イオントラップ質量分析装置
【課題】目的のイオンが十分な確保でき、ＭＳ／ＭＳ測定が最適化されたイオントラップ質量分析装置を提供する。
【解決手段】試料をイオン化するイオン源部と、イオン源にて生成されたイオンを、三次元四重極電界を形成することで所定の質量電荷比に従いイオンを閉じ込め、不要なイオンを排出し、目的のイオンのみを四重極電界内に閉じ込め、衝突誘起解離を行い、フラグメントイオンを生成し、そのイオンを質量分離し、検出器に輸送するイオントラップ部とイオンの量を電流値に変換する検出部とで構成される質量分析装置において、イオン捕捉操作における捕捉イオン量かつ目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行うために最適化し、イオン選択操作および衝突誘起解離操作を行い、ＭＳ／ＭＳスペクトルを得る。
【解決手段】試料をイオン化するイオン源部と、イオン源にて生成されたイオンを、三次元四重極電界を形成することで所定の質量電荷比に従いイオンを閉じ込め、不要なイオンを排出し、目的のイオンのみを四重極電界内に閉じ込め、衝突誘起解離を行い、フラグメントイオンを生成し、そのイオンを質量分離し、検出器に輸送するイオントラップ部とイオンの量を電流値に変換する検出部とで構成される質量分析装置において、イオン捕捉操作における捕捉イオン量かつ目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行うために最適化し、イオン選択操作および衝突誘起解離操作を行い、ＭＳ／ＭＳスペクトルを得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオントラップ部から排出されたイオンを検出する検出部を備える質量分析装置を有するイオントラップ質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置は、試料分子に電荷を付加してイオン化を行い、生成したイオンを電場または磁場により質量電荷比に分離し、その量を検出器にて電流値として計測する機器である。
【０００３】
質量分析装置は高感度であり、また、従来の分析装置に比べ、定量性および同定能力に優れている。近年、ライフサイエンス分野ではゲノム解析に代わるペプチド解析が注目され、高感度で同定能力の優れた質量分析装置の有効性が再評価されてきた。
【０００４】
質量分析装置にて試料を測定すると、質量電荷比単位の電流値が得られる。これをマススペクトルと呼ぶ。このマススペクトルは測定する試料の構造によって異なり、そのマススペクトルのパターンから試料の構造の情報を得ることができる。
【０００５】
しかし、試料中の構成成分が複雑であったり、得られたマススペクトルが成分の特定に不十分な情報である場合がある。
【０００６】
特に質量分析装置では質量電荷比により分子イオンを分離するため、異なる構造であったとしても質量電荷比が同一の場合、分子イオンを区別するのが困難になる。これを解決するため、ＭＳｎ分析が考案された。
【０００７】
ＭＳｎ分析とは分子イオンを質量分析装置に取り込み、特定質量数以外のイオンを排除し、選択した分子イオンと中性分子との衝突を起こすことにより、分子イオンの一部の結合を破壊し、結合の切れたイオンを測定する方法である。
【０００８】
この中性分子と衝突させ選択した分子イオンの結合を切ることを衝突誘起解離（ＣＩＤ）と呼び、イオン捕捉、イオン選択、衝突誘起解離の一連の操作の繰返し回数によってＭＳ２やＭＳ３などと呼ぶ。
【０００９】
分子中の原子間の結合はその構造や結合の種類によって結合エネルギーが異なるため、結合エネルギーが低い箇所ほど衝突誘起解離によって切断される。
【００１０】
分子イオンと中性分子との衝突時に、結合を切断するのに必要な運動エネルギーを分子イオンに与えることにより、特有のフラグメントイオンが生成し、分子イオンの構造を知ることができる。
【００１１】
さらに、ＭＳｎ分析の繰返し回数が多くなれば、より多くの構造情報を得ることができる。
【００１２】
質量分析装置はイオンを分離する操作および構成により多様な種類が挙げられるが、ＭＳｎ分析を行うのに適した構成のひとつにイオントラップ質量分析装置が挙げられる。
【００１３】
イオントラップ質量分析装置は、特定の質量電荷比のイオンがイオントラップ内に滞在するような四重極電界を形成し、四重極電界を変化させることによりイオン選択および衝突誘起解離を行うことができる。
【００１４】
衝突誘起解離を行った後、イオンを検出器に誘導することなく、衝突誘起解離によって生成されたイオンを再度イオン選択および衝突誘起解離を行えば、複数回のＭＳｎ分析を行うことが可能となる。
【００１５】
ＭＳｎ分析を行う上で、イオントラップの操作は主に４つの操作に分けられる。
【００１６】
〔１〕．リング電極に主高周波電圧を印加し、イオントラップ内部に四重極電界を形成する。
【００１７】
外部または内部により生成されたイオンは電荷をもっているため、イオンが四重極電界内に導入されると、図１に示す安定領域図において斜線部分の領域内にあるａ値およびｑ値に相当する質量電荷比のイオンが、イオントラップ内にて安定した軌道を描き、捕捉される。
【００１８】
このａ値およびｑ値は、主高周波電圧Ｖ，主直流電圧Ｕ，リング電極内径ｒ０，主高周波電圧の角周波数Ωおよびイオンの質量電荷比ｍ／ｚによって、式（１）により決定される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
このようにイオンをイオントラップに捕捉する操作を、イオン捕捉操作と呼ぶ。
【００２１】
イオン捕捉操作では、主直流電圧（Ｕ）を印加しないａ＝０の条件で操作を行うため、捕捉されるイオンはその質量電荷比に従い、安定領域図のａ＝０上で一意的に決定される。
【００２２】
そのｑ値は０〜０．９０８の範囲であり、それに相当する質量電荷比のイオンがイオントラップに捕捉される。
【００２３】
〔２〕．捕捉されたイオンはイオントラップ内部でその質量電荷比に従い、各固有の複数成分の周波数にて安定した軌道を描いている。その周波数成分のひとつω０は、図１の安定領域図に示すβｚ値と式（２）より、概算することができる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
この周波数に相当する補助交流電圧をエンドキャップ電極に印加すると、イオントラップ内部に生成された補助交流電界により、イオンは共鳴し、イオントラップから排出される。
【００２６】
この操作を、構造解析を行わない、つまり、衝突誘起解離を行わない不要イオンに対して行えば、イオンはイオントラップから排出され、目的のイオンのみがイオントラップに捕捉されることになる。これを、イオン選択操作と呼ぶ。
【００２７】
〔３〕．そして、衝突誘起解離を行う目的のイオンに共鳴する周波数を目的のイオンが排出されない程度にエンドキャップ電極に印加すると、イオンは補助交流電界によりポテンシャルを得、内部の中性分子との衝突を繰り返すことにより、イオン内部の結合が切断され、フラグメントイオンが生成する。これを衝突誘起解離操作と呼ぶ。
【００２８】
〔４〕．このイオン選択操作と衝突誘起解離操作を繰り返すことによってＭＳｎ分析が可能となり、構造情報を得るに値するフラグメントイオンがイオントラップ内部に捕捉されたのち、リング電極とエンドキャップ電極を操作することで、イオンは質量電荷比に従い検知器に到達し、質量電荷比に対するイオン量が電流値として検出される。
【００２９】
このようなイオントラップの動作が示される例として、特表平９−５０１５３６号公報（特許文献１）、特開２００２−１８４３４８号公報（特許文献２）、特開２００２−３１３２７６号公報（特許文献３）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特表平９−５０１５３６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４３４８号公報
【特許文献３】特開２００２−３１３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
目的のイオンを開裂する衝突誘起解離操作は、リング電極に印加された主高周波電圧によりイオンを捕捉したまま、目的のイオンの質量電荷比に相当する運動周波数の補助高周波電圧を、式（２）より得られる周波数にて、エンドキャップ電極に印加し、イオンを励起する。
【００３２】
励起したイオンは、イオントラップ内部の中性分子との衝突により、内部エネルギーに変換され、複数回の衝突が繰り返されると分子内の結合が切断される。
【００３３】
イオントラップ質量分析計は、三連四重極分析計などのコリジョンセルとは動作が異なり、一度四重極電界内にイオンを捕捉するため、他の質量分析計よりも高感度である利点を持っている。
【００３４】
しかし、イオントラップ内のイオンは補助高周波電界による共鳴励起により運動エネルギーを得ていることから、次のような欠点を持っている。
【００３５】
