プロダクトイオンスペクトル作成方法及び装置

【課題】本発明はプロダクトイオンスペクトル作成方法及び装置に関し、イオンゲートにて各同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができ、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができるプロダクトイオンスペクトル作成方法及び装置を提供することを目的としている。
【解決手段】サンプルをイオン化するイオン源40と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲート46と、選択したイオンを開裂させる手段47と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器49とを含んで構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は微量化合物の定量分析、定性分析及び試料イオンの構造解析分野に用いられるプロダクトイオン作成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
(飛行時間型質量分析計)
飛行時間型質量分析計(TOFMS)では、イオンを一定のパルス電圧Vaで加速する。この時、イオンの速度vはエネルギー保存則から
mv2/2=qeVa (1)
v=√(2qeVa/m) (2)
と表される。ただし、mはイオンの質量、qはイオンの電荷、eは素電荷である。一定距離Lの後に置いた検出器には、飛行時間Tで到達する。Tは次式で表される。
【0003】
T=L/v=L√(m/2qeVa) (3)
(3)式より飛行時間がイオンの質量により異なることから、質量を分析することができる。
【0004】
図4は直線型TOFMSの説明図である。1はパルスイオン源であり、内部にパルス電圧発生器2が設けられている。ここで、パルスイオン源1で発生したイオンをパルス電圧発生器2でパルス的に加速すると、それぞれのイオンは空間を飛行し、検出器3に到達する。この場合において、質量の小さいイオンがより速度が速くなることから、検出器3には質量の小さいイオンから到着する。
【0005】
直線型TOFMSの場合、イオン源での空間及び運動エネルギーの広がりを検出面で時間収束させるようイオン光学系の設計を行なう。このような時間収束を実現できる方法としていくつかのイオン加速法が提案されている(例えば非特許文献1〜4参照)。
【0006】
TOFMSの質量分解能は、総飛行時間をT、ピーク幅をΔTとすると、
質量分解能=T/2ΔT (4)
で定義される。直線型TOFMSでは、装置の大型化につながることからTに制限があり、ΔTも実行飛行距離を伸ばすことで悪化するため、高質量分解能を得ることができない。
【0007】
このような直線型TOFMSの欠点を補うために、イオン源と検出器の間に反射電場を置くことにより飛行距離を延長すること、即ちTを大きくすることのできる反射型TOFMSも広く利用されている。
【0008】
図5は反射型TOFMSの説明図である。パルスイオン源1内のイオンは、パルス電圧発生器2でパルス的に加速される。加速されたイオンは、リフレクトロン4の反射電場で反射され、検出器3に質量の小さいイオンから到着する。この場合において、反射電場で入射されたイオンが反射されるまでの距離だけ総飛行時間Tが伸びることになり、質量分解能が向上する。
(らせん軌道型TOFMS)
TOFMS飛行時間型質量分の質量分解能は、(4)式で定義される。即ち、ピーク幅ΔTを一定にして、総飛行時間Tを伸ばすことができれば、質量分解能を向上させられる。しかしながら、従来の直線型、反射型のTOFMSでは、総飛行時間Tを伸ばすこと、即ち総飛行時間を伸ばすことは装置の大型化に直結する。装置の大型化を避け、かつ高質量分解能を実現するために開発された装置が多重周回型飛行時間型質量分析計(非特許文献5参照)である。
【0009】
この装置は、円筒電場にマツダプレートを組み合わせたトロイダル電場を4個用い、8の字型の周回軌道を多重周回させることにより、総飛行時間Tを伸ばすことができる。この装置では、1周回毎に空間収束条件及び時間収束条件を完全に満たすことのできるイオン光学系を採用しているため、飛行距離を伸ばすことによる時間的な広がり(ΔT)及びイオンビームの空間的な広がりを防いでいる。
【0010】
しかしながら、閉軌道を多重周回するTOFMSには、「追い越し」の問題が存在する。これは閉軌道を多重周回するため、軽いイオン(飛行速度大)が重いイオン(飛行速度小)を追い越してしまうことによりおこる。このため、検出面に軽いイオンから順に到着するというTOFMSの基本概念が通用しなくなる。
【0011】
この問題を解決するために考案されたのが、らせん軌道型TOFMSである。らせん軌道型TOFMSは、閉軌道の始点と終点を閉軌道に対して垂直方向にずらすことを特徴としている。これを実現するためには、イオンを始めから斜めに入射する方法(例えば特許文献1参照)や、デフレクタを用いて閉軌道の始点と終点を垂直方向にずらす方法がある(例えば特許文献2参照)。
(MALDI法と遅延引きだし法)
MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization)法は、使用するレーザー光波長に吸収帯をもつマトリックス(液体や結晶性化合物、金属粉等)に試料を混合融解させて固化し、これにレーザー照射して試料を気化或いはイオン化させる方法である。MALDI法に代表されるレーザーによるイオン化では、イオン生成時の初期エネルギー分布が大きく、これを時間収束させるため、遅延引き出し法が殆どの場合で用いられる。これはレーザー照射より数100ns程度遅れてパルス電圧を印加する方法である。
【0012】
図6はMALDI法と遅延引き出し法の説明図である。図において、10はサンプルプレート、11は該サンプルプレート10に固着されたサンプルである。14はイオンを加速するための中間電極、15はベース電極である。12はレーザー光を集束するレンズ1、13はレーザー光を反射するミラー1、16はイオン源から到着したイオンを検出する分析部である。17は、イオン源からの像を反射するミラー2、18は該ミラー2からの反射された像を集束するレンズ2、19はレンズ2を介して入ってくるサンプル11の像を観察するCCDカメラである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【0013】
サンプルプレート10上に、マトリックス(液体や結晶化合物、金属粉等)に試料を混合溶解させて固化したサンプル11を固着させる。サンプル11の状態が観察できるように、ミラー2、レンズ2、CCDカメラ19を配置している。レンズ1、ミラー1によりレーザー光をサンプル11に照射し、サンプル11を気化或いはイオン化する。生成したイオンは、加速電極(図示せず)に印加された電圧により加速され、TOFMSに導入される。
【0014】
次に、遅延引き出し法の飛行時間測定のシーケンスについて説明する。先ず、加速電極とサンプルプレート10の電位を同電位Vsにしておく。次に、レーザー発振を知らせるレーザーからの信号を受けてから、数100ns後に加速電極の電圧を高速で変化させ、サンプルプレート10と加速電極間に電位勾配を作り加速させる。この電位勾配は電位VsとV1間の勾配である。飛行時間計測の開始時間は、パルス電圧発生器の立ち上がり時間と同期させる。
(垂直加速法)
MALDI法は、パルス的にイオンを生成するため、TOFMSとの相性が非常によい。しかしながら、質量分析法のイオン化法には、El,Cl,ESl,APClといった連続的にイオンを生成するイオン化法も数多くある。これらイオン化法とTOFMSを組み合わせるために開発されたのがOrthogonal Acceleration(垂直加速法)である。
【0015】
図7は垂直加速型TOFMSの説明図である。連続的にイオンを生成するイオン源20から生成したイオンビームは、数10eVの運動エネルギーで垂直加速部22に輸送される。垂直加速部22では、10kV程度のパルス電圧をパルス電圧源21により印加し、イオンをイオン源20からの輸送方向に対して垂直方向に加速して反射電場24に入力させ、反射させたイオンを検出器23に導く。パルス電圧印加開始時間から検出器23までの到達時間が、イオンの質量により異なることから質量分離を行なう。
(MS/MS測定とTOF/TOF装置)
一般的な質量分析では、イオン源で生成したイオンを質量分析計にて質量分離したマススペクトルを測定する。この時、得られる情報は質量のみである。以下、この測定をMS/MS測定に対してMS測定と呼ぶ。これに対して、イオン源で生成した特定のイオン(プリカーサイオン)を自発的又は強制的に開裂させ、生成したプロダクトイオンを観測するMS/MS測定がある。この測定では、プリカーサイオンの質量と複数の経路で生成するプロダクトイオンの質量情報が得られるため、プリカーサイオンの構造情報を得ることができる。
【0016】
図8はMS/MS測定の説明図である。プリカーサイオンを開裂させてプロダクトイオンを得る。そして、得られたプロダクトイオンを全て質量分析する。この結果、プリカーサイオンの構造解析を行なうことができる。TOFMSを2台直列接続したMS/MS装置は、一般的にTOF/TOF装置と呼ばれ、主にMALDIイオン源を採用した装置に使用されている。
【0017】
TOF/TOF装置は、直線型TOFMSと反射型TOFMSで構成される。図9はTOFMSを直列接続したMS/MS装置の構成例を示す図である。30が第1TOFMS、31が第2TOFMSである。第1TOFMS30において、32はイオン源であり、プリカーサイオンを発生させる。33はプリカーサイオンを選択するために設けられたイオンゲートである。該イオンゲート33付近に第1TOFMS30の時間収束点が配置される。34はプリカーサイオンを入力させて衝突させる衝突室である。該衝突室34で衝突されたイオンは、第2TOFMS31に入射し、反射場で反射された後、検出器36で検出される。
【0018】
プリカーサイオンは、自発的に開裂する場合や、第1TOFMS30若しくは第1TOFMS31の反射場以前に配置された衝突室34にて強制的に開裂させられる。開裂生成したプロダクトイオンの運動エネルギーは、プロダクトイオンの質量に比例して配分され、
Up=Ui×m/M (5)
と表される。ここで、Upはプロダクトイオンの運動エネルギー、Uiはプリカーサイオンの運動エネルギー、mはプロダクトイオンの質量、Mはプリカーサイオンの質量である。反射場を含む第2TOFMS31では、質量及び運動エネルギーにより飛行時間が異なるため、プロダクトイオンを質量分析することができる。
