JP2000304735A - クロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＩＭ測定による定量分析の精度を改善す
る。 【解決手段】 イオンセット内で同一のサンプリング時
間を設定して予備測定を行い（Ｓ３）、各目的成分の質
量数毎のマスクロマトグラムを取得する。各目的成分の
ピークを検出してピーク面積を計算し（Ｓ４）、各目的
成分毎にピーク面積とサンプリング時間との積が同一に
なるようにサンプリング時間を割り振る（Ｓ５）。その
結果、検出感度の高い成分に対しては相対的に短いサン
プリング時間が割り当てられる。このように最適化され
たサンプリング時間を設定して本測定を実行し（Ｓ
６）、その結果に基づき定量分析等の解析を行う（Ｓ
７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスクロマトグラ
フ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）、液体クロマトグラフ質
量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）などのクロマトグラフ質量分
析装置に関し、特に、質量分析装置として四重極型や磁
場収束型の質量分離器を備えた装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、質量分析装置は、試料分子を
イオン化するイオン源と、イオン源で生成された各種イ
オンを質量数毎に分離する質量分離器と、分離されたイ
オンを検出する検出器とを備えている。特に質量分離器
として四重極フィルタを用いる構成では、四重極フィル
タによって特定質量数を有するイオンのみを選択して検
出器に導入するようになっている。

【０００３】このような質量分析装置を含むＧＣ／ＭＳ
を用いた測定方法としては、いわゆるスキャン測定と、
ＳＩＭ（Selected Ion Monitering：選択イオンモニタ
リング）測定とが知られている。スキャン測定では、四
重極フィルタに印加する電圧を所定範囲内で連続的に変
化させることにより、所定範囲内に質量数を有する全て
のイオンが検出される。したがって、未知試料の定性分
析等、分析対象成分の質量数が不明である場合に有用で
ある。一方、ＳＩＭ測定では、四重極フィルタへの印加
電圧を段階的に変化させることにより、予め指定された
複数の特定質量数を有するイオンのみが選択的に時分割
で検出される。したがって、分析対象の物質が既知で、
その物質の定量分析を高感度で行う場合に有用である。

【０００４】以下、従来のＳＩＭ測定法を図６を参照し
て説明する。ここでは、それぞれＭ1、Ｍ2、Ｍ3、…、
Ｍn（Ｍ1＜Ｍ2＜Ｍ3＜、…、＜Ｍn）なる質量数を有す
るｎ種類の目的成分のイオンをＳＩＭ測定により検出す
る場合を考える。ＳＩＭ測定では、一般に、一連の時分
割連続検出の時間幅を決めるインターバルＴが使用者に
より入力設定されるか、又は予め定められたインターバ
ルＴが利用される。このインターバルＴ期間内にｎ種類
の目的成分のイオンの検出を行う必要があるから、次式
(1)により各目的成分に対するサンプリング時間ｔ0が決
められる（図６（ａ）参照）。 ｔ0＝Ｔ／ｎ …(1)

【０００５】測定に際しては、図６（ｂ）に示すように
各質量数に対応する印加電圧値が設定され、最も低い電
圧値（この例ではＶ1）から最も高い電圧値（この例で
はＶn）へサンプリング時間ｔ0毎に段階的に電圧が変化
される。例えば四重極フィルタへ電圧Ｖ1が印加されて
いる期間には、その印加電圧Ｖ1に応じた質量数Ｍ1を有
するイオンのみが四重極フィルタを通り抜けて検出器に
到達する。このような段階的電圧制御により１回のイン
ターバル測定を終了したならば、電圧値を最も低い電圧
に戻し、再び同様の電圧制御を実行しつつイオンの検出
を行う。このような測定を複数回繰り返すことにより、
各目的成分毎にサンプリング時間ｔ0内に検出されたイ
オン強度信号を積算することができるから、イオンの検
出感度を高めることができる。

【０００６】インターバルＴが一定である場合、上述の
ような一連の時分割測定の対象となる質量数の種類が多
いほど、１つの質量数に割り当てられるサンプリング時
間ｔ0は短くなる。サンプリング時間ｔ0が短いほど、そ
の期間中に検出器に到達するイオン数が少なくなりＳ／
Ｎ比が劣化する。そこで、一般には、上記一連の測定
（これを「イオンセット」という）に含まれる質量数の
個数を適宜の数に制限し、複数のイオンセットを用意す
ることによって多数の質量数の検出を行えるようにして
いる。ＧＣ／ＭＳでは複数の分析対象物質は時間的にず
れて質量分析装置に導入されるから、その分析対象物質
に応じて異なるイオンセットでＳＩＭ測定を行うように
設定しておけばよい。

