(57)【要約】【課題】【解決手段】イオン分離用の液体クロマトグラフィーデバイスを備えた質量分析計が開示されている。気相イオンニュートラル反応デバイスが、水素−重水素交換のような気相イオンニュートラル反応を実施する目的で、下流に配置される。制御システムが、反応デバイスを自動的に何度も第１の操作モードと第２の操作モードとの間で切り替える目的で配置され、その場合、第１の操作モードにおいては、親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記反応デバイス内で反応させられ、第２の操作モードにおいては、反応させられる親イオンまたは前駆体イオンは実質的に希少かゼロになる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン分離用の第１デバイスと、
気相イオンニュートラル反応を実施するために前記第１デバイスの下流に配置された第２デバイスと、
前記第２デバイスを制御するための制御システムと、
質量分析器とを備えた質量分析計であって、
前記制御システムが、前記第２デバイスを、第１の操作モードと第２の操作モードとの間で自動的に何度も切り替えるために配置および適用され、前記第１の操作モードにおいて親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記第２デバイス内で反応させられ、前記第２の操作モードにおいて、反応させられる親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになることを特徴とする質量分析計。
【請求項２】
イオン分離用の第１デバイスと、
気相イオンニュートラル反応を実施するために前記第１デバイスの下流に配置された第２デバイスと、
前記第２デバイスを制御するための制御システムと、
質量分析器とを備えた質量分析計であって、
前記制御システムが、前記質量分析計を、第１の操作モードと第２の操作モードとの間で自動的に何度も切り替えるために配置および適用され、前記第１の操作モードにおいて親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記第２デバイス内で反応させられ、前記第２の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンが前記第２デバイスを迂回させられることを特徴とする質量分析計。
【請求項３】
前記第２デバイスが気相水素−重水素交換を実施するために配置および適用される、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項４】
前記第１の操作モードにおいて、前記親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記第２デバイス内で重水素化され、前記第２の操作モードにおいて、重水素化される親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになる、請求項３に記載の質量分析計。
【請求項５】
前記第２デバイスに試薬ガスまたは蒸気を供給するためのデバイスをさらに備え、前記試薬ガスまたは蒸気が（ｉ）重水素化アンモニアまたはＮＤ3、（ｉｉ）重水素化メタノールまたはＣＤ3ＯＤ、（ｉｉｉ）重水素化水またはＤ2Ｏ、および（ｉｖ）重水素化硫化水素またはＤ2Ｓからなる群から選択される、請求項３または４に記載の質量分析計。
【請求項６】
前記第２デバイスがオゾン分解を実施するために配置および適用される、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項７】
前記制御システムが、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０秒毎に、前記第２デバイスまたは前記質量分析計のいずれかを、前記第１と第２の操作モードの間で切り替えるために配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項８】
前記第１デバイスが液体クロマトグラフィーまたはキャピラリー電気泳動デバイスを備える、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項９】
前記第２デバイスが、
（ｉ）複数の電極を備え、各電極がアパーチャを備えるかまたはイオンガイド領域を形成することにより使用時にイオンがそこを通って送られるイオントンネルまたはイオンファンネルデバイスと、
（ｉｉ）多極ロッドセットデバイス、または
（ｉｉｉ）平面上に配置された複数の平面電極であって、イオンが概ね前記デバイスを通って送られる平面電極からなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１０】
前記第２デバイスが複数の電極を備え、１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が前記電極に印加される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１１】
前記第１の操作モードにおいて、前記制御システムが、前記第２デバイス内での親イオンまたは前駆体イオンの平均残留時間がＴ１となるよう前記１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が前記電極に印加される振幅および／または速度を設定するために配置および適用され、
前記第２の操作モードにおいて、前記制御システムが、前記第２デバイス内での親イオンまたは前駆体イオンの平均残留時間がＴ２となるよう前記１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が前記電極に印加される振幅および／または速度を設定するために配置および適用され、
Ｔ２＜Ｔ１である、請求項１０に記載の質量分析計。
【請求項１２】
前記制御システムが、
（ｉ）前記第１の操作モードにおいて前記第２デバイス中で反応させられ、前記第２デバイスから出射する親イオンまたは前駆体イオンが前記質量分析器により質量分析されて第１質量スペクトルまたは第１質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉ）前記第２の操作モードにおいて前記第２デバイス中で反応させられずに前記第２デバイスから出射する親イオンまたは前駆体イオンが前記質量分析器により質量分析されて第２質量スペクトルまたは第２質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉｉ）前記第１質量スペクトルまたは第１の質量スペクトルデータを前記第２質量スペクトルまたは前記第２質量スペクトルデータと比較するという目的で配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１３】
前記第２デバイスの下流に配置されたフラグメンテーションデバイスをさらに備え、前記フラグメンテーションデバイスが、前記第１の操作モードおよび／または前記第２の操作モードにおいて、前記第２デバイスから出射するイオンを断片化するために配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１４】
前記フラグメンテーションデバイスが、電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーションデバイス、電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーションデバイス、または衝突誘発解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイスを備える、請求項１３に記載の質量分析計。
【請求項１５】
前記制御システムが、
（ｉ）前記フラグメンテーションデバイスから出射する重水素化フラグメントイオンが前記質量分析器により質量分析されて第３質量スペクトルまたは第３質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉ）前記フラグメンテーションデバイスから出射する非重水素化フラグメントイオンが前記質量分析器により質量分析されて第４質量スペクトルまたは第４質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉｉ）前記第３質量スペクトルまたは前記第３質量スペクトルデータを前記第４質量スペクトルまたは前記第４質量スペクトルデータと比較することを目的として配置および適用される、請求項１３または１４に記載の質量分析計。
【請求項１６】
前記制御システムが、
（ｉ）重水素化親イオンまたは重水素化前駆体イオンを、ＬＣ溶出時間および／またはイオン移動度ドリフト時間に基づいて、対応する非重水素化親イオンまたは非重水素化前駆体イオンと相関させる、および／または、
（ｉｉ）重水素化フラグメントイオンおよび／または非重水素化フラグメントイオンを、ＬＣ溶出時間および／またはイオン移動度ドリフト時間に基づいて、対応する重水素化親イオンもしくは重水素化前駆体イオンおよび／または非重水素化親イオンもしくは非重水素化前駆体イオンと相関させることを目的として配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１７】
第１デバイス中でイオンを分離し、
前記第１デバイスの下流に配置された第２デバイス中で前記イオンに対し気相イオンニュートラル反応を実施し、
前記イオンを質量分析する質量分析法であって、
前記方法においてさらに、
第１の操作モードと第２の操作モードとの間で前記第２デバイスを自動的に何度も切り替えることを特徴とする質量分析法であって、前記第１の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記第２デバイス内で反応させられ、前記第２の操作モードにおいて、反応する親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになることを特徴とする質量分析法。
【請求項１８】
第１デバイス中でイオンを分離し、
