(57)【要約】【課題】イオントラップ形質量分析装置において、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを確実に選択し、且つイオン選択時の対象イオンの損失を最低限に抑える。【解決手段】イオントラップ形質量分析装置において、ＭＳ測定後にＭＳ／ＭＳ測定を行う場合、制御部１８はイオンとラップ部１６からの直前のＭＳデータを参照して、最も信号強度の高いイオンを検索してＭＳ／ＭＳ対象イオンを決定し、ＭＳ／ＭＳ対象イオンの周りの不要イオンを観測し、この不要イオンを排除するようにウィンドウの範囲を自動選択する。これにより、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを確実に選択し、イオン選択時の対象イオンの損失を最低限に抑えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分離装置を前段に持ち、イオンを生成するイオン源と、イオンを捕捉するトラップ空間を形成する質量分析部を備えるイオントラップ形質量分析装置の質量分析方法において、
予めＭＳ／ＭＳ測定の基本条件を設定し、前記試料分離装置から導入される試料イオンに対して、ＭＳデータを取得後、そのＭＳデータを参照して、ＭＳ／ＭＳ測定の対象イオンを決定し、該対象イオンの近傍の不要イオンとの質量数差から、イオン選択を行うウィンドウの範囲を可変してイオン選択を行い、ＭＳ／ＭＳデータを取得することを特徴とする質量分析方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ウィンドウの範囲はウィンドウ幅および／またはウィンドウの出力範囲であることを特徴とする質量分析方法。
【請求項３】
試料分離装置を前段に持ち、イオンを生成するイオン源と、イオンを捕捉するトラップ空間を形成する質量分析部と、該質量分析部を制御する制御装置を備えるイオントラップ形質量分析装置において、
前記制御装置は、予めＭＳ／ＭＳ測定の基本条件を設定する手段と、前記試料分離装置から前記質量分析部に導入される試料イオンに対して行ったＭＳ測定のＭＳデータを取得する手段、前記ＭＳデータを参照してＭＳ／ＭＳ測定の対象イオンを決定する手段、前記対象イオンとその近傍の不要イオンとの質量数差から、イオン選択を行うウィンドウ幅および／またはウィンドウの出力範囲を決定しウィンドウを作成する手段、該作成されたウィンドウを用いてＭＳ／ＭＳ測定のイオン選択を行い、ＭＳ／ＭＳ測定によるＭＳ／ＭＳデータを取得する手段を設けることを特徴とするイオントラップ形質量分析装置。
【請求項４】
請求項３において、前記質量分析部は断面形状が双曲線または近似的に双曲線となるように加工される４本の直線電極で構成された線形イオントラップを有するイオントラップ形質量分析装置。
【請求項５】
請求項３において、前記質量分析部の後に飛行時間型質量分析部を有するイオントラップ形質量分析装置。
【請求項６】
請求項３−５のいずれかにおいて、前記ウィンドウを作成する手段は、ＭＳ／ＭＳ対象イオンに対して非対称なイオン選択のウィンドウを設定することを特徴とするイオントラップ形質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオントラップ形質量分析装置におけるＭＳ／ＭＳ測定時のイオン選択制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオントラップ形質量分析計では、ＭＳ／ＭＳ測定のための対象イオンをそれ自身のイオン量を損失せずに他のイオンを全て排出することが、イオン選択性能を向上させて最終的に得られるＭＳ／ＭＳデータの価値を高める上で極めて重要である。
【０００３】
特許文献１では、選択する対象イオンの質量数に対応する周波数成分を出力しない１個のウィンドウを持つ広帯域ノイズ信号を出力する。さらに、うなり現象を生じさせるような高調波成分に対応する周波数成分についても該当信号を出力しない、２個以上のウィンドウを持つ広帯域ノイズ信号の出力を可能としている。これにより、対象イオンのイオン選択時に広帯域ノイズ信号の出力を上げても、対象イオンが影響を受けて排出されてしまう現象を軽減させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなイオントラップ形質量分析計において、イオンの閉じ込め、イオン選択、
ＣＩＤ反応を行った後に質量分析を行う場合、イオン選択に関して性能上の限界がある。
イオン選択の際には、対象イオンの質量数を除く全ての質量数範囲に対応する共鳴周波数の信号を出力して対象イオン以外のイオンをトラップの外に排出する。しかし現実には、対象イオンの共鳴周波数近傍の周波数信号を出力すると、対象イオン自身も影響を受けてしまい、その電圧を上げた場合、一定量の対象イオンが排出されてしまう。
【０００６】
