JP2000009693A

JP2000009693A - 唾液の分析方法及び装置

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Publication number: JP2000009693A
Application number: JP10174620A
Authority: JP
Inventors: Tsudoi Hirabayashi; 集平林; Yukiko Hirabayashi; 由紀子平林; Hideaki Koizumi; 英明小泉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ソニックスプレーイオン化及び質量分析法に
より、唾液中に含まれる物質の成分分析を高速に実行す
る。【解決手段】本発明の一実施形態による唾液の分析
は、ソニックスプレーイオン化法によるイオン化源１と
イオン蓄積型の質量分析計２とを使用して実行される。
イオン化源１のキャピラリー９には、金属管１０１を介
して流路６が接続され、流路６からキャピラリー９に分
析すべき唾液を含む液体である被検査液が導入される。
唾液を含む液体は、キャピラリー９の末端でキャピラリ
ー９と同軸状に流れる音速のガス流により噴霧され、噴
霧により生成される噴霧ガス中に液体中に含まれる物質
の気体状イオンが多量に生成され、生成されたイオン
は、質量分析計２に導入され質量分析が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、唾液の分析装置に
係り、特に、唾液中に含まれる神経伝達物質、ホルモン
等の物質を検出分析する唾液の分析方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ホルモン、神経伝達物質の分析
は、従来、血液、脊髄液を採取し血液、脊髄液を分析す
ることにより行われることが多く、血液、脊髄液の採取
が被検者に精神的、肉体的ストレスを与えていた。

【０００３】ところで、唾液中には、消化酵素、ホルモ
ン、神経伝達物質が含まれていることが知られている。
このため、唾液を用いてホルモン、神経伝達物質の分析
を行うことが可能になると、血液の採取が不要となり、
被検者に精神的、肉体的ストレスを与えないようにする
ことができ、唾液を用いるホルモン、神経伝達物質の分
析方法が注目されている。

【０００４】唾液を用いるホルモン、神経伝達物質の分
析方法に関する従来技術として、例えば、ジャーナル
オブクロマトグラフィービー (Journal of Chromatog
raphyB) 第６９４巻（１９９７年）第３０５頁〜第３１
６頁に記載された技術が知られている。この従来技術
は、液体クロマトグラフィーにより唾液に含まれる３種
の神経伝達物質（ノルエピネフリン、エピネフリン、ド
ーパミン）やストレスホルモンであるコーチゾールを分
離分析するというものである。

【０００５】そして、この従来技術において、唾液の採
取は、綿を２分〜３分間口の中に含んで噛み、唾液を含
んだ綿から唾液を抽出することにより行われ、これによ
り、１ｍＬ程度の唾液が採取される。この採取された唾
液は、採取直後に、酸化防止剤であるグルタチオンや金
属除去剤であるＥＧＴＡが添加されて、−８５℃で凍結
保存される。

【０００６】この凍結保存された唾液は、測定直前に解
凍され、フィルターにより濾過された後に液体クロマト
グラフ装置に導入されて分析される。その際、唾液は、
分離カラムにより２０分〜３０分程度の間に内部に含ま
れる物質が分離され、それらの物質が蛍光標識されて蛍
光検出器により検出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
分析に要する時間が長く、１つの唾液資料の分析に４５
分程度の時間が必要であり、４５分程度毎にしか１つの
唾液試料を分析装置に導入することができず、このた
め、スループットが低く、実時間分析や多サンプル分析
を行うことが困難であるという問題点を有している。ま
た、前述した従来技術は、蛍光標識することができる物
質しか検出することができず、分析対象物質の種類も限
定されるという問題点を有している。

【０００８】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、短時間で唾液中に含まれる神経伝達物質、ホル
モン等の物質を検出分析することのできる唾液の分析方
法及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ソニックスプ
レーイオン化法を用いるイオン化源が、被検査液の電気
伝導度の高低に関係なく、また、塩濃度の高い唾液等の
被検査液をイオン化することができるという新たな知見
を得、この知見と、短時間で質量分析を行うことができ
るイオン蓄積型の質量分離器との組み合わせに着目して
前記課題を解決したものである。

【００１０】なお、ソニックスプレーイオン化法を用い
る質量分析法に関する一般的な技術は、「トレンズイ
ンアナリティカルケミストリー (Trends in Analytic
al Chemistry) 第１６巻（１９９７年）第４５頁〜第５
２頁」、「ラピッドコミュニケーションインマスス
ペクトロメトリー (Rapid Communication in Mass Spec
trometry) 第１０巻（１９９６年）第１７０３頁〜第１
７０５頁」に記載されている。

【００１１】本発明によれば前記目的は、唾液の成分分
析を行う唾液の分析方法において、イオン化源として、
ソニックスプレーイオン化法によるイオン化源を用い、
質量分析計として、イオン蓄積型の三次元４重極質量分
析計、飛行時間型質量分析計、または、これらを組み合
わせて構成した質量分析計を用い、唾液を含む被検査液
を物質毎に分離することなく、直接前記イオン化源によ
りイオン化した後、イオンを質量分析計に導入すること
により、また、イオン化をより促進させるために、前記
被検査液に揮発性の有機溶媒が加えることにより達成さ
れる。