前記第１デバイスの下流に配置された第２デバイスで前記イオンに対し気相イオンニュートラル反応を実施し、
前記イオンを質量分析する質量分析法であって、
前記方法においてさらに、
第１の操作モードと第２の操作モードとの間で前記質量分析計を自動的に何度も切り替えることを特徴とする質量分析法であって、前記第１の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記第２デバイス内で反応させられ、前記第２の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンが前記第２デバイスを迂回させられることを特徴とする質量分析法。
【請求項１９】
前記第１の操作モードと前記第２の操作モードとの間を、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０秒毎に切り替えることをさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
気相イオンニュートラル反応デバイスと、
前記気相イオンニュートラル反応デバイスを制御するための制御システムとを備えた質量分析計であり、
第１の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に長い平均残留時間Ｔ１を持つよう配置され、前記第２の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に短いかまたはゼロの残留時間Ｔ２を持つよう配置されるように、前記気相イオンニュートラル反応デバイス内でイオンの残留時間を自動的に何度も変化させることを目的として、前記制御システムが配置および適用されることを特徴とする質量分析計。
【請求項２１】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスが水素−重水素交換デバイスを備える、請求項２０に記載の質量分析計。
【請求項２２】
前記第１の操作モードにおいて前記イオンが重水素化され、前記第２の操作モードにおいて前記イオンが非重水素化されたままである、請求項２１に記載の質量分析計。
【請求項２３】
前記制御システムが、前記第１の操作モードと前記第２の操作モードとの間を少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０秒毎に切り替えるために配置および適用される、請求項２０、２１、または２２に記載の質量分析計。
【請求項２４】
気相イオンニュートラル反応デバイス中で気相イオンニュートラル反応をイオンに対し実施することを含む質量分析法であり、
前記方法においてさらに、
第１の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に長い平均残留時間Ｔ１を持つよう配置され、前記第２の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応内で相対的に短いかまたはゼロの平均残留時間Ｔ２を持つよう配置されるように、前記気相イオンニュートラル反応デバイス内でのイオンの残留時間を自動的に何度も変化させる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】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年１２月９日に出願された米国暫定特許出願番号第６１／４２１３７７号および２０１０年１１月１６日に出願された英国特許出願第１０１９３３７．３号に対する優先権および恩恵を請求する。これらの出願の全内容を、参照のためここで記載している。
【背景技術】
【０００２】
本願は、質量分析計および質量分析法に関する。
【０００３】
生体分子（タンパク質およびペプチドを含む）の立体配座は、分子内非共有相互作用に非常に左右される。このような相互作用は、分子レベルで、生体分子の機能を制御する生物学的プロセス（分子の認識、調節、移送等）の大部分を決定する。
【０００４】
生体分子を投薬治療法として用いることへの関心が高まるにつれて、品質管理として、合成された生体分子が成分の観点から適切であるというだけではなく立体配座または形状の観点からも適切であることを判断する必要性が高まってきている。
【０００５】
Anal. Chem. 2009, 81, 10019-10028（非特許文献１）は、進行波イオンガイドにおける気相水素／重水素交換を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Anal. Chem. 2009, 81, 10019-10028
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
改良型の質量分析計および質量分析法の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態によると、
イオン分離用の第１デバイスと、
気相イオンニュートラル反応を実施するために第１デバイスの下流に配置された第２デバイスと、
第２デバイスを制御するための制御システムと、
質量分析器とを備えた質量分析計であって、
制御システムが、第２デバイスを第１の操作モードと第２の操作モードとの間で自動的に何度も切り替えるために配置および適用され、第１の操作モードにおいて親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が第２デバイス内で反応させられ、第２の操作モードにおいて、反応させられる親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになることを特徴とする質量分析計が提供される。
【０００９】
本発明の別の一形態によると、
イオン分離用の第１デバイスと、
気相イオンニュートラル反応を実施するために第１デバイスの下流に配置された第２デバイスと、
第２デバイスを制御するための制御システムと、
質量分析器とを備えた質量分析計であって、
制御システムが、質量分析計を、第１の操作モードと第２の操作モードとの間で自動的に何度も切り替えるために配置および適用され、第１の操作モードにおいて親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が第２デバイス内で反応させられ、第２の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンが第２デバイスを迂回させられることを特徴とする質量分析計が提供される。
【００１０】
第２デバイスは、気相水素−重水素交換を実施するために配置および適用されるのが好ましい。
【００１１】
第１の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が第２デバイス内で重水素化され、第２の操作モードにおいて、重水素化される親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになるのが好ましい。
【００１２】
質量分析計が、第２デバイスに試薬ガスまたは蒸気を供給するためのデバイスをさらに備え、試薬ガスまたは蒸気が（ｉ）重水素化アンモニアまたはＮＤ3、（ｉｉ）重水素化メタノールまたはＣＤ3ＯＤ、（ｉｉｉ）重水素化水またはＤ2Ｏ、および（ｉｖ）重水素化硫化水素またはＤ2Ｓからなる群から選択されるのが好ましい。
【００１３】
第２デバイスが、オゾン分解を実施するために配置および適用されてもよい。
【００１４】
制御システムが、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０秒毎に、第２デバイスまたは質量分析計のいずれかを、第１と第２の操作モードの間で切り替えるために配置および適用されるのが好ましい。
【００１５】
第１デバイスが、液体クロマトグラフィーまたはキャピラリー電気泳動デバイスを備えていてもよい。
【００１６】
第２デバイスが、
（ｉ）複数の電極を備え、各電極がアパーチャを備えるかまたはイオンガイド領域を形成することにより使用時にイオンがそこを通って送られるイオントンネルまたはイオンファンネルデバイス、
（ｉｉ）多極ロッドセットデバイス、または
（ｉｉｉ）平面上に配置された複数の平面電極であって、イオンが概ねデバイスを通って送られる平面電極からなる群から選択されてもよい。
【００１７】
第２デバイスが複数の電極を備え、１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が前記電極に印加されてもよい。
【００１８】
１実施態様によると、第１の操作モードにおいて、制御システムが、第２デバイス内での親イオンまたは前駆体イオンの平均残留時間がＴ１となるよう１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が電極に印加される振幅および／または速度を設定するために配置および適用され、
第２の操作モードにおいて、制御システムが、第２デバイス内での親イオンまたは前駆体イオンの平均残留時間がＴ２となるよう１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が電極に印加される振幅および／または速度を設定するために配置および適用され、
Ｔ２＜Ｔ１であってもよい。
【００１９】
制御システムが、
（ｉ）第１の操作モードにおいて第２デバイス中で反応させられ、第２デバイスから出射する親イオンまたは前駆体イオンが質量分析器により質量分析されて第１質量スペクトルまたは第１質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉ）第２の操作モードにおいて第２デバイス中で反応させられずに第２デバイスから出射する親イオンまたは前駆体イオンが質量分析器により質量分析されて第２質量スペクトルまたは第２質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉｉ）第１質量スペクトルまたは第１の質量スペクトルデータを第２質量スペクトルまたは第２質量スペクトルデータと比較するという目的で配置および適用されるのが好ましい。