【非特許文献1】Rev.Sci.Instrum,26,1150(1955)
【非特許文献2】Rapid Commun.Mass Spectram,8,865(1994)
【非特許文献3】Rapid Commun.Mass Spectram,3,155(1989)
【非特許文献4】So.Phys.JETP,3745(1973)
【非特許文献5】J.Mass Spectram.Soc.Jpn,51,2(2003)349-353
【特許文献1】特開2000−243345号公報(段落0010〜0016、図1)
【特許文献2】特開2003−86129号公報(段落0010〜0022、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
サンプルイオンを構成する、炭素、酸素、窒素、水素等に同位体が存在するため、その組み合わせによって、サンプルイオンの質量が複数種存在することになる。質量スペクトルに現れる同じ分子で質量の違うピークの一群を一般的に「同位体ピーク」と呼ぶ。図10は同位体ピークの説明図である。横軸はm/z、縦軸はピークの強さを100で正規化したものである。図は、Angiotesinl(C62901714)のプロトン付加イオンの例を示している。
【0020】
図より、1ユニット(ユニットは12Cの質量を12ユニットと定義した質量単位)間隔でいくつかのイオンが存在することが分かる。その中で一番質量の小さい、即ち12C、16O、14N、1H等、単一同位体のみで構成されるピークは、「モノアイソトピックイオン」と呼ばれる。
【0021】
さて、従来のように第1TOFMSに直線型(リニア型)TOFMSを採用した場合、その飛行距離を100mm程度しかとることができない。この程度の飛行距離では、同位体ピーク間の飛行時間差は10ns以下であり、イオンゲートの切り替えスピードを考えると、高選択性を望むことは不可能であり、複数の同位体イオンを通過させることになる。しかしながら、複数の同位体イオンを選択すると大きな問題が起こる。以下に、その説明を行なう。
【0022】
仮に反射電場を含む第2TOFMSが完全にエネルギー収束を満たす系(プロダクトイオンの運動エネルギーにより飛行時間が変化しない系)だとすると、第1TOFMSを通過する時間は、プリカーサイオンの質量に、第2TOFMSの飛行時間はプロダクトイオンの質量にそれぞれ依存した値となる。ここで、簡単のためにある1価のプリカーサイオンから、それぞれ2種類の同位体をもつ1価の電荷をもつプロダクトイオンと中性粒子に開裂する場合を考える。
【0023】
図11はプロダクトイオンの同位体ピークを示す図、図12は中性粒子の同位体ピークを示す図である。図11はプロダクトイオンの質量と強度比を、図12は中性粒子の質量と強度比をそれぞれ示している。
【0024】
開裂前は、プロダクトイオンと、中性粒子が結合していたため、プリカーサイオンの組み合わせは16通りであるが、質量としては7通り(M,M+1,M+2,M+3,M+4,M+5,M+6:ただし、M=m+n)となる(図13参照)。図13はプリカーサイオンの各組み合わせの強度比とプリカーサイオンの同位体ピーク比を示す図である。プリカーサイオンの質量(M,M+1,M+2,M+3,M+4,M+5,M+6)毎にプロダクトイオンと中性粒子の組み合わせと、第1TOFMSの飛行時間と、第2のTOFMSの飛行時間と、各組み合わせの強度比と、プリカーサイオンの同位体ピークを示している。
【0025】
それぞれの開裂経路の検出器への到達時間は、第1TOFMSにおける質量Xのプリカーサイオンの飛行時間をT1,X、第2TOFMSにおける質量Yのプロダクトイオンの飛行時間T2,Yの和となる。また、強度比は、それぞれの場合のプロダクトイオンと中性粒子の強度比の掛け算で表される。今、簡単のために、
m:Rm+1:Rm+2:Rm+3=Rn:Rn+1:Rn+2:Rn+3
=0.4:0.3:0.2:0.1とすると、各組み合わせの強度比とプリカーサイオンの同位体ピーク比は図13に示すようなものとなる。図13をプロダクトイオンの視点から見ると図14のようになる。質量m近傍のプロダクトイオンスペクトルは図15に示すようなものとなる。
【0026】
図14は、プロダクトイオンの質量に対する組み合わせと、強度比と、プロダクトイオンの同位体比をそれぞれ示している。図15において、ΔT1は第1TOFMSにおけるプリカーサイオンの同位体ピーク間の飛行時間差、ΔT2は第2TOFMSのプロダクトイオンの同位体イオン間の飛行時間差である。それぞれの同位体間は、飛行時間差はほぼ同じと考える。
【0027】
図に示すように、プリカーサイオンの質量が異なるために、同じ質量であるプロダクトイオン(例えば1),2),4),7))間の飛行時間がずれることになる。現実的には、ピークには幅があるため、ピーク2)は、ピーク1)の裾の広がりになる場合や、ピーク1)と3)の間のベースラインの盛り上がりとなったりする。どちらにしても、プロダクトイオンの高い質量精度を得ることはできない。
【0028】
この問題を解決する有効な方法の一つとして、プリカーサイオンのモノアイソトピックイオンのみを選択することが考えられる。プリカーサイオンにモノアイソトピックイオンを選択すると、そこから開裂生成するイオンもモノアイソトピックイオンのみとなり、同位体ピークの影響を排除でき解釈が簡単になる上、質量精度も向上させることができる。
