質量分析装置
【課題】電子の導入効率およびイオンの導入効率が低く、高速の電子捕獲解離スペクトルを取得することが可能な電子捕獲解離反応装置を備えた質量分析装置を提供する。
【解決手段】高周波電場が印加される線形多重極電極と、線形多重極電極の軸方向の両端に配置され線形多重極電極の中心軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、線形多重極電極の中心軸と同軸を含む磁場を発生し、線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、線形多重極電極とは壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、電子源の電子発生部位が、磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置された電子捕獲解離反応装置を備えた質量分析装置。
【解決手段】高周波電場が印加される線形多重極電極と、線形多重極電極の軸方向の両端に配置され線形多重極電極の中心軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、線形多重極電極の中心軸と同軸を含む磁場を発生し、線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、線形多重極電極とは壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、電子源の電子発生部位が、磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置された電子捕獲解離反応装置を備えた質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
質量分析法を用いた生体高分子の配列構造解析方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人のＤＮＡ配列の解析が終了した今日、この遺伝情報を用いて生成させるタンパク質、またこのタンパク質をもとに細胞内で翻訳後修飾され機能する生体高分子の構造解析が重要になっている。その構造解析手段の１つとして、質量分析法(mass spectrometry)がある。質量分析法を用いて、生体高分子を構成するアミノ酸がペプチド結合でつながったペプチドやタンパク質の配列などの情報を得ることができる。とくに高周波電場を用いたイオントラップやＱマスフィルターを用いた質量分析法や、飛行時間型質量分析法（Time-of-Flight: ＴＯＦ）は高速分析法のため、液体クロマトグラフィー装置などに代表される試料を分離する前処理手段との結合性がよい。そこで、大量の試料を連続解析することが求められるプロテオーム解析などの目的に合致しており、幅広く使われている。
【０００３】
一般に質量分析法では、試料分子をイオン化して真空中に導入し（または真空中でイオン化し）、電磁場中におけるそのイオンの運動を測定することにより、対象とする分子イオンの電荷と質量の比が測定される。得られる情報が質量と電荷の比という巨視的な量であるため、単に１度の質量分析操作では内部構造情報まで得ることは出来ない。そこで、タンデム質量分析法と呼ばれる方法が用いられる。すなわち、１回目の質量分析操作で試料分子イオンを特定する、もしくは、選択する。このイオンを親イオンとよぶ。つづいて、この親イオンを何らかの手法で解離する。解離したイオンをフラグメントイオンと呼ぶ。そのフラグメントイオンをさらに質量分析することにより、フラグメントイオンの生成パターンの情報を得る。解離手法により、解離パターンの法則性があるので、親イオンの配列構造を推察することが可能となる。とくに、タンパク質を骨格とする生体分子の分析分野では、解離手法として衝突励起解離（Collision Induced Dissociation : ＣＩＤ）、赤外多光子吸収（Infra Red Multi Photon Dissociation: ＩＲＭＰＤ）そして、電子捕獲解離（Electron Capture Dissociation: ＥＣＤ）が使われる。
【０００４】
タンパク解析分野において、現在もっとも広く使われている手法がＣＩＤである。親イオンに運動エネルギーを与えてガスと衝突させる。衝突により分子振動が励起されて、分子鎖の切れやすい部分で解離する。また、最近使われるようになった方法がＩＲＭＰＤである。親イオンに赤外レーザ光を照射して、多数の光子を吸収させる。分子振動が励起されて、分子鎖の切れやすい部位で解離する。ＣＩＤやＩＲＭＰＤで切れやすい部位は、アミノ酸配列からなる主鎖のうち、a-x、b-yで命名されている部位である。a-x、b-yの部位であっても、アミノ酸配列パターンの種類により切れにくい場合があるために、ＣＩＤやＩＲＭＰＤのみでは完全な構造解析ができないことが知られている。そのために、酵素などを用いた前処理が必要になり、高速な分析を妨げている。また、翻訳後修飾を受けた生体分子では、ＣＩＤやＩＲＭＰＤを用いると、翻訳後修飾による側鎖が切れやすい傾向がある。側鎖が切れやすいため、失われた質量から修飾分子種と修飾されているかどうかの判定は可能である。ただし、どのアミノ酸部分で修飾されていたかという修飾部位に関する重要な情報は失われる。
【０００５】
一方、他の解離手段であるＥＣＤは、アミノ酸配列に依存せず（ただし例外として環状構造であるプロリン残基は切断しない）、アミノ酸配列の主鎖上のc-z部位の１箇所を切断する。そのために、タンパク質分子を質量分析的手法のみで完全解析出来る。また、側鎖を切断しにくいという特徴をもっていることから、翻訳後修飾の研究・解析の手段として適している。このために、近年特に注目を受けているのがこのＥＣＤという解離手法である。
【０００６】
ＥＣＤ反応を発生させるために必要な電子のエネルギーは、ほぼ1電子ボルトであることが知られている（非特許文献１）。また、ＥＣＤとは異なる原理により、１０電子ボルト近傍でも、電子捕獲反応が発生することが知られている。この反応は高エネルギーＥＣＤ（ＨＥＣＤ）と呼ばれる。c-z部位を選択的に切断する反応は、前者のＥＣＤであり、後者のＨＥＣＤではc-z部位に加え、a-x部位、b-y部位を含む他の部位も切断されたフラグメントイオンを多数生成する。このために、簡便な解析手段としてＥＣＤが好ましい。
ただし、実際の分析ではＨＥＣＤを併用することも検討される。すなわち、ＥＣＤとＨＥＣＤを使い分けるには、１ｅＶ以下の精度での電子のエネルギーの制御が必要となる。
以上のように、ＣＩＤとＩＲＭＰＤ、ＥＣＤはそれぞれ異なる配列情報を与えるために、互いに相補的に利用できる。
【０００７】
ＥＣＤは従来からフーリエ変換型質量分析装置（ＦＴ−ＩＣＲ）でのみ実現されてきたが、最近、高周波イオントラップ内部で実現できる方法が報告され始めている。高周波イオントラップ利用の利点は、それが、FT-ICRに比べて装置価格が安価であり、さらに操作も容易なため、広く産業利用されている実績があるためである。ここで、ECDを実施できるFT-ICRによる従来法と、高周波イオントラップ内部で実施されている従来法、および特許開示されているその他の方法について説明する。
【０００８】
図１９は、ＦＴ−ＩＣＲによるECDの基本装置構成の一例を説明する図である。イオン導入部（１９０９から１９１１）と、FT-ICR部（１９０１−１９０８）からなる。イオン導入部は、線形四重極電極（１９０９で代表される）と壁電極（１９１０、１９１１）からなり、線形四重極電極には高周波電圧が印加され、また壁電極には線形四重極電極に対し正の静電圧が印加されることにより導入された正の試料イオン（１９１２の矢印で導入を示す）が捕捉される。このイオン導入部で試料イオンは測定したいイオン種のみが単離される。単離されたイオンは、壁電極１９１０の電圧を線形四重極電極よりも低い電圧を印加することにより、イオン導入部から矢印１９１３のように排出され、FT-ICR部に導入される。
【０００９】
FT-ICR部は強い磁場（典型的に１T以上：磁力線を１９０８に代表される矢印で記載した）と、４つのピックアップ電極（１９０１−１００４）と、2枚の壁電極（１９０５，１９０６）からなる。単離されたイオンは磁場により磁場に垂直な方向に捕捉され、さらに、ピックアップ電極群と壁電極の間に印加された静電圧により、磁場と平行な方向に捕捉される。電子源１９０７で発生させた電子は磁場に巻きついてFT-ICRセルに導入され、ECD反応が発生する。ECD反応により発生した解離イオンはFT-ICRセルの内部でそのサイクロトロン周波数がピックアップ電極に誘導される電流を検知することにより、その質量が測定される。
【００１０】
以上のように、ＦＴ−ＩＣＲではイオンを捕捉するために、高周波のような変動電磁場を用いず、静電磁場を用いている。そこで高周波イオントラップのように変動電磁場により電子が加速されることがない。静電磁場を用いていることからイオンをトラップした状態で、電子を１電子ボルトという低運動エネルギーでトラップしているイオンまで導くことができる。
しかしながら、ＦＴ−ＩＣＲは超伝導磁石を用いて、平行強磁場（数テスラ以上）が必要となるため、高価かつ大型である。また、１つのスペクトルを得るために、必要な測定時間は数秒から１０秒、スペクトルを得るために必要なフーリエ解析に１０秒程度必要である。都合、数１０秒必要となるＦＴ−ＩＣＲは、１０秒程度で１つのピークが現れる液体クロマトグラフィーとの結合性は良いとは言えない。つまり、高速度タンパク質解析には利用しにくいという欠点がある。そのために、FT-ICRを用いないECD手段の開発が期待されていた。
【００１１】
FT-ICRを用いないECDの実現手法の１つとして、静電磁場によるペニングトラップに捕捉した電子雲にイオンを通過させてECD反応を発生させるというアイデアが開示されている（特許文献１）。しかし、この方法により、現在までにECDの実現は報告されていない。
FT-ICRを用いない別のECDの実現手法の１つとして、高周波イオントラップ、または高周波イオンガイドにイオンを捕捉してそこに電子を照射するというアイデアがある。３次元高周波イオントラップに捕捉したイオンに電子を照射するというアイデアに関する特許開示がある（特許文献２，３，４）。しかし、これらの開示よりも先に、Vachetらは３次元高周波イオントラップに電子線を入射することにより、電子とイオンの反応の実現を試みたけれども（非特許文献２）。入射電子が高周波電場により高速に加熱され、イオントラップ外に失われてしまうことから、ＥＣＤの実現には至らなかった。
【００１２】
高周波イオントラップ、高周波イオンガイドにおける電子の加熱の課題を回避するために、磁場を用いて電子の軌道を制限するというアイデアが開示されている。高周波電場内部では、イオンと電子の両者を安定に捕捉する条件は現実的に得られない。そこで、磁場を用いて電子の運動の磁力線とは垂直方向の運動を制限するアイデアが考案された。
【００１３】
一つは、３次元イオントラップ、もしくはイオントラップ機能を持たないイオンガイドに対し磁場を印加して電子の軌道を制限し電子の加熱を回避する方法が、Zubarevらにより開示された（特許文献５）。その概念図を図１７に示した。本公知例は３次元イオントラップ（１７０１−１７０３）、フィラメントからなる電子源（１７０９）、イオン源（１７１０）、およびイオン検出器（１７０８）からなる。３次元イオントラップには円筒形の永久磁石（１７０４−１７０６）が埋め込まれている。この永久磁石により中心軸に平行な磁場が印加される。まず、イオン源で発生したイオンは３次元イオントラップに捕捉される。ここで試料イオンから測定されるべき親イオンがイオンの振動共鳴を用いて単離される。そこに、フィラメント電子源で発生した電子がイオントラップ内部に導入されて、ECD反応を発生させる。反応で生成されたイオンは共鳴排出により検出器で検出される。以上の３次元イオントラップによるECD反応の実現が報告されている（非特許文献３）。
【００１４】
また、別の方法では、線形イオントラップに対し、その中心軸に平行に磁場を印加して、電子の軌道を制限し、電子の加熱を回避する方法が提唱されている。その概念図を図１８に示した。ECD反応部は、線形四重極電極（１８０１），永久磁石からなる壁電極１８０２，壁電極１８０３、高周波電源（１８０４）、電子源部（１８０８，１８０９）からなる。線形イオントラップは線形四重極電極に高周波を印加してその内部に形成される四重極電場と、壁電極に静電圧を印加して生成される静電場により、イオンを捕捉する。そこに電子を導入するが、このとき電子は高周波の中心軸に沿って導入される。中心軸上の高周波電場は０なので、中心軸近傍ではイオンは高周波電場の影響を受けないか、受けても小さな値となる。さらに、永久磁石１８０２で生成された磁場が中心軸に平行に印加される。そこで、電子が中心軸から偏移しようとしても磁場により捕捉され、その軌道が中心軸から大きくずれることはない。これにより電子の加熱を回避する。この開示ではこのECD反応部をイオン源と飛行時間型質量分析装置に代表される他の質量分析手段との間に挿入することを想定しているので、線形イオントラップの１つのイオン導入口に四重極偏向器（１８０８）を挿入することにより電子源（１８０９）とイオン源（イオンの入射を矢印１８０６でしめしている）を結合する。反応による生成イオンは線形イオントラップから排出されて、矢印１８０７のように他の質量分析手段に導入される（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】USP Application Publication No.2004/2045448
【特許文献２】USP6,653,622
【特許文献３】USP Application Publication No.2004/0232324
【特許文献４】PCT/DK02/00195
【特許文献５】USP6,800,851
【特許文献６】特開平10-21871号公報
【特許文献７】特許第3361528号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Frank Kjeldsen et al. Chem. Phys. Lett. 2002 vol356 p2001-2006
【非特許文献２】R. W. Vachet, S. D. Clark, G. L. Glish: proceedings of the 43th ASMS conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (1995)1111
【非特許文献３】Zubarev.R.A. et al. JASMS 2005 vol.16 p22-27
【非特許文献４】Takashi Baba et al. Analytical Chemistry 2004 vol.76,p4263-4266
【非特許文献５】アメリカ質量分析学会2003年（Th PJ1 165）
【非特許文献６】J. C. Schwartz et al. J. Am. Soc. Mass Spectom. 2002 vol13 p659
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明では線形イオントラップを採用したECD反応手段について課題とその解決手段を開示する。３次元イオントラップを用いず、線形イオントラップを採用する理由は、特許文献５及び非特許文献４に示されているように、３次元イオントラップにおいては電子がECDとして利用できるエネルギーでイオントラップに導入される効率が大変に低いからである。すなわちイオントラップ高周波振幅が０V付近を通過するごくわずかの時間に導入された電子のみが低エネルギーでトラップ内部に存在しうるためである。一方線形イオントラップにおいては、電子は高周波電圧の印加されない中心軸上にそって導入されるために、３次元トラップで問題となるイオントラップ高周波の位相の問題がなく、１００％の電子を反応に関与させることができるため、原理的に反応効率が高いものと考えられるからである。
【００１８】
高周波電場と磁場を用いてECD反応の原理実験が報告されたけれども、３次元イオントラップおよび線形イオントラップを用いた両方式とも産業応用に耐えうるS/Nがよい高品質なスペクトルの高速取得には至っていない。現時点での報告では、３次元イオントラップにおいてはS/Nのよい信号がえられておらずノイズをのぞくデータ処理の後にECDフラグメントピーク様の信号が得られる程度であり、また線形イオントラップにおいては約30秒から６００秒の多数のスペクトルの蓄積によりS/Nのよいスペクトルとなっている。実際の高スループットなタンパク質分析のためには、ECDとは相補的な情報が得られるCIDと同程度の時間、すなわち数１０−数１００ミリ秒での高品質なスペクトルが取得できることが望ましい。スペクトル高速化取得のためには、ECD反応の高速化、およびイオン利用効率の向上の2つの課題がある。
【００１９】
ECD反応の高速化のためには、反応装置を通過する電子電流の強度を向上させることが有効である。なぜなら、ECD反応効率は一般に電子の強度に比例するためである。強い電子電流を利用することができれば反応速度が増大し、高速なスペクトル取得につなげることができる。
また、ECD反応装置へのイオン導入効率が低いために、イオン利用効率が低くなっている。そのために長時間の積算が必要となり、高速なスペクトル取得が実現できていなかった。
【００２０】
しかし、両者は背反する相容れない側面を持つ。すなわち線形イオントラップを用いた方式における現実は、電子電流の強度の増加に対しイオンの導入効率が減少する傾向が見られている。それは、強い電子電流により壁電極などの表面状態が変化を受け、電子が表面に充電されてイオン制御ための電圧が適正に印加されないためである。非特許文献４においては典型的に電子照射によりイオンの導入効率が１０分の１程度に減少する現象が観察されている。
【００２１】
本発明は、線形高周波イオントラップを用いたECD反応装置において、以上の課題を解決し、CIDと同等な高速なECD反応を実現できる反応装置、およびそれを備えた質量分析装置を開示する。合わせて、高速になったECDと、CIDを組み合わせて有効な解析情報を得る装置と操作方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
スペクトル取得の高速化への課題のうちの１つ、すなわち強い電子電流を得るために、線形多重極電極と壁電極からなる線形イオントラップにその中心軸に平行な磁場を印加した線形結合型イオントラップと電子源を用い、とくに電子源の設置位置が壁電極に対し線形多重極電極の外側でありかつ線形多重極電極内部に印加されている磁力線を外側にたどっていったとき、その磁力線の延長上に電子源を設置する。
【００２３】
また、スペクトル取得の高速化への課題のうちの１つ、イオンの高い導入効率を得て、さらに電子電流のイオントラップ効率への影響を回避するために、線形高周波イオントラップへの電子の導入口とイオンの導入口を別とする。このとき、線形イオントラップのイオン導入側の壁電極はイオントラップ内部を通過する磁力線が分布する空間の内部に設置する。この配置により、ECD反応に寄与しなかった電子は壁電極の線形多重極イオントラップ側の面で吸収される。つまり、イオンは線形イオントラップ内部に導入される前には、電子が関与するイオン操作のための電圧の変動を受けることはない。さらに、イオントラップ内部の電子を吸収する面には金メッキなどを付して電子の吸収効率を上げ、さらに電子照射による表面の化学変化を避けて電気伝導性を確保することが有効となる。
【００２４】
特許文献５において、イオントラップ機能を持たないイオンガイドに電子を導入するときにフィラメントからなる電子源、もしくは円筒状のディスペンサーカソードからなる電子源がイオンガイドに印加されている磁力線の延長上に設置されている実施例が開示されている。電子源はイオンの導入を妨げないために、中心軸を囲む円、もしくは円筒形状となっている。しかし、この方式では原理的に高強度の電子線を得ることはできない。なぜなら、フィラメントもしくはディスペンサーカソードの表面で発生させた熱電子を真空中に引き出すための電極が存在しないからである。もし電子を引き出すために電子源を線形電極に対してバイアスすると、電子は加速されるので、低エネルギー電子を線形電極内に導入することはできない。さらに、この方式では電子源は高周波にさらされる。そこで、この方式では電子の加熱を免れず、１電子ボルト程度の電子エネルギーが必要なECDの実施は困難である。さらに、イオンガイドを用い、そのなかに捕捉した電子雲のなかをイオンが通過するだけではECD反応に十分な反応時間をとることができないことが報告されている（非特許文献５）。
【００２５】
一方、本開示ではイオントラップの壁電極が存在し、その外側に電子源が設置される。壁電極は高周波電場を遮蔽するので電子は電子源付近では高周波により加熱されることはない。また、壁電極、もしくはさらに設置した電子引き出し電極の設置により、熱電子は電子源から高効率に引き出され、その後イオントラップと壁電極もしくは引き出し電極との電位差により減速され、低エネルギー電子としてイオントラップ内部に導入される。また、イオンの導入口と電子の導入口を分離することにより、中心軸上に電子源を設置することができる。これは電子と線形多重極イオントラップに捕捉されている電子との重なりを大きくする効果があるのでECD反応効率の向上につながる。また、イオンを線形多重極電極内に保持する本開示では、イオンと電子との反応時間を十分にとることが可能である。以上のように本開示に示した磁場を印加したイオントラップ構造が強い電子電流をえるために本質的であることがわかる。