【００２０】
質量分析計が、第２デバイスの下流に配置されたフラグメンテーションデバイスをさらに備え、フラグメンテーションデバイスが、第１の操作モードおよび／または第２の操作モードにおいて、第２デバイスから出射するイオンを断片化するために配置および適用されるのであってもよい。
【００２１】
フラグメンテーションデバイスが、電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーションデバイス、電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーションデバイス、または衝突誘発解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイスを備えていてもよい。
【００２２】
制御システムが、
（ｉ）フラグメンテーションデバイスから出射する重水素化フラグメントイオンが質量分析器により質量分析されて第３質量スペクトルまたは第３質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉ）フラグメンテーションデバイスから出射する非重水素化（重水素化されていない）フラグメントイオンが質量分析器により質量分析されて第４質量スペクトルまたは第４質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉｉ）第３質量スペクトルまたは第３質量スペクトルデータを第４質量スペクトルまたは第４質量スペクトルデータと比較することを目的として配置および適用されるのが好ましい。
【００２３】
制御システムが、
（ｉ）重水素化親イオンまたは重水素化前駆体イオンを、ＬＣ溶出時間および／またはイオン移動度ドリフト時間に基づいて、対応する非重水素化親イオンまたは非重水素化前駆体イオンと相関させる、および／または、
（ｉｉ）重水素化フラグメントイオンおよび／または非重水素化フラグメントイオンを、ＬＣ溶出時間および／またはイオン移動度ドリフト時間に基づいて、対応する重水素化親イオンもしくは重水素化前駆体イオンおよび／または非重水素化親イオンもしくは非重水素化前駆体イオンと相関させることを目的として配置および適用されるのが好ましい。
【００２４】
本発明の一形態によると、
第１デバイス中でイオンを分離し、
第１デバイスの下流に配置された第２デバイス中で前記イオンに対し気相イオンニュートラル反応を実施し、
イオンを質量分析する質量分析法であって、
同方法においてさらに、
第１の操作モードと第２の操作モードとの間で第２デバイスを自動的に何度も切り替えることを特徴とする質量分析法であって、第１の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が第２デバイス内で反応させられ、第２の操作モードにおいて、反応する親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになる質量分析法が提供される。
【００２５】
本発明の一形態によると、
第１デバイス中でイオンを分離し、
第１デバイスの下流に配置された第２デバイス中で前記イオンに対し気相イオンニュートラル反応を実施し、
イオンを質量分析する質量分析法であって、
同方法においてさらに、
第１の操作モードと第２の操作モードとの間で質量分析計を自動的に何度も切り替えることを特徴とする質量分析法であって、第１の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が第２デバイス内で反応させられ、第２の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンが第２デバイスを迂回させられる質量分析法が提供される。
【００２６】
同方法においてさらに、第１の操作モードと第２の操作モードとの間を、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０秒毎に切り替えるのが好ましい。
【００２７】
本発明の一形態によると、
気相イオンニュートラル反応デバイスと、
気相イオンニュートラル反応デバイスを制御するための制御システムとを備えた質量分析計であり、
第１の操作モードにおいてイオンが気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に長い平均残留時間Ｔ１を持つよう配置され、第２の操作モードにおいてイオンが気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に短いかまたはゼロの残留時間Ｔ２を持つよう配置されるように、気相イオンニュートラル反応デバイス内でイオンの残留時間を自動的に何度も変化させることを目的として、制御システムが配置および適用される質量分析計が提供される。
【００２８】
気相イオンニュートラル反応デバイスが水素−重水素交換デバイスまたはオゾン分解デバイスを備えるのが好ましい。
【００２９】
第１の操作モードにおいてイオンが重水素化され、第２の操作モードにおいてイオンが非重水素化されたままであるのが好ましい。
【００３０】
制御システムが、第１の操作モードと第２の操作モードとの間を少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０秒毎に切り替えるために配置および適用されるのが好ましい。
【００３１】
本発明の一形態によると、
気相イオンニュートラル反応デバイス中で気相イオンニュートラル反応をイオンに対し実施することを含む質量分析法であり、
方法においてさらに、
第１の操作モードにおいてイオンが気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に長い平均残留時間Ｔ１を持つよう配置され、第２の操作モードにおいてイオンが気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に短いかまたはゼロの平均残留時間Ｔ２を持つよう配置されるように、気相イオンニュートラル反応内でのイオンの残留時間を自動的に何度も変化させる質量分析法が提供される。
【００３２】
水素−重水素交換は、共有結合した水素原子が重水素原子に置換される化学反応である。
【００３３】
好ましい実施態様によると、ＬＣまたはその他の分離デバイス（例えばイオン移動度分離器）を質量分析計に連結し、スペクトル対スペクトルベースで(on a spectrum to spectrum basis)非交換および水素／重水素交換条件を交代させながら、「ＭＳE」等の「ショットガン」技術に類似の方法で、正確な保持時間（またはドリフト時間）測定を用いるのが好ましい。それにより、多数の親イオンまたは前駆体イオンが同時に断片化され、それらのプロダクトイオンが記録される。
【００３４】
水素／重水素交換を施されたプロダクトイオンは、自身のＬＣ溶出（および／またはイオン移動度ドリフト）時間の配列の近似性(closeness of alignment)に応じて、対応する親イオンまたは前駆体イオンと関連するのが好ましい。好ましい実施態様によれば、水素／重水素交換データのデコンボリューションを大幅に簡略化してもよい。というのは、水素／重水素交換済みの交換イオンは、自身の対応する前駆体イオンまたは親イオンと同じかまたは略同様の保持（ドリフト）時間を共用するものだからである。水素／重水素交換を用いて親イオンまたは前駆体イオンを修飾するのみならず、前駆体イオンまたは親イオンおよび水素／重水素交換プロダクトイオンをさらに解離してもよい。
【００３５】
衝突誘発解離（「ＣＩＤ」）がいわゆる「スクランブリング」を誘発し、それによって、ＣＩＤプロセスの最中に、親イオンまたは前駆体イオンの水素原子と交換された重水素原子が、ＣＩＤプロセスの結果起こるイオンの「発熱」によって「可動性」になることは知られている。その結果、前駆体イオンの表面または長さ方向に沿っての重水素原子のポジション／ロケーションが変化することもある。最近の仮説では、電子移動解離（「ＥＴＤ」）に関連する低エネルギープロセスがこの制限を受けることが無いため、交換された重水素原子のロケーションが固定されたままになるとされる。したがって、ＥＴＤは特に有効であると考えられている。というのも、交換されたイオンのロケーションの判断が可能になり、分析生体分子（および／またはタンパク質もしくはペプチド）の立体配座についての診断に一層役立つからである。しかしそれでも、ＣＩＤを用いて作成されたデータは、指紋およびその他の分析については今でも有用である。
【００３６】
好ましい実施態様は、質量分析計内で気相水素−重水素交換（ＨＤｘ）を活用しての生体分子、タンパク質およびペプチド立体配座の判断を改善可能なＬＣ  ＭＳデータの取得を著しく向上させる方法に関する。正確な保持時間測定を利用しスペクトル対スペクトルベースで非交換条件と交換条件を交替させることにより、水素／重水素交換データのデコンボリューションが非常に簡略化される。というのも、ショットガン技術に類似の方法においては、いずれの交換イオンも、自身の前駆体イオンと溶出時間が共通するからである。その上、交互スキャン上のフラグメンテーションと連結させると、生体分子、タンパク質またはペプチド上の交換／暴露水素原子のロケーションの判断が一層容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明の様々な実施態様を、図面を参照しつつ実施例に基づいて以下に記す。
【図１】図１は、分離デバイス、分離デバイスの下流に配置された水素−重水素交換デバイス、および、水素−重水素交換デバイスの下流に配置された質量分析器を含む本発明の一実施態様を示す。
【図２】図２は、分離デバイス、分離デバイスの下流に配置された水素−重水素交換デバイス、水素−重水素交換デバイスの下流に配置されたフラグメンテーションデバイス、および、フラグメンテーションデバイスの下流に配置された質量分析器を含む本発明の一実施態様を示す。
【図３】図３は、分離デバイス、水素−重水素交換デバイス、マルチモードＨＤｘデバイス（ＨＤｘ、ＥＴＤ、ＣＩＤのいずれかの操作モードで操作可能）、ＩＭＳデバイス（ＩＭＳ、ＣＩＤまたはイオンガイドのいずれかの操作モードで操作可能）、さらに別のマルチモードＨＤｘデバイス（ＨＤｘ、ＥＴＤ、またはＣＩＤのいずれかの操作モードで操作可能）、および質量分析器を含む、本発明の実施態様を示す。
