(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の分離部と、
前記第１の分離部で分離した試料をイオン化する第１の試料イオン源と、
第２の分離部と、
前記第１の分離部で分離した試料を前記第１の試料イオン源と第２の分離部に分流する分岐部と、
前記第２の分離部で分離した試料をイオン化する第２の試料イオン源と、
前記第１の試料イオン源でイオン化した試料および前記第２の試料イオン源でイオン化した試料を検出する質量分析部を有し、
前記第２の試料イオン源は前記第１の試料イオン源のイオンの進行方向に対して下流側に設けられ、
前記質量分析部は前記第２の試料イオン源のイオンの進行方向に対して下流側に設けられることを特徴とする質量分析装置
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
前記第２の試料イオン源は、前記第１の試料イオン源より圧力が低いことを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
前記第１の試料イオン源は大気圧化学イオン化によって試料イオンを生成し、前記第２の試料イオン源は電子衝撃イオン化によって試料イオンを生成することを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
前記第１の試料イオン源による試料のイオン化と前記第２の試料イオン源による試料のイオン化を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記第１の試料イオン源と前記第２の試料イオン源を択一的に動作させることを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
前記分岐部と前記第２の分離部との間に試料が通過する遅延流路を有し、
前記第１の分離部で分離された試料が、前記分岐部を経て前記遅延流路を通過するのに要する時間が、前記第１の分離部で分離された試料が前記第１の試料イオン源でイオン化され、検出されるまでの時間よりも長いこと特徴とする質量分析装置
【請求項６】
請求項５に記載の質量分析装置であって、
前記遅延流路と前記第２の分離部の間に、前記第１の分離部で分離した試料をトラップカラムに送る機構と、
前記トラップカラムの温度を制御する装置と、
前記トラップカラムに捕捉された試料を前記第２の分離部に送る機構を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の質量分析装置であって、
前記トラップカラムを複数備え、
各前記トラップカラムに異なる試料を導入する機構を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
前記第１の試料イオン源と前記第２の試料イオン源との間に位置する中間細孔と、
前期分岐部から前記第１の試料イオン源へ至る流路を有し、
前記流路の流量Ｑと、流量Ｑのうち前記中間細孔を通過する流量Ｑ’の関係が、０．０２Ｑ≦Ｑ’≦０．９Ｑを満たす位置に、前記流路の終端の開口の中心を配置することを特徴とする質量分析装置。
【請求項９】
請求項８に記載の質量分析装置であって、
前記第１の試料イオン源は、１次イオンを発生させる１次イオン化部と、
前記１次イオンと試料を反応させる２次イオン化部と、
前記１次イオン化部と前記２次イオン化部との間に位置する１次イオン導入細孔を有し、前記流路の終端の開口は、前記２次イオン化部に位置し、前記１次イオン導入細孔の中心と試料イオンが移動していく細孔の中心とを結ぶ軸から、前記流路の終端の開口の中心までの距離が、前記１次イオン導入細孔の半径の２倍以下の距離となる位置に配置されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１０】
第１の分離部で分離した試料を、分岐部によって、第１の試料イオン源と切り替えバルブに分流する工程と、
前記第１の試料イオン源に導入された試料を前記第１の試料イオン源でイオン化し、質量分析部で検出する工程と、
前記切り替えバルブに送られてきた試料を、前記切り替えバルブによって、排出するか、第２の分離部に送るかを切り替える工程と、
試料が前記第２の分離部へ送られた場合に、前記第２の分離部で試料をさらに分離し、前記第１の試料イオン源のイオンの進行方向に対して下流に位置する第２の試料イオン源に導入する工程と、
前記第２の試料イオン源でイオン化した試料を前記質量分析部で検出する工程とを有することを特徴とする質量分析方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の質量分析方法であって、