この結果、対象イオンの検出感度が下がることになる。共鳴信号を出力しない範囲を十分に広げておけば、この影響は軽減され、対象イオンの感度は高くなるが、他方、不要なイオンが対象イオンの近傍に観測されている場合は、範囲を広げすぎると不要イオンが排出できずに残ってしまう。その場合、最終的に得られるＭＳ／ＭＳスペクトルにまで不要イオン由来のイオンが残ってしまうことになる為、データの信頼性に問題がでてくる。
【０００７】
このため、現状の分析においては、経験的に不要イオンがほぼ排出できると予想される、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを中心として、数マスから１０マス程度の質量数範囲に選択を行うウィンドウをデータ測定開始前に予め設定して測定を行っている。ただし現実には、範囲を狭めすぎて感度が低下したり、不要イオンが残ってしまって分析結果に悪影響を与えてしまうことが起きている。
【０００８】
また近年、特定のアミノ酸にラベル化を行って、そのラベル化したペプチドとラベル化されていないペプチドとの信号強度比を計測することで、比較定量を行う手法が導入されている。この場合、ラベル化したペプチドとラベル化されていないペプチドはラベル化試薬の質量差しかなく、構造が極めて似ている為、液体クロマトグラフ装置で分離することも困難で、同じタイミングで取得したマススペクトル上で、非常に近い質量数で観測されることになる。質量分析計では、観測イオンは全て質量／電荷比の質量数値として観測される為、電荷比が１価イオンの場合は、ラベル化試薬の質量分の差があるが、２価イオン、３価イオンとして電荷が大きくなると、観測される質量数差も、ラベル化試薬の１／２、１／３と小さくなり、場合によっては２−３マスまで差が小さくなってしまう。この場合、ラベル化されていないペプチドのＭＳ／ＭＳ測定を行う際に、低質量数側の近傍に不要イオンが存在する可能性は低い。しかし、高質量数側には高い確率で２−３マス〜１０マス以内にラベル化ペプチド由来のイオンが観測されることになる。正確なＭＳ／ＭＳ測定を行う為には、このラベル化ペプチド由来の高質量数側の不要イオンを正確に排除してから、非ラベル化ペプチドイオンのみを解離させる必要があるが、非ラベル化ペプチドイオンの信号強度を落とさずに、正確なイオン選択を行うのには困難がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ＭＳ／ＭＳ測定における対象イオン選択の際のイオン損失を最小限に抑えて不要イオンを確実に排出し、ＭＳ／ＭＳスペクトルの感度と信頼性を向上できるイオントラップ質量分析装置および分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、試料分離装置を前段に持ち、イオンを生成するイオン源と、イオンを捕捉するトラップ空間を形成する質量分析部を備えるイオントラップ形質量分析装置の質量分析方法において、予めＭＳ／ＭＳ測定の基本条件を設定し、前記試料分離装置から導入される試料イオンに対して、ＭＳデータを取得後、そのＭＳデータを参照して、ＭＳ／ＭＳ測定の対象イオンを決定し、該対象イオンの近傍の不要イオンとの質量数差から、イオン選択を行うウィンドウの範囲を可変してイオン選択を行い、ＭＳ／ＭＳデータを取得することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、まず、測定開始前に設定したイオン選択ウィンドウの範囲を固定で使用することをやめる。そして、毎回ＭＳ／ＭＳ測定を行う前に取得したマススペクトルを参照して、ＭＳ／ＭＳの対象イオンを決定した後、対象イオンの近傍に観測された不要イオンとの質量数差を計測する。同時に、対象イオンに対して低質量数側に観測されているのか、高質量数側に観測されているのかを確認する。通常、１０マス程度の十分に大きな質量数差がある場合は、その質量数差に応じた選択範囲をその都度決定して、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを中心としたウィンドウを設定し、イオン選択を行う。対象イオンと不要イオンの質量数差が小さくなってきた場合は、不要イオンが高質量数側に観測されているか、低質量数側に観測されているかを確認して、イオン選択のウィンドウ幅を極力狭めることなく、ウィンドウの中心をずらせて、近傍の不要イオンがトラップから排出されるような信号を出力することで、不要イオンの排除を確実に行うと同時に、ＭＳ／ＭＳ対象イオンのイオン選択時の損失を最小限に抑える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、毎回ＭＳ／ＭＳ測定を行う際に、対象イオンを選択する際のイオン損失を最小限に抑えて、確実に不要イオンを排出することが可能になる。