イオントラップに捕捉されるイオンは電荷を持った分子または原子であり、ある一定の空間内に多量のイオンが存在すると、電界降下が生じる。降下した電界内でのイオンは、式（２）に示した周波数での補助高周波電圧により共鳴することができない。
【００３６】
そのため、イオン選択の際に目的のイオンが排出されてしまったり、衝突誘起解離操作を行う際に目的のイオンに衝突エネルギーを与えることができなくなってしまったりする不具合が発生する。
【００３７】
この電荷過密の状態を一般的にスペースチャージと呼び、特に、イオンを一度捕捉するイオントラップでは生じやすい現象であり、解決するべき課題である。
【００３８】
本課題を解決するために、従来技術として以下の方法が挙げられる。
【００３９】
その方法は、特開平９−３０６４１９号公報に記載される、イオン捕捉ステップの際にイオン捕捉時間を調整し、イオントラップに捕捉するイオン量を調整する方法である。
【００４０】
この方法は、ＭＳ／ＭＳを行う直前に、ＭＳ測定を行い（プレスキャン）、現在イオントラップに存在するイオン量を確認した後、ＭＳ／ＭＳ測定のイオン捕捉時間を変更する。
【００４１】
イオン捕捉時間とイオン量は比例関係にあることから、イオン過多の場合は時間を短くすることで、スペースチャージを抑えることができる。
【００４２】
しかし、本方法は、イオントラップに存在する全てのイオンに対してイオン量の調整が行われるため、目的イオンのＭＳ／ＭＳスペクトルを得られない場合がある。
【００４３】
例えば、不要イオンが多く、かつ目的イオンが少なく存在する場合、イオン捕捉時間を短くすると目的イオンのイオン量がＭＳ／ＭＳスペクトルを得るために十分な量を確保できなくなり、結果、構造情報が得られなくなる。
【００４４】
特に、生体などの精製されていない試料中の微量成分を測定する場合、このような不都合が多く発生する。
【００４５】
本発明は、上記の問題に鑑み、目的のイオンが十分な確保でき、ＭＳ／ＭＳ測定が最適化されたイオントラップ質量分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
本発明は、イオントラップ部内にイオン捕捉をしながら不必要なイオンを排出して目的のイオンをイオントラップ部内に収集することを特徴とする。
【００４７】
更に具体的には、本発明は、次のように構成される。
【００４８】
試料をイオン化するイオン源部と、イオン源にて生成されたイオンを、三次元四重極電界を形成することで所定の質量電荷比に従いイオンを閉じ込め、不要なイオンを排出し、目的のイオンのみを四重極電界内に閉じ込め、衝突誘起解離を行い、フラグメントイオンを生成し、そのイオンを質量分離し、検出器に輸送するイオントラップ部とイオンの量を電流値に変換する検出部とで構成される質量分析装置において、イオン捕捉操作における捕捉イオン量かつ目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行うために最適化し、イオン選択操作および衝突誘起解離操作を行い、ＭＳ／ＭＳスペクトルを得る。
【００４９】
本発明は、ＭＳ／ＭＳ測定の前にＭＳ測定を行い、そのマススペクトルの全イオン量および目的イオン量を測定し、イオントラップ内に捕捉されるイオン量を、目的イオンのみとし、そのイオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行う上で最適な量に調整する。
【００５０】
さらに本発明は、前述の目的イオンのみをイオントラップに捕捉する段階において、全イオン量から目的のイオン量を減算し、不要イオン量を算出し、不要イオンをイオントラップから排出するに最適な時間を決定し、不要イオンを完全にイオントラップから排出した後でＭＳ／ＭＳ測定を行う。
【００５１】
さらに本発明は、前述の目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行う上で最適な量に調整する段階において、目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定に適したイオン量になるようにイオン捕捉時間を決定し、さらに不要イオンを完全に排出するため、イオントラップにイオンを導入せず不要イオンの排出を行った後、ＭＳ／ＭＳ測定を行う。
【００５２】
さらに本発明は、前述の目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行う上で最適な量に調整する段階において、目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定に適したイオン量になるように、イオン捕捉と不要イオン排出を複数回行い、ＭＳ／ＭＳ測定を行う。
【００５３】
さらに本発明は、ユーザーインターフェイスにおいて、目的イオンの最適量を設定可能
とする。
【発明の効果】
【００５４】
本発明により、イオン捕捉における捕捉イオン量かつ目的イオン量を最適化し、ＭＳ／ＭＳ測定において、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】イオントラップ質量分析装置のイオントラップの安定領域図である。
【図２】本発明の実施例に係わるもので、概略構成図である。
【図３】イオントラップ質量分析装置におけるイオントラップ操作の制御シーケンスである。
【図４】本発明の実施例に係わるもので、イオントラップ操作の制御シーケンスである。
【図５】本発明の実施例に係わるもので、測定チャートである。
【図６】本発明の実施例に係わるもので、ユーザーインターフェイスである。
【図７】本発明の実施例に係わるもので、イオン飽和時のイオントラップ操作の制御シーケンスである。
【図８】本発明の実施例に係わるもので、イオン飽和時の測定チャートである。
【図９】本発明の実施例に係わるもので、リニアイオントラップでの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施形態について添付する図面を元に説明する。
【００５７】
図２に本実施例の概略構成図を示す。
【００５８】
イオン源１０１は、直流電源１０２より数ｋＶの電圧を印加することで試料をイオン化する。イオントラップは、１つのドーナツ状のリング電極１０３とそれを挟む２つの御椀形のエンドキャップ電極１０４から構成される。各電極には高周波電源が接続される。
【００５９】
主高周波電源１０５は、イオントラップ内部に四重極電界を形成することを目的とし、イオンをイオントラップ内に閉じ込める命令をデータ収集・処理用コンピュータ１０６及び制御用コンピュータ１０７より受けて、リング電極１０３に主高周波電圧を印加する。
【００６０】
また、補助高周波電源１０８は、イオン選択および衝突誘起解離を行うための補助高周波電界を形成することを目的とし、排出する不要イオンまたは衝突誘起解離を行う目的のイオン、さらに質量分離を行うイオンの質量電荷比に相当する周波数の補助高周波電圧をエンドキャップ電極１０４に印加する。
【００６１】
これも主高周波電源１０５と同様にデータ収集・処理用コンピュータ１０６及び制御用コンピュータ１０７より制御可能とする。
【００６２】
さらに、イオントラップ前段と後段にゲート電極１０９及びイオンストップ電極１１０を配置し、直流電源１０２より直流電圧を印加する。
【００６３】
これらの電極は、イオンをイオントラップに導入または排出する際にイオンを効率よく誘導するように、データ収集・処理用コンピュータ１０６及び制御用コンピュータ１０７より制御可能とする。
【００６４】
イオンストップ電極１１０の後段にはイオンの量を検知し、電流値に変換する検出器１１１と、その電流値を増幅する直流増幅器１１２を備え、データ収集・処理用コンピュータ１０６にて、その値を全イオン量またはマススペクトルとして表示する。
【００６５】
次に、イオントラップの制御方法について説明する。
【００６６】
図３に、イオントラップの各電極に印加される電圧のタイムチャートを示す。
【００６７】
このタイムチャートは、横軸を時間とし、縦軸を電位の高さとして表示しており、イオントラップにてＭＳ／ＭＳ分析を行う際の各電極に印加する電位グラフを模式的に記述したものである。
【００６８】
各電圧は図中上段から、リング電極１０３に印加する主高周波電圧、エンドキャップ電極１０４に印加する補助高周波電圧、ゲート電極１０９に印加するゲート電圧、イオンストップ電極１１０に印加するイオンストップ電圧である。
【００６９】
主高周波電圧はイオントラップ形状や捕捉するイオンの最大質量電荷比範囲により決定する周波数の交流電圧である。補助高周波電圧は広帯域の周波数電圧を出力することを可能とし、イオンの排出や衝突誘起解離のイオンの質量電荷比に相当する周波数を目的に応じて出力する。
【００７０】
ゲート電圧及びイオンストップ電圧は直流電圧であり、イオン電荷の極性やイオン軌道の誘導操作に応じて正電圧、負電圧を切り替える。
【００７１】
ここで、イオン源にて生成したｍ／ｚ５５８．３１のニューロテンシン３価イオンをＭＳ／ＭＳ測定する場合の制御方法について説明する。
【００７２】
イオントラップの操作は主にイオン捕捉操作２０１、イオン選択操作２０２、衝突誘起解離操作２０３、質量分離操作２０４の４段階に大別することができる。
