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質量分析装置の保守管理及び依頼測定について

Author(s)宮里, 朗夫

Citation

国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学技術サービ
ス部業務報告集 : 平成23年度: 67‑72

Issue Date

2012‑08

TypeOthers

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URL

http://hdl.handle.net/10119/10807

RightsDescription

Japan Advanced Institute of Science and Technology

質量分析装置の保守管理及び依頼測定について

宮里 朗夫
ナノマテリアルテクノロジーセンター

１．緒言
本学、ナノマテリアルテクノロジーセンターには、FT-ICR MS、FAB-MS、MALDI-TOF MS、LCQ、ICP-MS、GC-MS の計 6 種類の質量分析装置が導入されている。私は、これら質量分析装置を用いた依頼分析業務と装置の保守・管理業務を担当している。
以下に本学に導入されている質量分析装置を紹介する。

Fig. 1 FT-ICR MS (9.4T)

Fig. 2 LCQ

Fig. 3 MALDI-TOF MS

Fig. 4 FAB-MS

Fig. 5 GC-MS

Fig. 6 ICP-MS

昨今、質量分析装置の発展は目覚ましく、有機合成化合物から生体試料の構造解析に至るまで、核磁気共67

鳴分光法（NMR）と同様に、非常に重要な構造解析手段の一つである。
本学ナノマテリアルテクノロジーセンターでは、
最近 Bruker 社製 9.4 T の FT-ICR MS を導入した（Fig. 1）。
FT-ICR MS は、高分解能、高感度であるため精密質量を測定できる。また、精密質量から分子組成を決定できることから非常に有用な analyzer の 1 つである。
今回、FT-ICR MS を中心に本学に導入されている質量分析装置の日常的なメンテナンス及び依頼分析業
務について報告する。

２．質量分析装置の保守管理
質量分析装置は、NMR、IR、X 線回折等の非破壊型の分析装置とは異なり、試料を直接装置内部に導入して測定を行う破壊型の分析装置である。そのため、測定するに従い分析装置内部は、次第に汚染される。
その結果、測定感度が低下し良いスペクトルを得ることが難しくなる。特にイオン源に ESI を使用した場合、キャピラリーチューブ及び大気圧イオン化源のヒートキャピラリー（LCQ）、ガラスキャピラリー（FT-ICR MS）が汚れる。そのため、質量分析装置の精度を維持する為には、日常のメンテナンスが必要不可欠である。
また質量分析装置は、装置の原理上、高真空状態を保つことが非常に重要である。本学では、高真空度を維持する為、定期的に真空ポンプのオイル交換、FT-ICR MS に関してはベーキング作業によりチャンバー内壁に付着している気体分子を取り除く作業を行っている。また感度低下を防ぐ為、イオン源の洗浄を行い利用者へより良いサービスが提供できるよう保守管理を行っている。
そこでまず、本学で行っている質量分析装置のメンテナンス作業について紹介する。

2.1 ヒートキャピラリーの洗浄
本学に導入されている ThermoFinnigan (現 Thermoelectron)社製 LCQ DECA XP (Fig 2)のヒートキャピラリーの洗浄について紹介する。以下にヒートキャピラリーの洗浄作業について示す。

Fig. 7 API スタック

Fig. 8 ヒートキャピラリー

Fig. 9 メタノール中のヒートキャピラリー

Fig 10 超音波洗浄68Fig 7 に API スタック（大気圧イオン化源）を示す。API スタック中央にヒートキャピラリー（Fig 8）が挿入されている。ヒートキャピラリーは、溶媒を気化させイオン化させる役割を持つ。このヒートキャピ
ラリーは、測定を行うにつれキャピラリー内部に試料が付着し汚染され、ゴーストピークの出現を引き起こす。そのため定期的にメタノール及びアセトニトリルによる超音波洗浄を行っている (Fig 10)。

2.2 API スタックのスキマーレンズ洗浄
スキマーレンズは、装置のチャンバーを 2 つに分け、間にスキマーを挟むことで、真空度を一段階下げる役割を持つ。スキマーを挟むことで圧力の違いでイオンを質量分離部に導く。このスキマー中央には、イオンを通す穴があり測定を行うにつれて穴に試料が付着することで感度低下を引き起こす。そこで、本学で実施しているスキマーの洗浄方法を紹介する。