試料が前記分岐部を通ったあと、前記第１の試料イオン源でイオン化し、前記質量分析部で検出されるまでの時間よりも、前記分岐部を通り、前記分岐部と前記第２の分離部との
間にある遅延流路を通って前記切り替えバルブに達するまでの時間が長いことを特徴とする質量分析方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の質量分析方法であって、
前記第１の分離部で分離した試料は、前記第１の試料イオン源でイオン化し、
前記質量分析部で検出され、
得られたスペクトルパターンと保持時間から、目的の試料候補であると確認された場合は、
前記切り替えバルブを切り替えることで前記第１の分離部で分離した試料を前記第２の分離部に送り、
前記第２の分離部において前記第１の分離部で分離した試料をさらに分離し、
前記第２の試料イオン源に導入することを特徴とする質量分析方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の質量分析方法であって、
前記第２の試料イオン源は、前記第１の試料イオン源より圧力が低いことを特徴とする質量分析方法。
【請求項１４】
第１の分離部で分離した試料を、分岐部によって、第１の試料イオン源と選択バルブに分流する工程と、
前記第１の試料イオン源に導入された試料を前記第１の試料イオン源でイオン化し、質量分析部で検出する工程と、
前記選択バルブに送られてきた試料を、前記選択バルブによって、排出するか、トラップカラムに送るかを切り替える工程と、
試料が前記トラップカラムに送られた場合に、前記トラップカラムに試料を捕捉する工程と、
前記トラップカラムに捕捉した試料を第２の分離部に送る工程と、
前記第２の分離部で試料をさらに分離し、第２の試料イオン源に導入する工程と、
前記第２の試料イオン源でイオン化した試料を前記質量分析部で検出する工程とを有することを特徴とする質量分析方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の質量分析方法であって、
試料が前記分岐部を通ったあと、前記第１の試料イオン源でイオン化し、前記質量分析部で検出されるまでの時間よりも、前記分岐部を通り、前記分岐部と前記第２の分離部との間にある遅延流路を通って前記選択バルブに達するまでの時間が長いことを特徴とする質量分析方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の質量分析方法であって、
前記第１の分離部で分離した試料は、前記第１の試料イオン源でイオン化し、
前記質量分析部で検出され、
得られたスペクトルパターンと保持時間から、目的の試料候補であると確認された場合は、前記選択バルブを切り替えることで前記第１の分離部で分離した試料を前記トラップカラムに送り、前記トラップカラムに捕捉することを特徴とする質量分析装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の質量分析方法であって、
前記トラップカラムを複数備え、
各前記トラップカラムに異なる試料を導入する機構を有することを特徴とする質量分析方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の質量分析方法であって、
前記第２の試料イオン源は、前記第１の試料イオン源より圧力が低いことを特徴とする質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクロマトグラフィにより分離された試料ガスを分析する質量分析装置及
びそれを用いた分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下では、ガスクロマトグラフィをＧＣ（Gas Chromatography）、液体クロマトグラフィをＬＣ（Liquid Chromatography）、質量分析計をＭＳ（Mass Spectrometer）、ガスクロマトグラフィと質量分析計を結合した装置をＧＣ／ＭＳ（Gas Chromatography / Mass Spectrometer）、大気圧化学イオン化をＡＰＣＩ（Atmospheric Pressure Chemical Ionization）、化学イオン化をＣＩ（Chemical Ionization）、電子衝撃イオン化をＥＩ（Electron Impact）、エレクトロスプレーイオン化をＥＳＩ（Electro-spray Ionization）とそれぞれ略記する。
【０００３】
近年、質量分析装置を疾患の診断に用いようとする研究が多くなされるようになってきた。特に、疾患マーカーを探索する用途でよく用いられている。
【０００４】
