JP2002184348A

JP2002184348A - イオントラップ質量分析方法

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Publication number: JP2002184348A
Application number: JP34283599A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kato; 義昭加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2002-06-28
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: US6590203B2; JP3756365B2; US20020027195A1

Abstract

(57)【要約】【課題】イオントラップ質量分析計を用いた有機化合物
の分析において、高感度で高信頼性の定量分析を達成す
る。【解決手段】同位体ピークを含む広質量範囲のイオンを
単離した後、複数のイオンを同時に衝突誘起解離を行
う。娘イオンマススペクトルを得る。得られる娘イオン
の同位元体ピークのイオン電流値を積算する。娘イオン
の同位体パターンと計算値を比較する事により、分析の
良否判定を行う事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオントラップ質量
分析計による質量分析方法に係り、特に測定感度を向上
させるとともに測定が正しく行われたか否かを判断でき
る手段を提供する質量分析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、多くの化学物質が環境を汚染し大
きな社会問題になってきている。特に、ダイオキシンの
環境中の挙動を知る事は緊急な案件となってきた。ダイ
オキシン類はジオキシン骨格の水素原子が塩素原子に置
換されたもので多くの異性体が存在する。ダイオキシン
類の中で特に２，３，７，８位の水素が塩素に置換され
た四塩化ダイオキシン（２，３，７，８−ＴＣＤＤ）が
発癌性，毒性等の点で最強のもので、環境中への拡散が
懸念されている。ダイオキシン類等の環境汚染物質は非
常に複雑な系の中に極微量しか存在しない。ダイオキシ
ン類の環境への拡散の抑制のためには、ごく微量のダイ
オキシン類の高感度分析が必要である。これら物質の分
析には、非常に複雑で手間と時間を必要とする前処理が
必要である。さらに、これら物質の分析は高感度で、妨
害物質から分析対象物質を識別できる高い選択性が要求
される。そのため、質量分析計の前段に分離手段である
ガスクロマトグラフが配置したガスクロマトグラフ直結
質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）が広く用いられている。

【０００３】イオントラップ質量分析計は、米国特許2,
939,952号や日本特許第1,321,036号や公告番号特公平8
−21365号に記載されている。

【０００４】質量分析領域から分析対象イオンの損失を
防ぐことを目的とした質量分析計が特開平10−213566号
公報に記載されている。

【０００５】本発明で述べるダイオキシン類とはポリ塩
化ジベンゾ−ｐ−ジオキシン（ＰＣＤＤｓ）とポリ塩化
ジベンゾフラン（ＰＣＤＦｓ）の総称として用いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ダイオキシン類の分析
の際の最大の問題点は、妨害物質（例えば、ＰＣＢやＤ
ＤＴなどの塩素系農薬など）が複雑な前処理によっても
取り除けずに試料中に多数存在する事である。これら妨
害物質は、ガスクロマトグラフのキャピラリカラムでも
分離できず、ダイオキシンと同じ保持時間に試料成分
（ダイオキシン類）に重畳して溶出し質量分析計で検出
される。この妨害物を一般に化学ノイズと呼んでいる。
化学ノイズがマススペクトルの全質量範囲に渡り出現
し、微量のダイオキシンの信号を識別不可能にする。ダ
イオキシンの分子量領域を拡大して観察すると図５の上
段のようなマススペクトルが得られる。ダイオキシンの
信号に化学ノイズが重畳している。イオントラップ質量
分析計の分解能ではこれら化学ノイズとダイオキシンの
信号を識別できない。このマススペクトルにおいて、化
学ノイズは白抜き、ダイオキシンの信号は塗りつぶしの
棒グラフで示す。化学ノイズは試料毎，分析毎に異なる
ため、化学ノイズが存在する限り、ダイオキシンの分析
は不確実なものになる。この化学ノイズとダイオキシン
を識別するために、大型の磁場，電場を用いた高分解能
二重収束質量分析計が使われている。この高分解能二重
収束質量分析計はＰＣＢやＤＤＴとダイオキシンのわず
かな質量差を基に分離検出するものである。高分解能二
重収束質量分析計は非常に高価であり、操作は複雑で多
くの経験を必要とする。

【０００７】高分解能二重収束質量分析計による測定の
他、短時間でより多くの試料を測定するため、また簡便
に分析するため小型の質量分析計ＱＭＳ，イオントラッ
プ質量分析計による分析が試みられてきた。