これによりＭＳ／ＭＳスペクトルの感度を改善し、質量分析の信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施例１−実施例３を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１で用いる質量分析装置の装置構成を示す。質量分析装置は、混合試料を分離して質量分析計へ導入するための試料分離装置１０と、分離後の試料をイオン化するためのイオン源１２と、イオン源１２から噴霧されたイオンを真空系に導入するサンプリング部１３と、導入されたイオンをイオントラップ部１６へ導くイオン輸送部１４およびイオンを検出する検出部１７とを備える。イオントラップ部１６は導かれたイオンの保持、選択、解離などを行うリング電極１５とエンドキャップ電極１５’をもつ。試料分離装置１０とイオン源１２の間は配管１１により接続されている。
【００１５】
イオンとラップ部１６は、内側面が回転１葉双曲面形状を有する１個の環状のリング電極と、それを挟むように対向して設けられた内側面が回転２葉双曲面形状を有する一対のエンドキャップ電極とで囲まれる空間にイオントラップ領域が形成される。このリング電極及びエンドキャップ電極にそれぞれ所定の高周波電圧を印加すると、イオントラップ領域に三次元四重極電界が形成され、そこに内部で発生した又は外部から導入されたイオンを閉じ込めておくことができる。この際、イオントラップの中に閉じ込められたイオンは、その質量数に固有の周波数で電極内部の空間を運動している。イオントラップ装置では更に、閉じ込めたイオンを保持しながら各イオンの質量数に対応する周波数を持つ補助交流電圧をエンドキャップ電極に印加することで、目的のイオンを共鳴させて運動の振幅を増大させ、イオントラップの外に排出することができる。
【００１６】
逆に、特定の質量数のイオンに対応する周波数成分を含まない広帯域ノイズを印加すると、特定の質量数のイオンだけを残して他の質量数のイオンを電極の外に排出することも可能である。それに続いて、選択したイオンに対する共鳴周波数電圧を弱く印加することで、選択したイオンをイオントラップ内部に留めたままで、イオンの運動エネルギーを増大させることができる。これによりイオントラップ内部に導入しているヘリウムガスなどとイオンが衝突を繰り返して、イオンは開裂する（ＣＩＤ）。開裂反応後の断片化されたイオンをフラグメントイオンと呼ぶ。この一連の操作を行って得られたフラグメントイオンのマススペクトルを得ることをＭＳ／ＭＳと呼び、元のスペクトルと開裂反応後のスペクトルを比較することで、有機化合物の構造情報を得ることができ、薬学、生化学、環境など様々な分野で重要な分析手法である。
【００１７】
さらに本実施例の質量分析装置は、制御部１８と、データ処理部２０とを備える。データ処理部２０は、イオン源、イオントラップ制御の条件をユーザーの入力に基づき制御部１８に送り、各装置をμsec（マイクロ秒）オーダーの高速で制御することができる。また、この制御部１８は、得られたデータをリアルタイムで高速に処理して、ＭＳ／ＭＳ測定を行う対象イオンを決定し、対象イオンのＭＳ／ＭＳ測定を行う為に必要なイオン選択、ＣＩＤの為の信号を作成する。データ処理部２０は制御の結果、イオントラップ部１６から検出部１７を経て検出されたマススペクトルデータを信号線１９を介して受け付け、このデータを処理して記録、表示する。
【００１８】
本発明は、このような試料分離装置とイオントラップ形質量分析計を接続した質量分析装置の動作上の問題点を解決するものである。
【００１９】
図２は本実施例における分析装置の動作を示すフローチャートである。まず、データ収集開始前にStep201でＭＳ／ＭＳ条件の設定が行われる。データ処理部２０の画面上からＭＳデータ上でのＭＳ／ＭＳ対象イオンを決定する際の基準、例えば、最も信号強度の高いイオンを設定する。次に、Step202でデータ収集の回数（具体的には測定時間）を設定する。これらの入力が完了すると、Step203でＭＳ／ＭＳ条件設定を制御部１８へ送る。これでデータ収集を行う条件が整った為、Step204でサンプルを分離装置１０に注入し、データ収集を開始する。
【００２０】
分離装置１０で分離されたサンプルはイオン化され、イオントラップ部１６でイオンの保持、選択などが行われる。制御部１８は、Step205でイオントラップ部１６からＭＳデータを取得する。Step206では、得られた直前のＭＳデータについて、Step201で予め設定した基準、ここでは最も信号強度の高いイオンを検索し、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを決定する。次にStep207では、ＭＳ／ＭＳ対象イオン近傍で低質量数側、高質量数側に観測される不要なイオンを判定して、対象イオンとの質量数差を取得する。Step208では、質量数差に応じてウィンドウデータを作成する。Step209では作成したウィンドウデータを制御部１８から出力して、イオン選択を行う。選択後、Step210で選択したイオンの開裂反応（ＣＩＤ）を行う。Step211で、得られたフラグメントイオンを質量分析して、ＭＳ／ＭＳスペクトルを取得する。Step212で設定回数Ｎのデータ取得を行ったかを確認して、設定回数に到達するまで、Step205からStep211の操作を繰り返し、データ取得を行う。