疾患マーカーの探索では、健常者と、特定の疾病の罹患者から検体を取得し、それらに含まれる代謝物やタンパク質などを質量分析装置によって網羅的に分析し、健常者と罹患者の間で差異のある物質を見出す。疾患マーカー探索の検体としては、呼気や、尿のヘッドスペースガスといった気体試料や、血液、尿、唾液、涙などの液体試料、あるいは細胞や組織が用いられる。疾患マーカーの信頼性を確保するために、多数の検体を測定しなければならない。また、これらの検体に非常に多種類含まれる物質の中から、健常者と罹患者の間で差異のある少数の物質を見つけ出さなければならない。さらに、発見された疾患マーカーと疾患の発生メカニズムとの関連を考察するためには、発見された疾患マーカーを、どのような物質であるか同定しなければならない。この作業を効率的に行うためには、気体試料ではＧＣ／ＡＰＣＩ／ＭＳとＧＣ／ＥＩ／ＭＳの併用が、液体試料ではＬＣ／ＡＰＣＩ（またはＥＳＩ）／ＭＳとＬＣ／ＥＩ／ＭＳの併用が有用である。
【０００５】
ＡＰＣＩ／ＭＳは、イオン−分子反応を用いて混合試料中の微量成分をイオン化し高感度に検出する装置であり、環境試料、生体試料中の微量成分の分析に利用されている。ＡＰＣＩはソフトなイオン化方法であり、イオン化に際して分子が壊れにくい。従って、分子の分子量が測定でき、また、複数の物質が同時にイオン源に入りイオン化されても、各々の分子量が測定できる。検体には数千種類の物質が含まれているため、実際にはイオン化の前に、ＧＣによる分離が必要であるが、複数の物質を同時に検出できるため、短時間の粗い分離でよい。このため、ＡＰＣＩ/ＭＳは、多数の検体を測定して比較し、差異のある物質を見出すのに有用である。特開平９−１５２０７号公報には、半導体製造用の特殊ガスを含む各種微量不純物分析を行うＧＣとＡＰＣＩ／ＭＳとを結合した高感度分析装置が記載されている。この装置は、ＧＣのカラムで分離された試料ガスをキャリアガスと混合してラインを介してＡＰＣＩ源へ導入し、分析する。
【０００６】
一方、ＥＩ／ＭＳは、熱電子を分子に衝突させるという高エネルギーのイオン化方法を用いた質量分析装置であり、イオン化の際に分子が壊れることで生ずるフラグメントイオンのパターンから、物質を同定できる。非特許文献１では、ＡＰＣＩ／ＭＳとＥＩ／ＭＳを併用した例として、ＧＣで分離した後、流路を分岐ティーで分流し、ＡＰＣＩ／ＭＳとＥＩ／ＭＳに導入し、２台のＭＳで同時に測定を行うという方法が述べられている。
【０００７】
また、特開平１１−３０７０４１号公報には、２種類のイオン源を１台のＭＳに装着した例として、ＣＩ用の第１イオン化室、ＥＩ用の第２イオン化室、及び質量分析部を直列に隣接させ、各イオン源の間にはイオンが通過するための通過口を設けた装置が記載されている。試料ガスは、第１イオン化室に入り、通過口を通して、第２イオン化室に導入される。ＣＩ動作時にはＥＩ動作を停止した状態で試料ガスをイオン化し、ＥＩ動作時にはＣＩ動作を停止した状態で試料ガスをイオン化して、導入された試料を２つのイオン源を切り替えて分析する。
【０００８】
特開２０００−３５７４８８号公報には、１台のＬＣから流出する成分を分岐ティーで分流し、ＥＳＩとＡＰＣＩの２つのイオン源に送る装置が記載されている。イオン源を切り替えることにより、２つのイオン化方式で分析することができる。
また、特許文献４には、混合物試料を高度に分離する方法として、分離方式の異なる２つのＬＣを用いた装置が記載されている。１つめのＬＣで分離した試料を紫外可視吸光光度計で測定し、複数のトラップカラムに分割して吸着させ、さらに２つめのＬＣで分離して、質量分析装置で測定する。これにより、多種類の物質を含む試料の分離度が向上する。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１５２０７号公報
【特許文献２】特開平１１−３０７０４１号公報
【特許文献３】特開２０００−３５７４８８号公報
【特許文献４】特開２００３−２５４９５５号公報
【非特許文献１】Journal of Agricultural and Food Chemistry (2002) p.5400-5405 （ジャーナル  オブ  アグリカルチュアル  アンド  フード  ケミストリー  2002年、第5400項から第5405項）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
気体試料について、ＭＳを用いた疾患マーカー探索を行うには、ＡＰＣＩ／ＭＳとＥＩ／ＭＳを併用する方法が有用であるが、２台のＭＳを必要とし、装置コストが高いという問題があった。
【００１１】