【０００８】試料、例えばダイオキシンは化学的に非常
に安定な化合物であるが、ＭＳ／ＭＳ手法を用いてダイ
オキシン類のＣＩＤを行うと、非常に特徴的な解裂を与
える。前駆イオンの質量をＭとすると、分子イオンＭ^＋
からＣＯＣｌが脱離した（Ｍ−ＣＯＣｌ）^＋のイオン即
ち質量（Ｍ−６３）の娘イオンが生成する。これはＰＣ
ＤＤ，ＰＣＤＦのダイオキシン類の特徴的な解裂パター
ンである。先ず、前駆イオンとしてのＭを特定し単離し
た後、ＣＩＤにより（Ｍ−６３）の娘イオンの生成，検
出を行う事により、ダイオキシンの存在が確実になる。
このＭＳ／ＭＳ法を用いるなら、化学ノイズとダイオキ
シンの信号を明確に識別可能になる。イオントラップ質
量分析計の分解能が不十分でも、ＭＳ／ＭＳ法により選
択性を一挙に高める事ができる。

【０００９】このＭＳ／ＭＳ法は上述のような高い識別
能力がある反面、以下のような問題がある。ＭＳ／ＭＳ
の過程には、前駆イオンの単離と衝突誘起解離（ＣＩ
Ｄ）と、さらに質量分析が必要である。前駆イオンの単
離のステップで、目的の前駆イオンの損失は一切なかっ
たのか、前駆イオンの単離が完全に行われたか（単一の
質量のイオンのみがイオントラップ空間に残ったのか。
他の質量のイオンが一緒に残っていないか。）測定者は
判断しなければならない。しかし、従来のＭＳ／ＭＳ手
法では前駆イオンの単離の段階での損失の有無や単離の
程度を判断できる情報を一切提供していない。当然装置
の条件により単離の状況が変化しても、測定者は測定中
も後にも気付くことはできない。そのため、日々同一条
件を作る事すら困難である。

【００１０】ＣＩＤは励起された前駆イオンがＨｅガス
原子との衝突により励起され解裂するものである。その
ため、ＣＩＤは一種の化学反応である。この化学反応が
どの程度の効率で行われたか否かを常に把握できなけれ
ば、正確な定量分析はできない。しかし、従来のＭＳ／
ＭＳ法では、事前に標準物質の測定を行う以外に、ＣＩ
Ｄの効率を把握する事は極めて困難である。

【００１１】前駆物質の単離，ＣＩＤの効率の問題点を
少しでも改善するために、内部標準物質が用いられる。
一般に、化学構造が大きく異なる化合物を標準物質とし
て使用できないから、安定同位体を含む化合物が用いら
れる。例えばＴＣＤＤの場合ダイオキシン骨格の炭素を
全て^１３Ｃに置き換えた化合物を用いる。この場合試料
のＴＣＤＤと^１３Ｃ−ＴＣＤＤの質量差は１２となる。
先ず試料のＴＣＤＤのＭＳ／ＭＳに引き続いて内部標準
物質の^１３Ｃ−ＴＣＤＤのＭＳ／ＭＳの測定を行う。ダ
イオキシン類の内で毒性の高い化合物は塩素４個以上の
異生体である。そのため、毒性の高いダイオキシンだけ
でも５つの質量の異なる異生体が存在する。これに内部
標準物質の５つを加えて、実際のダイオキシン分析の際
には１０個の前駆イオンのＭＳ／ＭＳ測定が必要であ
る。一回のＭＳ／ＭＳ測定には、０.２秒程度必要であ
る。そのため、１０回のＭＳ／ＭＳを直列的に行えば一
周期２秒程度必要である。定量分析には一成分のクロマ
トピークを最低１０点以上サンプリングする必要があ
る。一周期２秒では、一成分の１０点のサンプリングに
２０秒必要である。ＧＣクロマトグラムではダイオキシ
ンピークが５秒程度で溶出することから、これでは正確
な定量分析ができない。逆に一周期０.５秒以内の測定
周期が必要である。さらに、詳細な分析のためには更な
る内部標準物質の測定が必要である。これは測定周期が
延びるのみで、精度ある定量分析はほど遠くなる。図８
にＴＣＤＤと内部標準物質の従来のＭＳ／ＭＳ法のステ
ップを示す。（１）でイオン化により、ＴＣＤＤ，内部
標準物質は一緒にイオン化される。次の（２）において
内部標準物質の特定イオン（ｍ／ｚ３３２等）を前駆イ
オンとして単離する。（３）ＣＩＤによりｍ／ｚ３３２
を解離させ、娘イオン（ｍ／ｚ２６８）を得る。質量ス
ペクトルから娘イオンの電流値を計測する。次に試料
（ＴＣＤＤ）の測定ステップに移る。（４）にてイオン
化を行い、試料（ＴＣＤＤ）と内部標準物質をイオン化
する。ＴＣＤＤのイオンの中から前駆イオン（ｍ／ｚ３
２０等）を選び単離する（５）。単離されたＴＣＤＤの
前駆イオン（ｍ／ｚ３２０）をＣＩＤで解離する。娘イ
オン（ｍ／ｚ２５７）を得る（６）。（１）から（６）
を繰り返えす。ダイオキシンの塩素４から８個の異性体
を全て測定する場合はこのステップを更に５回繰り返す
必要がある。