【図４】図４は、水素−重水素交換データを得るのに用いられた修正型四重極飛行時間型質量分析器を示す。
【図５】図５Ａは、親イオンが水素−重水素交換されなかった時の、質量電荷比が４３２．９である親イオンの質量スペクトルを示す。図５Ｂは質量スペクトルを示すものであり、ここでは、進行波電圧をイオンガイドの電極に印加することによって、重水素化アンモニアを含むイオンガイドを介して親イオンを並進させ、また、進行波電圧の速度およびパルス高さを、親イオンの残留時間が相対的に短くなるよう設定した。そして、図５Ｃは、対応する質量スペクトルを示すものであり、ここでは、親イオンの残留時間が相対的に長くなるよう進行波電圧の振幅をゼロまで低減させた。
【図６】図６Ａは、非重水素化親イオンの再構成質量クロマトグラムを示し、図６Ｂは、対応する重水素化水素／重水素交換種イオンの再構成質量クロマトグラムを示すものである。ここでは、イオンガイドに印加された進行波電圧の振幅を、２スキャン毎にゼロまで低減させた。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、分離デバイス１、分離デバイス１の下流に配置された水素−重水素交換デバイス２、および水素−重水素交換デバイス２の下流に配置された質量分析器３を含む、本発明の好ましい実施例の概略図である。分離デバイス１が、サンプルをイオン化しイオンを質量分析計に導入するための手段を備えるのが好ましい。水素−重水素交換デバイス２が、気相水素−重水素交換を実施できるのが好ましく、水素−重水素交換を可能および不可能にする手段を持つのが好ましい。例えば、好ましい実施態様によれば、水素−重水素交換デバイス２が、複数の電極を備えたイオントンネルイオンガイドを備えていてもよく、それらの電極はそれぞれアパーチャを持ち、使用時にはイオンがそのアパーチャを通って送られる。１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ電圧波形を、水素−重水素交換デバイス２の電極に印加してもよい。水素−重水素交換の発生を可能および／または不可能にできるように、進行波電圧の振幅および／または速度を制御してもよい。分析型質量分析器３を、水素−重水素交換デバイス２の下流に設けるのが好ましい。
【００３９】
好ましい実施態様では、分離デバイス１はＬＣまたはナノＬＣシステムを備えるのが好ましく、また、ＥＳＩ／ナノまたはＥＳＩイオン源および大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）注入口(inlet)を含むのが好ましい。別の実施態様では、分離デバイス１がイオン移動度分離器を備えてもよい。別のさほど好ましくない実施態様では、分離デバイス１が四重極質量分析器または線形イオントラップを備えていてもよい。それ以外のさほど好ましくない分離テクニックであっても、除外されない。
【００４０】
好ましい実施態様では、水素／重水素交換が水素−重水素交換デバイス２内で実施されるのが好ましい。同デバイスは、複数の電極を備えた積層リングイオンガイドを備え、それらの電極がそれぞれアパーチャを持ち、使用時にはイオンがそのアパーチャを通して送られる。イオンガイドの長さの少なくとも一部に沿ってイオンを進ませる目的で、進行波または１つもしくは複数の過渡ＤＣ電圧もしくは過渡ＤＣ波形が、積層リングイオンガイドの電極に印加されるのが好ましい。３００ｍ／ｓのデフォルト進行波速度を用いて相対的に高いイオンパルス（例えば５〜１０Ｖ）を電極に印加する時に、イオンが進行波の頂点を超えて転がらないようにするのが好ましい。その結果、イオンガイド内部でのイオン残留時間が相対的に短くなるので、イオンガイド内での水素−重水素交換が効果的に不可能になる。なぜなら、イオン残留時間が短すぎて水素−重水素交換が起こらないからである。
【００４１】
一実施態様によると、進行波の振幅を低減させて相対的に低い電圧（例えば≦０．２Ｖまたは０Ｖ）にすることによって、水素／重水素交換を可能にしてもよい。この結果、進行波電圧を効果的にＯＦＦに切り替えられるため、イオン残留時間が増加して水素−重水素交換が起こり得るようになる。
【００４２】
別の実施態様によると、進行波の振幅を一定に保ち、進行波の速度を制御することによって水素−重水素交換を制御してもよい。たとえば、進行波の振幅を中間レベルに設定しパルス速度を非常に高く設定すれば（例えば６００ｍ／ｓ〜１０００ｍ／ｓ）、イオンが簡単に進行波を超えて転がるかもしれない。その結果、イオン残留時間はその後相対的に長くなり水素−重水素交換が可能になる。パルス速度を相対的に遅く（例えば８０ｍ／ｓ〜３００ｍ／ｓ）設定することによって、水素−重水素交換を不可能にしてもよい。パルス速度が低めであると、イオンが進行波に捕獲されイオンガイドの長さに沿って進ませられるかもしれない。結果的に、イオン残留時間が相対的に短くなり水素−重水素交換が不可能になるのが好ましい。
【００４３】
別のさほど好ましくない実施態様によると、水素／重水素交換をイオンガイド内で実施し、デバイス内を通過するイオンの残留時間を他の方法で制御してもよい。
【００４４】
一実施態様によると、水素−重水素交換デバイスが、分割式多極デバイスを備えていてもよく、軸性駆動場(axial driving field)（ＤＣまたは擬似ポテンシャル）を、イオンガイドの長さに沿ってかつイオンガイドを通ってイオンを進ませるのに用いてもよい。
【００４５】
好ましい実施態様では、ＮＤ3、ＣＤ3ＯＤ、Ｄ2Ｏ、またはＤ2Ｓのような水素／重水素交換試薬ガスまたは蒸気を、イオンガイドまたは水素−重水素交換デバイス内に提供してもよい。
【００４６】
好ましい実施態様では、分析型質量分析器３が、飛行時間分析器またはフーリエ変換静電気トラップ（オービトラップ(Orbitrap)（ＲＴＭ）等）を備えていてもよい。別のさほど好ましくない実施態様では、他のタイプの質量分析器を用いてもよい。
【００４７】
好ましい実施態様では、交互(alternate)質量スペクトルが取得されるのが好ましい。その場合、水素／重水素交換デバイス２が、操作の交換および非交換モード間でＯＮおよびＯＦＦ切り替えされるよう配置されているのが好ましい。そうして得られる質量スペクトルは、それらの溶出プロフィルを用いてデコンボリューションされるのが好ましい。
【００４８】
一実施態様では、水素−重水素交換プロダクトイオンを対応する前駆体イオンまたは親イオンと調和させる(match)プロセスを自動化および改良する目的で、「ベイズスプレー(BayesSpray)」のようなコンピュータアルゴリズムを用いてデコンボリューションを実施してもよい。そのアルゴリズムは以前から用いられており、前駆体分析物およびＭＳ／ＭＳフラグメントの複合混合物(complex mixture)のデコンボリューションに特に適している。
【００４９】
ベイズスプレーは、質量測定データ用のベイジャン・マルコフ連鎖モンテカルロ(Bayesian Markov chain Monte Carlo)デコンボリューションアルゴリズムであり、そのアルゴリズムは２０１０年５月２１日に出願された英国特許１００８５４２．１に記載されており、その内容は本願中に挿入されている。ピークの各同位体クラスターについて、各重水素化レベルと関連した全信号が再構成されるため、データが非常に簡潔になっている。クロマトグラフ保持時間に基づいて前駆体イオンまたは親イオンをプロダクトイオンに関連付けることによって、重水素吸収度が直接的に表される。このデコンボリューションの自動化プロセスを、前駆体イオンまたは親イオンの特徴リスト（または「指紋」）および各前駆体イオンまたは親イオンの重水素化のパターンを生成するのに用いるのが好ましい。加えて、各前駆体イオンまたは親イオンの重水素化度も記録される。ベイズスプレーに対する様々な水素／重水素交換個別修正(specific modification)（重水素化の直接モデリングを含む）により、デコンボリューションの速度および／または固定されたプロセシング時間で得られる結果の品質を改良することが可能になる。
【００５０】
別の実施態様では、他のデコンボリューション技術を用いてもよい。
【００５１】
図２は、本発明の別の実施態様の概略を示すものであり、フラグメンテーションデバイス４が水素−重水素交換デバイス２の下流かつ質量分析器３の上流に設けられている。フラグメンテーションデバイス４が電子移動解離（「ＥＴＤ」または「ｎＥＴＤ」）デバイスあるいはそれ程好ましくはないが電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）デバイスを備えていてもよい。別の実施態様では、フラグメンテーションデバイス４が衝突誘発解離（「ＣＩＤ」）デバイスを備えていてもよい。好ましい実施態様では、ＥＴＤまたはＣＩＤを、例えばＷＯ２００９／０６６０８９に記載されているような進行波使用可能(enabled)積層リングイオンガイド内で実施してもよい。別のさほど好ましくない実施態様では、フラグメンテーションを、多極イオンガイド等の交流型(alternative type)イオンガイドで誘発してもよい。
【００５２】
同システムは、以下の４つのスペクトルサイクルを有するのが好ましい。それらは、（ｉ）親イオンスキャン、すなわち水素／重水素交換不可、フラグメンテーション不可；（ｉｉ）重水素化親イオンスキャン、すなわち水素／重水素交換可能、フラグメンテーション不可；（ｉｉｉ）フラグメントイオンスキャン、すなわち水素／重水素交換不可、フラグメンテーション可能；および、（ｉｖ）重水素化フラグメントイオンスキャン、すなわち水素／重水素交換可能、フラグメンテーション可能、である。そうして得られた質量スペクトルをデコンボリューションするのが好ましく、フラグメントイオンをそれ自体の溶出プロフィルを用いて前駆体イオンまたは親イオンに割り当てるのが好ましい。
【００５３】
本発明のさらなる実施態様が図３に示されている。その実施態様は、マルチモードイオン移動度分離器デバイス６のいずれかの側に配置された２つのマルチモードＨＤｘデバイス５により、先の実施態様を拡大したものである。