【００７３】
イオン捕捉操作２０１では、ゲート電圧に−７０Ｖを印加し、イオンをイオントラップに誘導する。この際、主高周波電圧を約５００Ｖの電圧で出力することにより、イオントラップ内に四重極電界を形成し、イオンを捕捉する。
【００７４】
次に、イオン選択操作２０２を行う。ゲート電圧に＋３００Ｖを印加し、イオンをイオントラップに閉じ込める。
【００７５】
そして、主高周波電圧を約２ｋＶ程度に上げ、イオンが式（２）により算出される固有周波数になるように安定させた後、目的のイオンの周波数を除く広帯域の周波数を合成し、合成波の補助高周波電圧をエンドキャップ電極に出力する。
【００７６】
この補助高周波電圧により、目的のイオンを除く不要なイオンは共鳴し、四重極電界外に排出されたり、電極に衝突して失われる。これらの操作により、目的のイオンのみがイオントラップ内に閉じ込められる。
【００７７】
次に、衝突誘起解離操作２０３を行う。衝突誘起解離操作２０３では、イオン選択操作２０２同様に、目的イオンに相当する広帯域周波数の補助高周波電圧を印加する。
【００７８】
ただし、イオン選択操作２０２とその電圧の大きさが異なり、イオンがイオントラップから排出されない程度に抑える。
【００７９】
これにより、イオンは補助高周波電圧によるポテンシャルを得ることができ、イオントラップ内部に充填するＨｅやＡｒなどの中性分子と衝突し、そのエネルギーが分子の結合エネルギーを超えることで、分子結合が切断され、フラグメントイオンが生成する。
【００８０】
このとき、主高周波電圧は生成したフラグメントイオンがイオントラップ内に捕捉されるように調整された電圧を維持する。
【００８１】
最後に、質量分離操作２０４を行う。質量分離操作２０４では、イオン選択操作２０２と同様に、補助高周波電圧をある周波数に固定し、主高周波電圧を操作することで、それに相当する質量電荷比のイオンを順次質量分離しながらイオントラップから排出する。
【００８２】
このとき、イオンストップ電極は正電荷のイオンを効率良く検出器に誘導するため、負電圧に印加する。
【００８３】
なお、ＭＳ測定においては、イオン選択操作および衝突誘起解離操作を行わず、イオン捕捉操作の後、質量分離操作を行うことで達成する。
【００８４】
本発明の実施例では、これらのイオントラップ動作におけるイオン捕捉操作２０１において、図３に示す本発明の実施例のイオントラップ動作シーケンス、図４に示すシーケンスフロー、および図５に示す測定チャートに従ってイオントラップの条件設定を行い、ＭＳ／ＭＳ測定における目的イオン量の最適化を行う。
【００８５】
まず初めに、ＭＳ／ＭＳ測定をするのに最適な目的イオン量を決定する４０１。決定に
は図６に示すようなユーザーインターフェイスによりオペレーターが入力する。
【００８６】
最初に、本発明の実施例の動作についてＯｎ／Ｏｆｆを設定する５０１。５０１がチェックされると５０２，５０３，５０４のマスクが外れ設定可能となる。
【００８７】
５０２は補助高周波電圧を出力しないときのイオン捕捉時間であり、任意に設定可能とする。通常２．０〜１０ｍｓｅｃ程度である。５０３は最適化する目的イオンのイオン量である。
【００８８】
これには検出器から出力される信号強度を単位として設定する。ＭＳ／ＭＳ測定の際に、この値のイオン量がイオントラップに捕捉されるように、本発明の実施例の動作を行い、イオン量を調整することになる。
【００８９】
５０４は、補助高周波電圧を出力するときのイオン捕捉時間について、先の５０２のイオン捕捉時間に対する倍率で入力する設定値である。
【００９０】
以下、先の設定条件に基づきイオントラップを動作する。
【００９１】
まず、補助高周波電圧を出力しないＭＳ測定を行い３０１，３０２，４０２、マススペクトルを取得する。
【００９２】
そして、得られたマススペクトルから全イオン強度を算出する４０３。全イオン強度とは、取得したマススペクトルから質量を区別せず全てを加算した信号強度である。この信号強度から、ＭＳ測定においてイオントラップに捕捉されたイオン量を把握する。
【００９３】
さらに、取得したマススペクトルから、目的イオンの信号強度を算出する４０３。これらの信号強度を基準として、イオン量を調整することになる。
【００９４】
先に得られた全イオン強度および目的イオンのイオン強度から、不要イオンのイオン強度を算出する。算出には、全イオン強度から目的イオンのイオンを減算することで不要イオン強度を算出することができる４０３。
【００９５】
次に、補助高周波電圧を出力した場合のＭＳ測定を行う３０３，３０４，４０４。この測定には、先の補助高周波電圧を出力しない場合のＭＳ測定のイオン捕捉時間に対し、時間ファクター５０４を乗算、変更し測定する。
【００９６】
そして、先と同様に、得られたマススペクトルから全イオン強度、目的イオン強度、不要イオン強度を算出する（４０５）。
【００９７】
イオントラップに捕捉されるイオン量はイオン捕捉時間にほぼ比例することから、時間倍率と目的イオンの増減量の相関、および時間倍率と不要イオンの排出量の相関を決定することができる。
【００９８】
時間倍率と目的イオンの増減量から、目的イオンが先に設定した目的イオン強度になるように目的イオン捕捉時間を算出する。さらに、時間倍率と不要イオンの排出量の相関から、不要イオン排出時間を決定する（４０６）。
【００９９】
そして、ＭＳ／ＭＳ測定を開始する。ＭＳ／ＭＳ測定のイオン捕捉操作において、図４の３０５以降に示すイオントラップシーケンスにより、イオンを捕捉する。
【０１００】
まず、ゲート電極を開き、イオンをイオントラップに導入する。導入開始時には、イオントラップに補助高周波電圧を出力し、不要イオンを排出するように電界を形成しておく。
【０１０１】
これにより、目的イオンはイオントラップに捕捉されるが、不要イオンは順次イオントラップから排出されることになる。そして、この状態を目的イオンが先に設定したイオン量になるように目的イオン捕捉時間３０５，４０８の間継続する。
【０１０２】
目的イオンは時間に比例してイオントラップ内に捕捉されることになるので、設定したイオン量になったところでゲート電極を閉じる。
【０１０３】
ただし、補助高周波電圧は継続して出力する。ゲート電極を閉じることでイオントラップにイオンを導入することなく、補助高周波電圧により不要イオンを排出する操作を行う。
【０１０４】
この操作を不要イオン排出時間３０６から目的イオン捕捉時間を減算した時間３０７の間継続する。
【０１０５】
これにより、不要イオンがイオントラップから完全に排出され、イオントラップには目的イオンのみが捕捉される。そのイオン量はＭＳ／ＭＳ測定に最適な量をイオントラップに捕捉することができる。
【０１０６】
そして、イオン選択操作および衝突誘起解離操作、質量分離操作を行う３０８，４０９ことで、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【０１０７】
さらに、不要イオン量が多くかつ目的イオン量が少ない場合、イオントラップ内の捕捉可能なイオンが飽和し、目的イオン捕捉時間に目的イオン量が比例しない場合がある。
【０１０８】
その場合は、図７および図８に示すように、ＭＳ測定において行ったイオン捕捉時間の間、目的イオンを捕捉し６０１、不要イオンを不要イオン排出時間６０２の間排出した後、さらに同様な操作６０３を繰り返し６０４，６０５、目的イオンが先に設定した目的イオン量になるように測定を行う（６０６）。
【０１０９】
図８に示す７０６から７１０について説明する。
【０１１０】
４０３と４０５で算出した目的イオン強度および不要イオン強度の時間倍率と目的イオンの増減量から目的イオン量が飽和している場合、先に設定した目的イオン強度になるように目的イオン捕捉回数を算出する（７０６）。
【０１１１】
時間倍率と不要イオンの排出量の相関から、不要イオン排出時間を決定する（７０７）。
【０１１２】
ＭＳ／ＭＳのイオン捕捉ステップにおいて補助高周波電圧を出力し、４０２で用いたイオン捕捉時間後、ゲート電極をイオンが透過しない電圧に変更する（７０８）。
【０１１３】
不要イオンを不要時間イオン排出時間の間排出する（７０９）。
【０１１４】
７０８と７０９の操作を、７０６で決定した目的イオン捕捉回数分行い、イオン捕捉ステップを終了し、イオン選択、衝突誘起解離を行い、ＭＳ／ＭＳスペクトルを取得する（７１０）。
【０１１５】
図７では３回繰り返した場合のシーケンスを示している。これにより、イオントラップ内のイオン飽和を抑えることができ、目的イオンのみが最適なイオン量で捕捉することができる。
【０１１６】
すなわち、図７に示すイオントラップ質量分析方法は、イオントラップ部内にイオン捕捉をしながら不必要なイオンを排出して目的のイオンをイオントラップ部内に捕捉する捕捉ステップと、イオントラップ部内に残存する不要なイオンを排出し、目的のイオンをイオントラップ部内に残す不要イオン排出ステップを交互に繰り返えす。
【０１１７】
この後で、目的イオンに対し衝突誘起解離を行ってイオンを壊すステップと、壊れたイオンを質量別に排出し、検出器１１１において検出する質量分離ステップが実行される。
