JP5408107B2 - Ｍｓ／ｍｓ型質量分析装置及び同装置用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、特定の質量電荷比（m/z）を有するイオンを衝突誘起解離（ＣＩＤ＝Collision-Induced Dissociation）により開裂させ、これにより生成されるプロダクトイオン（フラグメントイオン）の質量分析を行うＭＳ／ＭＳ型質量分析装置、及びその装置に用いられるプログラムに関する。

分子量が大きな物質の同定やその構造の解析を行うために、質量分析の１つの手法として、ＭＳ／ＭＳ分析（タンデム分析とも呼ばれる）という手法が知られている。典型的なＭＳ／ＭＳ型質量分析装置として三連四重極（ＴＱ）型質量分析装置がある。図２は特許文献１などに開示されている、一般的な三連四重極型質量分析装置の概略構成図である。

この質量分析装置は、図示しない真空ポンプにより真空排気される分析室１の内部に、分析対象の試料をイオン化するイオン源２と、それぞれ４本のロッド電極から成る３段の四重極３、５、６と、イオンを検出してイオン量に応じた検出信号を出力する検出器７と、を備える。第１段四重極３には、直流電圧と高周波電圧とを合成した電圧が印加され、これにより発生する電場の作用により、イオン源２で生成された各種イオンの中で特定の質量電荷比を有する目的イオンのみがプリカーサイオンとして選別される。

第２段四重極５は密閉性が高いコリジョンセル４内に収納されている。このコリジョンセル４内には例えばアルゴン（Ａｒ）などのＣＩＤガスが導入される。第１段四重極３から第２段四重極５に送られたプリカーサイオンは、コリジョンセル４内でＣＩＤガスと衝突し、衝突誘起解離による開裂を生じてプロダクトイオンが生成される。この開裂の態様は様々であるため、通常、一種のプリカーサイオンから質量電荷比の異なる複数種のプロダクトイオンが生成される。これら各種のプロダクトイオンがコリジョンセル４を出て、第３段四重極６に導入される。通常、第２段四重極５には、高周波電圧のみが印加されるか、又は高周波電圧に直流バイアス電圧を加算した電圧が印加され、この第２段四重極５はイオンを収束させつつ後段に輸送するイオンガイドとして機能する。

第３段四重極６には第１段四重極３と同様に、直流電圧と高周波電圧とを合成した電圧が印加される。これにより発生する電場の作用により、第３段四重極６では特定の質量電荷比を有するプロダクトイオンのみが選別されて検出器７に到達する。第３段四重極６に印加する直流電圧及び高周波電圧を適宜変化させることで、第３段四重極６を通過し得るイオンの質量電荷比を走査（プロダクトイオンスキャン）することができる。この場合、検出器７で得られる検出信号に基づいて、図示しないデータ処理部は、目的イオンの開裂により生じたプロダクトイオンのマススペクトル（ＭＳ／ＭＳスペクトル）を作成することができる。そのほか、特定のプロダクトイオンを生成する全てのプリカーサイオンを検索するプリカーサイオンスキャンや、特定の部分構造が脱離する全てのプリカーサイオンを検索するニュートラルロススキャンなども実行可能である。

また液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）の検出器として上記ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置を用いたＬＣ／ＭＳ／ＭＳ、ＧＣ／ＭＳ／ＭＳなどの装置では、試料に含まれる多成分の一斉分析（同定及び定量）を行うためにＭＲＭ（Multiple Reaction Monitoring）と呼ばれる手法がよく用いられる。ＭＲＭ測定では、各成分について、第１段四重極３で選別される１種又は複数種のプリカーサイオンの質量電荷比と、各プリカーサイオンについて第３段四重極６で選別・測定される１種又は複数種のプロダクトイオンの質量電荷比を予め定めておく。試料に含まれる複数の成分は前段のＬＣやＧＣで時間的に分離されるから、各成分の溶出時間（保持時間）に従って前記所定のプリカーサイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の組をそれぞれ切り替えることにより、各成分由来のイオンの信号強度を高い精度で且つ高い感度で求め、試料の定量測定を高精度・高感度で行うことができる。