【００１２】また、前記目的は、唾液の成分分析を行う
唾液の分析装置において、ソニックスプレーイオン化法
を用いるイオン化源と、イオン蓄積型の三次元４重極質
量分析計、飛行時間型質量分析計、または、これらを組
み合わせて構成した質量分析計とを備え、唾液を含む被
検査液を物質毎に分離することなく、前記イオン化源に
よりイオン化した後、イオンを質量分析計に導入するこ
とにより、また、前記イオン化源を構成するキャピラリ
ー付近に設けた電極と被検査液との間に電圧を印加する
ことにより、また、前記質量分析計のイオン導入孔の前
面に、被試験液内に含まれる不純物を除去する手段を設
けることにより達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による唾液の分析方
法及び装置の一実施形態を図面により詳細に説明する。

【００１４】図１は唾液に含まれている物質を検出する
本発明の一実施形態による唾液の分析方法を説明する
図、図２は唾液の採取方法を説明する図、図３は本発明
の一実施形態による分析装置により測定した唾液に含ま
れる物質の質量スペクトルを示す図、図４は図３の一部
を拡大した質量スペクトルを示す図、図５は多サンプル
を連続して分析装置に導入する場合のサンプル導入の概
念を説明する図、図６は本発明の一実施形態による質量
分析装置の構成を説明するブロック図、図７は三次元四
重極質量分析装置と四重極質量分析装置とによる測定の
タイムシークェンスを説明する図である。図１、図
２、、図５、図６において、１はイオン化源、２は質量
分析計、６は流路、７はサンプリング管、８はイオン化
源本体、９はキャピラリー、１０はオリフィス、１１は
ガス流路、１０１は金属管、１０２は板状部材、１０３
は細孔、１０４はフッ素樹脂系チューブ、１０５はガス
流量調整手段、１０６はガス供給手段、１０７はネジ、
１０８は碍子、１０９、１０９’はフランジ、１１１は
差動排気部、１１２はアインツェルレンズ、１１３はイ
オンガイド、１１４はゲート電極、１１５は３次元質量
分析部、１１６は検出器、１１７はケーブル、１２２、
１２３は排気ポンプ、１２４はデータ処理装置、１２５
は高真空部である。

【００１５】本発明の一実施形態による唾液の分析は、
図１に示すように、ソニックスプレーイオン化法による
イオン化源１とイオン蓄積型の質量分析計２とを使用し
て実行される。イオン化源１は、イオン化源本体８と、
キャピラリー（毛細管）９と、ガス流路１１とを備えて
構成される。また、イオン化源本体８には、ガス流路１
１から導入されるガスをイオン化源本体８の内部空間を
介して、キャピラリー１０の先端部周辺から流出させる
オリフィス１０が設けられている。ガス流路１１から導
入される窒素ガス等の噴霧ガスは、キャピラリー９の末
端でキャピラリー９と同軸状に流れる音速のガス流とな
ってイオン化源本体８のオリフィス１０から流出する。

【００１６】キャピラリー９は、その外径が２００μｍ
程度であり、キャピラリー９には金属管１０１を介して
流路６が接続され、流路６からキャピラリー９に分析す
べき唾液を含む液体である被検査液が導入される。この
結果、唾液を含む液体は、キャピラリー９の末端でキャ
ピラリー９と同軸状に流れる音速のガス流により噴霧さ
れ、噴霧により生成される噴霧ガス中に液体中に含まれ
る物質の気体状イオンが多量に生成される。このように
して生成されるイオンは、質量分析計２に導入され質量
分析が行われる。

【００１７】なお、ソニックスプレーイオン化法の特徴
は、噴霧により生成されるイオンの量がガスの流速に依
存し、ガス流速が音速の場合にイオン量が最大になるこ
とである。また、ソニックスプレーイオン化法は、試料
液体の電気伝導度、表面張力、液体流量に依存せずに安
定してイオンの生成を行うことができるという、エレク
トロスプレー法（静電噴霧法）等の他のイオン化法には
ない特徴を有し、大気圧下に生成される帯電液滴から気
体状イオンを生成することができる。

【００１８】本発明の実施形態に使用する質量分析計２
は、その詳細な構成を後述するが、イオン導入用の細穴
１０３を有する真空装置内に構成される。そして、質量
分析計２は、イオン蓄積型の三次元４重極質量分析計
（３ＤＱＭＳ）であり、質量分析計２の細孔１０３の直
前には、板状部材１０２が配置されている。板状部材１
０２は、細孔１０３の直前に細穴１０３との間に僅かな
隙間を隔てて、また、板状部材に設けたスリットを介し
てイオンのみが隙間に回り込んで細穴１０３から真空装
置内に導入されるように設けられる。

【００１９】この板状部材１０２は、イオンを含む噴霧
ガスが直接に真空装置に導入された場合、唾液に含まれ
る多くの不揮発性物質が真空装置内部を著しく汚してし
まうことを防止するために設けらる。すなわち、不揮発
性物質が真空装置内部を汚した場合、真空装置内に設け
られる質量分析計２におけるイオン軌道制御が困難にな
り、質量分析の感度を低下させてしまうので、イオンの
真空装置取り込み口である細穴１０３の前に噴霧ガスが
直接当たらないような板状部材１０２が装着される。こ
の結果、この板状部材１０２の中心部に唾液由来の不揮
発性物質が堆積することになり、真空装置内部の汚染を
防止することができる。そして、気体状イオンや気体状
分子は、板状部材１０２の中心部を迂回して、細穴１０
３から真空装置に導入され、真空装置内の質量分析計２
により分析される。