【００２６】
一方、非特許文献４においては、線形多重極イオントラップを用いた例を開示しているので、壁電極が存在し、その外部に電子源が設置されている。しかし、磁気シールドを用いて磁場の無い領域をつくり電子源をその内部に設置している。電子は静電レンズ系により集束されて導入することを試みるが、その導入効率は１−１０％程度にとどまっている。本開示のように線形多重極電極内部に印加されている磁力線を外側にたどっていったとき、その磁力線の延長上に電子源を設置することにより、電子を磁力線に沿って運動させることができるので、電子はほぼ１００％に近い効率で線形多重極電極内部の親イオンにまで到達することができる。以上のように、磁場中に電子源を設置することは明らかに電子強度をえるために本質的である。
【００２７】
以上の課題が解決されたとき、ECDスペクトルの取得時間が100分の1程度となる。なぜなら、反応速度が典型的に１０倍、イオンの利用効率が典型的に１０倍増加すると予想されるからである。その結果、１枚のECDスペクトルを取得するために時間は約３００ミリ秒程度となり、CIDを用いた解離スペクトル取得とほぼ同程度となる。
【００２８】
ECDスペクトルとCIDスペクトルをほぼ同程度の時間で取得できるようになった場合、ECDとCIDの組み合わせによる相補的なデータを小型で安価な装置で取得するために、１つの線形多重極電極からなる反応装置の内部でECDとCIDを実施できるようにすることが有効となる。そのためには、CIDのためにおこなうイオンの共鳴振動をおこなう質量分解能を高く確保するために、CIDを実施している時間は磁場の印加を停止することが有効である。なぜなら、磁場により中心軸に垂直な面内のイオンの振動周波数が２つに分離するためである。つまり、ECDのための磁場は電磁石もしくはソレノイドコイルを用いて印加し、ECDを実施する期間は磁場を印加し、CIDを実施する期間は磁場の印加を停止する。
【００２９】
特許文献５，非特許文献４ともに、磁場を印加する手段として電磁石の利用、もしくはソレノイドコイルの利用を開示している。しかし、CIDを実施するために磁場印加の停止が必要なことには触れてはいない。
以下の発明の実施の形態において、具体的な課題を解決する手段の説明と実施形態の例を説明する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高周波イオントラップを用いたＥＣＤ実施手段によるスペクトル取得を高速化し、ＣＩＤとの組み合わせを容易にする。結果、アミノ酸配列解析などが高速化し、タンパク質試料、翻訳後修飾を受けたタンパク質試料の構造解析が高速化する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図２】円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図。
【図３】円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図。
【図４】四重極偏向器を備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図５】四重極偏向器とイオンガイドを備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図６】円筒永久磁石による磁場発生手段を説明する図。
【図７】電磁石による磁場発生手段を説明する図。
【図８】ソレノイドによる磁場発生手段を説明する図。
【図９】ソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図１０】ソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段、質量分析手段として採用した質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１１】ソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１２】永久磁石による磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１３】四重極偏向器を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段とし、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の操作例を説明する図。
【図１４】四重極偏向器を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段とし、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の操作例を説明する図。
【図１５】電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と質量分析手段として用いる質量分析装置の操作例を説明する図。
【図１６】イオン源と、線形質量分析手段と電子捕獲解離セルからなる質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１７】磁石を備えた３次元イオントラップによる電子捕獲解離質量分析装置の公知例を説明する図。
【図１８】磁石を備えた２次元イオントラップによる電子捕獲解離装置の公知例を説明する図。
【図１９】フーリエ変換型質量分析装置における電子捕獲解離の公知例を説明する図。
【図２０】四重極偏向器を備え、永久磁石による磁場発生手段による電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段とし、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の操作例を説明する図。
【図２１】本発明の装置を用いて翻訳後修飾解析を実施するための測定手順を説明する図。
【図２２】フィラメントを電子源として用い、ガスセルを備えた電子捕獲解離反応手段を説明する図。
【図２３】円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図。
【図２４】フィラメントを電子源として用い、ガスセルを備えた電子捕獲解離反応手段を説明する図。
【図２５】フィラメントを電子源として用いた場合の実施例を説明する図。
【図２６】フィラメントを電子源として用いた場合の実施例を説明する図。
【図２７】電子強度モニターを説明する図。
【図２８】２つの反応セルを備えた実施形態を説明する図。
【図２９】本発明を実施し、ガスを導入して電子捕獲解離を高効率化したスペクトルの測定例。
【図３０】本発明を実施し、ガスを導入していない状況での電子捕獲解離スペクトルの一例。
【図３１】本発明を実施したとき、ヘリウムガスの導入圧力と電子捕獲解離効率増加効果の結果。
【図３２】本発明を実施したとき、電子エネルギーと電子捕獲解離効率増加効果の結果。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は本開示のECD反応装置、すなわちECDセルの実施例を説明する図である。線形多重極イオントラップ部分は線形四重極電極からなる線形多重極電極を構成する電極101−104と２つの壁電極105、106からなる。イオンは、その出し入れを示す矢印109のように線形多重極イオントラップの１つの口から導入される。磁場は円筒形状の永久磁石107でその内部に磁場を発生させる。電子はディスペンサーカソードからなる電子源108で発生させ、電子の入射を表す矢印110のようにイオンの導入口とは反対側の口から導入される。このとき、電子源は線形多重極電極とは反対側で壁電極に隣接して設置される。さらに図２は円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図である。電子源１０８で発生させた熱電子は引き出し電極２０２に印加した電圧により、高強度で引き出され、電子電流となる。電子源２０１の電子発生部位が、壁電極１０５の外側であり、さらに円筒形状の磁石の内部を通過する磁力線の存在する領域の内側に設置されることを特徴とする。円筒形状の磁場の内部を通過する磁力線の存在する限界を図２では電子源設置限界として点線で示した。この線よりも壁電極側に電子源の電子発生部を設置させることにより電子の高効率な導入が可能となる。すなわち、磁力線に沿った螺旋運動をしながらイオントラップ内部に電子が輸送される。もし、この線よりも外側に電子発生部が設置されると、そこでの磁力線は円筒磁石１０７に向かうために、電子はイオントラップには向かわず、電子の高効率の導入はできない。電子源設置限界を決めるために、磁場は磁石の形状ごとにコンピュータで磁場を計算するか、もしくは実測をおこなう。
【００３３】
しかし、磁場の計算もしくは磁場の実測する手間を省き、設計を容易にするために、電子源側の壁電極２０２が円筒の端面の内部となるように円筒形状の磁石が設置され、さらに電子源１０８の電子発生部位が円筒形状の磁石の端面かそれよりも内側に設置されることで確実に電子源の電子発生部位を円筒形状の磁石の内部を通過する磁力線の存在する領域の内側に設置することが有効である。図３はこのような電子源の配置を説明した図である。
【００３４】
壁電極１０５に開口した電子導入口は電子源２０１の電子が発生する有効面を通過する磁力線が壁電極１０５を通過する大きさと同程度に開口する。これにより、電子をほぼ１００％に線形多重極イオントラップ内部に導入することが可能となる。電子源は高温となるためそこから金属などの蒸着物質が飛散することがあり、それがイオントラップ内部に導入されてトラップの電位を変化させる可能性があるため、上記で説明した開口部の大きさ以上に大きな穴を開けることはイオントラップ性能に対して有効ではない。
【００３５】
さらに図２はイオン導入口をもつ壁電極１０６の有効な設置位置を説明している。すなわち、線形多重極電極が囲むイオントラップ領域を通過する磁力線が存在する限界を壁電極設置限界として図に示している。本開示では、壁電極１０６の内壁が壁電極設置限界より内側になるように設置して、磁場がその表面を通過するように設置し、さらに外壁が壁電極設置限界よりも外側になるように設置することを特徴としている。この設置位置により、電子源１０８で発生し線形多重極電極を通過した電子は壁電極１０６で捕捉されることになる。もし、壁電極の内壁が壁電極設置限界よりも外側に設置されたならば、電子は磁場に巻きついて円筒磁石１０７もしくは高周波多重極電極１０２，１０４に吸収されることになる。また、もし、壁電極の外壁が壁電極設置限界よりも内側に設置されると、電子は、壁電極１０６に開口したイオン導入口から外に漏れ出し、壁電極の外側で吸収されることになる。このことは壁電極外側の静電位を変化させる可能性があり、イオンを導入する効率に影響を与える可能性がある。また、この壁電極１０６には流入する電子電流を検知する電流計が接続されていることを特徴とする。壁電極１０６においてほぼ１００％捕捉された電子電流はECD反応効率を最適化する上で重要なパラメータであり、この電極に電流計を接続することはその測定を可能にする。
【００３６】
また、壁電極１０６は金メッキなどを付し化学的に安定とし、電子照射による表面の変化を回避することがイオンの高効率な導入、および、電子強度の安定モニターに対して有効である。
なお、線形四重極高周波イオントラップにおけるイオン捕捉の原理と高周波電場による電子の影響の理論的考察については非特許文献４に記載されているため、ここでの記載は省略する。
【００３７】
図４は四重極偏向器を備えたECDセルの実施例を説明する図である。ECDセル部分の構成は図１と等しいので説明を省略する。本実施例では電子源側ではない壁電極１０６に隣接して四重極偏向器４０９−４１２を備えていることを特徴とする。本開示では、イオンはイオン源部で生成された親イオンが矢印４１５に示したように１つの壁電極１０６からECDセルに導入され，反応後生成イオンが４１６に示した矢印のように同一の開口から出し入れ、質量分析手段に導入される。イオン源部と質量分析手段が共存し得ない場合、たとえばESIイオン源とTOF質量分析手段が接続される場合には、矢印４１４で示したイオン源からのイオンの入射と、矢印４１７で示したような質量分析手段への入射は共存できない。そのために、四重極偏向器を導入している。四重極偏向器とは、図４に示すように４つの電極４０９−４１２からなり、その対向する電極対（４０９と４１１のペア、４１０と４１２のペア）に適当な異なる静電圧を印加することにより入射する荷電粒子の運動を90度偏向する原理である。これを設置することによりイオンをECDセルに導入するタイミングでは、イオン源から入射してくるイオン４１４を90度偏向してECDセルに導入し、またイオンを取り出すタイミングではECDセルから排出されたイオン４１６を９０度偏向して４１７とし、質量分析手段に導入する。本方式のように四重極偏向器をECDセルに接続することによりECD機能を備えた質量分析装置を構成することができる。
【００３８】
図５は四重極偏向器とイオンガイドを備えたECDセルの実施例を説明する図である。すなわち、図４に示した四重極偏向器を備えたECDセルにおいて、ECDセルと四重極偏向器の間に高周波電圧を印加した高周波多重極電極５１３−５１６により生成される高周波イオンガイドを挿入している。
【００３９】
イオンガイドを導入する必然性は、他の質量分析手段への磁場の影響を回避する目的である。すなわち、ECDセルの磁場発生手段として永久磁石もしくは常時動作している電磁石もしくはソレノイドコイルを用いる場合、磁場がECDセル外部に漏れ出すことになる。磁場は他の分析手段とくにイオントラップへ影響を与え、質量分析を行うとき、親イオンを単離するとき、CIDを実施するときなど、そのイオンの振動周波数を変化させる可能性がある。そのために、常時磁場を発生させるECDセルを他の質量分析手段から離して設置するために、イオンガイドを挿入することにより四重極偏向器が設置されるイオン源と質量分析手段が設置されるラインとECDセルの間の距離を得る。この目的のために、典型的に四重極偏向器部分での磁場の強度が１ｍＴ以下まで減衰する長さとする。磁場の強度が１ｍTまで減衰すれば、イオンの振動周波数への影響が１％以下まで低減することができることがシミュレーションにより確認されており、質量分析装置の運転上、支障を与えない。
【００４０】
本実施例では、イオン源から発生されたイオンは矢印５１８のように四重極偏向器に導入され90度変更されて矢印５１９のようにイオンガイドの中を通過する。そのイオンは矢印５２０のようにECDセルに導入されてトラップされる。そこに、電子線を５１７のように照射して、ECD反応により解離イオンを生成する。解離イオンは矢印５２１のようにECDセルから取り出され、イオンガイドを通過して、四重極偏向器に至る。四重極偏向器で質量分析手段の設置されている方向に偏向され、５２２のように質量分析手段に導入される。
【００４１】
以上のECDセルに採用される磁場の発生手段を以下で説明する。
図６は円筒永久磁石６０１による磁場発生手段を説明する図であり、図１−４で採用し例示した方式である。磁化の方向を６０２で示した。その内部に発生する磁場は図２，３に示されている。磁場の発生手段として永久磁石を用いることの効果は、安価であること、電磁石やソレノイドコイルのように電流源やコイルの冷却系を必要としないことが上げられる。ECDセルをCIDを実施しないECD手段として用いる場合に有効な方法である。
【００４２】
図７は電磁石により円筒磁石を形成した磁場発生手段を説明する図である。円筒磁芯701-704、磁極709−710、コイル705−708からなる。各円筒磁芯発生するそれぞれ磁化の方向が平行となるようにコイルが巻かれる。それにより磁極にはちょうど円筒永久磁石と同様な磁化が発生し、図７の電磁石の中心軸に沿って内部に磁場が発生する。
【００４３】
また、図８はソレノイドによる磁場発生手段を説明する図である。真空槽８０３の外部に設置したソレノイド８０２により磁場を発生させることが特徴である。ソレノイドに電流を流すことにより中心軸付近に磁場を発生させる。ソレノイドは磁心を持たないことからECDに必要な磁場を発生させるためには大きな電流を必要とし、コイルの冷却が必須となる。真空外部にソレノイドを設置することにより、水冷のための手段との結合を容易にする。
【００４４】
以上の図７，８に示した電磁的磁場発生手段は、電流源や冷却手段を必要とするけれども、磁場の強度を変化させることができることが永久磁石との大きな違いである。CIDをECDセル内部で実施するためには、磁場の停止が必須であり、そのための手段を供給する。
【００４５】
図９はソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図であり、CID機能を備えていることを特徴としている。すなわち、図８のソレノイドを用いた磁場発生手段のなかに、線形四重極イオントラップ１０１−１０５と電子源１０８が設置されている。線形四重極電極にはその内部に双極交流電場が発生させるために交流電源９１３が接続されている。９１２はソレノイドに電流を供給する電流源であり、スイッチ操作をおこなうことができる。さらに、線形四重極イオントラップにはHeガスを導入するための配管９１１が設置されている。少量のHeガスの導入でその分圧を高くするために、線形四重極イオントラップに覆いを設けることが有効である（図９では簡略化のために図示していない）。
【００４６】
本ECDセル内部でCIDを行うためには、交流電源９１３で発生させる交流電圧の周波数は対象となるイオンに共鳴振動を励起させる値とする。とくに、そのとき、電磁石の動作を停止して磁場を印加しないことを特徴とする。この場合、イオンの共鳴周波数はいわゆる擬ポテンシャル内部での永年運動振動数に対応する周波数となる。その計算方法は本分野の技術者ならば基礎知識であるため、ここでの掲載は割愛する。
【００４７】
さらに、本ECDセルを用いて、ECDとCIDを任意に組み合わせてシーケンシャルに反応をすすめていくことも実施可能である。その際、ECDもしくはCIDによって生成された複数の解離イオンのうち、任意の１つを選び出してそれに対してさらにECDもしくはCIDを実施していく。この解離イオンの単離の操作を行うとき、目的イオン以外のイオンを永年運動の共鳴により排出することが行われる。この単離操作のとき、電磁石の動作を停止して磁場を印加しないことを特徴とする。この操作により、単一解離イオンの単離操作が可能となる。
【００４８】
さらに、本ECDセルを質量分析手段として用いることも可能である。すなわち、双極交流電場をトラップしているイオンに印加し、その周波数を走査させる。共鳴条件を満たしたイオンは順次、イオントラップからイオン排出口を通してECD装置外部に排出させる。このとき、電磁石の動作を停止して磁場を印加しないことを特徴とする。この磁場を切るという操作により、従来から知られている線形イオントラップ質量分析手段を実施可能となる（特許文献６，７）。
【００４９】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態１）
図10にはソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルをＥＣＤおよびＣＩＤの手段とし、さらに反応セルを質量分析手段として採用した質量分析装置の実施例を説明する図である。四重極偏向器の１つのイオン導入口にイオン源、他の口にイオン検出器を備えていることを特徴とする。
【００５０】
ＥＣＤおよびＣＩＤ反応の手段は、線形多重極電極を構成する電極１０１−１０４、そこにイオントラップ高周波を印加するための高周波電源１０２７とイオンを共鳴させるための交流電源９１３、壁電極１０５，１０６、ソレノイドコイル８０２とその駆動電流源９１２、フィラメントからなる電子源１００８、ヘリウムガス導入管９１１、そして四重極偏向器４０９−４１２からなる。本ＥＣＤおよびＣＩＤ手段に加え、質量分析装置を形成するために、キャピラリー電極１０２３と細孔電極１０２２からなるＥＳＩイオン源と、イオンガイド１０２１を備えた差動排気部（真空ポンプによる排気を矢印１０２６で示した）と、イオン検出器１０１７と、装置を制御するコンピュータ１０２８からなる。
【００５１】
イオン源で発生させた親イオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部分を構成する線形イオントラップ電極１０１−１０４に対し、２つの壁電極の電圧を正にとることにより線形イオントラップ内部に捕捉することができる。もしくは、イオンガイドをイオントラップとして動作させ、排出されたイオンが壁電極１０６を通過するタイミングでは壁電極１０６への電圧を線形四重極電極１０１−１０４とほぼ同じかもしくは低い電圧値とし、イオンが線形四重極電極１０１−１０４に位置するタイミングにおいて、壁電極１０６へのバイアスを線形四重極電極１０１−１０４よりも高い値とすることにより、壁をつくり、イオンを捕捉することが可能となる。
