(57)【要約】【課題】  通常の質量分析において、測定される物理量は、質量（分子量）のみであり、分子量からさらに分子構造を推定するのは困難であった。【解決手段】  本願発明は、通常の物質のイオン化において一般的に観測される分子の分解とそれによって引き起こされる断片化を逆に利用し、分子の頭と尻尾を区別して配向させイオン化及び分解するか、又は頭と尻尾を区別して配向した分子だけを選択してイオン化して分解し、次に、その分解生成物の運動量分布や放出角度分布から質量だけでなく分子構造を推定することとした。【選択図】  図１
2005337903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子を配向、イオン化及び分解する装置及びその分解された破片の運動状況を分析する装置を有し、該分子の構造を推定することを特徴とする配向分子質量分析装置。
【請求項２】
上記配向は、分子の頭と尻尾を区別することを特徴とする請求項１に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項３】
上記配向は、電場及び光により行うことを特徴とする請求項１に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項４】
上記配向は、光により行うことを特徴とする請求項１に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項５】
上記光は、位相制御光であることを特徴とする請求項４に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項６】
上記イオン化及び分解は、光により行うことを特徴とする請求項１に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項７】
上記光は、位相制御光であることを特徴とする請求項６に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項８】
上記運動状況の分析は、上記破片の質量スペクトル又は放出角度分布により行うことを特徴とする請求項１に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項９】
上記質量スペクトルの測定は、飛行時間法により行うことを特徴とする請求項８に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項１０】
上記質量スペクトルのパターンにより、分子の構造を推定することを特徴とする請求項９に記載の配向分子質量分析装置。
【請求項１１】
上記パターンは、それぞれの破片が示すピークに着目するものであることを特徴とする請求項１０に記載の配向分子質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、質量のみならず分子の空間構造を推定することができる配向分子質量分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の質量分析計は、対象とする物質をイオン化し、そのイオンに電場や磁場をかけることによって運動させ、該運動の相違に基づいて対象とする物質の質量を測定するものである。上記イオン化する方法としては、物質にレーザー光及び電子線を照射して物質から電子を剥ぎ取りイオン化するのが普通である。しかし、一般の物質においては、特に分子量の大きい物質においては、イオン化の際に分子が分解して断片化（フラグメンテーション）してしまうため、多数の断片（フラグメント）の質量スペクトルからもとの物質の分子量および分子構造を推定することは困難であった。その断片化の一つの解決法として、対象とする物質が壊れずにソフトなイオン化ができるマトリックス支援レーザー脱離イオン化法（MALDI法）が開発されている。しかし、該MALDI法においても、得られるのは、分子量であり、その分子の構造までは知ることはできなかった。
【０００３】
その理由は、図1（1）に示すように、従来の質量分析計においては、対象とする分子の配向がランダムであるため、その分解生成物の飛び散り方は、バラバラとなり、分子構造の情報が失われてしまうためである。
【０００４】
分子の頭と尻尾を区別して配向させてイオン化及び分解を行う方法には、静電場とレーザー光の光電場を組み合わせた方法（下記非特許文献１参照）及びレーザー光の光電場のみを用いる方法（非特許文献２及び３参照）が報告されている。
なお、上記配向及びイオン化には、分子の配向がランダムな状態をほぼすべての分子について頭と尻尾を区別して一定方向に配向する場合と、配向操作に対して反応の鈍い分子等については、ランダムな状態の集団の中から頭と尻尾を区別して一定の方向に配向しているものを選択してイオン化する場合を包含している。
【０００５】
以下に、レーザー光の光電場のみを用いる方法の概略を述べる。二つの波長λ1、λ2より構成されその比がλ1：λ2＝2：1となっているようなレーザー光（以下「位相制御光」という。）を、対象とする物質に照射しイオン化する。位相制御光の光電場E（t）は、次の式で表される。
E(t)＝E1cos(2πcｔ/λ)+E2cos(2πcｔ/(λ/2)+φ）
ここでcは、光速度である。また波長λ1＝λ、λ2＝λ/2とし、波長λ、λ/2の光の成分の振幅をそれぞれE1,  E2、波長λとλ/2の光の相対位相差をφとした。位相制御光は、相対位相がφ＝0とφ＝πの時によって、図2のような波形となり、光の進行方向に対して光電場の振幅がプラスとマイナスで非対称な形状となる。分子の永久双極子は電場の大きい方向に向くため、分子の頭と尻尾を区別して配向してイオン化と光分解が起こる、または、配向した分子だけが選択されてイオン化と光分解が起こる。
【非特許文献１】H. Ohmura, T. Nakanaga, M. Tachiya, Phys.Rev. Lett. 92, 113002(2004).
【非特許文献２】H. Ohmura and T. Nakanaga, J. Chem. Phys. 120, 5176(2004).