【００２０】前述したような本発明の一実施形態による
唾液中に含まれる神経伝達物質、ホルモン等の物質を検
出分析する唾液の分析方法は、液体クロマトグラフィー
等により物質の分離を行う必要がなく、分析時間は主に
質量分析計２の分析時間で決定される。この分析時間
は、原理的にはｍｓ程度のオーダであるが、積算平均を
する必要を考慮しても、１秒程度を費やすだけでよい。
このため、本発明の実施形態による分析方法によれば、
ほぼ実時間分析を実現することができる。

【００２１】前述した本発明の一実施形態による分析方
法は、ソニックスプレーイオン化法を用いているため、
ガス噴霧に従って試料となる唾液を含む被検査液がキャ
ピラリーに０．５μＬ／分以下の流量で自動的に導入さ
れる点も特徴的である。これは、キャピラリー末端にお
けるガス圧力が１気圧以下になり、圧力差により液体が
吸引されるためである。

【００２２】また、前述した実施形態において、噴霧に
より生成される帯電液滴は、蒸発速度が速いほど、気体
状イオンの生成効率を高くすることができる。このた
め、予め試料液体に揮発性液体であるアルコールを添加
することにより分析感度を向上させることができる。

【００２３】また、イオン源１の金属製ハウジングであ
るイオン源本体８に電圧を印加し、唾液試料に対し電界
を加えることにより分析感度が向上させることができ
る。この場合、試料液体の電位を金属管１０１により接
地電位に設定し、イオン源本体８にだけ、−１．２ｋＶ
程度の電圧を印加すると正イオン分析に便利である。ま
た、負イオン分析の場合、印加電圧の極性を反転させれ
ばよい。

【００２４】さらに、試料液体に予め酢酸やトリフルオ
ロ酢酸（ＴＦＡ）等の揮発性の電解質液体を微量添加し
て、試料液体中のイオン濃度を増加させておくと、分析
感度を向上させることができる。

【００２５】なお、前述した実施形態は、ソニックスプ
レーイオン化法によるイオン化源以外のイオン化法、例
えば、エレクトロスプレーイオン化法、イオンスプレー
イオン化法、大気圧化学イオン化法を利用することも可
能である。

【００２６】一般に、神経伝達物質は、脳内で生成さ
れ、様々な神経伝達物質の濃度バランスに従って脳機能
を司っており、これらの神経伝達物質が脳髄液中に放出
され、それらの一部が血液中や唾液中に放出される。唾
液中の神経伝達物質は、脳機能情報を反映するだけでな
く、消化器官の制御も司ると考えられている。人の口内
には、３種の唾液腺（舌下腺、顎下腺、耳下腺）があ
り、それぞれの唾液腺から放出される唾液の成分は異な
ると考えられる。綿を用いて唾液の採取を行うと、口内
の平均的な唾液しか採取することができない。しかし、
特定の唾液腺から分泌される唾液だけを採取することも
可能である。

【００２７】以下、図２を参照して特定の唾液腺から分
泌される唾液だけを採取する方法を説明する。

【００２８】図２に示すように、特定の唾液腺から分泌
される唾液の採取は、細いサンプリング管７の一端を被
検者の口内の所望の唾液腺の近くに設置し、ポンプで唾
液を吸引することにより行うことができる。このような
特定の唾液腺から分泌される唾液だけ採取して分析する
と、それぞれの唾液腺から放出される唾液の成分につい
て個々に検出することが可能となる。

【００２９】前述したような唾液腺毎の唾液分析におい
ては、サンプリング管７やポンプ等に残留する唾液が次
にサンプリングする唾液の分析に悪影響を及ぼすことが
ある。そのため、サンプリング管７やポンプは測定終了
後に洗浄液を流し、洗浄する必要がある。充分な洗浄が
なされているか否かは、質量分析計の出力をモニターす
ることにより知ることができる。また、多数の人が使用
する可能性のあるサンプリング管７は衛生面から測定前
後に消毒することが望ましい。

【００３０】前述したような本発明の一実施形態による
唾液の分析方法を用いると、平均的な唾液成分の唾液の
採取直後の実時間分析、特定の唾液腺から放出される唾
液の成分の分析を行うことができ、被検者のストレス状
態の計測のみならず、精神的な体質や健康状態の診断に
利用することができる。

【００３１】次に、図３、図４を参照して、本発明の一
実施形態による分析方法により測定した唾液に含まれる
物質の質量スペクトルの例について説明する。図３、図
４に示す例は、綿を用いて採取した唾液に３０％のメタ
ノールと２％の酢酸とを添加して分析した例である。な
お、メタノールを添加しなくても分析を行うことができ
るが、メタノールを添加することにより分析感度を著し
く向上させることができる。また、メタノールの添加量
が５０％程度を超えると、唾液が白濁し沈殿物が形成さ
れる。この沈殿物の多くは消化酵素であるタンパクであ
ると考えられるが、図３、図４の例は、沈殿物を形成さ
せないようにメタノールの添加量３０％とした。

【００３２】図３には、物質の分子量ｍ、その荷電量を
ｚとしたとき、ｍ／ｚ＝０〜１２００の質量スペクトル
が示されている。この図から判るように、イオンの質量
数（ｍ／ｚ）が４００以下の範囲に多くのイオンがピー
クとして検出されており、また、質量数が１０００近辺
にも、多くのイオンが検出されている。このことは、唾
液を直接分析することにより、未知物質を含めた様々な
物質の分析が可能であることを意味している。