【０００７】例えば、市販の或る種のＧＣ／ＭＳでは、
最大イオンセット数が３２、１つのイオンセットで測定
可能な質量数（これを「チャンネル」という）の最大個
数が３２となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の質
量分析装置では、１つのイオンセット内におけるサンプ
リング時間ｔ0はどのチャンネルに対しても同一であ
る。しかしながら、各質量数に対応する目的成分のイオ
ン強度信号のＳＮ比は、イオン化効率の相違などの要因
によって大きく異なることがよくある。それら複数の目
的成分で構成される物質の定量分析を行うには、一部の
目的成分のＳＮ比が良好であったとしてもあまり意味が
なく、全体のＳＮ比が良好でなければならない。

【０００９】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、ＳＩＭ測定を
利用して、より高精度の分析が可能であるクロマトグラ
フ質量分析装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、異なる質量数を有する複数の目的
成分のイオンを所定時間内で順次検出する選択イオンモ
ニタリング測定を実行するクロマトグラフ質量分析装置
において、 a)同一サンプリング時間でもって上記複数の目的成分に
対する測定を実行し、その結果得られるクロマトグラム
中で各目的成分に対するピークを取得する予備測定実行
手段と、 b)予備測定により取得された各ピークの高さ又は面積を
算出するピーク処理手段と、 c)該ピーク処理手段により得られた目的成分の各ピーク
の高さ又は面積に応じて、そのピークの高さ又は面積が
小さいほどサンプリング時間が長くなるように前記所定
時間内で各サンプリング時間を分配する時間割当手段
と、 d)該時間割当手段により決められたサンプリング時間で
もって上記複数の目的成分に対する測定を実行する測定
実行手段と、を備えることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係るクロマトグラフ質量
分析装置では、予備測定実行手段は、少なくとも上記目
的成分の全てが含まれるようにＳＩＭ測定又はスキャン
測定を実行して、複数の目的成分のピークが現れている
クロマトグラムを取得する。他のピークが含まれている
場合には、目的成分を抽出可能なピークテーブルを用い
てピーク検出を行い、目的成分に対応するピークのみを
選択すればよい。ここで取得されたピークの高さ又は面
積が大きいほど、その質量数を有するイオンの数が多い
（厳密には単位時間当たりに検出器に到達するイオンの
数が多い）ものと判断することができる。複数の目的成
分の検出感度を揃えるには、単位時間当たりの到達イオ
ン数が多いものに対してはサンプリング時間を相対的に
短くし、逆に単位時間当たりの到達イオン数が少ないも
のに対してはサンプリング時間を相対的に長くすればよ
い。そこで、時間割当て手段はこのような原則に基づい
て所定時間を最適に分割して、各目的成分毎にサンプリ
ング時間を割り振り、その最適化されたサンプリング時
間に基づいて本来の測定を実行する。

【００１２】

【発明の効果】したがって、本発明に係るクロマトグラ
フ質量分析装置によれば、例えばイオン化効率やその他
の要因で検出器へのイオンの到達効率の異なる成分が目
的成分である場合でも、各サンプリング時間をそれぞれ
最適化して検出感度をほぼ均一化することができる。そ
れにより、このような測定結果に基づいて定量分析を行
う際に分析精度や感度が改善され、より微量な物質の分
析が可能となる。勿論、上述のような最適化処理はコン
ピュータを利用して自動的に行われるため、使用者の手
を何ら煩わせることもない。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳを図１〜
図５を参照しながら説明する。図１は、このＧＣ／ＭＳ
の全体構成図である。ＧＣ部１において、カラムオーブ
ン４に内装されているカラム３の入口端には試料気化室
２が設けられており、試料気化室２に注入された試料液
は瞬時の間に気化しキャリアガスに乗ってカラム３内に
導入される。気化試料がカラム３を通過する間に、該試
料に含まれる各種成分は時間方向に分離されてカラム３
出口端に到達する。通過の遅い成分の速度を速めるため
に、カラムオーブン４は所定の昇温プログラムに従って
カラム３を加熱する。