【０１１８】
上記の目的イオンの捕捉収集は、捕捉ステップと不要イオン排出ステップを繰り返して行われるので、個々の捕捉ステップではイオントラップ内に導入するイオン量が過度にならない程度に制限できる。これにより、過度量のイオン量がイオントラップ内に導入されるのを抑えることができる。導入イオンの過多に伴う共鳴不振による不要イオンの排出不良が解消される。
【０１１９】
第２の実施例として、４本の柱状の電極を持つリニアトラップを採用した場合について、説明する。図９に概略構成図を示す。
【０１２０】
リニアトラップ８０３は４本の柱状の電極であり、対抗するポール間に高周波電圧を印加することによって、四重極電界が形成される。２次元に電界が形成されるため、２次元オントラップとも呼ばれる。
【０１２１】
イオンをイオントラップ内に捕捉するため、直流電源８０２からのリニアトラップのオフセット電圧は、ゲート電極８０９およびイオンストップ電極８１０よりも低い電圧に設定する。
【０１２２】
これにより、イオン源から生成されたイオンは、ゲート電極８０３からリニアイオントラップ内に入り、イオンストップ電極から排出されることなく、リニアトラップ内に捕捉される。
【０１２３】
イオンの排出は、３次元イオントラップと同様に式２より算出される周波数の補助高周波電圧８０８を主高周波電圧８０５に重畳することで、イオンを共鳴させる。
【０１２４】
そのため、図３に示す３次元イオントラップと同様なシーケンスでイオン選択操作２０２および衝突誘起解離操作２０３を行うことができる。
【０１２５】
ただし、質量分離操作は３次元イオントラップと異なり、米国特許第５４２０４２５号明細書や米国特許第６１７７６６８号明細書に示す方法により操作する。
【０１２６】
本発明の実施例は、イオン捕捉操作に関する発明であり、リニアトラップにおいても同様に制御可能である。
【０１２７】
つまり、図４および図７の動作シーケンスを行えば、リニアトラップにおいても、イオン捕捉操作における捕捉イオン量かつ目的イオン量を最適化し、スペースチャージによる不具合を抑えることができ、ＭＳ／ＭＳ測定において、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【０１２８】
第３の実施例として、イオントラップの後段に飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ）やイオンサイクロトン型質量分析計（ＦＴ−ＩＣＲ）などの質量分離部を採用した場合について
、説明する。
【０１２９】
イオントラップ質量分析計は複数回のＭＳ／ＭＳ操作を行うことができる利点を持っているが、対して質量分解能および質量精度が悪いという欠点を持っている。
【０１３０】
タンパク解析や代謝物解析の分野では、ＭＳ／ＭＳ測定だけでなく質量精度が、物質同定の信頼性向上につながる。
【０１３１】
そこで、このイオントラップの欠点を補うため、イオントラップの後段にＴＯＦやＦＴ−ＩＣＲを採用することで、高分解能および高質量精度の複数回のＭＳ／ＭＳ操作が達成できる。
【０１３２】
この実施例では、後段に設置された質量分析計で質量分離操作を行うため、イオントラップでは図３に示す動作シーケンスにおいて、衝突誘起解離操作２０３までを行う。
【０１３３】
そして、後段の質量分析計にイオンを送り出し、質量分離操作を後段の質量分析計で行
う。
【０１３４】
本発明の実施例は、イオン捕捉操作に関する発明であり、図４および図７に示す動作シーケンスを行えば、イオン捕捉における捕捉イオン量かつ目的イオン量を最適化し、スペースチャージによる不具合を抑えることができ、ＭＳ／ＭＳ測定において、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０１…イオン源、１０２…直流電源、１０３…リング電極、１０４…エンドキャップ電極、１０５…主高周波電源、１０６…データ収集・処理用コンピュータ、１０７…制御用コンピュータ、１０８…補助高周波電源、１０９…ゲート電極、１１０…イオンストップ電極、１１１…検出器、１１２…直流増幅器、２０１…イオン捕捉操作、２０２…イオン選択操作、２０３…衝突誘起解離操作、２０４…質量分離操作、３０１…補助高周波電圧を出力しない場合のイオン捕捉操作、３０２…補助高周波電圧を出力しない場合の質量分離捉操作、３０３…補助高周波電圧を出力する場合のイオン捕捉操作、３０４…補助高周波電圧を出力する場合の質量分離捉操作、３０５…目的イオン捕捉操作および時間、３０６…不要イオン排出操作および時間、３０７…ゲート電極が閉じられた後の不要イオン排出操作および時間、３０８…イオン選択操作以降のＭＳ／ＭＳ操作、５０１…本発明の動作のＯＮ／ＯＦＦ、５０２…補助高周波電圧を出力しない場合のイオン捕捉時間設定、５０３…最適化したときの目的イオン量の設定、５０４…イオン捕捉時間に対する倍率、６０１…イオン飽和が生じた場合の目的イオン捕捉操作および時間、６０２…イオン飽和が生じた場合のゲート電極が閉じられた後の不要イオン排出操作および時間、６０３…イオン飽和が生じた場合の不要イオン排出操作および時間、６０４…繰り返し２回目のイオン捕捉操作、６０５…繰り返し３回目のイオン捕捉操作、６０６…イオン選択操作以降のＭＳ／ＭＳ操作、７０６…イオン量飽和の判定および目的イオン捕捉回数の決定、７１０…イオン捕捉操作の繰り返し測定。
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオントラップ部から排出されたイオンを検出する検出部を備える質量分析装置を有するイオントラップ質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置は、試料分子に電荷を付加してイオン化を行い、生成したイオンを電場または磁場により質量電荷比に分離し、その量を検出器にて電流値として計測する機器である。
【０００３】
質量分析装置は高感度であり、また、従来の分析装置に比べ、定量性および同定能力に優れている。近年、ライフサイエンス分野ではゲノム解析に代わるペプチド解析が注目され、高感度で同定能力の優れた質量分析装置の有効性が再評価されてきた。
【０００４】
質量分析装置にて試料を測定すると、質量電荷比単位の電流値が得られる。これをマススペクトルと呼ぶ。このマススペクトルは測定する試料の構造によって異なり、そのマススペクトルのパターンから試料の構造の情報を得ることができる。
【０００５】
しかし、試料中の構成成分が複雑であったり、得られたマススペクトルが成分の特定に不十分な情報である場合がある。
【０００６】
特に質量分析装置では質量電荷比により分子イオンを分離するため、異なる構造であったとしても質量電荷比が同一の場合、分子イオンを区別するのが困難になる。これを解決するため、ＭＳｎ分析が考案された。
【０００７】
ＭＳｎ分析とは分子イオンを質量分析装置に取り込み、特定質量数以外のイオンを排除し、選択した分子イオンと中性分子との衝突を起こすことにより、分子イオンの一部の結合を破壊し、結合の切れたイオンを測定する方法である。
【０００８】
この中性分子と衝突させ選択した分子イオンの結合を切ることを衝突誘起解離（ＣＩＤ）と呼び、イオン捕捉、イオン選択、衝突誘起解離の一連の操作の繰返し回数によってＭＳ２やＭＳ３などと呼ぶ。
【０００９】
分子中の原子間の結合はその構造や結合の種類によって結合エネルギーが異なるため、結合エネルギーが低い箇所ほど衝突誘起解離によって切断される。
【００１０】
分子イオンと中性分子との衝突時に、結合を切断するのに必要な運動エネルギーを分子イオンに与えることにより、特有のフラグメントイオンが生成し、分子イオンの構造を知ることができる。
【００１１】
さらに、ＭＳｎ分析の繰返し回数が多くなれば、より多くの構造情報を得ることができる。
【００１２】
質量分析装置はイオンを分離する操作および構成により多様な種類が挙げられるが、ＭＳｎ分析を行うのに適した構成のひとつにイオントラップ質量分析装置が挙げられる。
【００１３】
イオントラップ質量分析装置は、特定の質量電荷比のイオンがイオントラップ内に滞在するような四重極電界を形成し、四重極電界を変化させることによりイオン選択および衝突誘起解離を行うことができる。
【００１４】
衝突誘起解離を行った後、イオンを検出器に誘導することなく、衝突誘起解離によって生成されたイオンを再度イオン選択および衝突誘起解離を行えば、複数回のＭＳｎ分析を行うことが可能となる。
【００１５】
ＭＳｎ分析を行う上で、イオントラップの操作は主に４つの操作に分けられる。
【００１６】
〔１〕．リング電極に主高周波電圧を印加し、イオントラップ内部に四重極電界を形成する。
【００１７】
外部または内部により生成されたイオンは電荷をもっているため、イオンが四重極電界内に導入されると、図１に示す安定領域図において斜線部分の領域内にあるａ値およびｑ値に相当する質量電荷比のイオンが、イオントラップ内にて安定した軌道を描き、捕捉される。
【００１８】
このａ値およびｑ値は、主高周波電圧Ｖ，主直流電圧Ｕ，リング電極内径ｒ０，主高周波電圧の角周波数Ωおよびイオンの質量電荷比ｍ／ｚによって、式（１）により決定される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