【００３３】図３の一部を拡大した質量スペクトルを示
す図４において、質量範囲がｍ／ｚ＝５０〜３００に、
ＧＡＢＡ、ドーパミン、エピネフリン、セロトニン、ウ
リジンなど多くの神経伝達物質（カテコールアミン類）
が検出されている。より高感度な質量分析計を使用する
ことにより、より多くの物質を検出することが可能であ
る。

【００３４】本発明の実施形態による分析方法は、蛍光
標識法と異なり、イオン化することが可能な全ての物質
を検出することができるため、分析対象物質が特に制限
されることがなく、また、検出物質の濃度を予め校正し
ておくことにより、定量的な濃度をも検出することがで
きる。この場合、唾液に試薬を添加して一定濃度の試料
を作成し、それより得られる質量スペクトルのイオン強
度との対応を予め決定しておけばよい。

【００３５】次に、図５を参照して、多サンプルを連続
して分析装置に導入する場合のサンプル導入の概念を説
明する。

【００３６】図５に示すように、前述までに説明した本
発明の一実施形態による分析方法を実施する分析装置に
は、キャピラリー９への流路６に連結されるサンプル導
入用の孔３’を持ったサンプル導入部３が設けられてお
り、制御されてサンプル導入用の孔３’に試料である被
検査液を注入する複数のチップ４と、規則的に配列され
た複数の容器５とが配置されている。

【００３７】図２により説明した方法により、あるい
は、綿を用いて抽出された唾液は、規則的に配列された
容器５に入れられ、配列されたチップ６によりメタノー
ルを１０％程度添加して混合する。さらに、揮発性の電
解質液体を添加することも可能である。その後、容器５
内に作られた唾液を含む被検査液は、チップ６により吸
引されて順次サンプル導入用の孔３’に供給される。サ
ンプル導入用の孔３’に供給された被検査液は、イオン
化源１を構成するキャピラリーに自動的に吸引されてイ
オン化され、質量分析が行われることにより分析され
る。

【００３８】１つの被検査液は、１秒以内に分析が終了
するので、ほぼ１秒毎に被検査液を分析装置に導入する
ことができる。チップ６は、洗浄することにより繰り返
し利用することがでる。また、１つの被検査液の分析に
続く次の被検査液の分析との間に、僅かな時間が空け
ば、キャピラリー９内の前後の被検査液の間に気体（空
気）が入ることになり、前後の被検査液が混ざり合うこ
となく各被検査液を連続して分析することができる。

【００３９】前述したような多数の唾液試料を高速で分
析することにより、唾液を採取した多数の被検者の唾液
内に含まれる物質を検出して、前述したように、各被検
者のストレス状態の計測のみならず、精神的な体質や健
康状態の診断に利用することができ、また、統計処理を
行うことにより個体差を排除した性別、年齢別等の唾液
成分に含まれる物質の特徴を知ることもできる。

【００４０】次に、本発明の一実施形態による唾液の分
析装置の具体的な構成を図６を参照して説明する。この
実施形態は、ソニックスプレーイオン化源と３ＤＱＭＳ
とを結合して構成したものである。

【００４１】ソニックスプレーイオン化源は、図１によ
り説明したように、イオン化源本体８、キャピラリー
９、オリフィス１０、ガス流路１１を備えて構成される
が、図５には、ガス流路１１の途中に設けられるガス流
量調整手段１０５及びガス供給手段１０６を備えること
を示している。そして、このソニックスプレーイオン化
源と図１にも示している板状部材１０２とは、ネジ１０
７により３ＤＱＭＳ１２の細孔１０３が設けられる第１
フランジ１０９に固定されている。イオン化源本体８、
板状部材１０２、第１フランジ１０９の間には、碍子１
０８が配置されて相互に絶縁されている。

【００４２】３ＤＱＭＳ１２は、第１フランジ１０９と
第２細孔１１１を有する第２フランジ１０９’との間に
形成され、排気ポンプ１２２により排気されている差動
排気部１１０と、質量分析部等が配置される第２排気ポ
ンプ１２３により排気されている高真空部１２５により
構成される。そして、高真空部１２５内に、アインツェ
ルレンズ１１２、イオンガイド１１３、ゲート電極１１
４、３次元質量分析部１１５、検出器１１６が設置され
ている。検出器１１６の出力は、ケーブル１１７を介し
てパソコン等によるデータ処理装置１２４に送られて処
理されることにより、スペクトル分布を表すグラフ等に
されて表示され、あるいは、印刷出力される。

【００４３】前述のように構成される本発明の一実施形
態において、唾液を含んだ被検査液は、流路６と金属管
１０１とを通ってイオン化源本体８に入れられる。金属
により形成されるイオン化源本体８と金属管１０１との
間には、プラスのイオンをより効果的に取り出すために
被検査液との間に電界を発生させるため、イオン化源本
体８側に−１．２ＫＶ程度の高電圧を印加することも可
能とされている。なお、金属管１０１を接地してもしな
くてもく、試料溶液に電界が掛かるように電圧が印加さ
れればよい。

【００４４】第１フランジ１０９には、＋１５０Ｖの電
圧が印加されている。また、この第１フランジ１０９の
形状は、細孔１０３の部分が板状部材１０２側に突起し
ている形状でも、平面状であってもよい。イオン化源本
体８、板状部材１０２、第一フランジの間は、碍子１０
８により絶縁されているが、これらに別々の電圧を印加
してもよい。板状部材１０２には、ヒーターを配置して
加熱してもよい。