【００５２】
図１５は図１０に示したＥＣＤを備えた質量分析装置の基本的な操作を説明する図である。試料イオンに含まれる全イオンを質量分析する操作であるＭＳモード、ＥＣＤを実施するＥＣＤモード、ＣＩＤを実施するＣＩＤモード、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われたＤＣＤ＋ＣＩＤモードについて説明する。
各モードを構成する２つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの5種のイオンが含まれている例を示している。左の点線枠はＥＣＤ−ＣＩＤ機能を備えた反応部分の操作を示す。
ＭＳモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部にトラップされる。磁場印加を停止した状態で、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。ＥＣＤ−ＣＩＤ反応部を構成する線形イオントラップ部分は、J. W. Hager, Rapid commun. Mass Spectorm.2002 vol16 p512-526 に示されている方法を一例とした線形イオントラップ質量分析手段として動作する。すなわち、質量選択的にイオンを線形イオントラップから排出し、そのイオンを四重極偏向器を通過させ、イオン検出器１０１７で検出する。
【００５３】
ＥＣＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＥＣＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。フィラメント１００８には常に電流を流しておき、加熱状態にしておく。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。この操作の際には、磁場の印加を停止する。単離したイオンに対し、ＥＣＤを実施する。ＥＣＤを実施する期間、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を動作させ、反応セル内部に磁場を発生させる。電子源の静電圧を線形四重極電極１０１−１０４よりも０Ｖ以上高い電位とすると、ＥＣＤ手段に導入される。低エネルギー電子の導入によりＥＣＤ反応が進行し、ＥＣＤによる解離イオンｄ１、ｄ２、ｄ３が生成される。再び、磁場の印加を停止して、質量分析操作を行い、解離イオンのスペクトルを得る。
【００５４】
ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＣＩＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ＣＩＤを実施する期間、ＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段にはヘリウムガスを導入する。このガスと振動する親イオンとの衝突によりＣＩＤを発生させるためである。なお、ＥＣＤを実施する期間においても、Ｈｅガスを導入しておいてもよい。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。この操作の際には、磁場の印加を停止する。単離したイオンに対し、ＣＩＤを実施する。ＣＩＤを実施する期間は、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を停止させる。以上の状況において、質量の分かっている選択された親イオンＤの線形イオントラップ電極１０１−１０４内部での永年運動振動数に対応する周波数をもつ交流電圧を交流電源９１３を用いて印加する。もしくは、周波数を一定にしている交流電圧により共鳴振動が発生するように、高周波電源１０２７で発生させているイオントラップ高周波の振幅を設定する。以上により、ＣＩＤによる解離イオンＤ１、Ｄ２，Ｄ３が生成される。再び磁場の印加を停止し、質量分析操作をおこなう。解離イオンは質量選択的にＥＣＤ−ＣＩＤ質量分析手段から排出され、イオン検出器で検出され質量スペクトルが得られる。
【００５５】
ＥＣＤ−ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。このモードではＥＣＤを実施して生成した解離イオン種にＣＩＤを生成させ、複合的な解離イオンを生成させることを目的とする。本操作により、質量の等しいアミノ残基であるロイシンとイソロイシンの区別、もしくは、翻訳後修飾された分子を備えたＥＣＤ解離イオンに対し、ＣＩＤを実施して、翻訳後修飾分子を分離し、翻訳後修飾分子の同定ができるようになる。ＥＣＤモードと同様にＥＣＤ解離イオンを発生させる。その後、１つの解離イオンを単離し（図１４ではｄ２イオンを模式的に単離している）、ＣＩＤを適用する。ＣＩＤによる解離イオンは質量分析操作により、質量選択的にＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段から排出され、イオン検出器で検出される。この単離、ＣＩＤ、質量分析の実施期間は磁場の印加を停止する。
【００５６】
図１４には示していないけれども、容易にわかるように、以上の手続きを複数回繰り返すことにより、ＥＣＤとＣＩＤを任意に組み合わせた多段解離イオンのスペクトルを取得することができる。
本実施形態では、イオン源と、質量分析手段をかねたＥＣＤ−ＣＩＤ反応装置と、イオン検出器からなるシンプルな構成の実施例である。ただし、次に示すＴＯＦ質量分析手段を備えた実施形態のように、高質量分解能を有する質量スペクトルの取得は困難である。
【００５７】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態２）
図1１はソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図である。ソレノイドが磁場発生手段でありさらに四重極偏向器を備えた形態のＥＣＤ−ＣＩＤ反応装置に加え、四重極偏向器の１つのイオン導入口にイオン源と線形イオントラップ質量分析手段を備え、他の１つの口に質量分析手段を備えていることを特徴とする。質量分析手段としては質量分解能の高い飛行時間型質量分析手段（ＴＯＦ−ＭＳ）を採用している。本実施形態は実施形態１にくらべ、得られるスペクトルの質量分解能が高いことにより、分子の同定能がより高くなることを特徴としている。本実施例はＥＣＤ−ＣＩＤ反応装置と四重極変更器の間にイオンガイドを挿入し、ソレノイドコイルによる磁場がＴＯＦ−ＭＳや線形イオントラップ部分（１０１８−１０２０）へ影響を与えることを回避している。
【００５８】
ＥＣＤおよびＣＩＤ反応の手段は、線形多重極電極を構成する電極101−１０４、そこにイオントラップ高周波を印加するための高周波電源１０２７とイオンを共鳴させるための交流電源９１３、壁電極１０５，１０６、ソレノイドコイル８０２とその駆動電流源９１２、ディスペンサーカソード１０８と引き出し電極２０２からなる電子源、ヘリウムガス導入管９１１、そして四重極偏向器４０９−４１２からなる。本ＥＣＤおよびＣＩＤ手段に加え、質量分析装置を形成するために、キャピラリー電極１０２３と細孔電極１０２２からなるＥＳＩイオン源と、イオンガイド１０２１を備えた差動排気部（真空ポンプによる排気を矢印１０２６で示した）と、線形四重極高周波質量分析手段１０１９と2つの壁電極１０１８，１０２０からなる線形イオントラップによるイオン単離手段と、ガスを導入したイオンガイド部（１１３５−１１３６）、ＴＯＦ−ＭＳ（１１３０−１１３３）、および装置を制御するコンピュータ１０２８からなる。
【００５９】
本実施形態のイオン源、線形四重極高周波質量分析手段１０１９の操作と機能は実施形態１と同じである。ＥＣＤ−ＣＩＤ反応部は、ＥＣＤ反応、ＣＩＤ反応および、多段階反応を実施する際の解離イオンの単離の機能を担当し、実施形態１と異なり質量スペクトルを得るための質量分析操作は行わない。質量スペクトルを得るための質量分析操作はＴＯＦ−ＭＳ部分が担当する。
【００６０】
ＥＣＤ−ＣＩＤ反応部で解離され、質量スペクトルとして測定されるイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部から取り出され、四重極偏向器でＴＯＦ−ＭＳ部分に向けて偏向される。これらのイオンはガスを導入したイオンガイド部（１１３４−１１３５）に導入される。このイオンガイド部でガスとの衝突によりイオンは運動エネルギーを失い、結果として四重極電極の中心部に集束される。そのイオンは出口電極１１３６から出射されるとき、ＴＯＦ−ＭＳと出口電極１１３６との間の静電圧により加速されて、ＴＯＦ−ＭＳに導入される。このとき、一般には出口電極１１３６とＴＯＦ−ＭＳとの間にはレンズ電極や進行方向を調整するために偏向電極が挿入される。図１１には、レンズ電極と偏向電極は記載していない。
【００６１】
ＴＯＦ−ＭＳに導入されたイオンはプッシャー１１３２に印加したパルス電圧により加速されリフレクター１１３１を経由して、イオン検出器１１３３により検知される。プッシャーにパルス電圧を印加した時刻とイオンがイオン検出器で検知された時刻との間の時間を測定することにより、イオンの質量が計算される。本実施例で採用したＴＯＦ−ＭＳは一般に用いられているＴＯＦ−ＭＳの形態と等しいので、ここでは詳細な記載はしない。
【００６２】
図１４は図１１に示したＥＣＤを備えた質量分析装置の基本的な操作を説明する図である。試料イオンに含まれる全イオンを質量分析する操作であるＭＳモード、ＥＣＤを実施するＥＣＤモード、ＣＩＤを実施するＣＩＤモード、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われたＤＣＤ＋ＣＩＤモードについて説明する。
【００６３】
各モードを構成する４つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの5種のイオンが含まれている例を示している。中央左の点線枠は線形イオントラップ質量分析部の動作を示す。中央右の点線枠はＥＣＤ−ＣＩＤ機能を備えた反応部分の操作を示す。左の点線枠はＴＯＦ質量分析部分における質量分析により得られた質量スペクトルの模式図を示す。
【００６４】
ＭＳモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンは線形イオントラップ質量分析手段にトラップされる。トラップされたイオンは直接ＴＯＦ−ＭＳへ導入され、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。
【００６５】
ＥＣＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＥＣＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ディスペンサーカソードは常にヒータ電流を流しておき、加熱状態にしておく。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析手段に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンは排出してＣＤ−ＣＩＤ反応装置に導入し、ＥＣＤを実施する。ＥＣＤを実施する期間、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を動作させ、反応セル内部に磁場を発生させる。電子源の静電圧を線形四重極電極１０１−１０４よりも０Ｖ以上高い電位とすると、ＥＣＤ手段に導入される。低エネルギー電子の導入によりＥＣＤ反応が進行し、ＥＣＤによる解離イオンｄ１、ｄ２、ｄ３が生成される。解離イオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段から排出し、ＴＯＦ質量分析手段に導入し、ＴＯＦ質量分析を適用して解離イオンのスペクトルを得る。
【００６６】
ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。ＣＩＤモードでは単離された親イオンのＣＩＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ＣＩＤを実施する期間、ＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段にはヘリウムガスを導入する。このガスと振動する親イオンとの衝突によりＣＩＤを発生させるためである。なお、ＥＣＤを実施する期間においても、Ｈｅガスを導入しておいてもよい。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部に導入する。このイオンに対し、ＣＩＤを実施する。ＣＩＤを実施する期間は、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を停止させる。以上の状況において、質量の分かっている選択された親イオンＤの線形イオントラップ電極１０１−１０４内部での永年運動振動数に対応する周波数をもつ交流電圧を交流電源９１３を用いて印加する。もしくは、周波数を一定にしている交流電圧により共鳴振動が発生するように、高周波電源１０２７で発生させているイオントラップ高周波の振幅を設定する。以上により、ＣＩＤによる解離イオンＤ１、Ｄ２，Ｄ３が生成される。解離イオンはＴＯＦ質量分析手段に導入され質量スペクトルが得られる。なお、従来法どおり、ＣＩＤを線形イオントラップ質量分析手段において実施することも可能である。
【００６７】
ＥＣＤ−ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。このモードではＥＣＤを実施して生成した解離イオン種にＣＩＤを生成させ、複合的な解離イオンを生成させることを目的とする。本操作により、質量の等しいアミノ残基であるロイシンとイソロイシンの区別、もしくは、翻訳後修飾された分子を備えたＥＣＤ解離イオンに対し、ＣＩＤを実施して、翻訳後修飾分子を分離し、翻訳後修飾分子の同定ができるようになる。ＥＣＤモードと同様にＥＣＤ解離イオンを発生させる。その後、１つの解離イオンを単離し（図１４ではｄ２イオンを模式的に単離している）、ＣＩＤを適用する。この単離、ＣＩＤの実施期間は磁場の印加を停止する。ＣＩＤによる解離イオンはＴＯＦ質量分析手段の導入し質量分析操作により、質量スペクトルを得る。
【００６８】
また、図１３は高度な質量分析操作を説明する図である。すなわち、ＥＣＤ実施期間中、線形イオントラップ質量分析部をＣＩＤ手段として動作させる方法である。ＥＣＤは反応速度が遅いといわれているため、長いＥＣＤ実施期間が必要になる場合がある。このＥＣＤ実施期間の間に複数のＣＩＤスペクトルを取得することにより、分析のスループットを上げて分析能を向上させる。本実施形態の装置では、ＥＣＤ反応部分が線形イオントラップ質量分析部とＴＯＦ質量分析部のラインから切り離し可能であることにより可能となる操作である。
【００６９】
図１３に示したように、はじめにＭＳモード実施する。つづいて、ターゲットとした単離イオン（図ではＤイオン種）をＥＣＤ反応部に導入し、ＥＣＤを実施する。その間に、線形イオントラップをＣＩＤ実施手段として動作させ、複数のＣＩＤスペクトルを得る。図では、ＢイオンのＣＩＤスペクトル、Ｅイオン、ＥイオンのＣＩＤスペクトルを得ている。このＣＩＤ期間中に電子が照射されＥＣＤ解離イオンが多数生成される。最後にそのイオンがＴＯＦ−ＭＳに導入されて、ＥＣＤ解離スペクトルｄ１−ｄ３が得られる。本実施形態は、ＴＯＦ質量分析手段を備えた高い質量分解能をもち、しかも、ＥＣＤとＣＩＤを実施可能な最も多機能な装置の例である。
【００７０】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態３）
図1２は永久磁石による磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施形態を説明する図である。永久磁石が磁場発生手段でありさらに四重極偏向器を備えた形態の電子捕獲解離装置に加え、四重極偏向器の１つのイオン導入口にイオン源と線形イオントラップ質量分析手段を備え、他の１つの口に質量分析手段を備えていることを特徴とする。本実施例は、永久磁石を採用し、安価で簡単な装置構成となることが特徴である。ただし、磁場の制御ができないため、ＥＣＤ反応部でのＣＩＤの実施は困難である。しかし、線形イオントラップ質量分析手段によりＣＩＤの実施は可能である。つまり、ＣＩＤかＥＣＤを選択して実施できる質量分析装置の構成である。
【００７１】
装置構成の実施形態２との違いは、磁場発生手段としてソレノイドコイルに代えて永久磁石を採用していること、また、ＥＣＤ反応部においてＣＩＤを実施しないため、交流電源を備えていないことである。
【００７２】
図２０は図１２に示したＥＣＤを備えた質量分析装置の基本的な操作を説明する図である。試料イオンに含まれる全イオンを質量分析する操作であるＭＳモード、ＥＣＤを実施するＥＣＤモード、ＣＩＤを実施するＣＩＤモード、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われたＤＣＤ＋ＣＩＤモードについて説明する。
【００７３】
各モードを構成する４つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの5種のイオンが含まれている例を示している。中央左の点線枠は線形イオントラップ質量分析部の動作を示す。中央右の点線枠はＥＣＤ−ＣＩＤ機能を備えた反応部分の操作を示す。左の点線枠はＴＯＦ質量分析部分における質量分析により得られた質量スペクトルの模式図を示す。
【００７４】
ＭＳモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンは線形イオントラップ質量分析手段にトラップされる。トラップされたイオンは直接ＴＯＦ−ＭＳへ導入され、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。
【００７５】
ＥＣＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＥＣＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ディスペンサーカソードは常にヒータ電流を流しておき、加熱状態にしておく。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析手段に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンは排出してＣＤ−ＣＩＤ反応装置に導入し、ＥＣＤを実施する。電子源の静電圧を線形四重極電極１０１−１０４よりも０Ｖ以上高い電位とすると、ＥＣＤ手段に導入される。低エネルギー電子の導入によりＥＣＤ反応が進行し、ＥＣＤによる解離イオンｄ１、ｄ２、ｄ３が生成される。解離イオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段から排出し、ＴＯＦ質量分析手段に導入し、ＴＯＦ質量分析を適用して解離イオンのスペクトルを得る。
【００７６】
ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。ＣＩＤモードでは単離された親イオンのＣＩＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンに対し、線形質量分析手段内部でＣＩＤが実施される。以上の状況において、質量の分かっている選択された親イオンＤの線形イオントラップ電極１０１−１０４内部での永年運動振動数に対応する周波数をもつ交流電圧を交流電源９１３を用いて印加する。もしくは、周波数を一定にしている交流電圧により共鳴振動が発生するように、高周波電源１０２７で発生させているイオントラップ高周波の振幅を設定する。以上により、ＣＩＤによる解離イオンＤ１、Ｄ２，Ｄ３が生成される。解離イオンは質量選択的にＥＣＤ−ＣＩＤ質量分析手段から排出され、ＴＯＦ質量分析手段で検出され質量スペクトルが得られる。
【００７７】
ＥＣＤ−ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。このモードではＥＣＤを実施して生成した解離イオン種にＣＩＤを生成させ、複合的な解離イオンを生成させることを目的とする。本操作により、質量の等しいアミノ残基であるロイシンとイソロイシンの区別、もしくは、翻訳後修飾された分子を備えたＥＣＤ解離イオンに対し、ＣＩＤを実施して、翻訳後修飾分子を分離し、翻訳後修飾分子の同定ができるようになる。ＥＣＤモードと同様にＥＣＤ解離イオンを発生させる。その後、１つの解離イオンを単離し（図ではｄ２イオンを模式的に単離している）、ＣＩＤを適用する。この単離、ＣＩＤの実施期間は磁場の印加を停止する。ＣＩＤによる解離イオンはＴＯＦ質量分析手段の導入し質量分析操作により、質量スペクトルを得る。
【００７８】
本実施形態は、電磁的な磁場発生手段を用いず、永久磁石を用いるのでコイルへの電源や、コイルの冷却設備を必要としない点で簡便となり、安価な装置を供給可能である。ＥＣＤとＣＩＤの組み合わせを必要とする翻訳後修飾を対象としない、すなわちトップダウン的なタンパク質構造解析に適した構造である。