【００２１】
次に、Step208の質量分析差に応じたウィンドウデータの作成について、図３のマススペクトル図を参照して説明する。図３（Ａ）は対象イオンと不用イオンの質量数差が十分なケースである。まず、不要イオン１、２を決定し、ＭＳ／ＭＳ対象イオンと低質量数側の不要イオン１の質量数差Ａ、高質量数側の不要イオン２の質量数差Ｂの値を算出する。ここでＡ＜Ｂの場合は、最も近傍に位置する排出すべき不要イオンは１となる。その為には、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを中心として幅Ａの２倍のウィンドウを設けてイオンを排出する。これにより、確実に不要イオンを排出し、且つＭＳＭＳ対象イオンの信号強度の低下を防ぐことができる。
【００２２】
図３（Ｂ）は対象イオンと不要イオンの質量数差が小さいケースである。ＭＳ／ＭＳ対象イオンと、不要イオン４との質量数差Ｄが２〜３マスと非常に小さく、他方不要イオン３との質量数差Ｃが１０マス、あるいはそれ以上と大きい場合がある。このとき、質量数差Ｄにあわせて、ＭＳ／ＭＳ対象イオンを中心としてＤの２倍のウィンドウ幅を設定すると、ウィンドウ幅が狭くなり、対象イオンのイオン選択時の損失が大きくなる。この為、ＭＳ／ＭＳ対象イオンに対して、高質量数側には幅Ｄ、低質量数側には幅Ｃというように非対称なウィンドウを設定する。このように、イオン選択を行うウィンドウ幅、あるいはウィンドウの出力範囲を可変することで、対象イオンの損失を最小限にすることが可能となる。
【実施例２】
【００２３】
図４は本発明による質量分析装置の実施例２の装置構成を示す。本例の質量分析装置はイオントラップ部１６の後段に飛行時間型質量分析部２６を有する。イオントラップ部１６と飛行時間型質量分析部２６の間には、イオン輸送とイオン収束のための四重極フィルタ２１、デフレクタ２２、収束レンズ２３などを備える。
【００２４】
本実施例では、イオントラップ部１６でＭＳ／ＭＳ測定に必要なイオン選択やＣＩＤ反応の為の走査を行い、ＣＩＤ反応後のフラグメントイオンを四重極フィルタ２１に排出する。排出されたイオンは四重極フィルタを経由してエネルギーを均一化され、デフレクタ２２、収束レンズ２３を通って偏向、収束される。その後飛行時間型質量分析部２６に入り、押し出し電極２４、引き出し電極２４’からなるイオン加速部で直交方向に加速される。加速されたイオンはリフレクトロン２５で折り返された後、検出器２７で検出される。イオントラップ部１６の後段に飛行時間型質量分析装置２６を配置するので、質量数の精度やマススペクトル分解能が向上する。
【実施例３】
【００２５】
図５は本発明による質量分析装置の実施例３の装置構成を示す。本例の質量分析装置は図１の３次元四重極イオントラップ部１６に代えて、断面形状が双曲線または近似的に双曲線となるように加工した４本の直線電極である四重極フィルタ３２で構成している。３１は入口電極、３３は出口電極である。このように線形イオントラップ３４を用いる場合も、図１の場合と同じ動作によりＭＳ／ＭＳの為のイオン選択を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１によるイオントラップ形質量分析装置の構成図。
【図２】本発明の実施例１による質量分析装置の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】ウィンドウ作成を説明するためのマススペクトル図。
【図４】実施例２によるイオントラップ形質量分析装置の構成図。
【図５】実施例３によるイオントラップ形質量分析装置の構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１０…試料導入装置、１１…配管、１２…イオン源、１３…サンプリング部、１４…イオン輸送部、１５…リング電極、１５’…エンドキャップ電極、１６…イオントラップ部、１７…検出器、１８…制御部、１９…信号線、２０…データ処理部、２１…四重極フィルタ、２２…デフレクタ、２３…収束レンズ、２４…押し出し電極、２４’…引き出し電極、２５…リフレクトロン、２６…飛行時間型質量分析部、２７…検出器、３１…入口電極、３２…四重極フィルタ、３３…出口電極、３４…線形イオントラップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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