【００４５】金属管１０１を通過した試料溶液は、フッ
素系樹脂チューブ１０４に通したキャピラリー９に導入
される。キャピラリー９の先端部は、オリフィス１０に
挿入されている。イオン化源本体８には、ガス供給手段
１０６からガス流量調整手段１０５、ガス流路１１を通
って窒素ガス、空気等のガスが導入される。このガス
は、ガス流路１１の途中に設置されたガス流量調整手段
１０５によりその流量が調節され、オリフィス１０から
ほぼ音速度で大気中に流出し、キャピラリー９から流出
した試料溶液を噴霧し、溶液中に含まれる唾液物質を大
気圧下でイオン化する。

【００４６】生成されたイオンは、板状部材１０２の穴
を通って、細孔１０３を通過し、排気ポンプ１２２で排
気されている差動排気部１１０に導入され、第２細孔１
１１を通して排気ポンプ１２３で排気されている高真空
部１２５に導入される。第２細孔１１１が設けられる第
２フランジ１０９’は、イオン導くために第１フランジ
１０９より電圧が１０Ｖ程度若干高い＋１６０Ｖ程度の
電圧が印加されている。第２細孔１１１を通ったイオン
は、アインツェルレンズ１１２、イオンガイド１１３、
ゲート電極１１４を通って、三次元質量分析部１１５に
導入される。

【００４７】ゲート電極１１４は、この電極に印加され
る電圧によって、イオン蓄積時に、イオントラップ部に
外部からのイオンの入射を許可し、測定時に、イオント
ラップ部から外部へのイオンの出射を許可し、イオンを
３次元質量分析部１１５に導く。３次元質量分析部１１
５に導入されたイオンは、導入された方向と反対側に質
量分離されながら排出され、検出器１１６に当たり検出
される。この場合、イオンの導入方向と排出方向とを同
一として構成してもよい。検出器１１６の検出信号は、
ケーブル１１７を介してパソコン等によるデータ処理装
置１２４に送られて処理され、スペクトル分布を表すグ
ラフ等にされて表示、あるいは、印刷出力される。

【００４８】本発明の実施形態は、前述のように、イオ
ントラップを有する３次元質量分析部を持つ質量分析計
を用いることにより、短時間で少ない試料溶液について
高感度に質量分析を行うことができる。

【００４９】次に、図７を参照して、本発明で用いてい
る三次元質量分析計（３ＤＱＭＳ）と、従来技術の四重
極質量分析計（ＱＭＳ）の分析のタイムシークェンスに
ついて説明する。

【００５０】３ＤＱＭＳは、蓄積型の分析装置であり、
質量スペクトルの１回の測定（１スキャン）が、イオン
を蓄積する過程（閉じ込め）と測定を行う過程とにより
行われる。この測定において、質量スペクトルのレンジ
幅は、ある特定の範囲内で自由に設定することができ、
また、また、閉じ込め時間もある特定の範囲内で自由に
設定することができる。閉じ込め時間は、長いほど、蓄
積イオン量を増加させることができ測定されるイオン強
度を高いものとすることができる。また、測定時間は、
設定した質量スペクトルのレンジ幅に依存して変化す
る。

【００５１】３ＤＱＭＳは、ある特定の範囲内の質量の
イオンを設定した閉じ込め時間内に溜め込み、次に、溜
め込んだイオンを質量の小さい順、または、大きい順に
イオン閉じ込め部から追い出して、検出器に送り込んで
質量の測定を行うものであり、その１スキャンの時間は
短く、数ミリ秒から数百ミリ秒の範囲である。

【００５２】一方、従来技術のＱＭＳは、イオンを溜め
込む過程が不要で測定の過程だけで１回の測定（１スキ
ャン）を行うことができる。そして、ＱＭＳは、ある特
定の質量のイオンのみを通過させ、検出器に送って測定
することによりイオンを分離するものであり、ＱＭＳを
通過することができるイオンの質量を小さい順、また
は、大きい順に変えていくこと（従来技術により説明し
た物質の分離）により、質量スペクトルを得るものであ
る。ＱＭＳの質量スペクトルのレンジ幅は、ある特定の
範囲内で自由に設定することができる。また、１スキャ
ンの時間は、設定した質量スペクトルのレンジ幅に依存
し、数百ミリ秒から数秒の範囲である。また、ＱＭＳ
は、イオンの溜め込みを行わないため、１スキャンにお
けるイオン量（信号量）が３ＤＱＭＳに比べて少なく、
このため３ＤＱＭＳの場合に比べて長時間の測定を行わ
なければならず、何スキャンも質量スペクトルを積算す
る必要がある。

【００５３】前述したように、従来技術によるＱＭＳ
は、長時間の測定を行わなければならず、しかも、３Ｄ
ＱＭＳを用いる場合よりも多くの試料量を必要とする。
本発明の実施形態が測定の対象としている唾液は、大量
に採取できるものではなく、試料の量に限界があり、Ｑ
ＭＳによる測定を行うことが困難である。