【0029】
らせん軌道型TOFMSは1周回毎に時間及び空間収束性を有しているため、MALDI法、垂直加速法どちらの場合においても、らせん軌道型TOFMSの軌道内に1度中間収束点をつくる。その距離は、直線型TOFMSの時の中間収束点までの距離に比べ同等以下であり、MALDI法の遅延時間のように、イオン源由来で中間収束点での時間収束性に影響を与える要因は同程度以下に抑えられる。
【0030】
更に、中間収束点での状態を周回数が増えても、中間収束点での状態を維持できるため、時間収束性を保ったまま第1TOFMSの飛行距離を50〜100倍程度伸ばすことができる。即ち、プリカーサイオンの同位体イオン間の飛行時間差を50〜100倍程度伸ばすことができ、一つの同位体イオンを選択することができる。
【0031】
しかしながら、プリカーサイオンの質量が大きくなるにしたがって、モノアイソトピックイオンの同位体イオン全体に対する割合は小さくなる。そのため、質量の大きなイオンの場合、プロダクトイオンの感度が悪くなるという問題がある。
【0032】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて各同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができ、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができるプロダクトイオンスペクトル作成方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0033】
(1)請求項1記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とする。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
【0034】
(2)請求項2記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とする。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
【0035】
(3)請求項3記載の発明は、前記プロダクトイオンスペクトル作成方法において、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が、計算値と一致するように任意の定数をかけた後合成することを特徴とする。
【0036】
(4)請求項4記載の発明は、前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、同一軌道を多重周回させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする。
【0037】
(5)請求項5記載の発明は、前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、イオンをらせん軌道で飛行させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする。
【0038】
(6)請求項6記載の発明は、第1飛行時間型質量分析計がらせん軌道型飛行時間型質量分析計である場合、らせん軌道型飛行時間型質量分析計へのイオンの入射角を調整するために、イオンをパルス的に加速するための手段とらせん軌道型飛行時間型質量分析計の間にイオンを偏向させる手段を設けたことを特徴とする。
【0039】
(7)請求項7記載の発明は、イオン源でのイオン化法がMALDI法であることを特徴とする。
(8)請求項8記載の発明は、イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることを特徴とする。
【0040】
(9)請求項9記載の発明は、飛行時間型質量分析計と反射電場の間に、イオン軌道とイオン軌道外との間で移動可能なもう1つの検出器を備えたことを特徴とする。
(10)請求項10記載の発明によれば、開裂させる手段が、衝突室にガスを充填して行なうCID法であることを特徴とする。
【0041】
(11)請求項11記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とする。
【0042】
(12)請求項12記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0043】
(1)請求項1記載の発明によれば、イオン源としてパルスイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【0044】
(2)請求項2記載の発明によれば、イオン源として連続的にイオンを発生するイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【0045】
(3)請求項3記載の発明によれば、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が計算値と一致するように任意の定数をかけた後、合成することにより、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【0046】
