実施例３］
実施例２では、Ｋ（Ｖ）値をプロットした結果、隣接する２点間を直線で結ぶことで補間させたが、その代わりに、図６ｂのように、多項式による近似曲線で補間させる方法も考えられる。
【００５１】
［実施例４］
実施例３の他にも、図６ｃのように、階段型のグラフを用いて補間させる方法も考えられる。
【００５２】
［実施例５］
実施例１−４では、手動による測定を想定しているが、自動による測定に対しても適用可能である。１つは、測定ごとに検出器電圧Ｖを設定し、その値に応じて、測定後に補正を行なう方法である。もう１つは、最初に基準電圧Ｖ0で測定を行ない、その後、ピーク強度に応じて検出器電圧の調整を行ない、その値Ｖに応じて測定後に補正を行なう方法である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
飛行時間型質量分析装置を用いた外部標準法による、精密質量測定のためのｍ／ｚ値の補正方法として、広く利用できる。
【図１】
2014049403.tif 000016
【図２】
2014049403.tif 000017
【図３】
2014049403.tif 000018
【図４】
2014049403.tif 000019
【図５】
2014049403.tif 000020
【図６】
2014049403.tif 000021