ＥＩ／ＭＳは、イオン化の際に分子が壊れることで生ずるフラグメントイオンのパターンから物質を同定することができ、既に１０万種類以上の物質のＥＩ／ＭＳスペクトルがデータベース化されていることにより、データベース検索を行うことで物質を同定することができる。しかし、ＥＩイオン化では多数のフラグメントが生ずることから、ＥＩ／ＭＳスペクトルは１物質から複数のフラグメントイオンが観測される。このため、複数の物質が同時にイオン化された場合、スペクトルが複雑になり、同定精度が低下する。これは、多種類のバックグラウンド成分の中に存在する少数の目的物質を同定する際には特に問題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の質量分析装置では、試料のイオン化を行う第１の試料イオン源と第２の試料イオン源が隣接して設けられ、第２の試料イオン源の下流に質量分析部がある。
【００１３】
第１の分離部に導入された試料は、第１の分離部におけるカラム条件等に従い分離される。第１の分離部で分離された試料は分岐部で２方向に分流される。分流された試料は、一方は第１の試料イオン源に導入され、もう一方は第２の分離部へ送られる。第２の分離部に送られた試料は、第２の分離部におけるカラム条件等に従ってさらに分離され、第２の試料イオン源に導入される。
【００１４】
また、分岐部と第２の分離部との間に、遅延流路を設ける。遅延流路は例えば、内面が不活性なシリカキャピラリなどを必要な遅延時間が発生する長さに切断して用いる。第１の分離部で分離された試料が、分岐部を経て遅延流路を通過するのに要する時間が、第１の分離部で分離された試料が第１の試料イオン源でイオン化され、検出されるまでの時間よりも長くなるように、遅延時間を設定することで、第１の試料イオン源でイオン化された試料から目的物質を検出した後に、第２の分離部の上流に設けられたバルブの切り替えが可能となるので、目的物質の含まれる試料を排出してしまうことなく、第２の分離部に送ることができる。
【００１５】
また、遅延流路と第２の分離部の間に、第１の分離部で分離した試料をトラップカラムに送る機構を設ける。トラップカラムによる試料の捕捉・脱離を制御することで、第２の試料イオン源へより多くの試料を導入することができ、特に少量しか含まれない物質をＥＩ／ＭＳで同定する場合には、イオン強度が向上することから、同定精度が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１台のＭＳで２種類のイオン源によるイオン化ができ、かつ、物質の同定精度を向上させることができる。
【実施例１】
【００１７】
図１に、本発明に基づく質量分析システムの装置構成例を示す。
【００１８】
イオン源としては、圧力の高いイオン源と圧力の低いイオン源を組み合わせて用いることができる。例えば、ＡＰＣＩとＥＩ，ＥＳＩとＥＩ，ＣＩとＥＩ，ＡＰＣＩとＣＩ，ＥＳＩとＣＩなどがある。その他のイオン化方式のイオン源を組み合わせて用いても良い。また、分離手段としては、ＧＣやＬＣを用いることができる。ここではＡＰＣＩイオン源とＥＩイオン源を用い、試料の分離手段としてＧＣを用いた場合について説明する。
【００１９】
ＡＰＣＩイオン源２とＥＩイオン源３は隣接して設けられ、ＥＩイオン源の下流に質量分析部２３がある。第１のＧＣ１と第２のＧＣ３２を備え、第１のＧＣ１に導入された試料は、第１のＧＣ１におけるカラム条件とキャリアガス流量と温度条件に従い、分離される。ＧＣカラム１を流れてきたサンプルガスは分岐６で２方向に分流される。分流された試料ガスは、一方はＡＰＣＩイオン源２に導入され、もう一方は切り替えバルブ２６へ送られる。切り替えバルブ２６では、送られてきた試料ガスを排出するか、第２のＧＣ３２へ送るかを選択できる。試料が第２のＧＣ３２に送られた場合は、第２のＧＣ３２におけるカラム条件とキャリアガス流量と温度条件に従って分離され、EIイオン源３に導入される。第１のＧＣ、第２のＧＣ、バルブ２６、イオン源のコントローラは、コンピュータ９により制御されている。
【００２０】
ＡＰＣＩイオン源２とＥＩイオン源３とは細孔８及び細孔２０が設けられた中間差動排気部２１によって隔てられている。中間差動排気部２１及びＥＩイオン源３は、真空ポンプにより排気口２４から排気されている。ＡＰＣＩイオン源２は、図１に示すように針電極５を用いたコロナ放電を用いたものでも良いし、放射線源を用いたものでも良い。
【００２１】
以下、コロナ放電を用いた場合について説明する。放電を安定に持続するために、放電用ガス（空気など）を０．５〜１．０Ｌ／ｍｉｎ程度、ＡＰＣＩイオン源２に導入する。図１では、放電用ガスが針電極５の前方から先端に向かって流れるようにしているが、放電ガスが針電極５の根元側から先端方向に流れるようにしてもよい。
【００２２】