【００７９】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態４）
図1６はイオン源と、線形質量分析手段と電子捕獲解離セルからなる質量分析装置の実施形態を説明する図である。イオン源と、線形イオントラップ質量分析手段と、請求項１記載の電子捕獲解離装置が直列に配置され、それらの要素の間に必要におうじてイオンガイドを挿入した装置構成を持つ電子捕獲解離機能を備えていることを特徴とする。
【００８０】
装置構成は、イオン源細管1623と細口電極1622からなるＥＳＩイオン源、線形高周波多重極電極1620と細口電極1621からなるイオンガイドを備えている。以上で発生され真空中に導入されたイオンは線形イオントラップ質量分析手段（１６１４−１６１６、１６１８，１６１９）に導入される。本質量分析質量分析手段は非特許文献６に示されている形態である。すなわち、線形四重極電極内部で共鳴振動させたイオンが四重極電極の動径方向に共鳴振動させられ、排出されて、イオン検出器１６１６および１６１８で検出される原理である。また、図１６は動作原理の基礎に基づいた簡略化した記載となっている。本質量分析部分では、イオンの単離、ＣＩＤ反応、および、質量スペクトルを得るための質量分析操作をおこなう。本線形イオントラップ手段には、イオンガイド１６１３を介してＥＣＤ−ＣＩＤ反応部分が接続される。
【００８１】
本実施例における基本的な解離と質量分析操作を示す。イオン源で発生させた試料イオンはイオンガイド１６２０を経て線形イオントラップ質量分析部に導入される。ここで、第１の質量分析操作を行って、試料イオンに含まれるイオンのスペクトルを得る。得られた質量スペクトルを参照し、解離反応により配列構造解析を行うイオンを選択する。再度イオンを導入し、線形イオントラップ質量分析手段により選択したイオンをイオンの共鳴振動により単離する。ここで、ＥＣＤを行う場合、単離したイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ手段に導入され、電子を照射してＥＣＤ反応を発生させる。解離されたイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ手段から排出され、線形イオントラップ質量分析手段に再度導入される。ここで、共鳴振動による質量分析をおこない、質量スペクトルをえる。なお、線形イオントラップ質量分析手段において質量分析操作、単離操作、ＣＩＤ操作を行う場合は、ＥＣＤ−ＣＩＤ部の磁場を停止させることが質量分解能を得るために有効である。
【００８２】
なお、本実施形態を用いて、線形イオントラップ質量分析手段をもちいてＣＩＤのみを行うこと、および、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われて行うことは容易である。その基本的な操作手順は図１３として説明した内容とほとんど一致する。質量分析手段がＴＯＦ質量分析手段ではなく、線形イオントラップ質量分析手段を用いる点が異なるのみである。
【００８３】
（リン酸修飾または糖鎖修飾されたたんぱく質の解析手順の実施形態）
ＥＣＤとＣＩＤを組み合わせて翻訳後修飾されたタンパク質の質量分析的構造解析の手順を説明する。基本となる測定シーケンスを図２１に示した。はじめにＣＩＤをもちいて翻訳後修飾がされていることを判定し、修飾されている分子の大きさを得て、つづいてＥＣＤをもちいて修飾されている部位を同定する手順である。
【００８４】
図２１に示したように、測定はまず、試料イオンのＭＳモードによる測定から開始する。本測定により、試料として質量分析装置に導入されたイオンの分布を知る。測定されたイオンの質量、および、液体クロマトグラフの溶出時間などを参照すれば、配列情報を含め、イオン種同定が可能である場合がある。その場合は、もはや解離反応によりイオン種同定を行う必要はない。溶出時間とイオン質量からなるイオン同定のデータベースを参照し、もし、すでに同定されている場合は、測定を終了する。同定されていない場合は、つぎの分析手続きに移る。
【００８５】
つづいて、選択されたイオン種に対し、ＣＩＤモードを適用する。ＣＩＤにより、翻訳後修飾されているイオンの場合は、ニュートラルロスが発生する。ニュートラルロスとは、反応前後において価数が変化することなく、分子を構成する一部が脱落することをいう。翻訳後修飾されている部位はＣＩＤでは優先的に解離するために、ニュートラルロスが発生しやすくなっている。ニュートラルロスがこのニュートラルロスのうち、リン酸（ＰＯ４）に対応する質量が脱落している場合はリン酸修飾されているものと判定できる。また、単糖の質量の組み合わせで説明できる場合は糖鎖修飾されているものと判定できる。一般に、高い確率でニュートラルロスが発生している場合は、簡単のため、翻訳後修飾された分子であると判定してもよい。高い確率でニュートラルロスが発生しない場合、普通にＣＩＤスペクトルが取得されるので、これをもって、測定を終了する。
【００８６】
つづいて、ニュートラルロスと判定されたイオン種に対し、ＥＣＤモードを適用する。ＥＣＤは翻訳後修飾された部位を保存したままアミノ残基配列からなる主鎖を切断する。そのため、ＥＣＤスペクトルをみれば、通常のアミノ残基の配列からなるＣ，Ｚフラグメントに加え、翻訳後修飾された分子をともなった大きな値のＣ，Ｚフラグメント間の間隔が見出される。この大きな間隔をもたらした部位が翻訳後修飾を受けた部位であると判定できる。
【００８７】
（ECD反応手段の実施形態５）
図２２、図２４は電子強度をモニターする電極とガス室を備えたＥＣＤ反応手段の実施形態の例であり、図２５はそのようなＥＣＤ反応手段を複数備えた質量分析装置の実施形態である。図２２、図２４では2001−4で示す線形四重極電極、2005で示す壁電極、2006で示す壁電極、2007で示す電子引き出し電極、2008で示すガス室、2009で示す電子源被い、2010で示すフィラメント、2011 ガス導入パイプ、2012で示す円筒磁石、および2013で示す電流モニター電極からなる。
【００８８】
電子モニターには、電子強度をモニターすること、および電子のエネルギーをモニターする機能が求められる。とくに電子のエネルギーをモニターするには高周波が印加されていない領域での検知が有効である。そのために、電子モニター電極2013を壁電極５の外側に設置した。電子モニター電極2013に電子を効率よく導くために電子が壁電極５の穴を通過させる。図２３に示したような磁場配置を取ることにより電子を効率よく穴を通し、しかも電子モニター電極2013で効率よく捕捉することが可能になる。すなわち、円筒磁石2012に対し、2つの壁電極2005、2006をほぼ対象な位置に磁石の内部に設置する。さらに電子モニター電極2013を図２３に示すような壁電極2005の穴を通過した磁力線が透過するように設置する。この設置方法により電子は効率よく電子モニター電極2013に捕捉される。
【００８９】
電子のエネルギーをモニタするためには図２７の回路を用いる。2001−4で示す線形四重極電極、2005で示す壁電極、2012で示す円筒磁石、2013で示す電流モニター電極、2014で示す磁石の磁化の方向を示す矢印、2020-2023で示すイオンガイド電極、2022で示す電圧源、2023で示す電流計からなる。電流モニター電極2013に電源2022を用いて四重極電極2001-2004に対してバイアス電圧を印加する。その電圧値が電子のエネルギー（電子ボルト単位で表示）よりも高くなると電子が電流モニター電極で電流として検知されるようになる。そこで、バイアス電圧を変化させて電流値を電流計2023にて検知することにより電子のエネルギーとその強度が観測される。電子捕獲解離では電子の運動エネルギーは重要なパラメータなので装置のチューニングにはこの機構を備えることが有効である。
【００９０】
本実施例では電子源にはタングステンフィラメント2010を用いている。ＥＣＤセルの設置される真空度が１０−６Ｔｏｒｒよりも悪い真空度の場合ディスペンサーカソードの使用は困難となるので、フィラメントの利用が有効である。電子源部分の構成および駆動電源を図２５、２６に示した。2001−4で示す線形四重極電極、2006で示す壁電極、2007で示す電子引き出し電極、2010で示すフィラメント、2015，2016で示す電気抵抗器、2017で示す電流源、2018で示す電圧源、および2019で示す電子レンズ電極からなる。
【００９１】
フィラメント2010は電流源2017で通電加熱される。フィラメントには中央部分に折れ曲がりを設けている。この部分が高温となり電子はこの先端から強く発生させることができる。フィラメントにはその電気抵抗からフィラメントの長手方向に電位差が発生する。しかし、この形態を用いれば一点から電子が出るためにその運動エネルギーをそろえることが可能となる。フィラメントの中央部分の電位を電源2018を用いて制御するために、フィラメントの両端には電気抵抗器2015、2016を接続し、両者の間に電圧を印加する。この方式によりフィラメントの電子発生点の電位を電源2018の出力値と一致させることができる。
【００９２】
２つの実施形態 図２５、図２６のうち、図２５は単純な構成からなる形態であり、フィラメント2010で発生させた熱電子を引き出し電極2007で引き出し、壁電極６の穴から導入できるようにしたものである。図２６では、電子レンズ電極2019を採用している。この電極の形状は、磁力線がこの電極面にほぼ垂直になるような形状となっている。これによりレンズ電極2019の穴から出てきた電子は磁場と平行に加速される。これにより電子は磁場によるサイクロトロン運動が抑制され電子のイオントラップ中心部での透過率が大きくなる。
【００９３】
電子引き出し電極は長時間の電子照射による表面の改変を回避するために、レニウム、モリブデンもしくはレニウムモリブデン合金で作成することが好ましい。もしくは、その表面をグラファイト微粒子などでコーティングして改変を回避することが好ましい。同電極の表面の改変は金属としての表面特性が失われ絶縁体膜が構成されてそこに電子が充電されることにより電子の引き出し効果を著しく低下させる可能性がある。また、電子引き出し電極は、開口部を持つ平板又はメッシュ構造であってもよい。開口部をもつ平板構造は電子がメッシュと衝突して失われる効果がないため、簡便に電子発生効率の高い電子源を構成することができる。またメッシュ構造を採用すると、電子がメッシュに衝突して失われる影響はあるが電子の引き出し方向をほぼ磁力線と平行にすることができるので電子の導入効率の高い電子源を構成することができる。
【００９４】
図２４はガス室の構成手段として円筒磁石2012を壁面として利用する形態である。この形態を取ることにより円筒磁石内部にガス室壁を設ける必要がないため、円筒磁石を小さくし、装置サイズと価格を低減することが可能となる。
【００９５】
図２８は図２２，２４の実施形態の電子捕獲解離手段を複数備えた質量分析装置の実施形態の図である。複数の反応手段を備えることにより反応速度の倍化が可能となる。
操作は図１２で説明した形態とほとんど等しいのでその詳細説明は前記（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態３）を参照する。なお、本実施例のように四重極偏向器409-412に設置する反応手段はＥＣＤ実施手段に限らず、イオン源、ＣＩＤ実施手段、電子移動解離手段、イオン検出器など任意の質量分析関連手段を接続することが可能である。
【００９６】
（ECD反応手段の実施形態６）
電子捕獲解離反応部のガスセルに希ガスを導入すると、反応効率を向上させることができる。ガスセルに導入するガス種はヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスを用いる。そのとき、ガスセル内部のそれらの分圧は0.1Ｐａから10Ｐａとし、照射する電子のエネルギーは２電子ボルトから１０電子ボルトになるように設定する。このとき、大きな反応効率を得ることができ、高速のＥＣＤを実現することができる。図２９は本発明の形態である結合型線形四重極高周波イオントラップ内に、試料イオンとして２価のサブスタンスＰを導入し、さらに、ヘリウムガスを０．７６Ｐａの分圧で導入したときの電子捕獲解離スペクトルの測定例である。照射電子のエネルギーは５．６電子ボルトである。反応時間は２０ミリ秒であり、十分な高速反応を実現している。ガスを導入しない場合の実施例である図３０にくらべてスペクトルの質を表す反応効率と信号・ノイズ比が格段に向上している効果がわかる。その解離効率は、図３１に示したようにＨｅガスを導入することにより約１桁向上させることができる。生体高分子配列解析に十分に適用な高速によるＥＣＤの実施にガスの導入が大きな効果を実現することを示している。従来のＦＴ−ＩＣＲでは実現できないガス圧領域であり、高周波イオントラップでの新たな知見である。ガスの導入による反応効率向上の効果は線形イオントラップ構成に限らず、イオンガイドなどガスを導入できるＥＣＤ反応を実現する装置の形態で実施可能である。
【００９７】
図３２にはヘリウムガス圧０．４７Ｐａにおいて、電子のエネルギーを変化させたときの電子捕獲解離反応効率を測定した結果である。２電子ボルト以下の電子エネルギーにおいて観測された反応効率のピークが電子捕獲解離であり、２から１２電子ボルトで観測された反応効率の分布が高温ＥＣＤと呼ばれるＥＣＤ反応である。とくにガスによる顕著な反応が高温電子捕獲解離において観察された。この領域を利用することにより高い効率での電子捕獲解離が実現される。とくに高速でタンパクを分析するプロテオーム解析分野で有効である。また、とくに２から８電子ボルトの領域では、電子捕獲解離に特徴的なｃ、ｚフラグメントが生成され、従来の高温ＥＣＤで見られるようなｂ、ｙフラグメントが観測されない。このエネルギー領域を利用すればシンプルなスペクトルが取得可能であり、多量のデータが排出されるプロテオーム解析においてそのデータ処理に有利である。
【符号の説明】
【００９８】
101 線形多重極電極を構成する電極、102 線形多重極電極を構成する電極、103 線形多重極電極を構成する電極、104 線形多重極電極を構成する電極、105 壁電極、106 壁電極、107 円筒磁石、108 電子源、109 イオンの出し入れを示す矢印、110 電子の入射を表す矢印、
202 電子引き出し電極、
409 四重極偏向器を構成する電極、410 四重極偏向器を構成する電極、411 四重極偏向器を構成する電極、412 四重極偏向器を構成する電極、413 電子の導入を示す矢印、414 四重極偏向器へのイオンの導入を示す矢印、415 電子捕獲解離部分へのイオンの導入を示す矢印、416 電子捕獲解離部分からイオンを取り出すことを示す矢印、417 四重極偏向器からイオンを取り出すことを示す矢印、
513 イオンガイドを構成する電極、514 イオンガイドを構成する電極、515 イオンガイドを構成する電極、516 イオンガイドを構成する電極、517 電子の導入を示す矢印、518 四重極偏向器へのイオンの導入を示す矢印、519 イオンガイドを通過して電子捕獲解離部分へイオンを導入することを示す矢印、520 電子捕獲解離部分へイオンを導入することを示す矢印、521 電子捕獲解離部分からイオンを排出することを示す矢印、522 四重極偏向器からイオンを取り出すことを示す矢印、
601 永久磁石による円筒磁石、602 磁化の向きを示す矢印、
701 円筒磁芯、702 円筒磁芯、703 円筒磁芯、704 円筒磁芯、705 コイル、706 コイル、707 コイル、708 コイル、709 磁極、710 磁極、
802 ソレノイドコイル、803 真空槽壁、
911 ガス導入管、912 電流源、913 交流電源、
1009 電子源（フィラメント）、1017 イオン検出器、1020 壁電極、1021 イオンガイド、1022 イオン源電極、1023 イオン源細管、1024 差動真空排気を示す矢印、1026 差動真空排気を示す矢印、1027 イオントラップ高周波電源、1028 コンピュータ、
1119 線形イオントラップ質量分析手段を構成する線形四重極電極、 1118 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、
1125 差動排気をあらわす矢印、1130 飛行時間型質量分析手段、1131 リフレクター、1132 プッシャー、1133 イオン検出器、1134 ガスを導入したイオンガイドを構成する四重極高周波電極、1135 ガスを導入したイオンガイドを構成する入り口電極、1136 ガスを導入したイオンガイドを構成する出口電極、
1201 線形四重極電極、1205 壁電極、1206 壁電極、1207 円筒永久磁石、1208 高周波電源、1209 電子源、1210 電子引き出し電極、1212 イオンガイド、1213 四重極偏向器、1218 壁電極、1219 線形高周波四重極質量分析手段、1220 壁電極、1221 イオンガイド、1222 イオン源細口電極、1223 イオン源細管、1224 差動排気を示す矢印、1225 差動排気を示す矢印、1226 差動排気を示す矢印、1229 コンピュータ、1230 飛行時間型質量分析手段、1231 リフレクター、1232 プッシャー、1233 イオン検出器、1234 イオンガイド、1235 レンズ電極、1236 レンズ電極、
1614 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、1615 線形イオントラップ質量分析手段を構成する線形四重極電極、1616 イオン検出器、1618 イオン検出器、1619 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、1620 イオンガイドを構成する線形多重極電極、1621 細口電極、1624 差動排気を示す矢印、1625 差動排気を示す矢印、1626 差動排気を示す矢印、1627 差動排気を示す矢印、
1701 リング電極、1702 エンドキャップ電極、1703 エンドキャップ電極、1704 永久磁石リング、1705 永久磁石リング、1706 永久磁石リング、1708 イオン検出器、1709 電子源（フィラメント）、1710 イオン源、
1801 高周波多重極電極、1802 永久磁石、1803 壁電極、1804 高周波電源、1805 双極交流電源、1806 イオンの導入を示す矢印、1807 イオンの取り出しを示す矢印、1808 四重極偏向器、1809 電子源、
1901 FT-ICRセルを構成する電極、1902 FT-ICRセルを構成する電極、1903 FT-ICRセルを構成する電極、1904 FT-ICRセルを構成する電極、1905 壁電極、1906 壁電極、1907 電子源、1908 磁力線を示す矢印、1909 線形四重極質量分析手段、1910 壁電極、1911 壁電極、1912 線形四重極質量分析手段へのイオンの導入を示す矢印、1913 FT−ICRへのイオンの導入を示す矢印、
2001−4 線形四重極電極、2005 壁電極、2006 壁電極、2007 電子引き出し電極、2008 ガス室、2009 電子源被い、2010 フィラメント、2011 ガス導入パイプ、2012 円筒磁石、2013 電流モニター電極、2014 磁石の磁化の方向を示す矢印、2015，2016 電気抵抗器、2017 電流源、2018 電圧源、2019 電子レンズ電極、2020-2023 イオンガイド電極、2022 電圧源、2023 電流計。
【技術分野】
【０００１】
質量分析法を用いた生体高分子の配列構造解析方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人のＤＮＡ配列の解析が終了した今日、この遺伝情報を用いて生成させるタンパク質、またこのタンパク質をもとに細胞内で翻訳後修飾され機能する生体高分子の構造解析が重要になっている。その構造解析手段の１つとして、質量分析法(mass spectrometry)がある。質量分析法を用いて、生体高分子を構成するアミノ酸がペプチド結合でつながったペプチドやタンパク質の配列などの情報を得ることができる。とくに高周波電場を用いたイオントラップやＱマスフィルターを用いた質量分析法や、飛行時間型質量分析法（Time-of-Flight: ＴＯＦ）は高速分析法のため、液体クロマトグラフィー装置などに代表される試料を分離する前処理手段との結合性がよい。そこで、大量の試料を連続解析することが求められるプロテオーム解析などの目的に合致しており、幅広く使われている。
【０００３】
一般に質量分析法では、試料分子をイオン化して真空中に導入し（または真空中でイオン化し）、電磁場中におけるそのイオンの運動を測定することにより、対象とする分子イオンの電荷と質量の比が測定される。得られる情報が質量と電荷の比という巨視的な量であるため、単に１度の質量分析操作では内部構造情報まで得ることは出来ない。そこで、タンデム質量分析法と呼ばれる方法が用いられる。すなわち、１回目の質量分析操作で試料分子イオンを特定する、もしくは、選択する。このイオンを親イオンとよぶ。つづいて、この親イオンを何らかの手法で解離する。解離したイオンをフラグメントイオンと呼ぶ。そのフラグメントイオンをさらに質量分析することにより、フラグメントイオンの生成パターンの情報を得る。解離手法により、解離パターンの法則性があるので、親イオンの配列構造を推察することが可能となる。とくに、タンパク質を骨格とする生体分子の分析分野では、解離手法として衝突励起解離（Collision Induced Dissociation : ＣＩＤ）、赤外多光子吸収（Infra Red Multi Photon Dissociation: ＩＲＭＰＤ）そして、電子捕獲解離（Electron Capture Dissociation: ＥＣＤ）が使われる。