このようにイオンをイオントラップに捕捉する操作を、イオン捕捉操作と呼ぶ。
【００２１】
イオン捕捉操作では、主直流電圧（Ｕ）を印加しないａ＝０の条件で操作を行うため、捕捉されるイオンはその質量電荷比に従い、安定領域図のａ＝０上で一意的に決定される。
【００２２】
そのｑ値は０〜０．９０８の範囲であり、それに相当する質量電荷比のイオンがイオントラップに捕捉される。
【００２３】
〔２〕．捕捉されたイオンはイオントラップ内部でその質量電荷比に従い、各固有の複数成分の周波数にて安定した軌道を描いている。その周波数成分のひとつω０は、図１の安定領域図に示すβｚ値と式（２）より、概算することができる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
この周波数に相当する補助交流電圧をエンドキャップ電極に印加すると、イオントラップ内部に生成された補助交流電界により、イオンは共鳴し、イオントラップから排出される。
【００２６】
この操作を、構造解析を行わない、つまり、衝突誘起解離を行わない不要イオンに対して行えば、イオンはイオントラップから排出され、目的のイオンのみがイオントラップに捕捉されることになる。これを、イオン選択操作と呼ぶ。
【００２７】
〔３〕．そして、衝突誘起解離を行う目的のイオンに共鳴する周波数を目的のイオンが排出されない程度にエンドキャップ電極に印加すると、イオンは補助交流電界によりポテンシャルを得、内部の中性分子との衝突を繰り返すことにより、イオン内部の結合が切断され、フラグメントイオンが生成する。これを衝突誘起解離操作と呼ぶ。
【００２８】
〔４〕．このイオン選択操作と衝突誘起解離操作を繰り返すことによってＭＳｎ分析が可能となり、構造情報を得るに値するフラグメントイオンがイオントラップ内部に捕捉されたのち、リング電極とエンドキャップ電極を操作することで、イオンは質量電荷比に従い検知器に到達し、質量電荷比に対するイオン量が電流値として検出される。
【００２９】
このようなイオントラップの動作が示される例として、特表平９−５０１５３６号公報（特許文献１）、特開２００２−１８４３４８号公報（特許文献２）、特開２００２−３１３２７６号公報（特許文献３）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特表平９−５０１５３６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４３４８号公報
【特許文献３】特開２００２−３１３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
目的のイオンを開裂する衝突誘起解離操作は、リング電極に印加された主高周波電圧によりイオンを捕捉したまま、目的のイオンの質量電荷比に相当する運動周波数の補助高周波電圧を、式（２）より得られる周波数にて、エンドキャップ電極に印加し、イオンを励起する。
【００３２】
励起したイオンは、イオントラップ内部の中性分子との衝突により、内部エネルギーに変換され、複数回の衝突が繰り返されると分子内の結合が切断される。
【００３３】
イオントラップ質量分析計は、三連四重極分析計などのコリジョンセルとは動作が異なり、一度四重極電界内にイオンを捕捉するため、他の質量分析計よりも高感度である利点を持っている。
【００３４】
しかし、イオントラップ内のイオンは補助高周波電界による共鳴励起により運動エネルギーを得ていることから、次のような欠点を持っている。
【００３５】
イオントラップに捕捉されるイオンは電荷を持った分子または原子であり、ある一定の空間内に多量のイオンが存在すると、電界降下が生じる。降下した電界内でのイオンは、式（２）に示した周波数での補助高周波電圧により共鳴することができない。
【００３６】
そのため、イオン選択の際に目的のイオンが排出されてしまったり、衝突誘起解離操作を行う際に目的のイオンに衝突エネルギーを与えることができなくなってしまったりする不具合が発生する。
【００３７】
この電荷過密の状態を一般的にスペースチャージと呼び、特に、イオンを一度捕捉するイオントラップでは生じやすい現象であり、解決するべき課題である。
【００３８】
本課題を解決するために、従来技術として以下の方法が挙げられる。
【００３９】
その方法は、特開平９−３０６４１９号公報に記載される、イオン捕捉ステップの際にイオン捕捉時間を調整し、イオントラップに捕捉するイオン量を調整する方法である。
【００４０】
この方法は、ＭＳ／ＭＳを行う直前に、ＭＳ測定を行い（プレスキャン）、現在イオントラップに存在するイオン量を確認した後、ＭＳ／ＭＳ測定のイオン捕捉時間を変更する。
【００４１】
イオン捕捉時間とイオン量は比例関係にあることから、イオン過多の場合は時間を短くすることで、スペースチャージを抑えることができる。
【００４２】
しかし、本方法は、イオントラップに存在する全てのイオンに対してイオン量の調整が行われるため、目的イオンのＭＳ／ＭＳスペクトルを得られない場合がある。
【００４３】
例えば、不要イオンが多く、かつ目的イオンが少なく存在する場合、イオン捕捉時間を短くすると目的イオンのイオン量がＭＳ／ＭＳスペクトルを得るために十分な量を確保できなくなり、結果、構造情報が得られなくなる。
【００４４】
特に、生体などの精製されていない試料中の微量成分を測定する場合、このような不都合が多く発生する。
【００４５】
本発明は、上記の問題に鑑み、目的のイオンが十分な確保でき、ＭＳ／ＭＳ測定が最適化されたイオントラップ質量分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
本発明は、イオントラップ部内にイオン捕捉をしながら不必要なイオンを排出して目的のイオンをイオントラップ部内に収集することを特徴とする。
【００４７】
更に具体的には、本発明は、次のように構成される。
【００４８】
試料をイオン化するイオン源部と、イオン源にて生成されたイオンを、三次元四重極電界を形成することで所定の質量電荷比に従いイオンを閉じ込め、不要なイオンを排出し、目的のイオンのみを四重極電界内に閉じ込め、衝突誘起解離を行い、フラグメントイオンを生成し、そのイオンを質量分離し、検出器に輸送するイオントラップ部とイオンの量を電流値に変換する検出部とで構成される質量分析装置において、イオン捕捉操作における捕捉イオン量かつ目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行うために最適化し、イオン選択操作および衝突誘起解離操作を行い、ＭＳ／ＭＳスペクトルを得る。
【００４９】
本発明は、ＭＳ／ＭＳ測定の前にＭＳ測定を行い、そのマススペクトルの全イオン量および目的イオン量を測定し、イオントラップ内に捕捉されるイオン量を、目的イオンのみとし、そのイオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行う上で最適な量に調整する。
【００５０】
さらに本発明は、前述の目的イオンのみをイオントラップに捕捉する段階において、全イオン量から目的のイオン量を減算し、不要イオン量を算出し、不要イオンをイオントラップから排出するに最適な時間を決定し、不要イオンを完全にイオントラップから排出した後でＭＳ／ＭＳ測定を行う。
【００５１】
さらに本発明は、前述の目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行う上で最適な量に調整する段階において、目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定に適したイオン量になるようにイオン捕捉時間を決定し、さらに不要イオンを完全に排出するため、イオントラップにイオンを導入せず不要イオンの排出を行った後、ＭＳ／ＭＳ測定を行う。
【００５２】
さらに本発明は、前述の目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定を行う上で最適な量に調整する段階において、目的イオン量をＭＳ／ＭＳ測定に適したイオン量になるように、イオン捕捉と不要イオン排出を複数回行い、ＭＳ／ＭＳ測定を行う。
【００５３】
さらに本発明は、ユーザーインターフェイスにおいて、目的イオンの最適量を設定可能
とする。
【発明の効果】
【００５４】
本発明により、イオン捕捉における捕捉イオン量かつ目的イオン量を最適化し、ＭＳ／ＭＳ測定において、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】イオントラップ質量分析装置のイオントラップの安定領域図である。
【図２】本発明の実施例に係わるもので、概略構成図である。
【図３】イオントラップ質量分析装置におけるイオントラップ操作の制御シーケンスである。
【図４】本発明の実施例に係わるもので、イオントラップ操作の制御シーケンスである。
【図５】本発明の実施例に係わるもので、測定チャートである。