【００５４】
マルチモードＨＤｘデバイス５は、水素−重水素交換デバイス、ＥＴＤデバイスまたはＣＩＤデバイスとして操作可能なイオンガイドを備えるのが好ましい。
【００５５】
マルチモードイオン移動度分離器デバイス６は、イオン移動度分離器、ＣＩＤフレグメンテーションデバイスまたはイオンガイドとして操作可能なイオンガイドを備えるのが好ましい。
【００５６】
好ましい実施態様では、２つのマルチモードＨＤｘデバイス５および／またはイオン移動度分離器デバイス６が進行波使用可能積層リングイオンガイドを備えているが、形状寸法はこれに限定されない。一実施態様では、ＨＤｘを水素−重水素交換デバイス２で実施してもよく、その後、第１マルチモードＨＤｘデバイス５でＥＴＤを、その後イオン移動度分離デバイス６でイオン移動度分離（「ＩＭＳ」）を、その後に第２マルチモードＨＤｘデバイス５でＣＩＤを実施する。デコンボリューションは、ＬＣ保持時間およびイオン移動度ドリフト時間に基づいて実施されるのが好ましい。
【００５７】
当業者であれば、本発明の権利範囲を狭めることなく他の有効な形状寸法を考案するであろうことは明らかである。
【００５８】
図４に示すような修正型ウォーターズ・シナプト(Waters Synapt)（ＲＴＭ）混成型四重極飛行時間型質量分析計での実験データが生成された。質量分析計は、分析物スプレー４１、ロックスプレー・バッフル(lockspray baffle)４２およびロックマス・レファレンス・スプレー(lockmass reference spray)４３を備える。イオンは遮断弁および着脱式サンプルコーン(removable sample cone)４４を通過して、オイルフリー・スクロールポンプ４５により排気された真空チャンバに入る。イオンはその後、空冷式ターボモレキュラポンプによって排気された下流の真空チャンバ内に設けられたＴ波イオンガイド４６を通過する。イオンはその後、四重極４７およびダイナミックレンジ増大（「ＤＲＥ」）レンズ４８を内蔵した下流の真空チャンバに入る。この真空チャンバも、空冷式ターボモレキュラポンプによって排気されている。イオンはその後、Ｔ波トラップ４９、Ｔ波イオン移動度分離器（「ＩＭＳ」）デバイス５１を内蔵したイオンゲート５０および、下流Ｔ波移動イオンガイド５２を有するさらに別の真空チャンバに入る。この真空チャンバも、空冷式ターボモレキュラポンプによって排気されている。イオンはその後、アインツェルレンズ５３を内蔵した短い真空チャンバを通過する。その真空チャンバは空冷式ターボモレキュラポンプによって排気されている。イオンは最後に、飛行時間型質量分析器を内蔵し同様に空冷式ターボモレキュラポンプによって排気されている真空チャンバに到達する。イオンは、トランスファーレンズ５４を通過し、その後プッシャー電極５５によって直角に加速されて飛行時間ドリフト領域に入る。イオンは、レフレクトロン５６によって逆方向に反射され、イオン検出器５７に向かう。
【００５９】
同質量分析計は、完全に重水素化したアンモニア（ＮＤ3）を四重極ロッドセット質量フィルタ４７の上流に配置されたＴ波イオンガイド４６に導入できるようにするソースイオンガイド吸気口に接続された吸気口ニードル弁を追加することにより改良された。
【００６０】
重水素化アンモニアが進行波イオンガイド４６に導入されないようにニードル弁が閉鎖されたとき、進行波イオンガイド４６の圧力は１．４０×１０-3ｍｂａｒであった。
【００６１】
ＮＤ3が進行波イオンガイド４６に導入されたとき、進行波イオンガイド４６における表示圧力は、１．４２×１０-3ｍｂａｒであった。
【００６２】
アンジオテンシンI（Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu (Ｃ62Ｈ89Ｎ17Ｏ14))を、標準ＥＳＩプローブを用いてイオン化し、質量電荷比が４３２．９である三価(triply charged)前駆体イオンまたは親イオンを監視した。
【００６３】
正常状態下で（すなわち、ＮＤ3をソース進行波イオンガイド４６に導入せずに）アンジオテンシンIの質量スペクトルが得られた。これを図５Ａに示す。
【００６４】
図５Ｂは、対応する質量スペクトルを示す。この質量スペクトルは、ＮＤ3をソース進行波イオンガイド４６に導入し、イオンガイド４６に印加される進行波の進行波速度をパルス電圧高さ４．５Ｖで８６ｍ／ｓに設定することにより得られた。このパルス電圧高さでは、イオンが進行波イオンガイド４６を通って送られ、進行波イオンガイド４６内の残留時間が相対的に短くなった。結果的に、水素−重水素交換が効果的に不可能になった。
【００６５】
図５Ｃは、水素−重水素交換が効果的に可能になった場合に得られた、対応する質量スペクトルを示す。水素−重水素交換は、進行波イオンガイド４６に印加される進行波電圧のパルス高さを０Ｖまで低減させることにより可能になった。これは、進行波をＯＦＦに切り替え、それによって進行波イオンガイド４６（これは後に水素−重水素交換デバイスとして作動）内でのイオン残留時間を増加させる効果があった。
【００６６】
図５Ａ〜５Ｃを比較すると、図５Ｂからは、進行波のパルス高さが４．５Ｖと相対的に高いとき重水素の吸収が最小になることが明らかである。しかしながら、図５Ｃから明らかなように、水素−重水素交換の発生を可能にするために進行波を事実上ＯＦＦに切り替えたとき、反応または残留時間が増加して、その結果、平均９個の水素原子（３Ｄａシフト）が重水素と交換された。
【００６７】
図６Ａおよび６Ｂは、非重水素化および水素／重水素交換種の再構成質量クロマトグラムを示すものであって、それぞれ水素／重水素交換がスペクトル対スペクトルベースで(on a spectrum by spectrum basis)制御可能であることを示す。図６Ａおよび６Ｂにおいて、進行波パルス電圧は２スキャン毎に４．５Ｖ（水素−重水素交換不可）と０Ｖ（水素−重水素交換可能）の間で切り替えられた。
【００６８】
気相イオンが中性ガスと反応する水素−重水素交換との関連で好ましい実施態様を記載してきたが、本発明は、オゾン分解を含むそれ以外の気相イオンニュートラル反応もカバーすることを意図している。
【００６９】
＜ベイズスプレー(BayesSpray)＞
質量分析計は、タンパク質、ペプチド、オリゴヌクレオチド、ホスホペプチド、高分子およびフラグメントまたは質量分析計内で生じたこれらの生成物の混合物の同定、特徴付けならびに相対的および絶対的な定量化を含む多くの用途に用いることができる。現在これらの結果を作成する上で限界因子となっているものの１つが、質量分析計から生成された生データの分析、特に、複雑な質量スペクトル中に存在する種の分離(isolation)および質量測定である。
【００７０】
質量分析計によって生成されるデータは、イオン化プロセス、同位体の存在および個別の計器毎の特徴が原因で複雑化している。
質量分析計から生成される生データの分析目的で現在採用されている方法には、最大エントロピーデコンボリューションおよび極性逆転（通常は線型フィルタによる）に基づく様々な代数学的技術が含まれる。
【００７１】
データをデコンボリューションしようとすると、線型反転によって個々のピークがシャープになる(sharpen)が、これには、重複するピークを多く含む複合スペクトルの再構成を台無しにする「リンギング(ringing)」が引き起こされるという望ましくない副作用がある。ピークは互いに干渉し合い、リンギングは物理的にありえない負の強度領域を生成しがちになる。
【００７２】
最大エントロピー（"Disentangling electrospray spectra with maximum entropy", Rapid Communications in Mass Spectrometry, 6, 707-711参照）は、最適の「最高(best possible)」な結果を所定のデータから生成するために設計される非線形最大化反転(nonlinear maximisation inversion)である。分光測定法では、再構成された質量スペクトルＩ（Ｍ）の質の自然な測定(natural measure)がそのエントロピーである。
【００７３】
【数１】
2013545982.tif 000003
【００７４】
これは負数情報として、結果の清浄度を測定するものであり、その結果（対数による）はどこにおいても正数であって物理的に許容される。最大エントロピースペクトルＩMaxEnt以外の如何なるスペクトルＩ*も他の構造を持ち、定義上それはデータによって要求されなかったので、信頼性がない。
【００７５】
現代のプロフェッショナルの基準では、確率的（ベイズの定理ともいう）解析から生成される定量化エラーバーが要求される。最大エントロピー結果のどの部分が信頼できてどの部分が信頼できないとされるかを正確に理解するためには、「最良(the best)」だけではなく妥当な(plausible)範囲も必要である。不確実性の概算目的で、最大エントロピー結果をめぐる二次式が、何らかの具体的な性質の不確実性を定義していると思われるガウス近似を生じる。このアプローチは既に実践されているが、その展開には疑いがもたれている。
【００７６】
多くの現代の計器は、相応に大きな数Ｎの瓶までデジタル化され得る高解像スペクトルを生成する。計測の質の向上に伴って、Ｎが増加するので、特定の瓶での信号の割合が１／Ｎとして小さくなる。同様のことが、二次近似によって生成された分散についてもいえる。よって、最大エントロピー結果周辺のエラーバーの寸法は、平方根１／Ｎとして、よりゆっくりと減少する。局在瓶(local bin)で（３±１）パーセントとして無理なく正数でスタートした再構成信号は、１００倍の解析度(resolution)で（０．０３±０．１）パーセントになり、負数となる確率が無視できなくなる(with a substantial probability of being negative)。スペクトル全体にわたり、典型的な結果中に多くの負数が存在するであろうということが略確実になる。しかし、信号は正数であると想定されるので、考えられる典型的な結果のほとんど全てが、小さい数値についてはありえないということになる。
【００７７】