【０００４】
タンパク解析分野において、現在もっとも広く使われている手法がＣＩＤである。親イオンに運動エネルギーを与えてガスと衝突させる。衝突により分子振動が励起されて、分子鎖の切れやすい部分で解離する。また、最近使われるようになった方法がＩＲＭＰＤである。親イオンに赤外レーザ光を照射して、多数の光子を吸収させる。分子振動が励起されて、分子鎖の切れやすい部位で解離する。ＣＩＤやＩＲＭＰＤで切れやすい部位は、アミノ酸配列からなる主鎖のうち、a-x、b-yで命名されている部位である。a-x、b-yの部位であっても、アミノ酸配列パターンの種類により切れにくい場合があるために、ＣＩＤやＩＲＭＰＤのみでは完全な構造解析ができないことが知られている。そのために、酵素などを用いた前処理が必要になり、高速な分析を妨げている。また、翻訳後修飾を受けた生体分子では、ＣＩＤやＩＲＭＰＤを用いると、翻訳後修飾による側鎖が切れやすい傾向がある。側鎖が切れやすいため、失われた質量から修飾分子種と修飾されているかどうかの判定は可能である。ただし、どのアミノ酸部分で修飾されていたかという修飾部位に関する重要な情報は失われる。
【０００５】
一方、他の解離手段であるＥＣＤは、アミノ酸配列に依存せず（ただし例外として環状構造であるプロリン残基は切断しない）、アミノ酸配列の主鎖上のc-z部位の１箇所を切断する。そのために、タンパク質分子を質量分析的手法のみで完全解析出来る。また、側鎖を切断しにくいという特徴をもっていることから、翻訳後修飾の研究・解析の手段として適している。このために、近年特に注目を受けているのがこのＥＣＤという解離手法である。
【０００６】
ＥＣＤ反応を発生させるために必要な電子のエネルギーは、ほぼ1電子ボルトであることが知られている（非特許文献１）。また、ＥＣＤとは異なる原理により、１０電子ボルト近傍でも、電子捕獲反応が発生することが知られている。この反応は高エネルギーＥＣＤ（ＨＥＣＤ）と呼ばれる。c-z部位を選択的に切断する反応は、前者のＥＣＤであり、後者のＨＥＣＤではc-z部位に加え、a-x部位、b-y部位を含む他の部位も切断されたフラグメントイオンを多数生成する。このために、簡便な解析手段としてＥＣＤが好ましい。
ただし、実際の分析ではＨＥＣＤを併用することも検討される。すなわち、ＥＣＤとＨＥＣＤを使い分けるには、１ｅＶ以下の精度での電子のエネルギーの制御が必要となる。
以上のように、ＣＩＤとＩＲＭＰＤ、ＥＣＤはそれぞれ異なる配列情報を与えるために、互いに相補的に利用できる。
【０００７】
ＥＣＤは従来からフーリエ変換型質量分析装置（ＦＴ−ＩＣＲ）でのみ実現されてきたが、最近、高周波イオントラップ内部で実現できる方法が報告され始めている。高周波イオントラップ利用の利点は、それが、FT-ICRに比べて装置価格が安価であり、さらに操作も容易なため、広く産業利用されている実績があるためである。ここで、ECDを実施できるFT-ICRによる従来法と、高周波イオントラップ内部で実施されている従来法、および特許開示されているその他の方法について説明する。
【０００８】
図１９は、ＦＴ−ＩＣＲによるECDの基本装置構成の一例を説明する図である。イオン導入部（１９０９から１９１１）と、FT-ICR部（１９０１−１９０８）からなる。イオン導入部は、線形四重極電極（１９０９で代表される）と壁電極（１９１０、１９１１）からなり、線形四重極電極には高周波電圧が印加され、また壁電極には線形四重極電極に対し正の静電圧が印加されることにより導入された正の試料イオン（１９１２の矢印で導入を示す）が捕捉される。このイオン導入部で試料イオンは測定したいイオン種のみが単離される。単離されたイオンは、壁電極１９１０の電圧を線形四重極電極よりも低い電圧を印加することにより、イオン導入部から矢印１９１３のように排出され、FT-ICR部に導入される。
【０００９】
FT-ICR部は強い磁場（典型的に１T以上：磁力線を１９０８に代表される矢印で記載した）と、４つのピックアップ電極（１９０１−１００４）と、2枚の壁電極（１９０５，１９０６）からなる。単離されたイオンは磁場により磁場に垂直な方向に捕捉され、さらに、ピックアップ電極群と壁電極の間に印加された静電圧により、磁場と平行な方向に捕捉される。電子源１９０７で発生させた電子は磁場に巻きついてFT-ICRセルに導入され、ECD反応が発生する。ECD反応により発生した解離イオンはFT-ICRセルの内部でそのサイクロトロン周波数がピックアップ電極に誘導される電流を検知することにより、その質量が測定される。
【００１０】
以上のように、ＦＴ−ＩＣＲではイオンを捕捉するために、高周波のような変動電磁場を用いず、静電磁場を用いている。そこで高周波イオントラップのように変動電磁場により電子が加速されることがない。静電磁場を用いていることからイオンをトラップした状態で、電子を１電子ボルトという低運動エネルギーでトラップしているイオンまで導くことができる。
しかしながら、ＦＴ−ＩＣＲは超伝導磁石を用いて、平行強磁場（数テスラ以上）が必要となるため、高価かつ大型である。また、１つのスペクトルを得るために、必要な測定時間は数秒から１０秒、スペクトルを得るために必要なフーリエ解析に１０秒程度必要である。都合、数１０秒必要となるＦＴ−ＩＣＲは、１０秒程度で１つのピークが現れる液体クロマトグラフィーとの結合性は良いとは言えない。つまり、高速度タンパク質解析には利用しにくいという欠点がある。そのために、FT-ICRを用いないECD手段の開発が期待されていた。
【００１１】
FT-ICRを用いないECDの実現手法の１つとして、静電磁場によるペニングトラップに捕捉した電子雲にイオンを通過させてECD反応を発生させるというアイデアが開示されている（特許文献１）。しかし、この方法により、現在までにECDの実現は報告されていない。
FT-ICRを用いない別のECDの実現手法の１つとして、高周波イオントラップ、または高周波イオンガイドにイオンを捕捉してそこに電子を照射するというアイデアがある。３次元高周波イオントラップに捕捉したイオンに電子を照射するというアイデアに関する特許開示がある（特許文献２，３，４）。しかし、これらの開示よりも先に、Vachetらは３次元高周波イオントラップに電子線を入射することにより、電子とイオンの反応の実現を試みたけれども（非特許文献２）。入射電子が高周波電場により高速に加熱され、イオントラップ外に失われてしまうことから、ＥＣＤの実現には至らなかった。
【００１２】
高周波イオントラップ、高周波イオンガイドにおける電子の加熱の課題を回避するために、磁場を用いて電子の軌道を制限するというアイデアが開示されている。高周波電場内部では、イオンと電子の両者を安定に捕捉する条件は現実的に得られない。そこで、磁場を用いて電子の運動の磁力線とは垂直方向の運動を制限するアイデアが考案された。
【００１３】
一つは、３次元イオントラップ、もしくはイオントラップ機能を持たないイオンガイドに対し磁場を印加して電子の軌道を制限し電子の加熱を回避する方法が、Zubarevらにより開示された（特許文献５）。その概念図を図１７に示した。本公知例は３次元イオントラップ（１７０１−１７０３）、フィラメントからなる電子源（１７０９）、イオン源（１７１０）、およびイオン検出器（１７０８）からなる。３次元イオントラップには円筒形の永久磁石（１７０４−１７０６）が埋め込まれている。この永久磁石により中心軸に平行な磁場が印加される。まず、イオン源で発生したイオンは３次元イオントラップに捕捉される。ここで試料イオンから測定されるべき親イオンがイオンの振動共鳴を用いて単離される。そこに、フィラメント電子源で発生した電子がイオントラップ内部に導入されて、ECD反応を発生させる。反応で生成されたイオンは共鳴排出により検出器で検出される。以上の３次元イオントラップによるECD反応の実現が報告されている（非特許文献３）。
【００１４】
また、別の方法では、線形イオントラップに対し、その中心軸に平行に磁場を印加して、電子の軌道を制限し、電子の加熱を回避する方法が提唱されている。その概念図を図１８に示した。ECD反応部は、線形四重極電極（１８０１），永久磁石からなる壁電極１８０２，壁電極１８０３、高周波電源（１８０４）、電子源部（１８０８，１８０９）からなる。線形イオントラップは線形四重極電極に高周波を印加してその内部に形成される四重極電場と、壁電極に静電圧を印加して生成される静電場により、イオンを捕捉する。そこに電子を導入するが、このとき電子は高周波の中心軸に沿って導入される。中心軸上の高周波電場は０なので、中心軸近傍ではイオンは高周波電場の影響を受けないか、受けても小さな値となる。さらに、永久磁石１８０２で生成された磁場が中心軸に平行に印加される。そこで、電子が中心軸から偏移しようとしても磁場により捕捉され、その軌道が中心軸から大きくずれることはない。これにより電子の加熱を回避する。この開示ではこのECD反応部をイオン源と飛行時間型質量分析装置に代表される他の質量分析手段との間に挿入することを想定しているので、線形イオントラップの１つのイオン導入口に四重極偏向器（１８０８）を挿入することにより電子源（１８０９）とイオン源（イオンの入射を矢印１８０６でしめしている）を結合する。反応による生成イオンは線形イオントラップから排出されて、矢印１８０７のように他の質量分析手段に導入される（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】USP Application Publication No.2004/2045448
【特許文献２】USP6,653,622
【特許文献３】USP Application Publication No.2004/0232324
【特許文献４】PCT/DK02/00195
【特許文献５】USP6,800,851
【特許文献６】特開平10-21871号公報
【特許文献７】特許第3361528号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Frank Kjeldsen et al. Chem. Phys. Lett. 2002 vol356 p2001-2006
【非特許文献２】R. W. Vachet, S. D. Clark, G. L. Glish: proceedings of the 43th ASMS conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (1995)1111
【非特許文献３】Zubarev.R.A. et al. JASMS 2005 vol.16 p22-27
【非特許文献４】Takashi Baba et al. Analytical Chemistry 2004 vol.76,p4263-4266
【非特許文献５】アメリカ質量分析学会2003年（Th PJ1 165）
【非特許文献６】J. C. Schwartz et al. J. Am. Soc. Mass Spectom. 2002 vol13 p659
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明では線形イオントラップを採用したECD反応手段について課題とその解決手段を開示する。３次元イオントラップを用いず、線形イオントラップを採用する理由は、特許文献５及び非特許文献４に示されているように、３次元イオントラップにおいては電子がECDとして利用できるエネルギーでイオントラップに導入される効率が大変に低いからである。すなわちイオントラップ高周波振幅が０V付近を通過するごくわずかの時間に導入された電子のみが低エネルギーでトラップ内部に存在しうるためである。一方線形イオントラップにおいては、電子は高周波電圧の印加されない中心軸上にそって導入されるために、３次元トラップで問題となるイオントラップ高周波の位相の問題がなく、１００％の電子を反応に関与させることができるため、原理的に反応効率が高いものと考えられるからである。
【００１８】
高周波電場と磁場を用いてECD反応の原理実験が報告されたけれども、３次元イオントラップおよび線形イオントラップを用いた両方式とも産業応用に耐えうるS/Nがよい高品質なスペクトルの高速取得には至っていない。現時点での報告では、３次元イオントラップにおいてはS/Nのよい信号がえられておらずノイズをのぞくデータ処理の後にECDフラグメントピーク様の信号が得られる程度であり、また線形イオントラップにおいては約30秒から６００秒の多数のスペクトルの蓄積によりS/Nのよいスペクトルとなっている。実際の高スループットなタンパク質分析のためには、ECDとは相補的な情報が得られるCIDと同程度の時間、すなわち数１０−数１００ミリ秒での高品質なスペクトルが取得できることが望ましい。スペクトル高速化取得のためには、ECD反応の高速化、およびイオン利用効率の向上の2つの課題がある。
【００１９】
ECD反応の高速化のためには、反応装置を通過する電子電流の強度を向上させることが有効である。なぜなら、ECD反応効率は一般に電子の強度に比例するためである。強い電子電流を利用することができれば反応速度が増大し、高速なスペクトル取得につなげることができる。
また、ECD反応装置へのイオン導入効率が低いために、イオン利用効率が低くなっている。そのために長時間の積算が必要となり、高速なスペクトル取得が実現できていなかった。
【００２０】
しかし、両者は背反する相容れない側面を持つ。すなわち線形イオントラップを用いた方式における現実は、電子電流の強度の増加に対しイオンの導入効率が減少する傾向が見られている。それは、強い電子電流により壁電極などの表面状態が変化を受け、電子が表面に充電されてイオン制御ための電圧が適正に印加されないためである。非特許文献４においては典型的に電子照射によりイオンの導入効率が１０分の１程度に減少する現象が観察されている。
【００２１】
本発明は、線形高周波イオントラップを用いたECD反応装置において、以上の課題を解決し、CIDと同等な高速なECD反応を実現できる反応装置、およびそれを備えた質量分析装置を開示する。合わせて、高速になったECDと、CIDを組み合わせて有効な解析情報を得る装置と操作方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
スペクトル取得の高速化への課題のうちの１つ、すなわち強い電子電流を得るために、線形多重極電極と壁電極からなる線形イオントラップにその中心軸に平行な磁場を印加した線形結合型イオントラップと電子源を用い、とくに電子源の設置位置が壁電極に対し線形多重極電極の外側でありかつ線形多重極電極内部に印加されている磁力線を外側にたどっていったとき、その磁力線の延長上に電子源を設置する。
【００２３】
また、スペクトル取得の高速化への課題のうちの１つ、イオンの高い導入効率を得て、さらに電子電流のイオントラップ効率への影響を回避するために、線形高周波イオントラップへの電子の導入口とイオンの導入口を別とする。このとき、線形イオントラップのイオン導入側の壁電極はイオントラップ内部を通過する磁力線が分布する空間の内部に設置する。この配置により、ECD反応に寄与しなかった電子は壁電極の線形多重極イオントラップ側の面で吸収される。つまり、イオンは線形イオントラップ内部に導入される前には、電子が関与するイオン操作のための電圧の変動を受けることはない。さらに、イオントラップ内部の電子を吸収する面には金メッキなどを付して電子の吸収効率を上げ、さらに電子照射による表面の化学変化を避けて電気伝導性を確保することが有効となる。
【００２４】
特許文献５において、イオントラップ機能を持たないイオンガイドに電子を導入するときにフィラメントからなる電子源、もしくは円筒状のディスペンサーカソードからなる電子源がイオンガイドに印加されている磁力線の延長上に設置されている実施例が開示されている。電子源はイオンの導入を妨げないために、中心軸を囲む円、もしくは円筒形状となっている。しかし、この方式では原理的に高強度の電子線を得ることはできない。なぜなら、フィラメントもしくはディスペンサーカソードの表面で発生させた熱電子を真空中に引き出すための電極が存在しないからである。もし電子を引き出すために電子源を線形電極に対してバイアスすると、電子は加速されるので、低エネルギー電子を線形電極内に導入することはできない。さらに、この方式では電子源は高周波にさらされる。そこで、この方式では電子の加熱を免れず、１電子ボルト程度の電子エネルギーが必要なECDの実施は困難である。さらに、イオンガイドを用い、そのなかに捕捉した電子雲のなかをイオンが通過するだけではECD反応に十分な反応時間をとることができないことが報告されている（非特許文献５）。
【００２５】
一方、本開示ではイオントラップの壁電極が存在し、その外側に電子源が設置される。壁電極は高周波電場を遮蔽するので電子は電子源付近では高周波により加熱されることはない。また、壁電極、もしくはさらに設置した電子引き出し電極の設置により、熱電子は電子源から高効率に引き出され、その後イオントラップと壁電極もしくは引き出し電極との電位差により減速され、低エネルギー電子としてイオントラップ内部に導入される。また、イオンの導入口と電子の導入口を分離することにより、中心軸上に電子源を設置することができる。これは電子と線形多重極イオントラップに捕捉されている電子との重なりを大きくする効果があるのでECD反応効率の向上につながる。また、イオンを線形多重極電極内に保持する本開示では、イオンと電子との反応時間を十分にとることが可能である。以上のように本開示に示した磁場を印加したイオントラップ構造が強い電子電流をえるために本質的であることがわかる。
【００２６】
一方、非特許文献４においては、線形多重極イオントラップを用いた例を開示しているので、壁電極が存在し、その外部に電子源が設置されている。しかし、磁気シールドを用いて磁場の無い領域をつくり電子源をその内部に設置している。電子は静電レンズ系により集束されて導入することを試みるが、その導入効率は１−１０％程度にとどまっている。本開示のように線形多重極電極内部に印加されている磁力線を外側にたどっていったとき、その磁力線の延長上に電子源を設置することにより、電子を磁力線に沿って運動させることができるので、電子はほぼ１００％に近い効率で線形多重極電極内部の親イオンにまで到達することができる。以上のように、磁場中に電子源を設置することは明らかに電子強度をえるために本質的である。
【００２７】
以上の課題が解決されたとき、ECDスペクトルの取得時間が100分の1程度となる。なぜなら、反応速度が典型的に１０倍、イオンの利用効率が典型的に１０倍増加すると予想されるからである。その結果、１枚のECDスペクトルを取得するために時間は約３００ミリ秒程度となり、CIDを用いた解離スペクトル取得とほぼ同程度となる。
【００２８】
ECDスペクトルとCIDスペクトルをほぼ同程度の時間で取得できるようになった場合、ECDとCIDの組み合わせによる相補的なデータを小型で安価な装置で取得するために、１つの線形多重極電極からなる反応装置の内部でECDとCIDを実施できるようにすることが有効となる。そのためには、CIDのためにおこなうイオンの共鳴振動をおこなう質量分解能を高く確保するために、CIDを実施している時間は磁場の印加を停止することが有効である。なぜなら、磁場により中心軸に垂直な面内のイオンの振動周波数が２つに分離するためである。つまり、ECDのための磁場は電磁石もしくはソレノイドコイルを用いて印加し、ECDを実施する期間は磁場を印加し、CIDを実施する期間は磁場の印加を停止する。
【００２９】
特許文献５，非特許文献４ともに、磁場を印加する手段として電磁石の利用、もしくはソレノイドコイルの利用を開示している。しかし、CIDを実施するために磁場印加の停止が必要なことには触れてはいない。
以下の発明の実施の形態において、具体的な課題を解決する手段の説明と実施形態の例を説明する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高周波イオントラップを用いたＥＣＤ実施手段によるスペクトル取得を高速化し、ＣＩＤとの組み合わせを容易にする。結果、アミノ酸配列解析などが高速化し、タンパク質試料、翻訳後修飾を受けたタンパク質試料の構造解析が高速化する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図２】円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図。
【図３】円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図。
【図４】四重極偏向器を備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図５】四重極偏向器とイオンガイドを備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図６】円筒永久磁石による磁場発生手段を説明する図。
【図７】電磁石による磁場発生手段を説明する図。