ＭＲＭ測定で高精度・高感度の分析を行うためには、各成分についてプリカーサイオンとプロダクトイオンを正しく選択することが重要である。このうちプリカーサイオンは各成分について定まったものを選択するだけでよいが、プロダクトイオンはプリカーサイオンからの生成（開裂）の態様により変化するため、それに影響を与える各種パラメータ（例えば、各四重極に印加する直流・交流電圧等）の最適値を予め定めておく必要がある。従来、この最適値の選択は次のような方法で自動的に行われていた。
1) プロダクトイオンスキャン分析を行うための設定（以下、「プロダクトイオンスキャンイベント」と呼ぶ。）を、各種パラメータを変えて複数個、準備する。
2) 全てのプロダクトイオンスキャンイベントを順次実行する。
3) 全プロダクトイオンスキャンイベントの実行結果のマススペクトルの中から、強度の高いものから順に１乃至複数個のm/zを選択する。その際、許容幅（例えば±0.5m/zなど）の範囲内のm/zは一つのm/zとして扱う。
4) 選択されたm/zを生成したプロダクトイオンスキャンイベントのパラメータを最適値とする。

特開平7-201304号公報

上記従来の方法では最大強度だけを条件に選択していたため、偏った条件下でのみ生成されるマススペクトルからピークを選択してしまう可能性があった。そのため、分析データの再現性などにおいて不適当なプロダクトイオンを選択してしまうことがあり、ユーザは、自動選択プロセスで得られたデータを見直し、改めて、複数の候補からプロダクトイオンを選択するという作業を行う必要が生じていた。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、より高い確率で最適なプロダクトイオンを選択することのできるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本願発明は、各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別する第１質量分離部と、該プリカーサイオンを開裂させるイオン開裂部と、開裂により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別する第２質量分離部と、該第２質量分離部で選別されたプロダクトイオンを検出する検出器と、それらを制御して分析を実行し、分析実行により生成されたデータを解析する制御部と、を備えるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置において、該制御部が、
a) 或る成分のプリカーサイオンについて、イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント並びに何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベントのうち複数個を準備するイベント準備部と、
b) 準備された複数個のプロダクトイオンスキャンイベントを実行するイベント実行部と、
c) 実行された全プロダクトイオンスキャンイベントにより生成された全マススペクトルの中から最も出現頻度の高いマスピークを検出する検出部と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置では、制御部のイベント準備部が次のようなプロダクトイオンスキャンイベントの中から複数個を選択し、準備する。
1) イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント
2) 何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベント

イベント実行部は、そのプリカーサイオンについて、このようにして準備された複数のプロダクトイオンスキャンイベントを順次実行する。実行された各プロダクトイオンスキャンイベント毎にマススペクトルが得られるが、検出部は、こうして得られた複数のマススペクトルの中から、最も出現頻度の高いマスピークを検出する。このマスピークに対応するプロダクトイオンをそのプリカーサイオンについて選択するプロダクトイオンとし、該マスピークが出現したマススペクトルに対応するプロダクトイオンスキャンイベントの条件を分析条件として、その成分の分析を行う。

なお、最も出現頻度の高いマスピークに加えて、２番目、３番目に高いマスピーク等を選択するようにしてもよい。

従来は、最大の強度を有するマスピークを検出していたため、或る特殊な条件下でのみ出現するマスピークを選択してしまい、適切なプロダクトイオンを選択することができなかったが、本発明に係る方法では、出現頻度の最も高いマスピークを選択するため、適切なプロダクトイオンを選択することができる。

なお、本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置では、制御部の検出部は、全マススペクトルの中から最も出現頻度の高いマスピークを検出する代わりに、全マススペクトルの加算値又は平均値を取り、その中で最も強いマスピークを検出するようにしてもよい。

また、単純加算／単純平均ではなく、各マススペクトルに重み付けを行い、その重み付けを考慮した加算値／平均値（加重加算値／加重平均値）の中で最も強いマスピークを検出するようにしてもよい。

いずれの場合でも、従来のように全マススペクトル中の最大強度のマスピークを取るよりは適切なプロダクトイオンを選択することができる。

上記イベント準備部は、各プロダクトイオンスキャンイベントの条件を自動的に設定するものであってもよいし、ユーザーに入力させるようなものであってもよい。

また、本願発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用プログラムは、各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別する第１質量分離部と、該プリカーサイオンを開裂させるイオン開裂部と、開裂により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別する第２質量分離部と、該第２質量分離部で選別されたプロダクトイオンを検出する検出器と、それらを制御して分析を実行し、分析実行により生成されたデータを解析する制御部と、を備えるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用のプログラムであって、
a) イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント並びに何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベントのうち複数個を準備するイベント準備部と、
b) 準備された複数個のプロダクトイオンスキャンイベントを実行するイベント実行部と、
c) 実行された全プロダクトイオンスキャンイベントにより生成された全マススペクトルの中から最も出現頻度の高いマスピークを検出する検出部と、
を備えることを特徴としている。