放電用ガスに乾燥空気を用いた場合、下式（数１）又は（数２）に示す反応により、１次イオン（Ｎ２＋あるいはＮ４＋）が生成する（The Journal of Chemical Physics, Vol.53, 212-229(1970)参照）。
【００２３】
（数１）
Ｎ２→Ｎ２＋＋ｅ−
（数２）
Ｎ２＋＋２Ｎ２→Ｎ４＋＋Ｎ２
引き出し電極１６には、直径約２ｍｍの１次イオン導入細孔１７があり、生成した１次イオンが電界によりＡＰＣＩイオン源１１に導入される。ＡＰＣＩイオン源１１では、コロナ放電で生成した１次イオンと、ＧＣカラムの出口の終端１８から導入される試料ガスとが反応（イオン−分子反応）して、試料ガスのイオン（２次イオン：試料イオン）が生成される。生成された試料イオンは、細孔８、細孔２０、細孔２５を経由して質量分析部２３に導入されて分析される。
【００２４】
ＡＰＣＩイオン源２に導入するサンプルガスは、１次イオンが通過する１次イオン導入細孔１７の中心と、試料イオンが移動していく細孔８の中心とを結ぶ軸の近傍の位置からＡＰＣＩイオン源１１に、ＧＣカラムの終端１８から直接導入される。
【００２５】
１次イオン導入細孔１７の半径をＲ、１次イオン導入細孔１７の中心と細孔８の中心とを結ぶ軸からのＧＣカラムの終端の開口の中心までの距離をｒとする時、ＧＣカラムの終端１８の開口の中心を、１次イオン導入細孔１７のイオン出口の中心と、試料イオン移動細孔８のイオン入口の中心とからほぼ等しい距離で、ｒ≦２Ｒを満たす位置に配置する。この条件を満たすことにより、１次イオン導入細孔１７から導入された１次イオンとＧＣカラムの終端から導入された試料ガスが共存する滞在時間を長くでき、イオン−分子反応が進行する十分な時間を確保することができるため、高い感度を得ることができる。
【００２６】
ＧＣカラムの終端の開口１８の中心が細孔８に近づきすぎると、試料ガスの殆ど全量が試料イオン移動細孔８から排出される。イオン−分子反応の場に、１次イオンと試料分子が共存する滞在時間が短くなり、イオン−分子反応が進行する十分な時間を確保できないため、試料イオンの生成量が低下し、感度が低下してしまう。
【００２７】
また、ＧＣカラムの終端の開口１８の中心が１次イオン導入細孔１７に近づきすぎると、試料ガスの殆ど全量が１次イオン導入細孔１７から排出される。この時も、イオン化されずに１次イオン導入細孔１７から試料ガスが排出されてしまうため、上記と同様に、イオン−分子反応の場に、１次イオンと試料分子が共存する滞在時間が短くなり、イオン−分子反応が進行する十分な時間を確保できず、試料イオンの生成量が低下し、感度が低下してしまう。
【００２８】
つまり、高感度化を実現するためには、１次イオン導入細孔１７と細孔８の間で、ＧＣカラムの終端の開口１８より導入した試料ガスが、１次イオン導入細孔１７または細孔８とから排出されるまでに要する時間が最も大きくなる位置に、ＧＣカラムの終端の開口１８の中心を配置することにより、イオン−分子反応の場に、１次イオンと試料分子が共存する滞在時間を十分長くして、イオン−分子反応が進行する十分な時間を確保して、試料イオンの生成量を増大させ、感度を向上させることができる。
【００２９】
ＧＣカラムの終端の開口１８を流れる試料ガスの流量をＱ、Ｑのうち細孔８を経由して中間差動排気部２１へ排出される流量をＱ’とする時、０．０２Ｑ≦Ｑ’≦０．９Ｑを満たすように、軸の方向での、ＧＣカラムの終端の開口１８の中心位置を調整し、さらに１次イオンの濃度が高い一点鎖線で示す軸近傍にｒ≦２Ｒとなる位置に開口１８の中心位置を調整するのが好ましい。
【００３０】
ＥＩイオン源３では、イオン源内に設けた電子生成装置（フィラメント７）から放射された電子が、ＧＣカラムの出口の終端１９から導入された試料分子と衝突することによりイオン化される。ＧＣカラムの出口の終端１９も、細孔２０と細孔２５を結ぶ軸の近傍に配置されるのが好ましい。
【００３１】
ＡＰＣＩとＥＩイオン源の切り替えは、コントローラ１０からの信号により行う。ＡＰＣＩイオン化を行う場合は、針電極の電源４をＯｎするように信号１４を送り、ＥＩイオン源のフィラメント電源１３をＯｆｆにするように信号１５を送る。ＥＩイオン化を行う場合は、逆に、針電極への電源４をＯｆｆにして、フィラメント電源１３をＯｎにする。
【００３２】
ＡＰＣＩあるいはＥＩでイオン化された成分は質量分析部２３で分析され、質量スペクトルとして、データ収集部９で質量スペクトルとして表示あるいは保存される。用いる質量分析計としては、四重極型質量分析計、イオントラップ型質量分析計、イオントラップＴＯＦ（飛行時間）型質量分析計、磁場型質量分析計などが、適用可能である。
【００３３】
ＡＰＣＩイオン源２の圧力はほぼ大気圧、ＥＩイオン源３の圧力は１０−３[torr]のオーダーであるが、1段目の細孔８が十分小さく、ＥＩイオン源３の圧力が１０−３[torr]レベルに維持できる場合は、差動排気部を省略してもよい。