【図８】ソレノイドによる磁場発生手段を説明する図。
【図９】ソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図。
【図１０】ソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段、質量分析手段として採用した質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１１】ソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１２】永久磁石による磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１３】四重極偏向器を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段とし、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の操作例を説明する図。
【図１４】四重極偏向器を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段とし、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の操作例を説明する図。
【図１５】電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と質量分析手段として用いる質量分析装置の操作例を説明する図。
【図１６】イオン源と、線形質量分析手段と電子捕獲解離セルからなる質量分析装置の実施例を説明する図。
【図１７】磁石を備えた３次元イオントラップによる電子捕獲解離質量分析装置の公知例を説明する図。
【図１８】磁石を備えた２次元イオントラップによる電子捕獲解離装置の公知例を説明する図。
【図１９】フーリエ変換型質量分析装置における電子捕獲解離の公知例を説明する図。
【図２０】四重極偏向器を備え、永久磁石による磁場発生手段による電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段とし、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の操作例を説明する図。
【図２１】本発明の装置を用いて翻訳後修飾解析を実施するための測定手順を説明する図。
【図２２】フィラメントを電子源として用い、ガスセルを備えた電子捕獲解離反応手段を説明する図。
【図２３】円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図。
【図２４】フィラメントを電子源として用い、ガスセルを備えた電子捕獲解離反応手段を説明する図。
【図２５】フィラメントを電子源として用いた場合の実施例を説明する図。
【図２６】フィラメントを電子源として用いた場合の実施例を説明する図。
【図２７】電子強度モニターを説明する図。
【図２８】２つの反応セルを備えた実施形態を説明する図。
【図２９】本発明を実施し、ガスを導入して電子捕獲解離を高効率化したスペクトルの測定例。
【図３０】本発明を実施し、ガスを導入していない状況での電子捕獲解離スペクトルの一例。
【図３１】本発明を実施したとき、ヘリウムガスの導入圧力と電子捕獲解離効率増加効果の結果。
【図３２】本発明を実施したとき、電子エネルギーと電子捕獲解離効率増加効果の結果。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は本開示のECD反応装置、すなわちECDセルの実施例を説明する図である。線形多重極イオントラップ部分は線形四重極電極からなる線形多重極電極を構成する電極101−104と２つの壁電極105、106からなる。イオンは、その出し入れを示す矢印109のように線形多重極イオントラップの１つの口から導入される。磁場は円筒形状の永久磁石107でその内部に磁場を発生させる。電子はディスペンサーカソードからなる電子源108で発生させ、電子の入射を表す矢印110のようにイオンの導入口とは反対側の口から導入される。このとき、電子源は線形多重極電極とは反対側で壁電極に隣接して設置される。さらに図２は円筒磁石内部の磁力線と、電子源の設置位置を説明する図である。電子源１０８で発生させた熱電子は引き出し電極２０２に印加した電圧により、高強度で引き出され、電子電流となる。電子源２０１の電子発生部位が、壁電極１０５の外側であり、さらに円筒形状の磁石の内部を通過する磁力線の存在する領域の内側に設置されることを特徴とする。円筒形状の磁場の内部を通過する磁力線の存在する限界を図２では電子源設置限界として点線で示した。この線よりも壁電極側に電子源の電子発生部を設置させることにより電子の高効率な導入が可能となる。すなわち、磁力線に沿った螺旋運動をしながらイオントラップ内部に電子が輸送される。もし、この線よりも外側に電子発生部が設置されると、そこでの磁力線は円筒磁石１０７に向かうために、電子はイオントラップには向かわず、電子の高効率の導入はできない。電子源設置限界を決めるために、磁場は磁石の形状ごとにコンピュータで磁場を計算するか、もしくは実測をおこなう。
【００３３】
しかし、磁場の計算もしくは磁場の実測する手間を省き、設計を容易にするために、電子源側の壁電極２０２が円筒の端面の内部となるように円筒形状の磁石が設置され、さらに電子源１０８の電子発生部位が円筒形状の磁石の端面かそれよりも内側に設置されることで確実に電子源の電子発生部位を円筒形状の磁石の内部を通過する磁力線の存在する領域の内側に設置することが有効である。図３はこのような電子源の配置を説明した図である。
【００３４】
壁電極１０５に開口した電子導入口は電子源２０１の電子が発生する有効面を通過する磁力線が壁電極１０５を通過する大きさと同程度に開口する。これにより、電子をほぼ１００％に線形多重極イオントラップ内部に導入することが可能となる。電子源は高温となるためそこから金属などの蒸着物質が飛散することがあり、それがイオントラップ内部に導入されてトラップの電位を変化させる可能性があるため、上記で説明した開口部の大きさ以上に大きな穴を開けることはイオントラップ性能に対して有効ではない。
【００３５】
さらに図２はイオン導入口をもつ壁電極１０６の有効な設置位置を説明している。すなわち、線形多重極電極が囲むイオントラップ領域を通過する磁力線が存在する限界を壁電極設置限界として図に示している。本開示では、壁電極１０６の内壁が壁電極設置限界より内側になるように設置して、磁場がその表面を通過するように設置し、さらに外壁が壁電極設置限界よりも外側になるように設置することを特徴としている。この設置位置により、電子源１０８で発生し線形多重極電極を通過した電子は壁電極１０６で捕捉されることになる。もし、壁電極の内壁が壁電極設置限界よりも外側に設置されたならば、電子は磁場に巻きついて円筒磁石１０７もしくは高周波多重極電極１０２，１０４に吸収されることになる。また、もし、壁電極の外壁が壁電極設置限界よりも内側に設置されると、電子は、壁電極１０６に開口したイオン導入口から外に漏れ出し、壁電極の外側で吸収されることになる。このことは壁電極外側の静電位を変化させる可能性があり、イオンを導入する効率に影響を与える可能性がある。また、この壁電極１０６には流入する電子電流を検知する電流計が接続されていることを特徴とする。壁電極１０６においてほぼ１００％捕捉された電子電流はECD反応効率を最適化する上で重要なパラメータであり、この電極に電流計を接続することはその測定を可能にする。
【００３６】
また、壁電極１０６は金メッキなどを付し化学的に安定とし、電子照射による表面の変化を回避することがイオンの高効率な導入、および、電子強度の安定モニターに対して有効である。
なお、線形四重極高周波イオントラップにおけるイオン捕捉の原理と高周波電場による電子の影響の理論的考察については非特許文献４に記載されているため、ここでの記載は省略する。
【００３７】
図４は四重極偏向器を備えたECDセルの実施例を説明する図である。ECDセル部分の構成は図１と等しいので説明を省略する。本実施例では電子源側ではない壁電極１０６に隣接して四重極偏向器４０９−４１２を備えていることを特徴とする。本開示では、イオンはイオン源部で生成された親イオンが矢印４１５に示したように１つの壁電極１０６からECDセルに導入され，反応後生成イオンが４１６に示した矢印のように同一の開口から出し入れ、質量分析手段に導入される。イオン源部と質量分析手段が共存し得ない場合、たとえばESIイオン源とTOF質量分析手段が接続される場合には、矢印４１４で示したイオン源からのイオンの入射と、矢印４１７で示したような質量分析手段への入射は共存できない。そのために、四重極偏向器を導入している。四重極偏向器とは、図４に示すように４つの電極４０９−４１２からなり、その対向する電極対（４０９と４１１のペア、４１０と４１２のペア）に適当な異なる静電圧を印加することにより入射する荷電粒子の運動を90度偏向する原理である。これを設置することによりイオンをECDセルに導入するタイミングでは、イオン源から入射してくるイオン４１４を90度偏向してECDセルに導入し、またイオンを取り出すタイミングではECDセルから排出されたイオン４１６を９０度偏向して４１７とし、質量分析手段に導入する。本方式のように四重極偏向器をECDセルに接続することによりECD機能を備えた質量分析装置を構成することができる。
【００３８】
図５は四重極偏向器とイオンガイドを備えたECDセルの実施例を説明する図である。すなわち、図４に示した四重極偏向器を備えたECDセルにおいて、ECDセルと四重極偏向器の間に高周波電圧を印加した高周波多重極電極５１３−５１６により生成される高周波イオンガイドを挿入している。
【００３９】
イオンガイドを導入する必然性は、他の質量分析手段への磁場の影響を回避する目的である。すなわち、ECDセルの磁場発生手段として永久磁石もしくは常時動作している電磁石もしくはソレノイドコイルを用いる場合、磁場がECDセル外部に漏れ出すことになる。磁場は他の分析手段とくにイオントラップへ影響を与え、質量分析を行うとき、親イオンを単離するとき、CIDを実施するときなど、そのイオンの振動周波数を変化させる可能性がある。そのために、常時磁場を発生させるECDセルを他の質量分析手段から離して設置するために、イオンガイドを挿入することにより四重極偏向器が設置されるイオン源と質量分析手段が設置されるラインとECDセルの間の距離を得る。この目的のために、典型的に四重極偏向器部分での磁場の強度が１ｍＴ以下まで減衰する長さとする。磁場の強度が１ｍTまで減衰すれば、イオンの振動周波数への影響が１％以下まで低減することができることがシミュレーションにより確認されており、質量分析装置の運転上、支障を与えない。
【００４０】
本実施例では、イオン源から発生されたイオンは矢印５１８のように四重極偏向器に導入され90度変更されて矢印５１９のようにイオンガイドの中を通過する。そのイオンは矢印５２０のようにECDセルに導入されてトラップされる。そこに、電子線を５１７のように照射して、ECD反応により解離イオンを生成する。解離イオンは矢印５２１のようにECDセルから取り出され、イオンガイドを通過して、四重極偏向器に至る。四重極偏向器で質量分析手段の設置されている方向に偏向され、５２２のように質量分析手段に導入される。
【００４１】
以上のECDセルに採用される磁場の発生手段を以下で説明する。
図６は円筒永久磁石６０１による磁場発生手段を説明する図であり、図１−４で採用し例示した方式である。磁化の方向を６０２で示した。その内部に発生する磁場は図２，３に示されている。磁場の発生手段として永久磁石を用いることの効果は、安価であること、電磁石やソレノイドコイルのように電流源やコイルの冷却系を必要としないことが上げられる。ECDセルをCIDを実施しないECD手段として用いる場合に有効な方法である。
【００４２】
図７は電磁石により円筒磁石を形成した磁場発生手段を説明する図である。円筒磁芯701-704、磁極709−710、コイル705−708からなる。各円筒磁芯発生するそれぞれ磁化の方向が平行となるようにコイルが巻かれる。それにより磁極にはちょうど円筒永久磁石と同様な磁化が発生し、図７の電磁石の中心軸に沿って内部に磁場が発生する。
【００４３】
また、図８はソレノイドによる磁場発生手段を説明する図である。真空槽８０３の外部に設置したソレノイド８０２により磁場を発生させることが特徴である。ソレノイドに電流を流すことにより中心軸付近に磁場を発生させる。ソレノイドは磁心を持たないことからECDに必要な磁場を発生させるためには大きな電流を必要とし、コイルの冷却が必須となる。真空外部にソレノイドを設置することにより、水冷のための手段との結合を容易にする。
【００４４】
以上の図７，８に示した電磁的磁場発生手段は、電流源や冷却手段を必要とするけれども、磁場の強度を変化させることができることが永久磁石との大きな違いである。CIDをECDセル内部で実施するためには、磁場の停止が必須であり、そのための手段を供給する。
【００４５】
図９はソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルの実施例を説明する図であり、CID機能を備えていることを特徴としている。すなわち、図８のソレノイドを用いた磁場発生手段のなかに、線形四重極イオントラップ１０１−１０５と電子源１０８が設置されている。線形四重極電極にはその内部に双極交流電場が発生させるために交流電源９１３が接続されている。９１２はソレノイドに電流を供給する電流源であり、スイッチ操作をおこなうことができる。さらに、線形四重極イオントラップにはHeガスを導入するための配管９１１が設置されている。少量のHeガスの導入でその分圧を高くするために、線形四重極イオントラップに覆いを設けることが有効である（図９では簡略化のために図示していない）。
【００４６】
本ECDセル内部でCIDを行うためには、交流電源９１３で発生させる交流電圧の周波数は対象となるイオンに共鳴振動を励起させる値とする。とくに、そのとき、電磁石の動作を停止して磁場を印加しないことを特徴とする。この場合、イオンの共鳴周波数はいわゆる擬ポテンシャル内部での永年運動振動数に対応する周波数となる。その計算方法は本分野の技術者ならば基礎知識であるため、ここでの掲載は割愛する。
【００４７】
さらに、本ECDセルを用いて、ECDとCIDを任意に組み合わせてシーケンシャルに反応をすすめていくことも実施可能である。その際、ECDもしくはCIDによって生成された複数の解離イオンのうち、任意の１つを選び出してそれに対してさらにECDもしくはCIDを実施していく。この解離イオンの単離の操作を行うとき、目的イオン以外のイオンを永年運動の共鳴により排出することが行われる。この単離操作のとき、電磁石の動作を停止して磁場を印加しないことを特徴とする。この操作により、単一解離イオンの単離操作が可能となる。
【００４８】
さらに、本ECDセルを質量分析手段として用いることも可能である。すなわち、双極交流電場をトラップしているイオンに印加し、その周波数を走査させる。共鳴条件を満たしたイオンは順次、イオントラップからイオン排出口を通してECD装置外部に排出させる。このとき、電磁石の動作を停止して磁場を印加しないことを特徴とする。この磁場を切るという操作により、従来から知られている線形イオントラップ質量分析手段を実施可能となる（特許文献６，７）。
【００４９】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態１）
図10にはソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルをＥＣＤおよびＣＩＤの手段とし、さらに反応セルを質量分析手段として採用した質量分析装置の実施例を説明する図である。四重極偏向器の１つのイオン導入口にイオン源、他の口にイオン検出器を備えていることを特徴とする。
【００５０】
ＥＣＤおよびＣＩＤ反応の手段は、線形多重極電極を構成する電極１０１−１０４、そこにイオントラップ高周波を印加するための高周波電源１０２７とイオンを共鳴させるための交流電源９１３、壁電極１０５，１０６、ソレノイドコイル８０２とその駆動電流源９１２、フィラメントからなる電子源１００８、ヘリウムガス導入管９１１、そして四重極偏向器４０９−４１２からなる。本ＥＣＤおよびＣＩＤ手段に加え、質量分析装置を形成するために、キャピラリー電極１０２３と細孔電極１０２２からなるＥＳＩイオン源と、イオンガイド１０２１を備えた差動排気部（真空ポンプによる排気を矢印１０２６で示した）と、イオン検出器１０１７と、装置を制御するコンピュータ１０２８からなる。
【００５１】
イオン源で発生させた親イオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部分を構成する線形イオントラップ電極１０１−１０４に対し、２つの壁電極の電圧を正にとることにより線形イオントラップ内部に捕捉することができる。もしくは、イオンガイドをイオントラップとして動作させ、排出されたイオンが壁電極１０６を通過するタイミングでは壁電極１０６への電圧を線形四重極電極１０１−１０４とほぼ同じかもしくは低い電圧値とし、イオンが線形四重極電極１０１−１０４に位置するタイミングにおいて、壁電極１０６へのバイアスを線形四重極電極１０１−１０４よりも高い値とすることにより、壁をつくり、イオンを捕捉することが可能となる。
【００５２】
図１５は図１０に示したＥＣＤを備えた質量分析装置の基本的な操作を説明する図である。試料イオンに含まれる全イオンを質量分析する操作であるＭＳモード、ＥＣＤを実施するＥＣＤモード、ＣＩＤを実施するＣＩＤモード、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われたＤＣＤ＋ＣＩＤモードについて説明する。
各モードを構成する２つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの5種のイオンが含まれている例を示している。左の点線枠はＥＣＤ−ＣＩＤ機能を備えた反応部分の操作を示す。
ＭＳモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部にトラップされる。磁場印加を停止した状態で、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。ＥＣＤ−ＣＩＤ反応部を構成する線形イオントラップ部分は、J. W. Hager, Rapid commun. Mass Spectorm.2002 vol16 p512-526 に示されている方法を一例とした線形イオントラップ質量分析手段として動作する。すなわち、質量選択的にイオンを線形イオントラップから排出し、そのイオンを四重極偏向器を通過させ、イオン検出器１０１７で検出する。
【００５３】
ＥＣＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＥＣＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。フィラメント１００８には常に電流を流しておき、加熱状態にしておく。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。この操作の際には、磁場の印加を停止する。単離したイオンに対し、ＥＣＤを実施する。ＥＣＤを実施する期間、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を動作させ、反応セル内部に磁場を発生させる。電子源の静電圧を線形四重極電極１０１−１０４よりも０Ｖ以上高い電位とすると、ＥＣＤ手段に導入される。低エネルギー電子の導入によりＥＣＤ反応が進行し、ＥＣＤによる解離イオンｄ１、ｄ２、ｄ３が生成される。再び、磁場の印加を停止して、質量分析操作を行い、解離イオンのスペクトルを得る。
【００５４】
ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＣＩＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ＣＩＤを実施する期間、ＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段にはヘリウムガスを導入する。このガスと振動する親イオンとの衝突によりＣＩＤを発生させるためである。なお、ＥＣＤを実施する期間においても、Ｈｅガスを導入しておいてもよい。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。この操作の際には、磁場の印加を停止する。単離したイオンに対し、ＣＩＤを実施する。ＣＩＤを実施する期間は、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を停止させる。以上の状況において、質量の分かっている選択された親イオンＤの線形イオントラップ電極１０１−１０４内部での永年運動振動数に対応する周波数をもつ交流電圧を交流電源９１３を用いて印加する。もしくは、周波数を一定にしている交流電圧により共鳴振動が発生するように、高周波電源１０２７で発生させているイオントラップ高周波の振幅を設定する。以上により、ＣＩＤによる解離イオンＤ１、Ｄ２，Ｄ３が生成される。再び磁場の印加を停止し、質量分析操作をおこなう。解離イオンは質量選択的にＥＣＤ−ＣＩＤ質量分析手段から排出され、イオン検出器で検出され質量スペクトルが得られる。