このプログラムについても、上記のような各種機能（２番目以降のマスピークの選択、加算値／平均値、加重加算値／加重平均値による選択、条件自動設定／ユーザー設定等）を付与することができる。

第１発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置によれば、各プリカーサイオンについて、より高い確率で最適なプロダクトイオンを選択することができるため、試料の各成分の分析をより高精度且つ高感度に行うことができる。

本発明の一実施例によるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の全体構成図。 一般的なＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の全体構成図。 実施例のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置において、制御部がプリカーサイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の組を定めるために予め行う処理のフローチャート。 最適プロダクトイオンを決定する方法の一つを説明するための、マススペクトル併記図。 最適プロダクトイオンを決定する別の方法を説明するための、マススペクトル重畳図。

以下、本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の全体構成図である。なお、既に説明した従来の構成（図２）と同じ構成要素には、同一符号を付して説明を略す。
本実施例のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置では、第１段四重極３と第３段四重極６との間に、プリカーサイオンを開裂させて各種プロダクトイオンを生成するためにコリジョンセル４が配置され、その内部には質量分離の機能を持たない第２段四重極５が配設されている。第１段四重極３及び第３段四重極６は四重極マスフィルタであり、第２段四重極５は単なる四重極（又は多重極）のイオンガイドである。

コリジョンセル４にあって、第２段四重極５は絶縁性部材から形成される筒状体４１内に設けられ、その筒状体４１のイオン入射側端面には入口側レンズ電極４２が、イオン出射側端面には出口側レンズ電極４４が設けられる。

第１段四重極３には第１電源部１１から、直流電圧と高周波電圧とを合成した電圧、或いはこれにさらに所定の直流バイアス電圧を加算した電圧が印加される。第２段四重極５には第２電源部１２から、高周波電圧のみ、或いはこれに所定の直流バイアス電圧を加算した電圧が印加される。第３段四重極６には第３電源部１３から、直流電圧と高周波電圧とを合成した電圧、或いはこれにさらに所定の直流バイアス電圧を加算した電圧が印加される。これら第１電源部乃至第３電源部１１、１２、１３は、コンピュータから成る制御部１０の制御の下に動作する。コリジョンセル４の入口側レンズ電極４２及び出口側レンズ電極４４には、直流電源部２０からそれぞれ所定の電圧が印加される。

本実施例のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置によりＭＲＭ測定を行う場合の制御部１０の動作は次の通りである。ここでは、この質量分析装置の前段にＬＣ又はＧＣが接続され、ＬＣ又はＧＣで時間的に分離された成分を含む試料が時間経過とともに導入され、この試料中の成分をＭＲＭ法により順次検出する場合を想定する。ＭＲＭ測定では、第１段四重極３で選別されるプリカーサイオンの質量電荷比Ａと、第３段四重極６で選別されるプロダクトイオンの質量電荷比ａ（ａ＜Ａ）とが固定され、測定対象成分毎に異なるＡ、ａが設定される。したがって、第１段四重極３におけるプリカーサイオンの質量電荷比の切り替えとともに第３段四重極６におけるプロダクトイオンの質量電荷比の切り替えが行われる。このプリカーサイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の組は、保持時間と対応付けて、分析条件の一つとして予め分析者により操作部３０で設定しておかねばならないが、これらプリカーサイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の組を定めるために予め行う処理を次に説明する。

まず、ユーザーが操作部３０より、分析予定の成分を入力する（ステップＳ１）。これには、成分名を手で入力する方法の他、表示部３１の画面上に表示されたものの中から選択する方法も用意されている。こうして入力された成分に対して、制御部１０は予め用意されたデータベースを参照することにより、プリカーサイオンを定める。プリカーサイオンが定まると、その質量電荷比を選択するための第１段四重極３の電圧条件等が自動的に定まる。