【００３４】
ＡＰＣＩイオン源２は、大気圧で動作可能であることから、１０ｍＬ／ｍｉｎ程度のガス流量で試料ガスを導入することができる。従って、第１のＧＣ１で用いるＧＣカラムは、例えば、内径０．５３ｍｍのワイドボアカラムを使用することができる。これにより、より多量の試料を導入することが可能となり、微量の物質も検出することができる。
【００３５】
ＥＩイオン源３は、圧力が１０−３torr程度で動作するので、１ｍＬ／ｍｉｎ程度のガス流量で試料ガスを導入する必要である。従って、第２のＧＣで用いるＧＣカラムは、例えば、内径０．２５ｍｍのナローボアカラムが適している。
【００３６】
従って、第１のＧＣでは１０ｍＬ／ｍｉｎの流量とし、分岐６では、ＡＰＣＩ側と第２のＧＣ側へ分岐する流量の比が９：１程度となるように調整し、ＡＰＣＩイオン源側に９ｍＬ／ｍｉｎ、第２のＧＣ側に１ｍＬ／ｍｉｎの流量で試料を送るような構成が望ましい。
【００３７】
分岐６の下流側には遅延流路３１を設ける。遅延流路としては、内面が不活性なシリカキャピラリなどを、必要な遅延時間が発生する長さに切断して用いる。例えば１ｍＬ／ｍｉｎの流量で通過に１０秒を要するように設定するためには、遅延流路の内容積を０．１７ｍＬとすればよい。これにより、目的物質をＡＰＣＩ／ＭＳで検出した後にバルブを切り替えても、目的物質の含まれる試料ガスを排出してしまうことはなく、第２のＧＣに送ることができる。
【００３８】
図２に、図１の装置構成を用いた測定における、各部の動作の一例を示す。
【００３９】
ＡＰＣＩとＥＩを併用した測定に先立ち、罹患者と健常者の検体を複数取得し、全て同条件でＧＣ／ＡＰＣＩ／ＭＳ測定を行い、それぞれの測定結果を比較して、罹患者あるいは健常者に特有のピークを選出する。これを疾患マーカー候補とし、ＧＣの保持時間とスペクトルをコンピュータに記録する。図２では、保持時間１５０秒で検出される疾患マーカー候補ピークを同定するための装置動作例を示している。
【００４０】
第１のＧＣ１では、疾患マーカー候補選出に用いた方法と同じ条件で試料の分離を行うことが望ましい。第１のＧＣ１で分離された物質は、ＡＰＣＩイオン源２でイオン化し、ＭＳ２３で検出する。得られたスペクトルパターンと保持時間から、コンピュータにて目的の疾患マーカー候補であると確認された場合は、切り替えバルブ２６を位置２に切り替え、第２のＧＣ３２へ試料ガスを送る。
【００４１】
試料導入を０秒とし、第１のＧＣ１で試料を分離してＡＰＣＩ／ＭＳ測定を行う。保持時間の誤差の範囲内において、保持時間１５０秒に、あらかじめ記録しておいた疾患マーカー候補と一致するスペクトルが得られたことをコンピュータ９が確認すると、切り替えバルブ２６を位置２に切り替える。目的の疾患マーカー候補が検出された前後５秒の試料ガスを第２のＧＣ３２へ送りたい場合、試料ガスが分岐６を通ったあとＡＰＣＩ／ＭＳで検出されるまでの時間よりも、遅延流路３１を通って切り替えバルブ２６に達するまでの時間が１０秒長いような構成にしておけば、時間１５５秒から１６５秒まで切り替えバルブ２６を位置２に切り替えることにより、目的の疾患マーカー候補を含む試料ガスを確実に第２のＧＣ３２に送ることができる。
【００４２】
試料ガスを第２のＧＣ３２に送った後、イオン化をＥＩに切り替える。第２のＧＣ３２に送られた試料は、さらに分離される。第２のＧＣ３２では、温度変化の勾配を小さくし、ゆっくり昇温することで、目的の疾患マーカー候補とその他のバックグラウンド成分を分離することができる。これにより、ＥＩイオン源３に同時に導入される成分数が減少し、バックグラウンド成分からのフラグメントイオンによる妨害が低減できることから、目的物質のＥＩスペクトルによる同定精度が向上する。
第１のＧＣにおける測定条件が、疾患マーカー候補選出における測定条件と異なる場合には、分析に先立ち、保持時間較正用の標準試料混合物を、第１のＧＣ１とＡＰＣＩイオン源２を用いて分析し、保持時間の較正を行なうことができる。あるいは、試料中に保持時間較正用の標準試料混合物を混合し、疾患マーカー候補より保持時間が小さい物質と大きい物質を目印として、その間の試料ガスを第２のＧＣ３２に導入してもよいし、試料中に必ず含まれるバックグラウンド成分をあらかじめ選出しておき、それを標準試料と同様に目印としてもよい。また、試料中に混合した標準試料や必ず含まれるバックグラウンド成分の保持時間から、コンピュータ９にて測定中にリアルタイムに保持時間の較正を行ない、疾患マーカー候補の予想される保持時間を算出して用いることもできる。
【００４３】
図３〜図８に、ＡＰＣＩ／ＭＳおよびＥＩ／ＭＳを用いた測定例を示す。
【００４４】