Fig. 11 API スタック

Fig. 12 API スタックの取り外し作業

Fig. 13 取り外した API スタック

Fig. 14 スキマー部の拡大

Fig. 15 スキマーの取り外し

Fig. 16 メタノールによる超音波洗浄

Fig 12 に示すように真空を解除し LCQ 本体から API スタックを取り外す。取り外した API スタックをFig 13 に示す。Fig 14 及び Fig 15 に示すように API スタック本体からスキマーを取り外し、Fig 16 に示すようにメタノールで超音波洗浄し作業を終了した。

2.3 ガラスキャピラリーの洗浄
本学の FT-ICR MS のガラスキャピラリーの洗浄方法について紹介する。
以下にガラスキャピラリーの洗浄について示す。

69

Fig. 17 API 部

Fig. 18 ガラスキャピラリーの洗浄

Fig. 19 窒素ガスで乾燥

Fig 17 に API 部を示す。まず、イオン源部の真空の解除を行った。ガラスキャピラリーは、API 部中央に挿入されており洗浄する際は、ガラスキャピラリーが割れないように慎重に手前に引きぬく。取り出したガラスキャピラリーは、Fig 18 に示すようにマイクロピペッターを用い、キャピラリー内部をメタノールで数回洗浄した。洗浄後ガラスキャピラリーの先端から窒素ガスを流して乾燥 (Fig 19)後、元通り装置に挿入してガラスキャピラリーの洗浄を終了した。Fig 20 と Fig 21 にガラスキャピラリーの洗浄前と洗浄811.12837
825.10755

313.09687

695.54736

611.48953

solariX

1478.51469

1353.69891
1371.88500
1397.06067
1420.99449
1440.33027

1217.02985

1244.30933

1278.80685
1295.00566
1308.87689

1143.46351

1030.20687
1044.50315
1068.17700

967.53402
987.88969
1002.60010

851.87676
885.36305

909.40855
927.09441

1118.65807

120520-blank_000001.d: +MS

1000

1299.98699

1400

m/z

1372.09941

1330.52526

1175.65317

1244.28899

1138.93737

1032.94509

1100.92842

1208.21685

1200

1466.30268

800

0.5

1062.95612

904.93423
919.06460
934.94525
949.07404
964.95680
979.08532
1002.93142

866.96055

765.62602

709.56235
723.57891
737.59463

1.0

639.52107

529.08698
544.97026

585.47376
600

5/21/2012 4:12:26 PM

Operator
Instrument

1.5

1413.47250

400

425.36355

397.33232

383.31663

293.17563

369.30086

0.00

453.39505
467.41051
481.42625
503.13007

0.25

341.26959

0.50

255.23266

0.75

465.59707
480.24157

2.0
1.00

402.02881
421.85500
438.25565

2.5

249.65129

1.25

Acquisition Date

Intens.
x106751.53490

655.10652

120514-blank_000001.d: -MS

784.45249

Intens.
x108

D:\Data\CNMT\120520\120520-blank_000001.d
120510_Miyauchi_posi
120520-blank1174.69358

Analysis Info
Analysis Name
MethodSample Name
Comment

668.36552

solariX

627.73320

5/14/2012 4:51:57 PM

Operator
Instrument

684.03987
705.41111

Acquisition Date

539.19499
555.87579

D:\Data\CNMT\120514\120514-blank_000001.d
120420_NOM_nega
120514-blank283.69222
307.56969
321.47852
345.45940
367.64052

Analysis Info
Analysis Name
MethodSample Name
Comment

591.00646

後のメタノールのみの測定結果を示す。

Fig. 20 ガラスキャピラリー洗浄前

400

600

800

1000

1200

1400m/zFig. 21 ガラスキャピラリー洗浄後

Fig 20 においてガラスキャピラリー内部に付着している多くの化合物由来の分子イオンピークが観測されているが、ガラスキャピラリー洗浄後の測定結果では、全ての分子イオンピークが消失していることがわかる。