次に制御部１０は、そのプリカーサイオンを開裂させるためのコリジョンセル４の電圧条件や、プロダクトイオンを走査するための第３段四重極６の走査条件等のプロダクトイオンスキャン条件を設定したプロダクトイオンスキャンイベントを、所定個数だけ（複数個）生成する（ステップＳ２〜Ｓ３）。これは、プリカーサイオンの種類毎に所定のアルゴリズムに従って自動的に生成するようにしてもよいし、一部又は全部、ユーザーのパラメータ入力値を使用するようにしてもよい。また、全ての条件が同一の複数のプロダクトイオンスキャンイベントを含めてもよい。その実行時刻が異なることにより、突発的なノイズ等による結果への影響が異なる可能性があるからである。

所定個数のプロダクトイオンスキャンイベントが生成された後、制御部１０はそれらのプロダクトイオンスキャンイベントを順次実行する（ステップＳ４）。すなわち、各プロダクトイオンスキャンイベントに設定された条件に従い、第１電源部１１、第２電源部１２、直流電源部２０、第３電源部１３を制御して所定のプリカーサイオンを選択し、それを開裂し、検出器７で検出することにより各プロダクトイオンスキャンイベント毎にマススペクトルを得る。

全てのプロダクトイオンスキャンイベントを実行した後、制御部は、それらの実行により得られた全マススペクトルを解析し（ステップＳ５）、本プリカーサイオンについて最適なプロダクトイオンのピークを決定する（ステップＳ６）。ここにおける最適プロダクトイオンピークの決定法については後に詳述する。こうして、プリカーサイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の組を定めた後、試料の分析を行う。その際、各成分については、上記のように定められたプリカーサイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の組（すなわち、プロダクトイオンスキャン条件）を用いる。

全プロダクトイオンスキャンイベントから得られた全マススペクトルより最適なプロダクトイオンのピークを決定する方法について述べる。その一つは、全マススペクトルの中で最も高頻度で出現するピークを最適プロダクトイオンピークとする方法である。なお、この際、所定の許容幅（例えば±0.5m/zなど）の範囲内のm/zは一つのm/zとして扱うようにする。従来、何らかの偏った条件下でのみ生成されるマススペクトルからピークを選択してしまうということがあり得たが、そのようなピークは高い頻度で生ずることは殆ど無いため、そのような誤ったピーク選択が防止される。

このような方法で最適プロダクトイオンピークを選択した例を図４により説明する。図４は、Da=455.10のプリカーサイオンについて、それぞれ異なる条件（パラメータ[0001]〜[0008]）で８個のプロダクトイオンスキャンイベントを生成し、それらを実行した結果得られたマススペクトルを縦に並べて表示部３１に表示したものである。この例では、最初のプロダクトイオンスキャンイベント（「プロダクトイオンスキャンイベント#1」）においてのみ特異的に、m/z=17のピークp1が現れているが、その他のプロダクトイオンスキャンイベントにおいてはそのピークは現れていない。しかも、このピークは全スペクトルの中で最も高いものであるため、従来の方法ではこれをそのプリカーサイオンのプロダクトイオンとして選択し、その条件（パラメータ[0001]）をその成分の分析条件として採択していたところであった。しかし、本発明に係る質量分析装置では上記方法を用いているため、プロダクトイオンスキャンイベント#2〜#7の６個のマススペクトルにおいて現れているピークp2(m/z=165)が選択される。これは、最も安定的に生成されるプロダクトイオンと言うことができるため、その成分の分析において採択するに最も適したプロダクトイオンと言える。

また、全プロダクトイオンスキャンイベントから得られた全マススペクトルより最適なプロダクトイオンのピークを決定する別の方法としては、全マススペクトルについて各m/z毎にその強度を積算し、最大強度となるピークを最適プロダクトイオンピークとする方法がある。これによっても、何らかの偏った条件下でのみ出現するピークを誤って選択することが防止される。

この場合の例を図５により説明する。図５は、上記例の８個のプロダクトイオンスキャンイベントで生成されたマススペクトルを表示部３１の画面上に重畳表示したものである。上記の通り、m/z=17において大きなピークp1が現れているが、m/z=165のピークp2は７個のスペクトルにおいて現れているため、それらを積算するとm/z=17のピークより遙かに高くなる。従って、この場合も上記同様m/z=165のピークが選択される。

なお、全スペクトルのm/z強度の積算値の最大値を選択することと全スペクトルのm/z強度の平均値の最大値を選択することは数学的には同等であるため、平均値の最大値を選択するようにしてもよい。
また、単純加算／単純平均ではなく、各マススペクトルに重み付けを行い、その重み付けを考慮した加算値／平均値（加重加算値／加重平均値）の中で最も強いピークを検出するようにしてもよい。