【００１４】ＭＳ部５では、真空排気される分析室６内
部に、イオン源７、イオンレンズ８、四重極フィルタ
９、検出器１０などが配設されている。カラム３の出口
端はイオン源７に接続されており、カラム３から順次流
出する成分分子はイオン源７にて電子との衝突や化学反
応などによってイオン化される。発生したイオンはイオ
ン源７から飛び出し、イオンレンズ８により収束される
と共に適度に加速され、四重極フィルタ９の長手方向の
空間に導入される。

【００１５】四重極フィルタ９は中心軸の周囲に対称に
配設された４本のロッド電極を有して成り、その４本の
ロッド電極のうちの対向する２本の電極には直流電圧と
高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、他の２本の対
向する電極には位相が反転した直流電圧と高周波電圧と
を重畳した電圧が印加される。そして、その印加電圧に
応じた質量数を有するイオンのみが選択的に通過して検
出器１０に到達する。四重極フィルタ９を通過するイオ
ンの質量数は上記印加電圧に依存しているから、電圧発
生部１１から供給する電圧を適宜に設定することによ
り、所定の質量数を有する目的成分のイオンのみを検出
器１０に導入して、該イオンの数に対応する強度信号を
検出器１０において得ることができる。

【００１６】データ処理部１３及び制御部１４は例えば
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１２を中心に構成され
ており、入力部１５や表示部１６が接続されている。デ
ータ処理部１３は検出器１０からの強度信号データを順
次蓄積し、所定の解析処理を実行することにより定性分
析や定量分析を行う。その分析結果は表示部１６に出力
される。一方、制御部１４は電圧発生部１１のほか各部
の動作を制御するが、図１中での煩雑さを避けるため信
号線は省略している。

【００１７】本発明に係る質量分析装置は特定の質量数
を有する目的成分の測定を行うＳＩＭ測定時の動作に特
徴を持つ。以下の、このＳＩＭ測定時の動作に関して、
図２のフローチャートに沿って説明する。

【００１８】まず、使用者により、入力部１５を介し
て、目的成分のピークの質量数及び保持時間が入力され
る。このように入力されたパラメータは定量ピークテー
ブルとして、データ処理部１３のメモリに格納される
（ステップＳ１）。次いで、ＭＳ部５におけるＳＩＭ測
定のためのデータ処理条件として、イオンセットとイオ
ンセットに含まれる質量数、及びそのイオンセットにお
けるインターバルが入力される（ステップＳ２）。ここ
では、一例としてイオンセットは１つで、それに含まれ
る質量数がＭ1、Ｍ2、Ｍ3、…、Ｍn のｎ個であるもの
とし、インターバルがＴであるとする。

【００１９】測定の実行開始が指示されると、制御部１
４はまず予備測定を実行する（ステップＳ３）。このと
きには、各質量数のサンプリング時間は同一とする。具
体的には、例えば既述のように、設定されたインターバ
ル時間Ｔを目的成分数ｎで除することによりサンプリン
グ時間ｔ0を算出し、このサンプリング時間ｔ0でもって
ＳＩＭ測定を行う。図３は、こような予備測定の結果と
して得られるマスクロマトグラム（厳密にはマスフラグ
メントグラム）の一例を示す図であって、質量数Ｍ1、
Ｍ2の２つのみを描出したものである。図３に示すよう
に、目的成分を含む物質がＭＳ部５に導入される時点
（つまり保持時間ｔ1）の前後に、各目的成分のピーク
が現れる。

【００２０】なお、上記予備測定は、目的成分の質量数
を有するイオンを検出できさえすればよいから、目的成
分のみを検出対象としたＳＩＭ測定ではなく、目的成分
の質量数を全て含むような質量範囲を設定したスキャン
測定によるものであってもよい。

【００２１】データ処理部１３では、上記マスクロマト
グラムにおいて、定量ピークテーブルを参照して目的成
分のピークが検出される。すなわち、ピーク検出の条件
としては、例えばカーブの傾きが所定値以上となった点
をピークの開始点とし、その傾きが零から更に負の値と
なり、その絶対値が所定値以下になった点をピークの終
了点とすることによりピークを検出することができる。
そして、定量ピークテーブルを参照することにより、所
望のピークを探す。