【００５５】
ＥＣＤ−ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。このモードではＥＣＤを実施して生成した解離イオン種にＣＩＤを生成させ、複合的な解離イオンを生成させることを目的とする。本操作により、質量の等しいアミノ残基であるロイシンとイソロイシンの区別、もしくは、翻訳後修飾された分子を備えたＥＣＤ解離イオンに対し、ＣＩＤを実施して、翻訳後修飾分子を分離し、翻訳後修飾分子の同定ができるようになる。ＥＣＤモードと同様にＥＣＤ解離イオンを発生させる。その後、１つの解離イオンを単離し（図１４ではｄ２イオンを模式的に単離している）、ＣＩＤを適用する。ＣＩＤによる解離イオンは質量分析操作により、質量選択的にＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段から排出され、イオン検出器で検出される。この単離、ＣＩＤ、質量分析の実施期間は磁場の印加を停止する。
【００５６】
図１４には示していないけれども、容易にわかるように、以上の手続きを複数回繰り返すことにより、ＥＣＤとＣＩＤを任意に組み合わせた多段解離イオンのスペクトルを取得することができる。
本実施形態では、イオン源と、質量分析手段をかねたＥＣＤ−ＣＩＤ反応装置と、イオン検出器からなるシンプルな構成の実施例である。ただし、次に示すＴＯＦ質量分析手段を備えた実施形態のように、高質量分解能を有する質量スペクトルの取得は困難である。
【００５７】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態２）
図1１はソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図である。ソレノイドが磁場発生手段でありさらに四重極偏向器を備えた形態のＥＣＤ−ＣＩＤ反応装置に加え、四重極偏向器の１つのイオン導入口にイオン源と線形イオントラップ質量分析手段を備え、他の１つの口に質量分析手段を備えていることを特徴とする。質量分析手段としては質量分解能の高い飛行時間型質量分析手段（ＴＯＦ−ＭＳ）を採用している。本実施形態は実施形態１にくらべ、得られるスペクトルの質量分解能が高いことにより、分子の同定能がより高くなることを特徴としている。本実施例はＥＣＤ−ＣＩＤ反応装置と四重極変更器の間にイオンガイドを挿入し、ソレノイドコイルによる磁場がＴＯＦ−ＭＳや線形イオントラップ部分（１０１８−１０２０）へ影響を与えることを回避している。
【００５８】
ＥＣＤおよびＣＩＤ反応の手段は、線形多重極電極を構成する電極101−１０４、そこにイオントラップ高周波を印加するための高周波電源１０２７とイオンを共鳴させるための交流電源９１３、壁電極１０５，１０６、ソレノイドコイル８０２とその駆動電流源９１２、ディスペンサーカソード１０８と引き出し電極２０２からなる電子源、ヘリウムガス導入管９１１、そして四重極偏向器４０９−４１２からなる。本ＥＣＤおよびＣＩＤ手段に加え、質量分析装置を形成するために、キャピラリー電極１０２３と細孔電極１０２２からなるＥＳＩイオン源と、イオンガイド１０２１を備えた差動排気部（真空ポンプによる排気を矢印１０２６で示した）と、線形四重極高周波質量分析手段１０１９と2つの壁電極１０１８，１０２０からなる線形イオントラップによるイオン単離手段と、ガスを導入したイオンガイド部（１１３５−１１３６）、ＴＯＦ−ＭＳ（１１３０−１１３３）、および装置を制御するコンピュータ１０２８からなる。
【００５９】
本実施形態のイオン源、線形四重極高周波質量分析手段１０１９の操作と機能は実施形態１と同じである。ＥＣＤ−ＣＩＤ反応部は、ＥＣＤ反応、ＣＩＤ反応および、多段階反応を実施する際の解離イオンの単離の機能を担当し、実施形態１と異なり質量スペクトルを得るための質量分析操作は行わない。質量スペクトルを得るための質量分析操作はＴＯＦ−ＭＳ部分が担当する。
【００６０】
ＥＣＤ−ＣＩＤ反応部で解離され、質量スペクトルとして測定されるイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部から取り出され、四重極偏向器でＴＯＦ−ＭＳ部分に向けて偏向される。これらのイオンはガスを導入したイオンガイド部（１１３４−１１３５）に導入される。このイオンガイド部でガスとの衝突によりイオンは運動エネルギーを失い、結果として四重極電極の中心部に集束される。そのイオンは出口電極１１３６から出射されるとき、ＴＯＦ−ＭＳと出口電極１１３６との間の静電圧により加速されて、ＴＯＦ−ＭＳに導入される。このとき、一般には出口電極１１３６とＴＯＦ−ＭＳとの間にはレンズ電極や進行方向を調整するために偏向電極が挿入される。図１１には、レンズ電極と偏向電極は記載していない。
【００６１】
ＴＯＦ−ＭＳに導入されたイオンはプッシャー１１３２に印加したパルス電圧により加速されリフレクター１１３１を経由して、イオン検出器１１３３により検知される。プッシャーにパルス電圧を印加した時刻とイオンがイオン検出器で検知された時刻との間の時間を測定することにより、イオンの質量が計算される。本実施例で採用したＴＯＦ−ＭＳは一般に用いられているＴＯＦ−ＭＳの形態と等しいので、ここでは詳細な記載はしない。
【００６２】
図１４は図１１に示したＥＣＤを備えた質量分析装置の基本的な操作を説明する図である。試料イオンに含まれる全イオンを質量分析する操作であるＭＳモード、ＥＣＤを実施するＥＣＤモード、ＣＩＤを実施するＣＩＤモード、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われたＤＣＤ＋ＣＩＤモードについて説明する。
【００６３】
各モードを構成する４つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの5種のイオンが含まれている例を示している。中央左の点線枠は線形イオントラップ質量分析部の動作を示す。中央右の点線枠はＥＣＤ−ＣＩＤ機能を備えた反応部分の操作を示す。左の点線枠はＴＯＦ質量分析部分における質量分析により得られた質量スペクトルの模式図を示す。
【００６４】
ＭＳモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンは線形イオントラップ質量分析手段にトラップされる。トラップされたイオンは直接ＴＯＦ−ＭＳへ導入され、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。
【００６５】
ＥＣＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＥＣＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ディスペンサーカソードは常にヒータ電流を流しておき、加熱状態にしておく。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析手段に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンは排出してＣＤ−ＣＩＤ反応装置に導入し、ＥＣＤを実施する。ＥＣＤを実施する期間、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を動作させ、反応セル内部に磁場を発生させる。電子源の静電圧を線形四重極電極１０１−１０４よりも０Ｖ以上高い電位とすると、ＥＣＤ手段に導入される。低エネルギー電子の導入によりＥＣＤ反応が進行し、ＥＣＤによる解離イオンｄ１、ｄ２、ｄ３が生成される。解離イオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段から排出し、ＴＯＦ質量分析手段に導入し、ＴＯＦ質量分析を適用して解離イオンのスペクトルを得る。
【００６６】
ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。ＣＩＤモードでは単離された親イオンのＣＩＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ＣＩＤを実施する期間、ＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段にはヘリウムガスを導入する。このガスと振動する親イオンとの衝突によりＣＩＤを発生させるためである。なお、ＥＣＤを実施する期間においても、Ｈｅガスを導入しておいてもよい。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応部に導入する。このイオンに対し、ＣＩＤを実施する。ＣＩＤを実施する期間は、ソレノイドに電流を供給する電流源９１２を停止させる。以上の状況において、質量の分かっている選択された親イオンＤの線形イオントラップ電極１０１−１０４内部での永年運動振動数に対応する周波数をもつ交流電圧を交流電源９１３を用いて印加する。もしくは、周波数を一定にしている交流電圧により共鳴振動が発生するように、高周波電源１０２７で発生させているイオントラップ高周波の振幅を設定する。以上により、ＣＩＤによる解離イオンＤ１、Ｄ２，Ｄ３が生成される。解離イオンはＴＯＦ質量分析手段に導入され質量スペクトルが得られる。なお、従来法どおり、ＣＩＤを線形イオントラップ質量分析手段において実施することも可能である。
【００６７】
ＥＣＤ−ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。このモードではＥＣＤを実施して生成した解離イオン種にＣＩＤを生成させ、複合的な解離イオンを生成させることを目的とする。本操作により、質量の等しいアミノ残基であるロイシンとイソロイシンの区別、もしくは、翻訳後修飾された分子を備えたＥＣＤ解離イオンに対し、ＣＩＤを実施して、翻訳後修飾分子を分離し、翻訳後修飾分子の同定ができるようになる。ＥＣＤモードと同様にＥＣＤ解離イオンを発生させる。その後、１つの解離イオンを単離し（図１４ではｄ２イオンを模式的に単離している）、ＣＩＤを適用する。この単離、ＣＩＤの実施期間は磁場の印加を停止する。ＣＩＤによる解離イオンはＴＯＦ質量分析手段の導入し質量分析操作により、質量スペクトルを得る。
【００６８】
また、図１３は高度な質量分析操作を説明する図である。すなわち、ＥＣＤ実施期間中、線形イオントラップ質量分析部をＣＩＤ手段として動作させる方法である。ＥＣＤは反応速度が遅いといわれているため、長いＥＣＤ実施期間が必要になる場合がある。このＥＣＤ実施期間の間に複数のＣＩＤスペクトルを取得することにより、分析のスループットを上げて分析能を向上させる。本実施形態の装置では、ＥＣＤ反応部分が線形イオントラップ質量分析部とＴＯＦ質量分析部のラインから切り離し可能であることにより可能となる操作である。
【００６９】
図１３に示したように、はじめにＭＳモード実施する。つづいて、ターゲットとした単離イオン（図ではＤイオン種）をＥＣＤ反応部に導入し、ＥＣＤを実施する。その間に、線形イオントラップをＣＩＤ実施手段として動作させ、複数のＣＩＤスペクトルを得る。図では、ＢイオンのＣＩＤスペクトル、Ｅイオン、ＥイオンのＣＩＤスペクトルを得ている。このＣＩＤ期間中に電子が照射されＥＣＤ解離イオンが多数生成される。最後にそのイオンがＴＯＦ−ＭＳに導入されて、ＥＣＤ解離スペクトルｄ１−ｄ３が得られる。本実施形態は、ＴＯＦ質量分析手段を備えた高い質量分解能をもち、しかも、ＥＣＤとＣＩＤを実施可能な最も多機能な装置の例である。
【００７０】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態３）
図1２は永久磁石による磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施形態を説明する図である。永久磁石が磁場発生手段でありさらに四重極偏向器を備えた形態の電子捕獲解離装置に加え、四重極偏向器の１つのイオン導入口にイオン源と線形イオントラップ質量分析手段を備え、他の１つの口に質量分析手段を備えていることを特徴とする。本実施例は、永久磁石を採用し、安価で簡単な装置構成となることが特徴である。ただし、磁場の制御ができないため、ＥＣＤ反応部でのＣＩＤの実施は困難である。しかし、線形イオントラップ質量分析手段によりＣＩＤの実施は可能である。つまり、ＣＩＤかＥＣＤを選択して実施できる質量分析装置の構成である。
【００７１】
装置構成の実施形態２との違いは、磁場発生手段としてソレノイドコイルに代えて永久磁石を採用していること、また、ＥＣＤ反応部においてＣＩＤを実施しないため、交流電源を備えていないことである。
【００７２】
図２０は図１２に示したＥＣＤを備えた質量分析装置の基本的な操作を説明する図である。試料イオンに含まれる全イオンを質量分析する操作であるＭＳモード、ＥＣＤを実施するＥＣＤモード、ＣＩＤを実施するＣＩＤモード、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われたＤＣＤ＋ＣＩＤモードについて説明する。
【００７３】
各モードを構成する４つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの5種のイオンが含まれている例を示している。中央左の点線枠は線形イオントラップ質量分析部の動作を示す。中央右の点線枠はＥＣＤ−ＣＩＤ機能を備えた反応部分の操作を示す。左の点線枠はＴＯＦ質量分析部分における質量分析により得られた質量スペクトルの模式図を示す。
【００７４】
ＭＳモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンは線形イオントラップ質量分析手段にトラップされる。トラップされたイオンは直接ＴＯＦ−ＭＳへ導入され、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。
【００７５】
ＥＣＤモードを実施する方法を説明する。ＥＣＤモードでは単離された親イオンのＥＣＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。ディスペンサーカソードは常にヒータ電流を流しておき、加熱状態にしておく。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析手段に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンは排出してＣＤ−ＣＩＤ反応装置に導入し、ＥＣＤを実施する。電子源の静電圧を線形四重極電極１０１−１０４よりも０Ｖ以上高い電位とすると、ＥＣＤ手段に導入される。低エネルギー電子の導入によりＥＣＤ反応が進行し、ＥＣＤによる解離イオンｄ１、ｄ２、ｄ３が生成される。解離イオンはＥＣＤ−ＣＩＤ反応手段から排出し、ＴＯＦ質量分析手段に導入し、ＴＯＦ質量分析を適用して解離イオンのスペクトルを得る。
【００７６】
ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。ＣＩＤモードでは単離された親イオンのＣＩＤ反応による解離イオンスペクトルを得る。イオン源で発生させたイオンＡＢＣＤＥは線形イオントラップ質量分析部に導入されて、単離される。図ではイオン種Ｄを単離した。単離したイオンに対し、線形質量分析手段内部でＣＩＤが実施される。以上の状況において、質量の分かっている選択された親イオンＤの線形イオントラップ電極１０１−１０４内部での永年運動振動数に対応する周波数をもつ交流電圧を交流電源９１３を用いて印加する。もしくは、周波数を一定にしている交流電圧により共鳴振動が発生するように、高周波電源１０２７で発生させているイオントラップ高周波の振幅を設定する。以上により、ＣＩＤによる解離イオンＤ１、Ｄ２，Ｄ３が生成される。解離イオンは質量選択的にＥＣＤ−ＣＩＤ質量分析手段から排出され、ＴＯＦ質量分析手段で検出され質量スペクトルが得られる。
【００７７】
ＥＣＤ−ＣＩＤモードを実施する方法を説明する。このモードではＥＣＤを実施して生成した解離イオン種にＣＩＤを生成させ、複合的な解離イオンを生成させることを目的とする。本操作により、質量の等しいアミノ残基であるロイシンとイソロイシンの区別、もしくは、翻訳後修飾された分子を備えたＥＣＤ解離イオンに対し、ＣＩＤを実施して、翻訳後修飾分子を分離し、翻訳後修飾分子の同定ができるようになる。ＥＣＤモードと同様にＥＣＤ解離イオンを発生させる。その後、１つの解離イオンを単離し（図ではｄ２イオンを模式的に単離している）、ＣＩＤを適用する。この単離、ＣＩＤの実施期間は磁場の印加を停止する。ＣＩＤによる解離イオンはＴＯＦ質量分析手段の導入し質量分析操作により、質量スペクトルを得る。
【００７８】
本実施形態は、電磁的な磁場発生手段を用いず、永久磁石を用いるのでコイルへの電源や、コイルの冷却設備を必要としない点で簡便となり、安価な装置を供給可能である。ＥＣＤとＣＩＤの組み合わせを必要とする翻訳後修飾を対象としない、すなわちトップダウン的なタンパク質構造解析に適した構造である。
【００７９】
（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態４）
図1６はイオン源と、線形質量分析手段と電子捕獲解離セルからなる質量分析装置の実施形態を説明する図である。イオン源と、線形イオントラップ質量分析手段と、請求項１記載の電子捕獲解離装置が直列に配置され、それらの要素の間に必要におうじてイオンガイドを挿入した装置構成を持つ電子捕獲解離機能を備えていることを特徴とする。
【００８０】
装置構成は、イオン源細管1623と細口電極1622からなるＥＳＩイオン源、線形高周波多重極電極1620と細口電極1621からなるイオンガイドを備えている。以上で発生され真空中に導入されたイオンは線形イオントラップ質量分析手段（１６１４−１６１６、１６１８，１６１９）に導入される。本質量分析質量分析手段は非特許文献６に示されている形態である。すなわち、線形四重極電極内部で共鳴振動させたイオンが四重極電極の動径方向に共鳴振動させられ、排出されて、イオン検出器１６１６および１６１８で検出される原理である。また、図１６は動作原理の基礎に基づいた簡略化した記載となっている。本質量分析部分では、イオンの単離、ＣＩＤ反応、および、質量スペクトルを得るための質量分析操作をおこなう。本線形イオントラップ手段には、イオンガイド１６１３を介してＥＣＤ−ＣＩＤ反応部分が接続される。
【００８１】
本実施例における基本的な解離と質量分析操作を示す。イオン源で発生させた試料イオンはイオンガイド１６２０を経て線形イオントラップ質量分析部に導入される。ここで、第１の質量分析操作を行って、試料イオンに含まれるイオンのスペクトルを得る。得られた質量スペクトルを参照し、解離反応により配列構造解析を行うイオンを選択する。再度イオンを導入し、線形イオントラップ質量分析手段により選択したイオンをイオンの共鳴振動により単離する。ここで、ＥＣＤを行う場合、単離したイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ手段に導入され、電子を照射してＥＣＤ反応を発生させる。解離されたイオンはＥＣＤ−ＣＩＤ手段から排出され、線形イオントラップ質量分析手段に再度導入される。ここで、共鳴振動による質量分析をおこない、質量スペクトルをえる。なお、線形イオントラップ質量分析手段において質量分析操作、単離操作、ＣＩＤ操作を行う場合は、ＥＣＤ−ＣＩＤ部の磁場を停止させることが質量分解能を得るために有効である。
【００８２】
なお、本実施形態を用いて、線形イオントラップ質量分析手段をもちいてＣＩＤのみを行うこと、および、ＥＣＤとＣＩＤを組み合われて行うことは容易である。その基本的な操作手順は図１３として説明した内容とほとんど一致する。質量分析手段がＴＯＦ質量分析手段ではなく、線形イオントラップ質量分析手段を用いる点が異なるのみである。
【００８３】
（リン酸修飾または糖鎖修飾されたたんぱく質の解析手順の実施形態）
ＥＣＤとＣＩＤを組み合わせて翻訳後修飾されたタンパク質の質量分析的構造解析の手順を説明する。基本となる測定シーケンスを図２１に示した。はじめにＣＩＤをもちいて翻訳後修飾がされていることを判定し、修飾されている分子の大きさを得て、つづいてＥＣＤをもちいて修飾されている部位を同定する手順である。
【００８４】
図２１に示したように、測定はまず、試料イオンのＭＳモードによる測定から開始する。本測定により、試料として質量分析装置に導入されたイオンの分布を知る。測定されたイオンの質量、および、液体クロマトグラフの溶出時間などを参照すれば、配列情報を含め、イオン種同定が可能である場合がある。その場合は、もはや解離反応によりイオン種同定を行う必要はない。溶出時間とイオン質量からなるイオン同定のデータベースを参照し、もし、すでに同定されている場合は、測定を終了する。同定されていない場合は、つぎの分析手続きに移る。
【００８５】