【００５４】これに対して、前述した本発明の実施形態
は、僅かな量の試料を用いて短時間に分析を行うことが
できる。

【００５５】図８は本発明の他の実施形態による唾液の
分析方法及び装置を説明する図である。図８において、
８１〜８３はサンプリング管、８４〜８６はポンプ、８
７〜８９は混合部、９０は切り換え部、９１は質量分析
部である。図８に示す実施形態は、３種類の唾液腺から
の唾液を同時に測定する例である。

【００５６】３本のサンプリング管８１〜８３は、被検
者の口の中に挿入されその先端が異なる唾液腺の位置に
挿入される。唾液は、ポンプ８４〜８６により吸引され
て、サンプリング管８１〜８３を通って水またはアルコ
ールの液と混合する混合部８７〜８９に導かれる。混合
された唾液を含む唾液試料は、唾液試料を１つ選択する
切り換え部９０を経由し、図示しないソニックスプレー
によるイオン源部に供給されイオン化され、質量分析部
９１に供給されて分析される。

【００５７】前述した図８に示す本発明の他の実施形態
によれば、リアルタイムに３箇所の唾液腺から取り出し
た唾液を分析することが可能となる。

【００５８】図９は本発明のさらに他の実施形態による
唾液の分析方法及び装置を説明する図である。図９にお
いて、９２は流路、９３は試料投入口、９４はガス流
路、９５はイオン源、９６はオリフィス、９７は試料導
入装置、９８はリザーバー、９９はキャピラリー、９１
２〜９１５は細管、９１５〜９１７はバルブである。図
９に示す実施形態は、３種類の唾液腺からの唾液を切り
替える部分において発生するコンタミネーションの影響
受けることなく試料をイオン源に導入することを可能に
したものである。

【００５９】図９に示す実施形態は、ガス流路９４と、
キャピラー９９と、オリフィス９６とを備える図１によ
り説明したと同様なイオン源９５にのキャピラリー９９
に唾液試料を導く試料導入装置９７を結合して構成した
ものである。試料導入装置９７は、流路９２の端部に設
けられた水またはアルコールの溶液を蓄えるリザーバー
９８と、流路９２の途中に設けられた試料投入口９３と
が設けられて構成され、流路９２の他方の端部がキャピ
ラリー９９に接続されている。

【００６０】流路９２内の溶液は、流路９２に接続され
るキャピラリー９９の出口側を減圧されることにより、
キャピラリー９９に向けて吸引される。また、図８に示
す場合と同様に採取された唾液は、バルブ９１５〜９１
７を有する細管９１２〜９１４に導かれ、バルブ９１５
〜９１７が制御されて、細管９１２〜９１４の１つの先
端部から糸状になって試料投入口９３に流し込まれて流
路９２に流れる溶液に混合される。

【００６１】試料導入装置９７は、前述したような構成
を有しているため、装置自身に３種類の試料を分岐する
管及び開閉バブルが不要である。そして、試料は、細管
９１２〜９１４に設けられるバルブ９１５〜９１７によ
り、１つの試料が順番に試料投入口９３から投入されれ
ばよい。

【００６２】この結果、投入された試料は、流路９２中
を圧力差に従って低圧側に流れ、キャピラリー９９を通
ってキャピラリー９９の先端のオリフィス９６から噴霧
され、ガスの高速流速によって試料がイオン化されるイ
オン源９５によりイオン化され、前述までに説明したと
同様に質量分析が行われる。

【００６３】前述した図９に示す本発明の実施形態によ
れば、採取した複数の唾液腺からの唾液の相互間でのコ
ンタミネーションが起こることを防止することができ
る。すなわち、流路９２には、各唾液試料が間欠的に供
給され、また、試料と試料との間が水またはアルコール
により区切られることになるため、この液により流路内
の汚れを取り除きクリーニングが行われるため、唾液試
料のコンタミネーションが発生することがない。

【００６４】図１０は図９により説明した試料導入装置
を用いた本発明のさらに他の実施形態による唾液分析装
置の構成を示すブロック図である。図１０において、２
０１はメッシュ電極、２０２はリフレクタ電極、２０３
は検出器、２０５は発光源、２０６は受光器であり、他
の符号は他の図面の場合と同一である。

【００６５】図１０に示す実施形態は、質量分析装置と
して飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）を用い、こ
れに、図９により説明した試料導入装置を組み合わせた
ものである。飛行時間型質量分析計は、真空室内に、メ
ッシュ電極２０１、リフレクタ電極２０２、検出器２０
３を図１０に示すように配置して構成され、他のイオン
を導入する部分の構成は、図６により説明した３ＤＱＭ
Ｓと同一である。

【００６６】図１０に示す唾液分析装置は、リアルタイ
ムに近い短時間（１秒〜５分／サンプル）で唾液の分析
を行うことができるものである。図１０において、複数
の細管９１２〜９１４の末端から唾液試料が試料導入装
置９７の試料投入口９３に順次導入され、石英製のキャ
ピラリー９に導入される。試料導入装置９７には洗浄用
の溶媒が満たされ、唾液試料が導入されない場合にはキ
ャピラリー９に導入されてキャピラリー９の洗浄が行わ
れる。

【００６７】ガス流路１１から３気圧程度の窒素ガスが
イオン化源本体内部８に導入され、キャピラリー９の末
端近傍でガス流の流速がほぼ音速に達する。このほぼ音
速に達したガス流により唾液試料は噴霧され、生成され
る微細液滴より気体状イオンが生成される。キャピラリ
ー９の末端近傍のガス圧力は１気圧以下であり、試料投
入口９３におけるガス圧力（１気圧）より低いため、唾
液試料はポンプを使用することなく送液される。キャピ
ラリー９の中の唾液試料の電位は、金属管１０１より接
地され、金属製のイオン化源本体８には典型的に−１．
２ｋＶの電圧が印加される。この負の電圧が印加される
ことにより、正イオン生成効率を増大させることができ
る。なお、負イオンの分析を行う場合、逆の極性の電圧
を印加するとよい。