上記各実施例はいずれも本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜に変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

１…分析室
２…イオン源
３…第１段四重極
４…コリジョンセル
４１…筒状体
４２…入口側レンズ電極
４４…出口側レンズ電極
５…第２段四重極
６…第３段四重極
７…検出器
８…データ処理部
１０…制御部
１０１…イベント設定部
１１…第１電源部
１２…第２電源部
１３…第３電源部
２０…直流電源部
３０…操作部
３１…表示部

Claims (6)

1. 各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別する第１質量分離部と、該プリカーサイオンを開裂させるイオン開裂部と、開裂により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別する第２質量分離部と、該第２質量分離部で選別されたプロダクトイオンを検出する検出器と、それらを制御して分析を実行し、分析実行により生成されたデータを解析する制御部と、を備えるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置において、該制御部が、
   a) 或る成分のプリカーサイオンについて、イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント並びに何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベントのうち複数個を準備するイベント準備部と、
   b) 準備された複数個のプロダクトイオンスキャンイベントを実行するイベント実行部と、
   c) 実行された全プロダクトイオンスキャンイベントにより生成された全マススペクトルの中から最も出現頻度の高いマスピークを検出する検出部と、
   を備えることを特徴とするＭＳ／ＭＳ型質量分析装置。
2. 各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別する第１質量分離部と、該プリカーサイオンを開裂させるイオン開裂部と、開裂により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別する第２質量分離部と、該第２質量分離部で選別されたプロダクトイオンを検出する検出器と、それらを制御して分析を実行し、分析実行により生成されたデータを解析する制御部と、を備えるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置において、該制御部が、
   a) 或る成分のプリカーサイオンについて、イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント並びに何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベントのうち複数個を準備するイベント準備部と、
   b) 準備された複数個のプロダクトイオンスキャンイベントを実行するイベント実行部と、
   c) 実行された全プロダクトイオンスキャンイベントにより生成された全マススペクトルの加算値又は平均値を取り、その中で最も強いマスピークを検出する検出部と
   を備えることを特徴とするＭＳ／ＭＳ型質量分析装置。
3. 上記検出部が、各マススペクトルに重み付けを行い、その重み付けを行った加算値又は平均値の中で最も強いマスピークを検出することを特徴とする請求項２に記載のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置。
4. 各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別する第１質量分離部と、該プリカーサイオンを開裂させるイオン開裂部と、開裂により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別する第２質量分離部と、該第２質量分離部で選別されたプロダクトイオンを検出する検出器と、それらを制御して分析を実行し、分析実行により生成されたデータを解析する、コンピュータを備えた制御部と、を有するＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用のプログラムであって、該コンピュータを
   a) イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント並びに何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベントのうち複数個を準備するイベント準備部と、
   b) 準備された複数個のプロダクトイオンスキャンイベントを実行するイベント実行部と、
   c) 実行された全プロダクトイオンスキャンイベントにより生成された全マススペクトルの中から最も出現頻度の高いマスピークを検出する検出部と、
   として機能させることを特徴とするＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用プログラム。
5. 各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別する第１質量分離部と、該プリカーサイオンを開裂させるイオン開裂部と、開裂により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別する第２質量分離部と、該第２質量分離部で選別されたプロダクトイオンを検出する検出器と、それらを制御して分析を実行し、分析実行により生成されたデータを解析する、コンピュータを備えた制御部と、を有するＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用のプログラムであって、該コンピュータを
   a) イオン開裂部及び第２質量分離部のうち少なくとも一方の条件を変化させたプロダクトイオンスキャンイベント並びに何ら条件を変化させないプロダクトイオンスキャンイベントのうち複数個を準備するイベント準備部と、
   b) 準備された複数個のプロダクトイオンスキャンイベントを実行するイベント実行部と、
   c) 実行された全プロダクトイオンスキャンイベントにより生成された全マススペクトルの加算値又は平均値を取り、その中で最も強いマスピークを検出する検出部と
   として機能させることを特徴とするＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用プログラム。
6. 上記検出部が、各マススペクトルに重み付けを行い、その重み付けを行った加算値又は平均値の中で最も強いマスピークを検出することを特徴とする請求項５に記載のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置用プログラム。

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