よって、二次近似は小さい数値では崩壊する。その場合は、エラーバーが明らかに不適切で、局在構造が適切に定量化されない。したがって、現代の計器性能およびアプリケーションに対応するために、厳密さ、パワーおよび柔軟性のある改良型デコンボリューション法が必要になってくる。
【００７８】
サンプルの少なくとも１つの特性を同定し特徴付ける方法が開示されている。その方法は、質量分析計を用いてサンプルから少なくとも１つのデータの測定スペクトルを生成し、そのデータの少なくとも１つの測定スペクトルをベイズの推論によってデコンボリューションすることによりデータの妥当なデコンボリューションスペクトルの族を生成し、データの妥当なデコンボリューションスペクトルの族から潜在的なスペクトルを推論し、データの潜在的なスペクトルを用いてサンプルの少なくとも１つの特性を同定および／または特徴付けるステップを含む。
【００７９】
同方法はまた、例えばデータの妥当なデコンボリューションスペクトルの族から、潜在的なデータスペクトルと関連した不確実性を同定するステップを含む。
【００８０】
デコンボリューションステップにおいて、追加的または選択的に、さらに事前(a prior)を割り当てる、例えば、１つまたは複数（例えば少なくとも２つ）のステップを含む処理手順を使用してもよい。その処理手順では、初めに全強度に対して事前を割り当ててから、例えばその事前を、特定の荷電状態に割り当てられている全強度の相対的割合を包含するよう修正する。
【００８１】
任意で、そのデコンボリューションステップが、入れ子サンプリング(nested sampling)技術の使用をさらに含むものであってもよい。
【００８２】
その工程において、例えばサンプルの少なくとも１つの特性を同定および／または特徴付ける目的で、同位体組成の予想比率を変化させることを含んでもよい。
【００８３】
同方法ではさらに、潜在的なデータスペクトルの少なくとも１つの特徴を、例えば公知のスペクトルのライブラリーと比較することによって、例えばサンプルの少なくとも１つの特性を同定および／または特徴付けることを含んでもよい。
【００８４】
また同方法では、潜在的なデータスペクトルの少なくとも１つの特徴を、例えば構成要素の候補と比較することによって、例えばサンプルの少なくとも１つの特性を同定および／または特徴付けることを含んでもよい。
【００８５】
デコンボリューションステップには、重点抽出法の使用が含まれる。
【００８６】
任意で、データの少なくとも１つの測定スペクトルがエレクトロスプレー質量スペクトルデータを含んでいてもよい。
【００８７】
さらに同方法において、データの少なくとも１つの測定スペクトルについての時間的分離性(temporal separation)を記録することを含んでもよく、および／またはデータの潜在的なスペクトルを、例えばその記録された時間的分離性を用いて、メモリ手段等に保存することを含んでもよい。
【００８８】
また同方法において、例えばデータの少なくとも１つの測定スペクトルに関する時間的分離性を記録し、記録された時間分離性を使用することによって、例えばサンプルの前記の、またはさらに別の少なくとも１つの特徴を同定および／または特徴付けることを含んでもよい。
【００８９】
サンプルを同定および／または特徴付けるためのシステムが開示されている。そのシステムは、サンプルからデータの少なくとも１つの測定スペクトルを生成するための質量分析計と、データのその少なくとも１つの測定スペクトルをベイズの推論によってデコンボリューションすることによってデータの妥当なデコンボリューションスペクトルの族を生成し、そのデータの妥当なデコンボリューションスペクトルの族からデータの潜在スペクトルを推論する目的で構成またはプログラミングまたは適用されるプロセッサとを備え、そのプロセッサはさらに、サンプルの少なくとも１つの特性を同定および／または特徴付けるために、データの潜在スペクトルを用いるよう構成またはプログラミングまたは適用されている。
【００９０】
同システムが、データの潜在的なスペクトルを保存するための第１のメモリ手段および／または公知のスペクトルのライブラリーが保存されている第２のメモリ手段をさらに含んでいてもよい。さらにプロセッサを、上記の方法を実行するために構成またはプログラミングまたは適用してもよい。
【００９１】
コンピュータプログラム要素が例えば、上記の方法を実践するための工程をプロセッサに実行させるための、コンピュータ読取可能なプログラムコード手段等を備えることが開示されている。
【００９２】
コンピュータプログラム要素が、コンピュータ読取可能な媒体に組み入れ(embody)てもよい。
【００９３】
プログラムが保存されているコンピュータ読取可能な媒体が開示されている。例えばそれによると、そのプログラムがコンピュータに対し、上記の方法を実践するためにある工程を実行させる。
【００９４】
上記のような方法を実行するのに適する、または実行するために特に適用された質量分析計、および／または上記のようなプログラム要素を含む、上記のようなコンピュータ読取可能な媒体が開示されている。
【００９５】
質量分析計を適用して上記のような質量分析計とするための改造キットが開示されている。同キットは、上記のようなプログラム要素および／または上記のようなコンピュータ読取可能な媒体を含んでいてもよい。
【００９６】
質量スペクトルデータのデコンボリューション用の方法および装置が提供されている。この方法においては、入れ子サンプリング技術を用いて実践されたベイズの推論を、改良型デコンボリューション質量スペクトルデータを生成する目的で用いるのが好ましい。
【００９７】
ベイズの推論は、不確実性を適宜考慮した上で、データ分析に対し標準確率微積分学を適用するものである。
【００９８】
ベイズの推論は、絶対的な解答を提供するものではない。代わりにデータは、我々の事前情報を調整して事後の結果とする。よいデータは事前の無知を無効にする上で十分に信頼性があるが、ノイズの多いデータまたは不完全なデータはそうではない。これを説明するためには、確率計算の規則は、あらゆる合理的な結果をも十分にカバーできる範囲にわたる事前確率分布の割り当てを必要とする。質量範囲（標的質量は必ずその中になければならない）が明記されているかもしれず、確実性は低いが、どれほどの数の標的質量が合理的であるかということについての情報を提供することも可能かもしれない。
【００９９】
事前情報は、データが取得される前に、標的のスペクトル（好ましい実施態様では親質量のスペクトル）が何であればよいのかについて、予測が表明できるよう十分詳細に明記されなければならない。確率分布を通じての標的Ｔの適切な範囲を以下に記す。
事前（Ｔ）＝標的Ｔの事前確率
これはベイズの用語では「事前(the prior)」として知られている。
【０１００】
どれほどの数の質量が提示されるかにもよるが、非常に多くの推定標的(possible target)が存在し、これらの質量およびそれに関連する強度について無数の異なる値を取ることが可能であろう。実用的な計測は通常、若干多めの検量線パラメータも持っており、それによっても標的の不確実性が増加する。それにもかかわらず、どのような提案標的（およびどのような提案検量線）に対しても、平均データ（擬似データとして知られる）が計算可能であるほどに計器が十分よくできていると仮定される。実際のデータはノイズが多く、擬似データに正確に適合することはないであろう。ノイズは推定される公知の計器特徴の一部であるため、実際のデータと擬似データとの間の不適合が生じ、実際のデータがどのようなものであったのかという確率を計算する必要が生じる。この確率は「尤度(likelihood)」として知られる。
尤度（Ｔ）＝確率（実際のデータＤ所定の提案標的Ｔ）
これは、ベイズの入力のもう半分である（あとの半分は事前）。
【０１０１】
確率微積分学の積法はその後、同時分布を呈する。
【０１０２】
【数２】
2013545982.tif 000004
【０１０３】
複雑なデータが存在する場合、代数学的な操作によって同時分布を処理する可能性は急速に無くなるので、必ずしも均一ではない重量ｗ1、ｗ2、…ｗnを伴う、概して数十個の妥当な標的Ｔ1、Ｔ2…Ｔnの集団として数値的に計算する必要がある。
【０１０４】
これらの加重された集団を生じる方法が必要である。これらの方法は、同時分布を提供することとなる。
【０１０５】
確率積法を用いて、逆のやり方でベイズの出力が得られる。
【０１０６】
【数３】
2013545982.tif 000005
【０１０７】
「証拠(evidence)」は、事前モデルが実際のデータをどれほど上手に予測し得たかを測定するものであり、それにより、代替案に対するモデルの質が査定される。それは、重量の合計として評価される。「事後(posterior)」は、標的が何であったかについての推論であり、通常はユーザの主な目的である。それは、相対的なｗによって加重された、妥当な標的の集合として評価される。
【０１０８】
同時分布は、よって、ベイズの推論の証拠および事後の双方(both halves)を含む。入れ子サンプリングは、この分布の計算の好ましい方法である。
【０１０９】
データを無視して事前のみからランダムサンプルを取ることは容易である。各サンプル標的は自身の尤度値を持つため、原則としては、ランダムプロポーザルを取ることによって高い尤度の良好な標的を発見することが可能であろう。問題は、選択肢が有りすぎることである。質量スペクトルが、それぞれ１００ｐｐｍに位置する１００本の線（１００００に１の精度）を持つと仮定する。１００００100＝１０400中たった１つの試行が正しい解答に到達するのである。１０400のサンプルを計算することは明らかに時間がかかりすぎであるため、非実用的である。
【０１１０】
この例は、事後が事前と比べて指数関数的に一層厳格(tighter)であることを証明するものである。データの各関連ビットは妥当な結果の数を半減させる(halve)ので、２の因数で圧縮する(compress)。関連ビットの数は（やや過剰な）データセットのサイズよりもかなり小さくなるであろうが、それでも何百または何千になるであろう。指数関数的な圧縮を成し遂げるために、事前から事後へ反復的に橋渡しを行う(bridge)ことが重要である。１つのステップをＯ（１）、例えば(say)２の因数によって、過度に非能率なことを行わずに圧縮可能であるので、要求される圧縮を、実行可能な数（例えば何百または何千）の反復で達成可能である。