【００６８】図１０に示す実施形態は、イオン化源とし
てソニックスプレーイオン化法によるイオン化源を用い
ているが、イオン化源として、エレクトロスプレー（静
電噴霧）イオン化法、ガス噴霧を併用したエレクトロス
プレーイオン化法（イオンスプレーイオン化法）、大気
圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ法）等の他のイオン化法に
よるものも原理的に利用することが可能である。

【００６９】唾液試料のように多種類の物質が混合され
ている試料を質量分析する場合、質量分析計として、図
６により説明した３ＤＱＭＳの使用が適さない場合もあ
る。すなわち、３ＤＱＭＳを用いて広い質量分析範囲を
設定して質量分析を行う場合、得られる質量スペクトル
のピーク位置（ｍ／ｚ）が質量分析計の空間電荷効果に
よりシフトすることがあるからである。これを避けるた
めには、細かく区切った質量分析範囲を複数設定し、分
析結果を統合する等の工夫が必要である。このことは、
３ＤＱＭＳ等のイオン濃縮（蓄積）型のイオントラップ
質量分析計に固有の課題である。

【００７０】そこで、図１０に示す本発明の実施形態
は、飛行時間型質量分析計を使用して構成しており、以
下、飛行時間型質量分析計による分析の動作を説明す
る。

【００７１】図１０において、大気中に生成されたイオ
ンは、板状部材１０２の周辺部にあいた穴を通り、細孔
１０３より二段の作動排気部１１１を経て、真空装置に
導入される。アインツエルレンズ１１２により収束され
たイオンは、２枚のメッシュ電極２０１に導入される。
２枚のメッシュ電極間には５ナノ秒程度の時間軸幅のパ
ルス電圧（３〜１０ｋＶ程度）が印加され、メッシュ電
極内のイオンは、パルス的に加速される。このパルス電
圧は、１ｋＨｚ程度以下の周期で印加することができ
る。

【００７２】このパルス電圧の印加により加速されたイ
オンは、リフレクター電極２０２に印加された逆電圧に
よりイオン軌道が逆向きに変更されると共に、エネルギ
ー収束を受け、高時間分解分析が可能なマイクロチャン
ネルプレート（ＭＣＰ）等の検出器２０３に到達して検
出される。

【００７３】リフレクター電極２０２は、多数のメッシ
ュ電極から構成され、最も手前のメッシュ極が接地電位
に設定され、最も奥のメッシュ電極にパルス電圧以上の
電圧が印加されている。リフレクター電極２０２の多数
のメッシュ電極には、比較的均一な電界が発生するよう
に印加電圧の配分を行われる。検出器２０３は、メッシ
ュ電極２０１に電圧印加されるタイミングと同期してイ
オン検出を行う。検出器２０３の出力は、デジタルオシ
ロスコープやデジタルトランジェスタレコーダーなどへ
転送され、その出力がコンピューターによりデータ処理
される。

【００７４】飛行時間型質量分析計は、軽いイオンをメ
ッシュ電極２０１で高速度に加速し、検出器２０３へ時
間的に早く到達させる。一方、質量の高い（重い）イオ
ンは、検出器２０３への到達時間が遅れる。このよう
に、飛行時間型質量分析計は、検出器２０３で検出され
るイオンの到達時間により質量分析を行うものである。
飛行時間型質量分析計は、質量分析範囲の上限が原理的
に存在せず、高感度分析が可能である。

【００７５】また、図１０に示す実施形態において、唾
液試料を試料導入装置９７の試料投入口９３に導入する
タイミングに基づいて、メッシュ電極２０１に印加する
パルス電圧を制御し、さらに、検出器２０３による検出
タイミングをも制御するようにすることができる。この
ため、図１０に示す実施形態は、発光源２０５と受光器
２０６とによる光学式センサが備えられている。

【００７６】受光器２０６は、発光源２０５からの光線
の透過、散乱状態を検出することにより唾液試料が滴下
されことを検出してタイミング信号Ｔ₁ を作る。図示し
ない制御部は、この信号に基づいてメッシュ電極２０１
に印加するパルス電圧を制御し、さらに、検出器２０３
の検出タイミングＴ₂ を作成する。すなわち、図１０に
示す実施形態は、タイミング信号Ｔ₁ に応じてメッシュ
電極２０１へのパルス電圧の印加や、検出器２０３の制
御を行うことができる。

【００７７】また、図１０に示す実施形態は、唾液試料
の体積に応じて、タイミング信号Ｔ₂ を制御することが
可能であり、唾液試料由来のイオンが生成され続ける
間、例えば、１ｋＨｚの周期で、質量分析を繰り返すよ
うにさせることができる。この場合、分析結果の積算平
均を行うことにより、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比の
高い質量スペクトルを得ることができる。

【００７８】なお、図１０に示す実施形態において、発
光源２０５と受光器２０６とによる光学式センサは、複
数の複数の細管９１２〜９１４の末端と試料投入口９３
との間に設けられてもよい。