【００１２】このように従来のＭＳ／ＭＳ法を用いた定
量分析は、測定対象を増やせず、測定時間が延びる。ま
た、ＭＳ／ＭＳ法が正しく行われたか否かの判定ができ
ないなどの欠点を有していた。

【００１３】本発明の目的はかかるＭＳ／ＭＳ法の欠点
を克服し、ダイオキシンなどの試料について高感度で信
頼性の高い質量分析を達成しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の問題を
解決するため、以下のステップで測定を行う。

【００１５】イオントラップ質量分析計による試料の質
量分析方法であって、前記前駆イオンは２質量以上の質
量範囲のイオンであり、この質量範囲に含まれる前駆イ
オンの衝突誘起解離を行い、生成した娘イオンの電流値
を検出するようにした。

【００１６】本発明は、具体的には次に掲げる方法を提
供する。

【００１７】本発明は、質量対電荷比が所定の質量範囲
内にあるイオンをトラップするように構成された三次元
四重極電界を有するイオントラップ空間を形成し、前記
トラップ空間の中でイオンを生成するかまたは外部から
イオンを注入して前記質量対電荷比が所定の範囲内にあ
るイオンを前記イオントラップ空間の中にトラップし、
前駆イオンをイオントラップ空間に残しそれ以外のイオ
ンを除去し、トラップした前駆イオンの衝突誘起解離を
行い、娘イオンを生成してイオントラップ空間にトラッ
プし、四重極電界を変化させ娘イオンのイオン電流を検
出する質量分析方法において、２質量以上の質量範囲の
前駆イオンをイオントラップ空間に残し、この質量範囲
に含まれる異なる質量の前駆イオンの衝突誘起解離を行
う質量分析方法を提供する。

【００１８】本発明は、更に衝突誘起解離は、イオント
ラップ空間に残した前駆イオンの質量範囲の最小質量と
最大質量のイオンの固有振動数に対応した帯域の周波数
を含む補助交流をエンドキャップ電極間に印加して行う
質量分析方法を提供する。

【００１９】本発明は、更にイオントラップ空間に残す
前駆イオンの質量範囲は前駆イオンの同位体パターンで
５％以上の強度を示すイオンを含む質量範囲である質量
分析方法を提供する。

【００２０】本発明は、更にイオントラップ空間に残す
前駆イオンの質量範囲は前駆イオンの同位体パターンで
１０％以上の強度を示すイオンを含む質量範囲である質
量分析方法を提供する。

【００２１】本発明は、更にイオントラップ空間に残す
前駆イオンの質量範囲は測定対象の前駆イオンと内部標
準物質の前駆イオンを含む質量範囲である質量分析方法
を提供する。

【００２２】本発明は、更に検出された複数の娘イオン
のイオン電流値を積算して定量分析する質量分析方法を
提供する。

【００２３】本発明は、更に検出された複数の娘イオン
のイオン電流値から個別に定量分析を行い、その結果を
比較して測定の判定を行う質量分析方法を提供する。

【００２４】本発明は、更に検出された複数の娘イオン
のイオン電流値から同位体比を求め、これがあらかじめ
定めた同位体比と比較する事により測定の良否の判定を
行う質量分析方法を提供する。