(4)請求項4記載の発明によれば、第1TOFMSに多重周回型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、プリカーサイオンの選択性を向上させることができる。
【0047】
(5)請求項5記載の発明によれば、第1TOFMSにらせん軌道型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、プリカーサイオンの選択性を向上させることができる。
【0048】
(6)請求項6記載の発明によれば、第1TOFMSがらせん軌道型飛行時間型質量分析計である場合に、イオンを偏向させる手段を設けて、らせん軌道の角度にイオンの入射角度を合わせて入射させることができる。
【0049】
(7)請求項7記載の発明によれば、イオン源でのイオン化法としてMALDI法を用いることができる。
(8)請求項8記載の発明によれば、イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることにより、イオンの時間収束性を向上させることができる。
【0050】
(9)請求項9記載の発明によれば、飛行時間型質量分析計と反射電場との間にもう1つの検出器を備えることにより、飛行途中のイオン検出(MS測定)を行なうことができる。
【0051】
(10)請求項10記載の発明によれば、衝突室にガスを充填して開裂を行わせることができる。
(11)請求項11記載の発明によれば、イオン源としてMALDIイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【0052】
(12)請求項12記載の発明によれば、イオン源として連続的にイオンを発生するイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0053】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
(実施の形態例1)
図1は本発明の第1の実施の形態例を示す構成図である。(a)は装置をZ方向に見た図、(b)は(a)において矢印方向から見た図である。破線の矢印はイオン軌道である。図において、50は第1TOFMS、60は該第1TOFMS50と接続される第2TOFMSである。第1TOFMSとしては、らせん軌道型TOFMSが用いられ、第2TOFMSとしては、反射型TOFMSが用いられる。
【0054】
40はレーザービーム照射によりイオンを発生させるMALDIイオン源である。41はMALDIイオン源40で発生したイオンをらせん軌道上に傾けて入射させるためのデフレクタである。42はイオンを通過させる扇形電場1、43は扇形電場1を通過したイオンを通過させる扇形電場2、44は扇形電場2を通過したイオンを通過させる扇形電場3、45は扇形電場3を通過したイオンを通過させる扇形電場4である。
【0055】
46は扇形電場45を通過したイオンを検出する検出器1である。該検出器1は、図に示す方向に移動可能に構成されている。46は第1TOFMSを通過したイオンを受けて、特定のイオンだけを通過させるイオンゲート、47は該イオンゲート46を通過したイオンを開裂させる衝突室である。48は入射したイオンを反射させる反射電場である。49は反射電場48により反射されたイオンを検出する検出器2である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【0056】
MALDIイオン源40によりサンプルをイオン化し、パルス電圧にて加速する。ここまでは従来技術と同様である。MALDIイオン源40から出射したイオンは、デフレクタ41によりらせん軌道に乗せるために角度調整される。そして、扇形電場1に入射する。イオンは扇形電場1〜4を順次通過し、1周回する。この時、Z方向の位置が前周回とずれているため、周回を重ねながらZ方向に移動していく。
【0057】
MS測定の場合には、軌道上に配置した検出器1を使用してイオンを検出する。これによれば、飛行途中のイオン検出(MS測定)を行なうことができる。MS/MS測定の場合には、検出器1をイオン軌道から外し、イオンを直進させ、イオンゲート46に向かって飛行させる。イオンゲート電圧がオフの時、イオンはイオンゲート46を通過することができ、オンの時には通過することができない。
【0058】
最終周回を終えたイオンの中で選択したいプリカーサイオンが通過する時のみイオンゲート46をオフにし、プリカーサイオンのある同位体ピークを選択する。選択されたプリカーサイオンは、衝突室47に進入し、内部の衝突ガスとの衝突で開裂する。開裂しなかったプリカーサイオン及び開裂したプロダクトイオンは、反射電場48を通過し、検出器2で検出される。反射電場48を折り返す時間は、プリカーサイオンの質量より異なるので、プリカーサイオン及びプリカーサイオンと各開裂経路のプロダクトイオンを質量分析することができる。
【0059】
以上の動作を、プリカーサイオンの主要な同位体イオンについて行なう。質量Xのプリカーサイオンを選択した場合のプロダクトイオンのスペクトルをPSXと呼ぶ。同様に、PSM,PSM+1,PSM+2…は図2に示すようなものとなる。図2はプロダクトイオンのスペクトルを示す図である。プリカーサイオンの質量によらず、プロダクトイオンの質量軸をスペクトル上で一致させるためには、プリカーサイオンの第1TOFMSでの飛行時間T1,Xをそれぞれのスペクトルの飛行時間スペクトルにおいてから差し引き、強度を足し合わせればよい。