例として、ＧＣ温度３０℃から２８０℃で溶出する成分数１０００種類、クロマトグラム上の分離ピーク半値幅の平均が1秒である場合、ＭＳ測定で同時に検出される物質数は平均３種類である。
【００４５】
図３に、ピーク同士が重なっている場合の全イオンクロマトグラムの例を示す。また、図４に３種類の物質が同時に観測されたＡＰＣＩスペクトルの例を示す。アセトン（質量数５８）については[Ｍ+Ｈ]+であるピークがｍ／ｚ５９に、エタノール（質量数４６）については[Ｍ+Ｈ]+であるピークがｍ／ｚ４７に、メタンチオール（質量数４８）については[Ｍ+Ｈ]+であるピークがｍ／ｚ４９に、同時に検出された場合を示している。これと同じ試料を、第２のＧＣを通さずにＥＩイオン源に導入した場合に得られるスペクトルを図５に示す。各物質から生じたフラグメントイオンが同時に検出されるため、多数のピークが観測される。これをスペクトルデータベース検索にかけると、図６に示すプロパナールのＥＩスペクトルとの一致度が高いため、プロパナールであると同定されてしまう。
【００４６】
そこで、アセトン、エタノール、メタンチオールの３成分が混合した状態の試料ガスを低速昇温ＧＣにて分離し、それぞれの物質が別々にＥＩイオン源に導入されるようにしてＥＩ／ＭＳ測定を行うと、図８に示すようなＥＩスペクトルが得られる。各物質に特有のフラグメントイオンのみが観測されることから、各物質を精度良く同定することができる。
【実施例２】
【００４７】
図９に、本発明に基づく質量分析システムの装置構成例を示す。
【００４８】
イオン源として、ＡＰＣＩイオン源２とＥＩイオン源３が隣接して設けられ、ＥＩイオン源の下流に質量分析部２３がある。第１のＧＣ１と第２のＧＣ３２を備え、第１のＧＣ１に導入された試料は、第１のＧＣ１におけるカラム条件とキャリアガス流量と温度条件に従い、分離される。ＧＣカラムを流れてきたサンプルガスは分岐６で２つに分けられる。分流された試料ガスは、一方はＡＰＣＩイオン源２に導入され、もう一方は遅延流路３１および切り替えバルブ２７を経由して、選択バルブ２８へ送られる。選択バルブ２８では、送られてきた試料ガスを排出するか、トラップカラムへ送るかを選択できる。
分岐６の下流側に設けられた遅延流路３１は、実施例１と同様に、内面が不活性なシリカキャピラリなどを、必要な遅延時間が発生する長さに切断して用いる。これにより、目的物質をＡＰＣＩ／ＭＳで検出した後にバルブを切り替えても、目的物質の含まれる試料ガスを排出してしまうことはなく、トラップカラムに送ることができる。
【００４９】
選択バルブ２８には、個別に温調を備えたトラップカラム４０，４１，４２を接続し、その下流にさらに選択バルブ２９と３０を設ける。第１のＧＣ１、第２のＧＣ３２、バルブ２７，２８，２９，３０、イオン源のコントローラ１０は、コンピュータ９により制御されている。
【００５０】
分岐６を通って切り替えバルブ２７と選択バルブ２８を通過した試料ガスは、トラップカラム４０を通過し、選択バルブ２９と３０を通過して排出される。この過程ではトラップカラムは低温に保たれ、試料ガス中の有機成分はトラップカラムに捕捉される。トラップカラムに捕捉された試料を第２のＧＣ３２で分析する際には、トラップカラムを加熱して試料を脱離させ、バルブ３０からキャリアガスを導入して選択バルブ２９、トラップカラム４０、選択バルブ２８を通過させて切り替えバルブ２７を通して第２のＧＣ３２へ送る。トラップカラム４１あるいは４２を使用する場合にも同様である。
【００５１】
複数のトラップカラムを有する場合は、各トラップカラムに異なる試料を導入することや、それぞれ異なる充填剤を用いることができるので、保持時間の小さい成分には保持の強い充填剤、保持時間の大きい成分には保持の弱い充填剤、というような使い分けが可能となる。
【００５２】
ＡＰＣＩイオン源２は、大気圧で動作可能であることから、１０ｍＬ／ｍｉｎ程度のガス流量で試料ガスを導入することができ、従って、第１のＧＣ１で用いるＧＣカラムは、例えば、内径０．５３ｍｍのワイドボアカラムを使用することができる。これにより、より多量の試料を導入することが可能となり、微量の物質も検出することができる。
【００５３】
ＥＩイオン源３は、圧力が１０−３torr程度で動作するので、１ｍＬ／ｍｉｎ程度のガス流量で試料ガスを導入する必要があり、従って、第２のＧＣ３２で用いるＧＣカラムは、例えば、内径０．２５ｍｍのナローボアカラムが適している。しかし、トラップカラムを使用する場合は、トラップカラムへの試料導入の流量と、トラップカラムから加熱脱離した試料を第２のＧＣ３２に導入する流量が異なることも可能である。
【００５４】