【図６】本発明の実施例に係わるもので、ユーザーインターフェイスである。
【図７】本発明の実施例に係わるもので、イオン飽和時のイオントラップ操作の制御シーケンスである。
【図８】本発明の実施例に係わるもので、イオン飽和時の測定チャートである。
【図９】本発明の実施例に係わるもので、リニアイオントラップでの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施形態について添付する図面を元に説明する。
【００５７】
図２に本実施例の概略構成図を示す。
【００５８】
イオン源１０１は、直流電源１０２より数ｋＶの電圧を印加することで試料をイオン化する。イオントラップは、１つのドーナツ状のリング電極１０３とそれを挟む２つの御椀形のエンドキャップ電極１０４から構成される。各電極には高周波電源が接続される。
【００５９】
主高周波電源１０５は、イオントラップ内部に四重極電界を形成することを目的とし、イオンをイオントラップ内に閉じ込める命令をデータ収集・処理用コンピュータ１０６及び制御用コンピュータ１０７より受けて、リング電極１０３に主高周波電圧を印加する。
【００６０】
また、補助高周波電源１０８は、イオン選択および衝突誘起解離を行うための補助高周波電界を形成することを目的とし、排出する不要イオンまたは衝突誘起解離を行う目的のイオン、さらに質量分離を行うイオンの質量電荷比に相当する周波数の補助高周波電圧をエンドキャップ電極１０４に印加する。
【００６１】
これも主高周波電源１０５と同様にデータ収集・処理用コンピュータ１０６及び制御用コンピュータ１０７より制御可能とする。
【００６２】
さらに、イオントラップ前段と後段にゲート電極１０９及びイオンストップ電極１１０を配置し、直流電源１０２より直流電圧を印加する。
【００６３】
これらの電極は、イオンをイオントラップに導入または排出する際にイオンを効率よく誘導するように、データ収集・処理用コンピュータ１０６及び制御用コンピュータ１０７より制御可能とする。
【００６４】
イオンストップ電極１１０の後段にはイオンの量を検知し、電流値に変換する検出器１１１と、その電流値を増幅する直流増幅器１１２を備え、データ収集・処理用コンピュータ１０６にて、その値を全イオン量またはマススペクトルとして表示する。
【００６５】
次に、イオントラップの制御方法について説明する。
【００６６】
図３に、イオントラップの各電極に印加される電圧のタイムチャートを示す。
【００６７】
このタイムチャートは、横軸を時間とし、縦軸を電位の高さとして表示しており、イオントラップにてＭＳ／ＭＳ分析を行う際の各電極に印加する電位グラフを模式的に記述したものである。
【００６８】
各電圧は図中上段から、リング電極１０３に印加する主高周波電圧、エンドキャップ電極１０４に印加する補助高周波電圧、ゲート電極１０９に印加するゲート電圧、イオンストップ電極１１０に印加するイオンストップ電圧である。
【００６９】
主高周波電圧はイオントラップ形状や捕捉するイオンの最大質量電荷比範囲により決定する周波数の交流電圧である。補助高周波電圧は広帯域の周波数電圧を出力することを可能とし、イオンの排出や衝突誘起解離のイオンの質量電荷比に相当する周波数を目的に応じて出力する。
【００７０】
ゲート電圧及びイオンストップ電圧は直流電圧であり、イオン電荷の極性やイオン軌道の誘導操作に応じて正電圧、負電圧を切り替える。
【００７１】
ここで、イオン源にて生成したｍ／ｚ５５８．３１のニューロテンシン３価イオンをＭＳ／ＭＳ測定する場合の制御方法について説明する。
【００７２】
イオントラップの操作は主にイオン捕捉操作２０１、イオン選択操作２０２、衝突誘起解離操作２０３、質量分離操作２０４の４段階に大別することができる。
【００７３】
イオン捕捉操作２０１では、ゲート電圧に−７０Ｖを印加し、イオンをイオントラップに誘導する。この際、主高周波電圧を約５００Ｖの電圧で出力することにより、イオントラップ内に四重極電界を形成し、イオンを捕捉する。
【００７４】
次に、イオン選択操作２０２を行う。ゲート電圧に＋３００Ｖを印加し、イオンをイオントラップに閉じ込める。
【００７５】
そして、主高周波電圧を約２ｋＶ程度に上げ、イオンが式（２）により算出される固有周波数になるように安定させた後、目的のイオンの周波数を除く広帯域の周波数を合成し、合成波の補助高周波電圧をエンドキャップ電極に出力する。
【００７６】
この補助高周波電圧により、目的のイオンを除く不要なイオンは共鳴し、四重極電界外に排出されたり、電極に衝突して失われる。これらの操作により、目的のイオンのみがイオントラップ内に閉じ込められる。
【００７７】
次に、衝突誘起解離操作２０３を行う。衝突誘起解離操作２０３では、イオン選択操作２０２同様に、目的イオンに相当する広帯域周波数の補助高周波電圧を印加する。
【００７８】
ただし、イオン選択操作２０２とその電圧の大きさが異なり、イオンがイオントラップから排出されない程度に抑える。
【００７９】
これにより、イオンは補助高周波電圧によるポテンシャルを得ることができ、イオントラップ内部に充填するＨｅやＡｒなどの中性分子と衝突し、そのエネルギーが分子の結合エネルギーを超えることで、分子結合が切断され、フラグメントイオンが生成する。
【００８０】
このとき、主高周波電圧は生成したフラグメントイオンがイオントラップ内に捕捉されるように調整された電圧を維持する。
【００８１】
最後に、質量分離操作２０４を行う。質量分離操作２０４では、イオン選択操作２０２と同様に、補助高周波電圧をある周波数に固定し、主高周波電圧を操作することで、それに相当する質量電荷比のイオンを順次質量分離しながらイオントラップから排出する。
【００８２】
このとき、イオンストップ電極は正電荷のイオンを効率良く検出器に誘導するため、負電圧に印加する。
【００８３】
なお、ＭＳ測定においては、イオン選択操作および衝突誘起解離操作を行わず、イオン捕捉操作の後、質量分離操作を行うことで達成する。
【００８４】
本発明の実施例では、これらのイオントラップ動作におけるイオン捕捉操作２０１において、図３に示す本発明の実施例のイオントラップ動作シーケンス、図４に示すシーケンスフロー、および図５に示す測定チャートに従ってイオントラップの条件設定を行い、ＭＳ／ＭＳ測定における目的イオン量の最適化を行う。
【００８５】
まず初めに、ＭＳ／ＭＳ測定をするのに最適な目的イオン量を決定する４０１。決定に
は図６に示すようなユーザーインターフェイスによりオペレーターが入力する。
【００８６】
最初に、本発明の実施例の動作についてＯｎ／Ｏｆｆを設定する５０１。５０１がチェックされると５０２，５０３，５０４のマスクが外れ設定可能となる。
【００８７】
５０２は補助高周波電圧を出力しないときのイオン捕捉時間であり、任意に設定可能とする。通常２．０〜１０ｍｓｅｃ程度である。５０３は最適化する目的イオンのイオン量である。
【００８８】
これには検出器から出力される信号強度を単位として設定する。ＭＳ／ＭＳ測定の際に、この値のイオン量がイオントラップに捕捉されるように、本発明の実施例の動作を行い、イオン量を調整することになる。
【００８９】
５０４は、補助高周波電圧を出力するときのイオン捕捉時間について、先の５０２のイオン捕捉時間に対する倍率で入力する設定値である。
【００９０】
以下、先の設定条件に基づきイオントラップを動作する。
【００９１】
まず、補助高周波電圧を出力しないＭＳ測定を行い３０１，３０２，４０２、マススペクトルを取得する。
【００９２】
そして、得られたマススペクトルから全イオン強度を算出する４０３。全イオン強度とは、取得したマススペクトルから質量を区別せず全てを加算した信号強度である。この信号強度から、ＭＳ測定においてイオントラップに捕捉されたイオン量を把握する。
【００９３】
さらに、取得したマススペクトルから、目的イオンの信号強度を算出する４０３。これらの信号強度を基準として、イオン量を調整することになる。
【００９４】
先に得られた全イオン強度および目的イオンのイオン強度から、不要イオンのイオン強度を算出する。算出には、全イオン強度から目的イオンのイオンを減算することで不要イオン強度を算出することができる４０３。
【００９５】
次に、補助高周波電圧を出力した場合のＭＳ測定を行う３０３，３０４，４０４。この測定には、先の補助高周波電圧を出力しない場合のＭＳ測定のイオン捕捉時間に対し、時間ファクター５０４を乗算、変更し測定する。
【００９６】
そして、先と同様に、得られたマススペクトルから全イオン強度、目的イオン強度、不要イオン強度を算出する（４０５）。
【００９７】
イオントラップに捕捉されるイオン量はイオン捕捉時間にほぼ比例することから、時間倍率と目的イオンの増減量の相関、および時間倍率と不要イオンの排出量の相関を決定することができる。
【００９８】
時間倍率と目的イオンの増減量から、目的イオンが先に設定した目的イオン強度になるように目的イオン捕捉時間を算出する。さらに、時間倍率と不要イオンの排出量の相関から、不要イオン排出時間を決定する（４０６）。
【００９９】
そして、ＭＳ／ＭＳ測定を開始する。ＭＳ／ＭＳ測定のイオン捕捉操作において、図４の３０５以降に示すイオントラップシーケンスにより、イオンを捕捉する。