【0060】
即ち、実施の形態例1のシーケンスを説明すれば、以下の通りである。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
【0061】
以上説明した実施の形態例1によれば、イオン源としてMALDIイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
(実施の形態例2)
本実施の形態例の構成は、図1に示すものと同じである。本実施の形態例の動作は、実施の形態例1とほぼ同じであり、プロダクトイオンスペクトルの合成時の動作が異なる。プロダクトイオンスペクトルの合成は、複数のスペクトルを取得することにより行なうため、それぞれのスペクトルで強度が異なる可能性がある。そこで、合成を行なう時に、PSXにおいてプリカーサイオンのピークの強度比をプリカーサイオンの同位体比と一致するように強度軸に適当な係数をかけて足し合わせる。
【0062】
即ち、実施の形態例2のシーケンスを説明すれば、以下の通りである。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
(実施の形態例3)
図3は本発明の第3の実施の形態例を示す構成図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。(a)は装置をZ方向から見た図、(b)は(a)において、矢印方向から見た図である。図において、70はイオンを連続して発生するイオン源、71はイオン源70で発生したイオンを輸送するイオン輸送部、72はイオン輸送部71を輸送されてきたイオンを垂直方向に加速する垂直加速部である。垂直加速部72で加速されたイオンは、続くデフレクタ41によりらせん軌道型TOFMSのらせん角度に合わせて偏向され、扇形電場1に入射する。その他の構成は、図1に示す構成と同じである。
【0063】
即ち、実施の形態例3のシーケンスを説明すれば、以下の通りである。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
【0064】
この実施の形態例によれば、イオン源として連続的にイオンを発生するイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第1TOFMSに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、MS/MS測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したMS/MSスペクトルを再構成し、1つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【0065】
本発明によれば、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が計算値と一致するように任意の定数をかけた後、合成することにより、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
【0066】
また、本発明によれば、第1TOFMSに多重周回型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、分解能を向上させることができる。
また、本発明によれば、第1TOFMSにらせん軌道型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、分解能を向上させることができる。
【0067】
また、本発明によれば、イオン源でのイオン化法としてMALDI法を用いることができる。
また、本発明によれば、イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることにより、イオンの時間収束性を保持することができる。
【0068】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、第1TOFMSにらせん軌道型TOFMSを用いることにより、プリカーサイオンの選択性を従来技術よりも向上させることができる。その結果、TOF/TOF装置において、プロダクトイオンのスペクトルの解釈が簡単になり、質量精度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0069】
【図1】本発明の第1の実施の形態例を示す構成図である。
【図2】プロダクトイオンのスペクトルを示す図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態例を示す構成図である。
【図4】直線型TOFMSの説明図である。
【図5】反射型TOFMSの説明図である。
【図6】MALDI法と遅延引き出し法の説明図である。
【図7】垂直加速型TOFMSの説明図である。
【図8】MS/MS測定の説明図である。
【図9】TOFMSを直列接続したMS/MS装置の構成例を示す図である。
【図10】同位体ピークの説明図である。
【図11】プロダクトイオンの同位体ピークを示す図である。
【図12】中性粒子の同位体ピークを示す図である。
【図13】プリカーサイオンの各組み合わせの強度比とプリカーサイオンの同位体ピーク比を示す図である。