つづいて、選択されたイオン種に対し、ＣＩＤモードを適用する。ＣＩＤにより、翻訳後修飾されているイオンの場合は、ニュートラルロスが発生する。ニュートラルロスとは、反応前後において価数が変化することなく、分子を構成する一部が脱落することをいう。翻訳後修飾されている部位はＣＩＤでは優先的に解離するために、ニュートラルロスが発生しやすくなっている。ニュートラルロスがこのニュートラルロスのうち、リン酸（ＰＯ４）に対応する質量が脱落している場合はリン酸修飾されているものと判定できる。また、単糖の質量の組み合わせで説明できる場合は糖鎖修飾されているものと判定できる。一般に、高い確率でニュートラルロスが発生している場合は、簡単のため、翻訳後修飾された分子であると判定してもよい。高い確率でニュートラルロスが発生しない場合、普通にＣＩＤスペクトルが取得されるので、これをもって、測定を終了する。
【００８６】
つづいて、ニュートラルロスと判定されたイオン種に対し、ＥＣＤモードを適用する。ＥＣＤは翻訳後修飾された部位を保存したままアミノ残基配列からなる主鎖を切断する。そのため、ＥＣＤスペクトルをみれば、通常のアミノ残基の配列からなるＣ，Ｚフラグメントに加え、翻訳後修飾された分子をともなった大きな値のＣ，Ｚフラグメント間の間隔が見出される。この大きな間隔をもたらした部位が翻訳後修飾を受けた部位であると判定できる。
【００８７】
（ECD反応手段の実施形態５）
図２２、図２４は電子強度をモニターする電極とガス室を備えたＥＣＤ反応手段の実施形態の例であり、図２５はそのようなＥＣＤ反応手段を複数備えた質量分析装置の実施形態である。図２２、図２４では2001−4で示す線形四重極電極、2005で示す壁電極、2006で示す壁電極、2007で示す電子引き出し電極、2008で示すガス室、2009で示す電子源被い、2010で示すフィラメント、2011 ガス導入パイプ、2012で示す円筒磁石、および2013で示す電流モニター電極からなる。
【００８８】
電子モニターには、電子強度をモニターすること、および電子のエネルギーをモニターする機能が求められる。とくに電子のエネルギーをモニターするには高周波が印加されていない領域での検知が有効である。そのために、電子モニター電極2013を壁電極５の外側に設置した。電子モニター電極2013に電子を効率よく導くために電子が壁電極５の穴を通過させる。図２３に示したような磁場配置を取ることにより電子を効率よく穴を通し、しかも電子モニター電極2013で効率よく捕捉することが可能になる。すなわち、円筒磁石2012に対し、2つの壁電極2005、2006をほぼ対象な位置に磁石の内部に設置する。さらに電子モニター電極2013を図２３に示すような壁電極2005の穴を通過した磁力線が透過するように設置する。この設置方法により電子は効率よく電子モニター電極2013に捕捉される。
【００８９】
電子のエネルギーをモニタするためには図２７の回路を用いる。2001−4で示す線形四重極電極、2005で示す壁電極、2012で示す円筒磁石、2013で示す電流モニター電極、2014で示す磁石の磁化の方向を示す矢印、2020-2023で示すイオンガイド電極、2022で示す電圧源、2023で示す電流計からなる。電流モニター電極2013に電源2022を用いて四重極電極2001-2004に対してバイアス電圧を印加する。その電圧値が電子のエネルギー（電子ボルト単位で表示）よりも高くなると電子が電流モニター電極で電流として検知されるようになる。そこで、バイアス電圧を変化させて電流値を電流計2023にて検知することにより電子のエネルギーとその強度が観測される。電子捕獲解離では電子の運動エネルギーは重要なパラメータなので装置のチューニングにはこの機構を備えることが有効である。
【００９０】
本実施例では電子源にはタングステンフィラメント2010を用いている。ＥＣＤセルの設置される真空度が１０−６Ｔｏｒｒよりも悪い真空度の場合ディスペンサーカソードの使用は困難となるので、フィラメントの利用が有効である。電子源部分の構成および駆動電源を図２５、２６に示した。2001−4で示す線形四重極電極、2006で示す壁電極、2007で示す電子引き出し電極、2010で示すフィラメント、2015，2016で示す電気抵抗器、2017で示す電流源、2018で示す電圧源、および2019で示す電子レンズ電極からなる。
【００９１】
フィラメント2010は電流源2017で通電加熱される。フィラメントには中央部分に折れ曲がりを設けている。この部分が高温となり電子はこの先端から強く発生させることができる。フィラメントにはその電気抵抗からフィラメントの長手方向に電位差が発生する。しかし、この形態を用いれば一点から電子が出るためにその運動エネルギーをそろえることが可能となる。フィラメントの中央部分の電位を電源2018を用いて制御するために、フィラメントの両端には電気抵抗器2015、2016を接続し、両者の間に電圧を印加する。この方式によりフィラメントの電子発生点の電位を電源2018の出力値と一致させることができる。
【００９２】
２つの実施形態 図２５、図２６のうち、図２５は単純な構成からなる形態であり、フィラメント2010で発生させた熱電子を引き出し電極2007で引き出し、壁電極６の穴から導入できるようにしたものである。図２６では、電子レンズ電極2019を採用している。この電極の形状は、磁力線がこの電極面にほぼ垂直になるような形状となっている。これによりレンズ電極2019の穴から出てきた電子は磁場と平行に加速される。これにより電子は磁場によるサイクロトロン運動が抑制され電子のイオントラップ中心部での透過率が大きくなる。
【００９３】
電子引き出し電極は長時間の電子照射による表面の改変を回避するために、レニウム、モリブデンもしくはレニウムモリブデン合金で作成することが好ましい。もしくは、その表面をグラファイト微粒子などでコーティングして改変を回避することが好ましい。同電極の表面の改変は金属としての表面特性が失われ絶縁体膜が構成されてそこに電子が充電されることにより電子の引き出し効果を著しく低下させる可能性がある。また、電子引き出し電極は、開口部を持つ平板又はメッシュ構造であってもよい。開口部をもつ平板構造は電子がメッシュと衝突して失われる効果がないため、簡便に電子発生効率の高い電子源を構成することができる。またメッシュ構造を採用すると、電子がメッシュに衝突して失われる影響はあるが電子の引き出し方向をほぼ磁力線と平行にすることができるので電子の導入効率の高い電子源を構成することができる。
【００９４】
図２４はガス室の構成手段として円筒磁石2012を壁面として利用する形態である。この形態を取ることにより円筒磁石内部にガス室壁を設ける必要がないため、円筒磁石を小さくし、装置サイズと価格を低減することが可能となる。
【００９５】
図２８は図２２，２４の実施形態の電子捕獲解離手段を複数備えた質量分析装置の実施形態の図である。複数の反応手段を備えることにより反応速度の倍化が可能となる。
操作は図１２で説明した形態とほとんど等しいのでその詳細説明は前記（ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態３）を参照する。なお、本実施例のように四重極偏向器409-412に設置する反応手段はＥＣＤ実施手段に限らず、イオン源、ＣＩＤ実施手段、電子移動解離手段、イオン検出器など任意の質量分析関連手段を接続することが可能である。
【００９６】
（ECD反応手段の実施形態６）
電子捕獲解離反応部のガスセルに希ガスを導入すると、反応効率を向上させることができる。ガスセルに導入するガス種はヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスを用いる。そのとき、ガスセル内部のそれらの分圧は0.1Ｐａから10Ｐａとし、照射する電子のエネルギーは２電子ボルトから１０電子ボルトになるように設定する。このとき、大きな反応効率を得ることができ、高速のＥＣＤを実現することができる。図２９は本発明の形態である結合型線形四重極高周波イオントラップ内に、試料イオンとして２価のサブスタンスＰを導入し、さらに、ヘリウムガスを０．７６Ｐａの分圧で導入したときの電子捕獲解離スペクトルの測定例である。照射電子のエネルギーは５．６電子ボルトである。反応時間は２０ミリ秒であり、十分な高速反応を実現している。ガスを導入しない場合の実施例である図３０にくらべてスペクトルの質を表す反応効率と信号・ノイズ比が格段に向上している効果がわかる。その解離効率は、図３１に示したようにＨｅガスを導入することにより約１桁向上させることができる。生体高分子配列解析に十分に適用な高速によるＥＣＤの実施にガスの導入が大きな効果を実現することを示している。従来のＦＴ−ＩＣＲでは実現できないガス圧領域であり、高周波イオントラップでの新たな知見である。ガスの導入による反応効率向上の効果は線形イオントラップ構成に限らず、イオンガイドなどガスを導入できるＥＣＤ反応を実現する装置の形態で実施可能である。
【００９７】
図３２にはヘリウムガス圧０．４７Ｐａにおいて、電子のエネルギーを変化させたときの電子捕獲解離反応効率を測定した結果である。２電子ボルト以下の電子エネルギーにおいて観測された反応効率のピークが電子捕獲解離であり、２から１２電子ボルトで観測された反応効率の分布が高温ＥＣＤと呼ばれるＥＣＤ反応である。とくにガスによる顕著な反応が高温電子捕獲解離において観察された。この領域を利用することにより高い効率での電子捕獲解離が実現される。とくに高速でタンパクを分析するプロテオーム解析分野で有効である。また、とくに２から８電子ボルトの領域では、電子捕獲解離に特徴的なｃ、ｚフラグメントが生成され、従来の高温ＥＣＤで見られるようなｂ、ｙフラグメントが観測されない。このエネルギー領域を利用すればシンプルなスペクトルが取得可能であり、多量のデータが排出されるプロテオーム解析においてそのデータ処理に有利である。
【符号の説明】
【００９８】
101 線形多重極電極を構成する電極、102 線形多重極電極を構成する電極、103 線形多重極電極を構成する電極、104 線形多重極電極を構成する電極、105 壁電極、106 壁電極、107 円筒磁石、108 電子源、109 イオンの出し入れを示す矢印、110 電子の入射を表す矢印、
202 電子引き出し電極、
409 四重極偏向器を構成する電極、410 四重極偏向器を構成する電極、411 四重極偏向器を構成する電極、412 四重極偏向器を構成する電極、413 電子の導入を示す矢印、414 四重極偏向器へのイオンの導入を示す矢印、415 電子捕獲解離部分へのイオンの導入を示す矢印、416 電子捕獲解離部分からイオンを取り出すことを示す矢印、417 四重極偏向器からイオンを取り出すことを示す矢印、
513 イオンガイドを構成する電極、514 イオンガイドを構成する電極、515 イオンガイドを構成する電極、516 イオンガイドを構成する電極、517 電子の導入を示す矢印、518 四重極偏向器へのイオンの導入を示す矢印、519 イオンガイドを通過して電子捕獲解離部分へイオンを導入することを示す矢印、520 電子捕獲解離部分へイオンを導入することを示す矢印、521 電子捕獲解離部分からイオンを排出することを示す矢印、522 四重極偏向器からイオンを取り出すことを示す矢印、
601 永久磁石による円筒磁石、602 磁化の向きを示す矢印、
701 円筒磁芯、702 円筒磁芯、703 円筒磁芯、704 円筒磁芯、705 コイル、706 コイル、707 コイル、708 コイル、709 磁極、710 磁極、
802 ソレノイドコイル、803 真空槽壁、
911 ガス導入管、912 電流源、913 交流電源、
1009 電子源（フィラメント）、1017 イオン検出器、1020 壁電極、1021 イオンガイド、1022 イオン源電極、1023 イオン源細管、1024 差動真空排気を示す矢印、1026 差動真空排気を示す矢印、1027 イオントラップ高周波電源、1028 コンピュータ、
1119 線形イオントラップ質量分析手段を構成する線形四重極電極、 1118 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、
1125 差動排気をあらわす矢印、1130 飛行時間型質量分析手段、1131 リフレクター、1132 プッシャー、1133 イオン検出器、1134 ガスを導入したイオンガイドを構成する四重極高周波電極、1135 ガスを導入したイオンガイドを構成する入り口電極、1136 ガスを導入したイオンガイドを構成する出口電極、
1201 線形四重極電極、1205 壁電極、1206 壁電極、1207 円筒永久磁石、1208 高周波電源、1209 電子源、1210 電子引き出し電極、1212 イオンガイド、1213 四重極偏向器、1218 壁電極、1219 線形高周波四重極質量分析手段、1220 壁電極、1221 イオンガイド、1222 イオン源細口電極、1223 イオン源細管、1224 差動排気を示す矢印、1225 差動排気を示す矢印、1226 差動排気を示す矢印、1229 コンピュータ、1230 飛行時間型質量分析手段、1231 リフレクター、1232 プッシャー、1233 イオン検出器、1234 イオンガイド、1235 レンズ電極、1236 レンズ電極、
1614 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、1615 線形イオントラップ質量分析手段を構成する線形四重極電極、1616 イオン検出器、1618 イオン検出器、1619 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、1620 イオンガイドを構成する線形多重極電極、1621 細口電極、1624 差動排気を示す矢印、1625 差動排気を示す矢印、1626 差動排気を示す矢印、1627 差動排気を示す矢印、
1701 リング電極、1702 エンドキャップ電極、1703 エンドキャップ電極、1704 永久磁石リング、1705 永久磁石リング、1706 永久磁石リング、1708 イオン検出器、1709 電子源（フィラメント）、1710 イオン源、
1801 高周波多重極電極、1802 永久磁石、1803 壁電極、1804 高周波電源、1805 双極交流電源、1806 イオンの導入を示す矢印、1807 イオンの取り出しを示す矢印、1808 四重極偏向器、1809 電子源、
1901 FT-ICRセルを構成する電極、1902 FT-ICRセルを構成する電極、1903 FT-ICRセルを構成する電極、1904 FT-ICRセルを構成する電極、1905 壁電極、1906 壁電極、1907 電子源、1908 磁力線を示す矢印、1909 線形四重極質量分析手段、1910 壁電極、1911 壁電極、1912 線形四重極質量分析手段へのイオンの導入を示す矢印、1913 FT−ICRへのイオンの導入を示す矢印、
2001−4 線形四重極電極、2005 壁電極、2006 壁電極、2007 電子引き出し電極、2008 ガス室、2009 電子源被い、2010 フィラメント、2011 ガス導入パイプ、2012 円筒磁石、2013 電流モニター電極、2014 磁石の磁化の方向を示す矢印、2015，2016 電気抵抗器、2017 電流源、2018 電圧源、2019 電子レンズ電極、2020-2023 イオンガイド電極、2022 電圧源、2023 電流計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電場が印加される線形多重極電極と、前記線形多重極電極の軸方向の両端に配置され前記線形多重極電極の軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、
前記線形多重極電極の軸と同軸を含む磁場を発生し、前記線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、
前記線形多重極電極とは前記壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、
前記電子源の電子発生部位が、前記筒型の磁場発生手段の端面かそれよりも内側で前記磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置され、
前記電子源側ではない壁電極に隣接して四重極偏向器を備え、
前記電子源側ではない壁電極からイオンが導入及び排出される電子捕獲解離反応装置と、
前記四重極偏向器の第１の口に配置されたイオン源と、
前記四重極偏向器の第２の口に配置されたイオン検出器とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
高周波電場が印加される線形多重極電極と、前記線形多重極電極の軸方向の両端に配置され前記線形多重極電極の軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、
前記線形多重極電極の軸と同軸を含む磁場を発生し、前記線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、
前記線形多重極電極とは前記壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、
前記電子源の電子発生部位が、前記筒型の磁場発生手段の端面かそれよりも内側で前記磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置され、
前記電子源側ではない壁電極に隣接して四重極偏向器を備え、
前記電子源側ではない壁電極からイオンが導入及び排出される電子捕獲解離反応装置と、
前記四重極偏向器の第１の口に配置されたイオン源と、線形イオントラップ質量分析手段と、
前記四重極偏向器の第２の口に配置された第２の質量分析手段とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１】
高周波電場が印加される線形多重極電極と、前記線形多重極電極の軸方向の両端に配置され前記線形多重極電極の軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、
前記線形多重極電極の軸と同軸を含む磁場を発生し、前記線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、
前記線形多重極電極とは前記壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、
前記電子源の電子発生部位が、前記筒型の磁場発生手段の端面かそれよりも内側で前記磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置され、
前記電子源側ではない壁電極に隣接して四重極偏向器を備え、
前記電子源側ではない壁電極からイオンが導入及び排出される電子捕獲解離反応装置と、
前記四重極偏向器の第１の口に配置されたイオン源と、
前記四重極偏向器の第２の口に配置されたイオン検出器とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
高周波電場が印加される線形多重極電極と、前記線形多重極電極の軸方向の両端に配置され前記線形多重極電極の軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、
前記線形多重極電極の軸と同軸を含む磁場を発生し、前記線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、
前記線形多重極電極とは前記壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、
前記電子源の電子発生部位が、前記筒型の磁場発生手段の端面かそれよりも内側で前記磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置され、
前記電子源側ではない壁電極に隣接して四重極偏向器を備え、
前記電子源側ではない壁電極からイオンが導入及び排出される電子捕獲解離反応装置と、
前記四重極偏向器の第１の口に配置されたイオン源と、線形イオントラップ質量分析手段と、
前記四重極偏向器の第２の口に配置された第２の質量分析手段とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１１−２５８５６３（Ｐ２０１１−２５８５６３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５６３０（Ｐ２０１１−１４５６３０）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【分割の表示】特願２００５−１６０８６１（Ｐ２００５−１６０８６１）の分割
【原出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【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２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【分割の表示】特願２００５−１６０８６１（Ｐ２００５−１６０８６１）の分割
【原出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【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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