【０１００】
まず、ゲート電極を開き、イオンをイオントラップに導入する。導入開始時には、イオントラップに補助高周波電圧を出力し、不要イオンを排出するように電界を形成しておく。
【０１０１】
これにより、目的イオンはイオントラップに捕捉されるが、不要イオンは順次イオントラップから排出されることになる。そして、この状態を目的イオンが先に設定したイオン量になるように目的イオン捕捉時間３０５，４０８の間継続する。
【０１０２】
目的イオンは時間に比例してイオントラップ内に捕捉されることになるので、設定したイオン量になったところでゲート電極を閉じる。
【０１０３】
ただし、補助高周波電圧は継続して出力する。ゲート電極を閉じることでイオントラップにイオンを導入することなく、補助高周波電圧により不要イオンを排出する操作を行う。
【０１０４】
この操作を不要イオン排出時間３０６から目的イオン捕捉時間を減算した時間３０７の間継続する。
【０１０５】
これにより、不要イオンがイオントラップから完全に排出され、イオントラップには目的イオンのみが捕捉される。そのイオン量はＭＳ／ＭＳ測定に最適な量をイオントラップに捕捉することができる。
【０１０６】
そして、イオン選択操作および衝突誘起解離操作、質量分離操作を行う３０８，４０９ことで、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【０１０７】
さらに、不要イオン量が多くかつ目的イオン量が少ない場合、イオントラップ内の捕捉可能なイオンが飽和し、目的イオン捕捉時間に目的イオン量が比例しない場合がある。
【０１０８】
その場合は、図７および図８に示すように、ＭＳ測定において行ったイオン捕捉時間の間、目的イオンを捕捉し６０１、不要イオンを不要イオン排出時間６０２の間排出した後、さらに同様な操作６０３を繰り返し６０４，６０５、目的イオンが先に設定した目的イオン量になるように測定を行う（６０６）。
【０１０９】
図８に示す７０６から７１０について説明する。
【０１１０】
４０３と４０５で算出した目的イオン強度および不要イオン強度の時間倍率と目的イオンの増減量から目的イオン量が飽和している場合、先に設定した目的イオン強度になるように目的イオン捕捉回数を算出する（７０６）。
【０１１１】
時間倍率と不要イオンの排出量の相関から、不要イオン排出時間を決定する（７０７）。
【０１１２】
ＭＳ／ＭＳのイオン捕捉ステップにおいて補助高周波電圧を出力し、４０２で用いたイオン捕捉時間後、ゲート電極をイオンが透過しない電圧に変更する（７０８）。
【０１１３】
不要イオンを不要時間イオン排出時間の間排出する（７０９）。
【０１１４】
７０８と７０９の操作を、７０６で決定した目的イオン捕捉回数分行い、イオン捕捉ステップを終了し、イオン選択、衝突誘起解離を行い、ＭＳ／ＭＳスペクトルを取得する（７１０）。
【０１１５】
図７では３回繰り返した場合のシーケンスを示している。これにより、イオントラップ内のイオン飽和を抑えることができ、目的イオンのみが最適なイオン量で捕捉することができる。
【０１１６】
すなわち、図７に示すイオントラップ質量分析方法は、イオントラップ部内にイオン捕捉をしながら不必要なイオンを排出して目的のイオンをイオントラップ部内に捕捉する捕捉ステップと、イオントラップ部内に残存する不要なイオンを排出し、目的のイオンをイオントラップ部内に残す不要イオン排出ステップを交互に繰り返えす。
【０１１７】
この後で、目的イオンに対し衝突誘起解離を行ってイオンを壊すステップと、壊れたイオンを質量別に排出し、検出器１１１において検出する質量分離ステップが実行される。
【０１１８】
上記の目的イオンの捕捉収集は、捕捉ステップと不要イオン排出ステップを繰り返して行われるので、個々の捕捉ステップではイオントラップ内に導入するイオン量が過度にならない程度に制限できる。これにより、過度量のイオン量がイオントラップ内に導入されるのを抑えることができる。導入イオンの過多に伴う共鳴不振による不要イオンの排出不良が解消される。
【０１１９】
第２の実施例として、４本の柱状の電極を持つリニアトラップを採用した場合について、説明する。図９に概略構成図を示す。
【０１２０】
リニアトラップ８０３は４本の柱状の電極であり、対抗するポール間に高周波電圧を印加することによって、四重極電界が形成される。２次元に電界が形成されるため、２次元オントラップとも呼ばれる。
【０１２１】
イオンをイオントラップ内に捕捉するため、直流電源８０２からのリニアトラップのオフセット電圧は、ゲート電極８０９およびイオンストップ電極８１０よりも低い電圧に設定する。
【０１２２】
これにより、イオン源から生成されたイオンは、ゲート電極８０３からリニアイオントラップ内に入り、イオンストップ電極から排出されることなく、リニアトラップ内に捕捉される。
【０１２３】
イオンの排出は、３次元イオントラップと同様に式２より算出される周波数の補助高周波電圧８０８を主高周波電圧８０５に重畳することで、イオンを共鳴させる。
【０１２４】
そのため、図３に示す３次元イオントラップと同様なシーケンスでイオン選択操作２０２および衝突誘起解離操作２０３を行うことができる。
【０１２５】
ただし、質量分離操作は３次元イオントラップと異なり、米国特許第５４２０４２５号明細書や米国特許第６１７７６６８号明細書に示す方法により操作する。
【０１２６】
本発明の実施例は、イオン捕捉操作に関する発明であり、リニアトラップにおいても同様に制御可能である。
【０１２７】
つまり、図４および図７の動作シーケンスを行えば、リニアトラップにおいても、イオン捕捉操作における捕捉イオン量かつ目的イオン量を最適化し、スペースチャージによる不具合を抑えることができ、ＭＳ／ＭＳ測定において、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【０１２８】
第３の実施例として、イオントラップの後段に飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ）やイオンサイクロトン型質量分析計（ＦＴ−ＩＣＲ）などの質量分離部を採用した場合について
、説明する。
【０１２９】
イオントラップ質量分析計は複数回のＭＳ／ＭＳ操作を行うことができる利点を持っているが、対して質量分解能および質量精度が悪いという欠点を持っている。
【０１３０】
タンパク解析や代謝物解析の分野では、ＭＳ／ＭＳ測定だけでなく質量精度が、物質同定の信頼性向上につながる。
【０１３１】
そこで、このイオントラップの欠点を補うため、イオントラップの後段にＴＯＦやＦＴ−ＩＣＲを採用することで、高分解能および高質量精度の複数回のＭＳ／ＭＳ操作が達成できる。
【０１３２】
この実施例では、後段に設置された質量分析計で質量分離操作を行うため、イオントラップでは図３に示す動作シーケンスにおいて、衝突誘起解離操作２０３までを行う。
【０１３３】
そして、後段の質量分析計にイオンを送り出し、質量分離操作を後段の質量分析計で行
う。
【０１３４】
本発明の実施例は、イオン捕捉操作に関する発明であり、図４および図７に示す動作シーケンスを行えば、イオン捕捉における捕捉イオン量かつ目的イオン量を最適化し、スペースチャージによる不具合を抑えることができ、ＭＳ／ＭＳ測定において、フラグメントイオン強度の向上と、再現性のよいＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０１…イオン源、１０２…直流電源、１０３…リング電極、１０４…エンドキャップ電極、１０５…主高周波電源、１０６…データ収集・処理用コンピュータ、１０７…制御用コンピュータ、１０８…補助高周波電源、１０９…ゲート電極、１１０…イオンストップ電極、１１１…検出器、１１２…直流増幅器、２０１…イオン捕捉操作、２０２…イオン選択操作、２０３…衝突誘起解離操作、２０４…質量分離操作、３０１…補助高周波電圧を出力しない場合のイオン捕捉操作、３０２…補助高周波電圧を出力しない場合の質量分離捉操作、３０３…補助高周波電圧を出力する場合のイオン捕捉操作、３０４…補助高周波電圧を出力する場合の質量分離捉操作、３０５…目的イオン捕捉操作および時間、３０６…不要イオン排出操作および時間、３０７…ゲート電極が閉じられた後の不要イオン排出操作および時間、３０８…イオン選択操作以降のＭＳ／ＭＳ操作、５０１…本発明の動作のＯＮ／ＯＦＦ、５０２…補助高周波電圧を出力しない場合のイオン捕捉時間設定、５０３…最適化したときの目的イオン量の設定、５０４…イオン捕捉時間に対する倍率、６０１…イオン飽和が生じた場合の目的イオン捕捉操作および時間、６０２…イオン飽和が生じた場合のゲート電極が閉じられた後の不要イオン排出操作および時間、６０３…イオン飽和が生じた場合の不要イオン排出操作および時間、６０４…繰り返し２回目のイオン捕捉操作、６０５…繰り返し３回目のイオン捕捉操作、６０６…イオン選択操作以降のＭＳ／ＭＳ操作、７０６…イオン量飽和の判定および目的イオン捕捉回数の決定、７１０…イオン捕捉操作の繰り返し測定。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をイオン化するイオン源部と、