【図14】図13をプロダクトイオンの視点から見た図である。
【図15】TOF/TOF装置におけるプロダクトイオンスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【0070】
40 MALDIイオン源
41 デフレクタ
42 扇形電場1
43 扇形電場2
44 扇形電場3
45 扇形電場4
46 検出器1
47 衝突室
48 反射電場
49 検出器2
50 第1TOFMS
60 第2TOFMS

【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成方法。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
【請求項2】
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成方法。
1)イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択する。
2)選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
3)前記1),2)を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
4)3)で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
5)合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
【請求項3】
前記プロダクトイオンスペクトル作成方法において、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が、計算値と一致するように任意の定数をかけた後合成することを特徴とする請求項1又は2記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項4】
前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、同一軌道を多重周回させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項5】
前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、イオンをらせん軌道で飛行させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項6】
第1飛行時間型質量分析計がらせん軌道型飛行時間型質量分析計である場合、らせん軌道型飛行時間型質量分析計へのイオンの入射角を調整するために、イオンをパルス的に加速するための手段とらせん軌道型飛行時間型質量分析計の間にイオンを偏向させる手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項7】
イオン源でのイオン化法がMALDI法であることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項8】
イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることを特徴とする請求項7記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項9】
飛行時間型質量分析計と反射電場の間に、イオン軌道とイオン軌道外との間で移動可能なもう1つの検出器を備えたことを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項10】
開裂させる手段が、衝突室にガスを充填して行なうCID法であることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
【請求項11】
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、
イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成装置。
【請求項12】
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、
イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを1つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成装置。

【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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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【公開番号】特開2007−333528(P2007−333528A)
【公開日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−165054(P2006−165054)
【出願日】平成18年6月14日(2006.6.14)
【出願人】(000004271)日本電子株式会社 (811)
【Fターム(参考)】