例えば、第１のＧＣ１では１０ｍＬ／ｍｉｎの流量とし、分岐６では、ＡＰＣＩ側と第２のＧＣ側へ分岐する流量の比が１：１程度となるように調整してもよい。この場合、５ｍＬ／ｍｉｎの流量で試料ガスをトラップカラムに導入することになる。トラップカラムを-１０℃程度の低温にしておけば、試料はトラップの上流側に濃縮される。そのため、トラップカラムからの試料の加熱脱離の際、選択バルブ３０からキャリアガスを導入し、第２のＧＣ側に１ｍＬ／ｍｉｎの流量で試料を送っても、第２のＧＣでの分離を良好に保つことができる。このようにトラップカラムを用いることにより、ＥＩイオン源へより多くの試料を導入することができ、特に少量しか含まれない物質をＥＩ／ＭＳで同定する場合には、イオン強度が向上することから、同定精度が向上する。
【００５５】
図１０に、図９の装置構成を用いた測定における、各部の動作の一例を示す。
【００５６】
ＡＰＣＩとＥＩを併用した測定に先立ち、罹患者と健常者の検体を複数取得し、全て同条件でＧＣ／ＡＰＣＩ／ＭＳ測定を行い、それぞれの測定結果を比較して、罹患者あるいは健常者に特有のピークを選出する。これを疾患マーカー候補とし、そのうちでＥＩ／ＭＳによる物質の同定を行いたいピークのＧＣ保持時間とスペクトルのリストをコンピュータに記録しておく。図１０では、３つの物質をＥＩ／ＭＳによる同定対象とする場合について示す。
【００５７】
第１のＧＣでは、疾患マーカー候補選出に用いた方法と同じ条件で試料の分離を行うことが望ましい。第１のＧＣで分離された物質は、ＡＰＣＩ／ＭＳで検出する。得られたスペクトルパターンと保持時間から、コンピュータにて１つめの目的の疾患マーカー候補であると確認された場合は、選択バルブ２８と２９をトラップ１の位置に切り替え、トラップカラム１へ試料ガスを送る。２つめ、３つめの疾患マーカー候補の場合も同様に、それぞれ選択バルブ２８と２９をトラップ２、トラップ３に切り替え、トラップカラム４１、４２へ試料ガスを送る。目的の試料を全てトラップカラムに送り終えたら、早く溶出した物質から順に、第二のＧＣへ送って分離を行い、ＥＩ／ＭＳ測定を行う。
【００５８】
試料が溶出した第１のＧＣの温度から、第２のＧＣで分離する際の温度メソッドを決定することができる。例えば、第１のＧＣと第２のＧＣで同じ種類の固定相を持ったＧＣカラムを用いている場合は、第１のＧＣでは３０℃から２８０℃まで５０℃／ｍｉｎで昇温して分離し、その間７０℃で溶出した物質を第２のＧＣで分離する際には、第２のＧＣの温度条件を６０℃から８０℃まで１℃／ｍｉｎで昇温し、１５０℃で溶出した物質を第２のＧＣで分離する際には、第２のＧＣの温度条件を１４０℃から１６０℃まで１℃／ｍｉｎで昇温し、２１０℃で溶出した物質を第２のＧＣで分離する際には、第２のＧＣの温度条件を２００℃から２２０℃まで１℃／ｍｉｎで昇温する、などにより、第２のＧＣにおいて目的物を効率よく分離することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による質量分析装置の構成例を示す概略図。
【図２】図１の装置構成を用いた測定における各部の動作の時間的制御を示す図。
【図３】第１のＧＣで分離した試料をＡＰＣＩ／ＭＳ測定した場合の全イオンクロマトグラムの例を示す図。
【図４】３種類の物質が同時に測定されたＡＰＣＩスペクトルの例を示す図。
【図５】３種類の物質が同時に測定されたＥＩスペクトルの例を示す図。
【図６】ペンタナールのＥＩスペクトル。
【図７】３種類の物質を低速昇温のＧＣで分離した場合のクロマトグラムの例を示す図。
【図８】３種類の物質をそれぞれＥＩ測定して得られるスペクトルの例を示す図。
【図９】本発明による質量分析装置の構成例を示す概略図。
【図１０】図９の装置構成を用いた測定における各部の動作の時間的制御を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１…第１のＧＣ、２…ＡＰＣＩイオン源、３…ＥＩイオン源、４…針電極の電源、５…針電極、６…分岐、７…フィラメント、８…細孔、９…データ収集部、１０…コントローラ、１１…ＡＰＣＩイオン源、１２…ＥＩイオン源、１３…フィラメント電源、１４，１５…信号、１６…引き出し電極、１７…１次イオン導入細孔、１８，１９…ＧＣカラムの出口の終端、２０…細孔、２１…中間差動排気部、２２…放電用ガス導入口、２３…質量分析部、２４…排気口、２５…細孔、２６,２７…切り替えバルブ、２８，２９，３０…選択バルブ、３１…遅延流路、３２…第二のＧＣ、４０，４１，４２…トラップカラム、１０１，１０６…データベース上で既知物質のピーク、１０４，１０５…データベース上で未知物質のピーク。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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