【非特許文献３】H. Sakai et. al., Phys. Rev.Lett. 90, 083001(2003).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常の質量分析において、測定される物理量は、質量（分子量）のみであり、分子量からさらに分子構造を推定するのは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、図1（2）に示すように、分子を配向させて分解し、その分解生成物の飛び散り方（空間分布）から、分子の構造を推定しようというものであり、質量だけでなく分子の立体構造に関する情報も得ることができる。
【０００８】
分子の配向方法としては、静電場とレーザー光の光電場を組み合わせた方法及びレーザー光の光電場のみを用いる方法がある。分子のイオン化及び分解には、従来の方法を用いてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明においては、分子の分子量のみならず、分子の構造をも推定できる質量分析を行うことを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本願発明の実施の形態として、分子の頭と尻尾を区別して配向させ光分解に、光電場のみを用いる方法を採用した例を図3〜図5に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
本願発明の一実施例は、1）レーザー部、2）位相制御部（光干渉計）、3）質量分析計の3つから構成される。
図3は、第１のレーザー部の概略図である。レーザーは、パルスレーザーを用いる。該レーザ光の波長は、200nm〜20000nm、パルス幅は、10フェムト秒〜100ナノ秒、光強度は、106W/cm〜1020W/cmが適当である。一実施例として、波長800nm、パルス130fs、光強度  1012W/cm2を採用した。レーザーの波長をλとすると、一部のレーザー光をλ/2または2λとなるように波長変換する。波長変換は、非線形光学結晶による第二高調波発生によってレーザー光（波長800nm）の一部を波長λ/2（400nm）に変換した。
【００１２】
図４は、第２の位相制御部（光干渉計）の概略図である。レーザー部から出射された波長λとλ/2の光は、位相制御部へと導かれる。図４に示される光干渉計は、マッハー・ツェンダー干渉計に手を加えたものである。波長λのレーザー光は、光路1へ、波長λ/2のレーザー光は、光路2へ導かれる。どちらかの光路の光路長を制御して、光路長1と光路長2の長さを光の波長λの1/100以下の精度で一致させる。本実施例においては、光路2に対して次のような方法で光路長を制御している。
（粗調整）波長λ/2の光路に〜λで粗調整することのできる並進ステージを挿入している。
（微調整）平行平板型光学媒質（一実施例は、石英板、厚さ:3mm）にレーザ光を通過させる。平行平板型光学媒質を回転させることによって、レーザー光が平行平板型光学媒質を通過する長さを〜λ/100の精度で光路長の微調整する。
どちらかの光路に1/2波長板（一実施例においては光路1）を挿入して、波長λとλ/2のレーザー光の偏光をそろえて同軸に重ね合わされる。このとき、波長λとλ/2レーザー光は、空間的にも時間的にも重なり、その相対位相が制御された位相制御光となって光干渉計から出力される。
【００１３】
位相制御光は、質量分析計に導かれる。質量分析計内においては、対象とする物質は、位相制御光によって配向してイオン化する。イオン化によって光分解が引き起こされ、その結果生じた光分解生成物イオンの質量スペクトルを測定する。質量分析計は、光分解の際に、光分解生成物がもつ初期速度、または光分解生成物の放出角度分布が測定できる質量分析計を用いる。本実施例においては、飛行時間型質量分析計を用いた。
【００１４】
図５は、配向分子質量分析計による硫化カルボニル（COS）分子の質量スペクトルの例である。Cイオン、Oイオン、COイオン、Sイオン、CSイオン、COSイオンが観測される。したがって、測定した分子は、C、O、Sを含んだ3原子分子COSであり、それが分解して、その他のイオン（フラグメントイオン）が観測されたことがわかる。それぞれのフラグメントイオンは、2つのピークの対としてそれぞれ観測される。これは、光分解の際の初期速度を反映したものである。つまり、飛行時間の速い成分は、光分解の際にイオン検出器の方向に飛び出したイオンによるもの、飛行時間の遅い成分は、イオン検出器の位置と反対の方向に飛び出したイオンによるものである。ランダムな配向の分子の測定結果は、時間の速い成分と遅い成分の大きさが等しく対称的なスペクトル形状が観測される。
【００１５】
しかし、図5のように分子の永久双極子モーメントをイオン検出器の位置と逆の方向に向けて分子を配向させた場合、図5のようにCイオンとOイオン、COイオンは、時間の速い成分が大きく観測され、SイオンとCSイオンは、時間の遅い成分が大きく観測され、非対称なスペクトル形状となる。これは、COS分子の永久双極子ベクトルの始点にOおよびCが存在し、永久双極子ベクトルの終点にCおよびSが存在していることを示しており、このことから、永久双極子ベクトルの始点から終点に向けてO−C−Sと原子が並んでいることがわかる。このように、質量だけでなく、分子の並び方（分子構造）まで推定することができる。また光分解は、通常の物質で起こる一般的な現象であるため、汎用性の高い手法である。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本願発明は、無機化合物全般、有機化合物全般、クラスター分子、金属クラスター錯体、タンパク質又は生体高分子の構造決定に利用することができる。利用分野としては、化学合成分野、医薬品分野又はバイオテクノジー分野等が考えられる。
また、質量が同じで構造が異なる異性体の識別に関する重要な分析手法となることが期待される。例えば、サリドマイドは、光学異性体（まったく同じ原子構造のものが、左右の手のように重ね合わせることができないもの）が存在し、L体に効果があり、D体に副作用があるが、これらを区別して認識することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】配向分子質量分析計の原理説明図
【図２】位相制御光による頭と尻尾を区別した分子配向の概念図
【図３】レーザー部の概略図
【図４】位相制御部の概略図
【図５】配向分子質量分析計による硫化カルボニル（ＣＯＳ）分子の測定例
【図１】
2005337903.tif 000003
【図２】
2005337903.tif 000004
【図３】
2005337903.tif 000005
【図４】
2005337903.tif 000006
【図５】
2005337903.tif 000007