【００７９】図１１は本発明のさらに他の実施形態によ
る唾液分析装置の構成を示すブロック図である。図１１
において、２０４は電極であり、他の符号は図１０の場
合と同一である。

【００８０】図１０により説明した実施形態において、
アインツェルレンズ１１２の中心軸とメッシュ電極２０
１の面とは直交しない関係にあり、メッシュ電極２０１
に電圧が印加されない場合、大気中から導入されるイオ
ンは検出器２０３に到達しない。すなわち、メッシュ電
極２０１に電圧が印加されない場合、イオンは、メッシ
ュ電極２０１を直進して通過し、真空容器の壁面に衝突
し電荷を失う。メッシュ電極２０１の部分に加速電極を
有する３ＤＱやオクタポールを用いたリニアートラップ
などのイオン蓄積機構を設けると、イオンの検出感度を
一桁以上向上させることができる。

【００８１】図１１に示す実施形態は、前述した考察に
基づいて、質量分析計として３ＤＱと飛行時間型質量分
析計とを結合させた３ＤＱ−ＴＯＦＭＳを用いたもので
ある。この実施形態において、３ＤＱの電極２０４は、
４枚の円盤状の電極により構成され、ＲＦ電圧の印加に
よりイオンの濃縮を行い、さらに、高電圧のパルス電圧
の印加により濃縮されたイオンをパルス的に加速して空
間に放出している。そして、検出器２０３に到達するイ
オンの到達時間により質量分析が行われる。

【００８２】なお、本発明は、質量分析計として、前述
以外に、ＴＯＦ−ＭＡや３ＤＱＭＳの他に、四重極質量
分析計や二重収束質量分析計等も使用することができ
る。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、唾
液中に含まれる様々な神経伝達物質やホルモン類、タン
パク等の未知物質を含む物質を極めて短時間で分析する
ことができ、また、多数の唾液試料を高速で分析するこ
とができ、特定の唾液腺から分泌される唾液だけを分析
することもできる。本発明は、これにより、被検者のス
トレス状態の計測のみならず、精神的な体質や健康状態
の診断を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】唾液に含まれている物質を検出する本発明の一
実施形態による唾液の分析方法を説明する図である。

【図２】唾液の採取方法を説明する図である。

【図３】本発明の一実施形態による分析装置により測定
した唾液に含まれる物質の質量スペクトルを示す図であ
る。

【図４】図３の一部を拡大した質量スペクトルを示す図
である。

【図５】多サンプルを連続して分析装置に導入する場合
のサンプル導入の概念を説明する図である。

【図６】本発明の一実施形態による質量分析装置の構成
を説明するブロック図である。

【図７】三次元四重極質量分析装置と四重極質量分析装
置とによる測定のタイムシークェンスを説明する図であ
る。

【図８】本発明の他の実施形態による唾液の分析方法及
び装置を説明する図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態による唾液の分析
方法及び装置を説明する図である。

【図１０】図９により説明した試料導入装置を用いた本
発明のさらに他の実施形態による唾液分析装置の構成を
示すブロック図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施形態による唾液分析
装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１イオン化源２質量分析計６流路８イオン化源本体９キャピラリー１０オリフィス１１ガス流路１０１金属管１０２板状部材１０３細孔１０４フッ素樹脂系チューブ１０５ガス流量調整手段１０６ガス供給手段１０７ネジ１０８碍子１０９、１０９’ フランジ１１１差動排気部１１２アインツェルレンズ１１３イオンガイド１１４ゲート電極１１５３次元質量分析部１１６検出器１１７ケーブル１２２、１２３排気ポンプ１２４データ処理装置１２５高真空部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小泉英明東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2G045 AA25 BA01 BA11 BB02 CB07 DA54 DA80 FB05 FB20 HA06 HA14 JA07 5C038 GG08 GG13 GH05 HH28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】唾液の成分分析を行う唾液の分析方法に
おいて、イオン化源として、ソニックスプレーイオン化
法によるイオン化源を用い、質量分析計として、イオン
蓄積型の三次元４重極質量分析計、飛行時間型質量分析
計、または、これらを組み合わせて構成した質量分析計
を用い、唾液を含む被検査液を物質毎に分離することな
く、直接前記イオン化源によりイオン化した後、イオン
を質量分析計に導入することを特徴とする唾液の分析方
法。
【請求項２】前記被検査液は、イオン化をより促進さ
せるために揮発性の有機溶媒が加えられることを特徴と
する請求項１記載の唾液の分析方法。
【請求項３】唾液の成分分析を行う唾液の分析装置に
おいて、ソニックスプレーイオン化法を用いるイオン化
源と、イオン蓄積型の三次元４重極質量分析計、飛行時
間型質量分析計、または、これらを組み合わせて構成し
た質量分析計とを備え、唾液を含む被検査液を物質毎に
分離することなく、前記イオン化源によりイオン化した
後、イオンを質量分析計に導入することを特徴とする唾
液の分析装置。
【請求項４】前記イオン化源を構成するキャピラリー
付近に設けた電極と被検査液との間に電圧を印加し、被
検査液に電界を与えることにより、被検査液のイオン化
を促進する構成を備えたことを特徴とする請求項３記載
の唾液の分析装置。
【請求項５】前記質量分析計のイオン導入孔の前面
に、被試験液内に含まれる不純物を除去する手段を設け
たことを特徴とする請求項３または４記載の唾液の分析
装置。