前記イオン源にて生成されたイオンをトラップするイオントラップ部と、
前記イオントラップ部に主高周波電圧を印加する主高周波電源と、
補助高周波電圧を印加する補助高周波電源と、
前記イオントラップ部から排出されたイオンを検出する検出部を備える質量分析装置と、
を有するイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部内に該イオントラップ部の外部から入るイオンを捕捉しながら前記イオンのうち不必要なイオンを排出して目的のイオンを該イオントラップ部内に捕捉された状態を維持する維持ステップと、
前記イオントラップ部の入口を閉じて該イオントラップ部内に残存する不要なイオンを排出する不要イオン排出ステップとを
交互に繰り返すように制御するコンピュータを備え、
該コンピュータは、さらに、前記維持ステップと不要イオン排出ステップが繰り返された後に、前記目的のイオンが衝突誘起解離により壊され、該壊されたイオンが質量別に排出され前記検出部で検出されることで、前記目的のイオンの量をＭＳ／ＭＳ測定に合うように最適化する
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部は、リング電極と一対のエンドキャップ電極を有する３次元イオントラップ部である
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項３】
請求項１記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部は、４本の柱状の電極をもつリニアトラップ部である
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記ＭＳ／ＭＳ測定のうち、先に測定したＭＳ測定から前記目的のイオンの量を観測し、該目的のイオンの量が前記ＭＳ／ＭＳ測定に最適化されたイオンの量になるように調整される
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項５】
請求項４記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記維持ステップを行う時間の異なる２回のＭＳ測定により、前記目的のイオンの量と時間の相関を求め、該相関から最適化された前記目的のイオンの量に基いて、前記維持ステップにおける前記目的のイオンが該イオントラップ部内に捕捉された状態を維持するイオン捕捉時間が決定される
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項６】
請求項５記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部内の前記イオンが飽和した際には、前記維持ステップを複数回行った後で前記目的のイオンの量が最適化され、ＭＳ／ＭＳ測定が行われる
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項７】
請求項４から６記載のいずれかに記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記ＭＳ／ＭＳ測定に最適化される前記目的のイオンの量がユーザーインターフェースによって任意に設定可能である
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項８】
請求項４から７記載のいずれかに記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記ＭＳ／ＭＳ測定のうち、先に測定したＭＳ測定から前記イオンの全イオン量を観測し、前記目的のイオンの量を観測し、前記全イオン量と前記目的のイオンの量とから不要イオン量が算出され、該不要イオン量から不要イオンを排出するのに最適な排出時間が決定され、該排出時間に前記不要イオン排出ステップが行われる
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項１】
試料をイオン化するイオン源部と、
前記イオン源にて生成されたイオンをトラップするイオントラップ部と、
前記イオントラップ部に主高周波電圧を印加する主高周波電源と、
補助高周波電圧を印加する補助高周波電源と、
前記イオントラップ部から排出されたイオンを検出する検出部を備える質量分析装置と、
を有するイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部内に該イオントラップ部の外部から入るイオンを捕捉しながら前記イオンのうち不必要なイオンを排出して目的のイオンを該イオントラップ部内に捕捉された状態を維持する維持ステップと、
前記イオントラップ部の入口を閉じて該イオントラップ部内に残存する不要なイオンを排出する不要イオン排出ステップとを
交互に繰り返すように制御するコンピュータを備え、
該コンピュータは、さらに、前記維持ステップと不要イオン排出ステップが繰り返された後に、前記目的のイオンが衝突誘起解離により壊され、該壊されたイオンが質量別に排出され前記検出部で検出されることで、前記目的のイオンの量をＭＳ／ＭＳ測定に合うように最適化する
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部は、リング電極と一対のエンドキャップ電極を有する３次元イオントラップ部である
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項３】
請求項１記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部は、４本の柱状の電極をもつリニアトラップ部である
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記ＭＳ／ＭＳ測定のうち、先に測定したＭＳ測定から前記目的のイオンの量を観測し、該目的のイオンの量が前記ＭＳ／ＭＳ測定に最適化されたイオンの量になるように調整される
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項５】
請求項４記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記維持ステップを行う時間の異なる２回のＭＳ測定により、前記目的のイオンの量と時間の相関を求め、該相関から最適化された前記目的のイオンの量に基いて、前記維持ステップにおける前記目的のイオンが該イオントラップ部内に捕捉された状態を維持するイオン捕捉時間が決定される
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項６】
請求項５記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記イオントラップ部内の前記イオンが飽和した際には、前記維持ステップを複数回行った後で前記目的のイオンの量が最適化され、ＭＳ／ＭＳ測定が行われる
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項７】
請求項４から６記載のいずれかに記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記ＭＳ／ＭＳ測定に最適化される前記目的のイオンの量がユーザーインターフェースによって任意に設定可能である
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【請求項８】
請求項４から７記載のいずれかに記載のイオントラップ質量分析装置において、
前記ＭＳ／ＭＳ測定のうち、先に測定したＭＳ測定から前記イオンの全イオン量を観測し、前記目的のイオンの量を観測し、前記全イオン量と前記目的のイオンの量とから不要イオン量が算出され、該不要イオン量から不要イオンを排出するのに最適な排出時間が決定され、該排出時間に前記不要イオン排出ステップが行われる
ことを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２９５５８８（Ｐ２００９−２９５５８８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５００６（Ｐ２００９−１７５００６）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【分割の表示】特願２００６−２３９０７０（Ｐ２００６−２３９０７０）の分割
【原出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【分割の表示】特願２００６−２３９０７０（Ｐ２００６−２３９０７０）の分割
【原出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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