【００２２】このようにして全ての目的成分のピークが
検出された後に、各ピークのピーク面積が計算される
（ステップＳ４）。なお、ピーク面積の代わりにピーク
トップの高さを用いてもよい。ここでは、このイオンセ
ットに含まれるｎ個の各ピークのピーク面積がＡ1、Ａ
2、Ａ3、…Ａn、であるものとする。このときのピーク
面積は各目的成分の検出感度を表しているものとみるこ
とができる。例えば、図３の例では、質量数Ｍ1の目的
成分のピーク面積Ａ1は質量数Ｍ2の目的成分のピーク面
積Ａ2よりも大きいので、検出感度が高いものと判断で
きる。

【００２３】次に、各目的成分に対する検出感度が揃う
ように、次式(2)によって各サンプリング時間が計算さ
れる。 ｔm＝Ｔ×（１／Ａm）／｛（１／Ａ1）＋（１／Ａ2）＋…＋（１／Ａn）｝ …(2) ここでｍは１〜ｎ すなわち、上記(2)式の意味は、各目的成分毎にピーク
面積Ａmとサンプリング時間ｔmの積が一定になるように
各サンプリング時間ｔmを割り振るものである。したが
って、ピーク面積が小さいほどサンプリング時間は相対
的に長くなる（ステップＳ５）。

【００２４】このようにしてサンプリング時間が決めら
れた後、先の同一サンプリング時間ｔ0に替えてサンプ
リング時間ｔmが設定され、本測定が実行される（ステ
ップＳ６）。図４は、上述したようにサンプリング時間
を最適化した後の時間分配と四重極フィルタへの印加電
圧の状態とを示す図であって、図６に対応するものであ
る。この本測定時には、図４に示したように予備測定時
にピーク面積が大きかった目的成分のサンプリング時間
は短くなるので、その目的成分のイオン強度は下がる。
その結果、例えば目的成分の質量数のマスクロマトグラ
ムは図５に示すようになる。このような検出感度の揃っ
たマスクロマトグラムが取得されたならば、このマスク
ロマトグラムを解析処理することにより定量分析等の所
望の分析が行われる（ステップＳ７）。

【００２５】なお、最適なサンプリング時間を決定する
ための方法は上記実施例の(2)式を用いる方法に限るも
のでなく、他の方法でもよい。また、複数のイオンセッ
トを用いる場合には、各イオンセット毎に上述のような
最適サンプリング時間を算出する処理を実行すればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるＧＣ／ＭＳの全体構
成図。

【図２】 本実施例におけるＳＩＭ測定の手順を示すフ
ローチャート。

【図３】 予備測定時に得られるマスクロマトグラムの
一例を示す図。

【図４】 サンプリング時間を最適化した後の時間分配
と印加電圧の状態とを示す図。

【図５】 本実施例の本測定時に得られるマスクロマト
グラムの一例を示す図。

【図６】 同一サンプリング時間での時間分配と印加電
圧の状態とを示す図。

【符号の説明】 １…ＧＣ部 ５…ＭＳ部 ６…分析室 ７…イオン源 ８…イオンレンズ ９…四重極フィルタ １０…検出器 １１…電圧発生部 １３…データ処理部 １４…制御部 １５…入力部 １６…表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 49/26 Ｈ０１Ｊ 49/26

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる質量数を有する複数の目的成分の
   イオンを所定時間内で順次検出する選択イオンモニタリ
   ング測定を実行するクロマトグラフ質量分析装置におい
   て、 a)同一サンプリング時間でもって上記複数の目的成分に
   対する測定を実行し、その結果得られるクロマトグラム
   中で各目的成分に対するピークを取得する予備測定実行
   手段と、 b)予備測定により取得された各ピークの高さ又は面積を
   算出するピーク処理手段と、 c)該ピーク処理手段により得られた目的成分の各ピーク
   の高さ又は面積に応じて、そのピークの高さ又は面積が
   小さいほどサンプリング時間が長くなるように前記所定
   時間内で各サンプリング時間を分配する時間割当手段
   と、 d)該時間割当手段により決められたサンプリング時間で
   もって上記複数の目的成分に対する測定を実行する測定
   実行手段と、 を備えることを特徴とするクロマトグラフ質量分析装
   置。