【０１１１】
要求されるデコンボリューションが、エレクトロスプレー質量分析データのものであることが好ましい。この場合、そのデータは各標的質量に付随した変異荷電の存在により複雑化する。入れ子サンプリングにより、各親質量からの信号をどのように電荷全体に分布するかという余分な不確実性に直面しても、達成されるべき必要な確率計算が可能になる。
【０１１２】
入れ子サンプリング（"Nested sampling for general Bayesian computation", Journal of Bayesian Analysis, 1, 833-860 (2006)参照）は、大型で困難なアプリケーション用として特に設計された推論アルゴリズムである。質量分析では、反復が重要である。なぜなら、本質的にシングルパスアルゴリズムは、強度(intensities)が全て正数でなければならないとする非線形制約下ではスペクトルを推論することができないからである。入れ子サンプリング反復はデータから安定して規則正しく情報（負数エントロピーとしても知られる）を抽出し、より一層近接した適合(ever-closer fits)の質量スペクトルを生じる。
【０１１３】
最終的な「最大尤度」解(solution)を進める(proceed)ことが可能であっても、実際には、本質的に妥当かつデータに対して確率解析的に正しい(correct)適合をもたらすスペクトルの分布を定義する上で十分な情報を取得した時点で、アルゴリズムが止められる。結局、単一の解はどのようなものであっても若干変則的になるが、その一方で、プロフェッショナルとしての基準では、対応する不確実性の適切な推定値で結果を提供することが要求されており、それはその集合を通じて初めて達成可能である。
【０１１４】
入れ子サンプリングは原則として任意の尤度および任意の事前に対応できるが、それでも尚、適切な事前を選ぶほうが有利である（尤度関数は、装置のメーカーによって明記されているように応答によって固定されている）。割り当てられた事前が適切でない場合、そのデータは不必要に驚くべきものになるであろう。つまり、不必要に低い証拠値として現れ、それは結果的に、計算できないほど（おそらくは極端に）長くなる。
【０１１５】
とりわけエレクトロスプレーでは、適切でない事前を選ぶのは容易である。なぜなら、所定の質量Ｍが相当な範囲にわたり、おそらくは２００００の質量について１０〜２０の範囲のどこかで変化する電荷Ｚを担う可能性があるからである。擬似データを予測しなければならないため、この分布に関する事前が必要である。観察されたＭ／Ｚデータにおいて荷電状態が別々に出現したとすると、各荷電状態について別々の事前を割り当てるのが合理的かもしれない。例を以下に示す。
（Ｚ＝１０およびＺ＝１１および…Ｚ＝２０）の事前
＝（Ｚ＝１０の事前）×（Ｚ＝１１の事前）×…×（Ｚ＝２０の事前）
しかしながらその後、質量が低い全信号強度で出現する可能性は非常に低くなる。なぜなら、その合計を小さくしようとすれば、１１の強度のそれぞれを小さくする必要があるからである。このことは通常は予想されない。すなわち、現実のスペクトルは通常は多くの弱い信号を有するが、事前ではこのことは、非常に可能性が低いからである。よって、入れ子サンプリングは極端にゆっくりと進行し、実際には様々な誤答のどこかでフリーズする。
【０１１６】
信号強度用に２段階の事前を用いるほうがよい。まず、主事前(master prior)を全強度Ｉに割り当てる。一実施態様では、これがコーシーであってもよい。
【０１１７】
【数４】
2013545982.tif 000006
【０１１８】
全強度が固定されていると、荷電状態の副次的(subsidiary)事前が、特定の電荷に割り当てられた相対的割合の事前となる。一実施態様では、これが均一であってもよい。
（Ｚ＝１０およびＺ＝１１および…Ｚ＝２０所定のＩ）の事前＝定数
他の実施態様では、荷電状態信号は荷電により相関および／または加重され得る。このような種類の２段階事前により、アルゴリズムが不適切にフリーズすることはなくなる。
【０１１９】
入れ子サンプリングからの即時出力は、数十の典型的なスペクトルの集合であり、それぞれが親質量のリストの形態になっている。これらの質量は、電荷全体に渡って別々にかつ妥当に分布した強度を持つ。まさに（入れ子サンプリングのきっかけをつくった）統計力学のように、その集合を、揺らぎを伴う中間的な特性を定義する目的で用いることができる。このようにして、統計的不確実性を表す適切なエラーバーおよび各質量がそのデータとどのように関連するのかについての十分な知識でもって、入れ子サンプリングの結果をより改良し、確実に推論された質量のリストとすることができる。
【０１２０】
個々の親質量は、自らの同位体分布を伴うか、またはそれにより支配されてもよい。典型的なデコンボリューションでは、所定の質量Ｍの同位体組成は、平均的な化学組成によって定められた、ある種の比率パターンに固定される。
親：同位体♯１：同位体♯２：…
標準的な配置では、擬似データは試行用親質量から、この質量依存同位体分布でのコンボリューションによって生成され、拡張して荷電状態をカバーするようになり、最終的には計器のピーク形状により渦巻状になる(convolve)。
【０１２１】
質量スペクトルデータの分析を複雑にするもう１つの要因は、様々な自然発生的または人工的に導入される、分析対象の分子を含む元素の同位体変種の存在である。さらに、特定の組成物について仮想パターンからの逸脱が起こる可能性がある。これらは、確率因数がデータによりよく適合しようとする際に、間違った質量での調和アルテファクト(harmonic artefacts)を誘発する。配置によっては、以下の同位体の割合分布を用いてもよい。
（親、同位体♯１、同位体♯２、…）の事前
この分布は平均付近でピークを迎える必要があるが、またその一方で適切な柔軟性も有する。
【０１２２】
各データセットについて、同位体的に純粋な種に対応する計器のピーク形状の適切なモデルを用いることができる。例えば、最大値の半分(half maximum)での固定された全幅を、四重極データ用に用いてもよい。その一方で、固定計器解像度を、ＴＯＦデータ用に明記することも考えられる。
【０１２３】
さらなる配置では、計算の負荷を低減させるために「重要性抽出法」を用いて計算を再公式化してもよい。この統計的方法は、得られた結果の精度および忠実度を改善するという副次的効果を有する。当初の実施態様では、各親が自身の質量全体に渡って均一な事前を持ち、所定の尤度Lhood（Ｍ）が直接用いられる。
事前（Ｍ）＝フラット
もしこれが存在する唯一の質量であれば、この尤度が以下のような同時分布を生じる。
同時（Ｍ）＝事前（Ｍ）×尤度（Ｍ）
これは、最も単純な（単親）デコンボリューションを表す。
【０１２４】
しかし、任意密度については、以下のようにも記すことができる。
同時（Ｍ）＝密度（Ｍ）×（事前(Ｍ)×尤度／密度(Ｍ)）
事前から始めて尤度を適用する代わりに、新しい密度で始めて改良型尤度を適用することもできる。
改良（Ｍ）＝事前（Ｍ）×尤度（Ｍ）／密度（Ｍ）
もし、その密度が尤度から構造を除去して、それをさほど鮮鋭でも厄介でもない(less sharp and spiky)ものに修正すれば、計算の負荷が低減されるであろう。
【０１２５】
たまたま、手近に自然の密度がある。ほとんどの質量分析データは本質的に線形であるため、以下のようになる。
擬似データ＝（線形マトリックス）・（標的質量）
線形マトリックスを実データに対し逆に（その転置(transpose)として）印加すると、以下のような候補物質を生じる。
密度＝（線形マトリックスの転置）・（実データ）
この密度は、真の標的の二重にぼやけたバージョン(doubly-blurred version)、すなわち、計器内で多数の荷電状態によって一旦ぼやけさせ、転置により再度ぼやけさせたものである。それでも、解析の計算タスクは、フラットな事前を用いて白紙の状態から開始するよりもはるかに少なくて済むことが多い。そのようなプログラムは、より一層迅速かつ正確に実行される。
【０１２６】
別の配置では、デコンボリューションされているデータがＴＯＦ，クワドラポール(Quadrupole)、ＦＴＩＣＲ、オービトラップ、マグネティック・セクター(Magnetic sector)、３Ｄイオントラップ、または線形イオントラップ由来であってもよい。これらの例ではそれぞれ、ピーク形状と幅の適切なモデルを質量電荷比と強度との関数として用いる必要がある。
【０１２７】
さらなる配置では、解析されているデータが、ＥＳＩ、ＥＴＤ等からイオン源によって作られるイオンから生成されてもよい。
【０１２８】
これらの各例では、荷電状態の分布がその技術に特徴的である。例えば、ＭＡＬＤＩイオン化によって生成されるイオンは普通は個別に荷電され、一方でエレクトロスプレーは大型分子について広い範囲にわたる荷電状態の分布を生成する。
【０１２９】
さらに別の配置では、処理されているデータが、ＬＣ、ＧＣ、ＩＭＳ、ＣＥ、ＦＡＩＭＳもしくはその組み合わせまたはその他の適切な分離デバイスを含む群から選ばれる（それらに限定されない）分離デバイスを用いて分離された種に由来してもよい。このような場合はそれぞれ、余分な分析寸法(extra analytical dimensions)を超える分布は、上記のような荷電状態に対する分布と同様に処理される。
【０１３０】
またさらに別の配置では、解析されているデータが、タンパク質、ペプチド、オリゴヌクレオチド、炭水化物、ホスホペプチド、およびそのフラグメントまたはこれらの混合物を含むサンプルから生成されたものであってもよい。どの場合でも、採用されている１つまたは複数の同位体モデルは、分析中のサンプルの種類の組成を反映するものでなければならない。この実施態様の一部として、試行用質量を個々の分子タイプに割り当ててもよい。
【０１３１】
本発明は好ましい実施態様を参照して記載されているが、付随の請求項で説明されているような本発明の権利範囲から逸脱することなく形状および詳細において様々な変更がなされ得ることが、当業者には理解可能であろう。
【図１】
2013545982.tif 000007