2.4 FT-ICR MS のベーキング作業
質量分析装置は、原理上真空度が非常に重要であり定期的に真空ポンプのオイル交換及びベーキング作業により高真空度を維持することを心がけている。
以下に本学における FT-ICR MS（9.4T）のベーキング作業について報告する。
Fig 22 に FT-ICR MS 本体を示す。 Fig 22 に示している FT-ICR MS の右側のイオン化部は、リモコンによ70

り前方へ動かすことができる。Fig 23 に前方へ動かした写真を示す。Fig 23 に示すように装置内部の真空チャンバーを確認できる。この真空チャンバーに Fig 24 に示すようにサーマルジャケットを取り付けパソコン上でベーキング時間を設定しベーキング作業を行った。ベーキング作業は、通常 10 時間を目安に行っている。

Fig. 22

Fig. 24

FT-ICR MS (9.4T)

Fig. 23

サーマルジャケットの取り付け

Fig. 25

内部真空チャンバー

ベーキング時間の設定

3. 本学における依頼分析及び FT-ICR MS の測定パラメーターの設定
本学では、先に述べたように 6 種類の質量分析装置を導入している。依頼分析は、FT-ICR MS を中心に MALDI-TOF MS、LCQ イオントラップ型質量分析計が主である。

3.1 本学における依頼測定の現状
以下に本学における依頼測定件数を示す。
Table 1. 2011 年 4 月～2012 年 6 月における質量分析依頼測定の件数
MALDI-TOF MS

ESI-MS

FT-ICR MS

GC-MS

ICP-MS

FAB-MS

合計

20 件

8件

62 件

0件

0件

0件

90 件

上記の期間において合計で 90 件の依頼測定を行った。特に FT-ICR MS に関しての依頼測定が多く、合計 62 件の測定を行った。FT-ICR MS の依頼測定は、イオン源に MALDI を用いたイメージング測定を始め、同位体ラベルサンプル、未知試料等の高分解能が必要であるサンプルの依頼測定が多く寄せられた。今後も FT-ICR MS に関する依頼測定の需要が伸びることが予想される。

3.1 FT-ICR MS のパラメーター設定
FT-ICR MS は、測定条件の最適化が重要であり分子量に応じた測定条件を設定しなければならない。そこで、FT-ICR MS の高分子量サンプルにおける測定条件の最適化及び分析データの違いについて示す。
FT-ICR MS の依頼分析においてイオン化法に MALDI を使用し、ポジティブモードで 6000～10000Da の分子量領域での測定要望があった。そこで、まずキャリブレーション用ユビキチン(分子量:8564)をデフォ

71

ルトの測定条件を使用し測定を行った。この時、マトリックスにシナピン酸（SA）を使用した。その結果、Fig. 26 に示すようにユビキチン由来の分子イオンピークを観測することができなかった。これは、質量分離部における高周波電圧のパラメーターが最適化されていない為、高分子量のイオン分子が ICR セルまで届いていないことが予測された。そこで、高分子量領域でのスペクトルが観測できるように質量分離部における測定条件の最適化を試みた。
以下にパラメーター設定前と設定後の測定データを示す。

Fig. 26 パラメーター設定前のユビキチンデータ

Fig. 27 パラメーター設定後のユビキチンデータ

Fig. 27 に示すようにパラメーター設定後の測定データでは、ユビキチンの 1 価に由来する分子イオンピークを観測することができた。この結果から、デフォルトで設定してある測定条件では、予想通り ICR セルまでイオン分子が届いていなかったことが分かった。

4. まとめ
今回、本学における LCQ 及び FT-ICR MS の日常のメンテナンス及び本学の依頼測定の現状、FT-ICR MSの測定条件の最適化について報告した。特に、FT-ICR MS における高分子量サンプルの測定条件の最適化は、非常に重要な作業であることが分かった。特に低分子量及び高分子量のサンプルを測定する際には、まず標準試料を利用して測定条件の検討を行うことが必要であることが分かった。
また、質量分析装置の保守管理についてもより一層のサービスを提供できるよう心がけていきたいと考えている。

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