【図２】
2013545982.tif 000008
【図３】
2013545982.tif 000009
【図４】
2013545982.tif 000010
【図５】
2013545982.tif 000011
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月10日(2013.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相イオンニュートラル反応デバイスと、
前記気相イオンニュートラル反応デバイスを制御するための制御システムとを備えた質量分析計であり、
第１の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に長い平均残留時間Ｔ１を持つよう配置され、前記第２の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に短いかまたはゼロの残留時間Ｔ２を持つよう配置されるように、前記気相イオンニュートラル反応デバイス内でイオンの残留時間を自動的に何度も変化させるために、前記制御システムが配置および適用され、
前記制御システムが、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９または１秒毎に、前記気相イオンニュートラル反応デバイスまたは前記質量分析計のいずれかを、前記第１および第２の操作モードの間で切り替えるために配置および適用されることを特徴とする質量分析計。
【請求項２】
前記第２の操作モードにおいて、親イオンまたは前駆体イオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイスを迂回させられる、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項３】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスが気相水素−重水素交換を実施するために配置および適用される、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項４】
前記第１の操作モードにおいて、前記親イオンまたは前駆体イオンの少なくとも一部が前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で重水素化され、前記第２の操作モードにおいて、重水素化される親イオンまたは前駆体イオンが実質的に希少かゼロになる、請求項３に記載の質量分析計。
【請求項５】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスに試薬ガスまたは蒸気を供給するためのデバイスをさらに備え、前記試薬ガスまたは蒸気が（ｉ）重水素化アンモニアまたはＮＤ3、（ｉｉ）重水素化メタノールまたはＣＤ3ＯＤ、（ｉｉｉ）重水素化水またはＤ2Ｏ、および（ｉｖ）重水素化硫化水素またはＤ2Ｓからなる群から選択される、請求項３または４に記載の質量分析計。
【請求項６】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスがオゾン分解を実施するために配置および適用される、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項７】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスが、
（ｉ）複数の電極を備え、各電極がアパーチャを備えるかまたはイオンガイド領域を形成することによりイオンが使用時にそこを通って送られるイオントンネルまたはイオンファンネルデバイスと、
（ｉｉ）多極ロッドセットデバイス、または
（ｉｉｉ）平面上に配置された複数の平面電極であって、イオンが概ね前記デバイスを通って送られる平面電極からなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項８】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスが複数の電極を備え、１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が前記電極に印加される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項９】
前記第１の操作モードにおいて、前記制御システムが、前記気相イオンニュートラル反応デバイス内での親イオンまたは前駆体イオンの平均残留時間がＴ１となるよう前記１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または過渡ＤＣ波形が前記電極に印加される振幅および／または速度を設定するために配置および適用され、
前記第２の操作モードにおいて、前記制御システムが、前記気相イオンニュートラル反応デバイス内での親イオンまたは前駆体イオンの平均残留時間がＴ２となるよう前記１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧または波形が前記電極に印加される振幅および／または速度を設定するために配置および適用され、
Ｔ２＜Ｔ１である、請求項８に記載の質量分析計。
【請求項１０】
前記制御システムが、
（ｉ）前記第１の操作モードにおいて前記気相イオンニュートラル反応デバイス中で反応させられ、前記気相イオンニュートラル反応デバイスから出射する親イオンまたは前駆体イオンが前記質量分析器により質量分析されて第１質量スペクトルまたは第１質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉ）前記第２の操作モードにおいて前記気相イオンニュートラル反応デバイス中で反応させられずに前記気相イオンニュートラル反応デバイスから出射する親イオンまたは前駆体イオンが前記質量分析器により質量分析されて第２質量スペクトルまたは第２質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉｉ）前記第１質量スペクトルまたは第１の質量スペクトルデータを前記第２質量スペクトルまたは前記第２質量スペクトルデータと比較するという目的で配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１１】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスの下流に配置されたフラグメンテーションデバイスをさらに備え、前記フラグメンテーションデバイスが、前記第１の操作モードおよび／または前記第２の操作モードにおいて、前記気相イオンニュートラル反応デバイスから出射するイオンを断片化するために配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１２】
前記フラグメンテーションデバイスが、電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーションデバイス、電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーションデバイス、または衝突誘発解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイスを備える、請求項１１に記載の質量分析計。
【請求項１３】
前記制御システムが、
（ｉ）前記フラグメンテーションデバイスから出射する重水素化フラグメントイオンが前記質量分析器により質量分析されて第３質量スペクトルまたは第３質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉ）前記フラグメンテーションデバイスから出射する非重水素化フラグメントイオンが前記質量分析器により質量分析されて第４質量スペクトルまたは第４質量スペクトルデータを形成するようにし、
（ｉｉｉ）前記第３質量スペクトルまたは前記第３質量スペクトルデータを前記第４質量スペクトルまたは前記第４質量スペクトルデータと比較することを目的として配置および適用される、請求項１１または１２に記載の質量分析計。
【請求項１４】
前記制御システムが、
（ｉ）重水素化親イオンまたは重水素化前駆体イオンを、ＬＣ溶出時間および／またはイオン移動度ドリフト時間に基づいて、対応する非重水素化親イオンまたは非重水素化前駆体イオンと相関させる、および／または、
（ｉｉ）重水素化フラグメントイオンおよび／または非重水素化フラグメントイオンを、ＬＣ溶出時間および／またはイオン移動度ドリフト時間に基づいて、対応する重水素化親イオンもしくは前駆体イオンおよび／または非重水素化親イオンもしくは非重水素化前駆体イオンと相関させることを目的として配置および適用される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１５】
前記気相イオンニュートラル反応デバイスから上流に設置された、イオンを分離するためのデバイスをさらに備えた、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１６】
気相イオンニュートラル反応デバイス中でイオンに対し気相イオンニュートラル反応を実施する質量分析法であって、
前記方法においてさらに、
第１の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に長い平均残留時間Ｔ１を持つよう配置され、前記第２の操作モードにおいてイオンが前記気相イオンニュートラル反応デバイス内で相対的に短いかまたはゼロの残留時間Ｔ２を持つよう配置されるように、前記気相イオンニュートラル反応デバイス内でのイオンの残留時間を自動的に何度も変化させ、
前記第１と第２の操作モードとの間を少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９または１秒毎に切り替えることを特徴とする質量分析法。
【国際調査報告】
2013545982.tif 000013
2013545982.tif 000014
2013545982.tif 000015