【００２５】本発明は、質量対電荷比が所定の質量範囲
内にあるイオンをトラップするように構成された三次元
四重極電界を有するイオントラップ空間を形成し、前記
トラップ空間の中でイオンを生成するかまたは外部から
イオンを注入して前記質量対電荷比が所定の範囲内にあ
るイオンを前記イオントラップ空間の中にトラップし、
前駆イオンをイオントラップ空間に残しそれ以外のイオ
ンを除去し、トラップした前駆イオンの衝突誘起解離を
行い、娘イオンを生成してイオントラップ空間にトラッ
プし、その後、四重極電界を変化させ娘イオンのイオン
電流を検出する質量分析方法において、ｍ／ｚ３２０か
ら３２４のイオンをイオントラップ内に残し、これらの
イオンを衝突誘起解離を行い、ｍ／ｚ２５７から２６１
の娘イオンを生成してダイオキシンの質量分析を行う質
量分析方法を提供する。

【００２６】本発明は、更にｍ／ｚ３２０から３２４の
イオンは、ｍ／ｚ３２０，３２２および３２４であり、
それらの娘イオンはｍ／ｚ２５７，２５９および２６１
である質量分析方法を提供する。

【００２７】本発明は、更にダイオキシンの娘イオンｍ
／ｚ２５７，２５９および２６１のイオン電流値を積算
し、これと内部標準物質の娘イオンのｍ／ｚ２６８，２
７０および２７２のイオン電流値積算値の比を求め、ダ
イオキシンの定量を行う質量分析方法を提供する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施例を
図面に基づいて説明する。

【００２９】イオントラップ質量分析計は、図１に示す
ような一つのリング電極７と２つのエンドキャップ電極
６，８で構成される。リング電極７に主高周波電源（主
ＲＦ電源）１５から主高周波を印加すると、所定の質量
範囲のイオンを捕捉できる三次元四重極電界がイオント
ラップ空間９内に形成される。このイオントラップ空間
９の中にフィラメント電源１を電源として、フィラメン
ト２から放出された電子４を注入して試料分子をイオン
化したり、イオンを外部より注入すると、所定の質量範
囲のイオンはイオントラップ空間９内に安定にトラップ
される。次に主高周波の電圧を掃引するとトラップされ
たイオン１０は、質量の順に不安定となり、イオントラ
ップ空間９から順次排出される。排出されたイオン１１
は検出器１２により検出されマススペクトルを与える。
このイオン化から検出までの手順を繰り返し質量分析を
行う。

【００３０】イオントラップ質量分析計は、上記測定手
順にＭＳ／ＭＳのステップを加えると、公告番号特公平
8−21365号に示したようなＭＳ／ＭＳの分析が可能であ
る。

【００３１】ＭＳ／ＭＳ測定は、イオン化によりイオン
トラップ空間9内に所定の質量範囲のイオンを捕捉した
後、分析対象のイオン(前駆イオン）を選びだし(単
離）、次にこのイオンを共鳴励起し、その結果化学結合
が解裂した娘イオンを得る手法である。この手法は前駆
イオンの構造情報を得るための良く用いられる。また、
前駆イオンの単離，励起解裂，娘イオンの選択検出と多
くのステップ、即ち多くの信号フィルタを通した事にな
り、化学ノイズを著しく軽減できる手法でもある。

【００３２】試料溶液はガスクロマトグラフ２３の注入
口３１に注入され、気化の後キャリアガスのＨｅにより
キャピラリカラム３２に送られる。ここで試料ガスは、
カラム内面に塗られた液相と気体（Ｈｅ）との分配の違
いにより、成分毎に分離される。分離された試料成分
は、試料ガスガイドパイプ１６を経て真空排気された容
器内に収められたイオントラップ質量分析計３３に送ら
れる。イオントラップ質量分析計３３は、フィラメント
２や電子ゲート（電極）５，エンドキャップ電極６，リ
ング電極７，エンドキャップ電極８，検出器１２，直流
増幅器１３，主ＲＦ電源１５，データ処理装置１４等で
構成される。回転放物面を持つリング電極７と、この回
転対称軸の両面から隣接する２つのエンドキャップ電極
６，８はイオントラップ質量分析計の心臓部をなすもの
である。エンドキャップ電極６，８とリング電極７の間
には主高周波が印加される。その結果、３つの電極に囲
われた空間（イオントラップ空間）９には、イオンをこ
の空間９内にトラップする四重極高周波電界が生成す
る。補助高周波電源（補助ＲＦ電源）２１から電圧０か
ら１０Ｖ程度の補助高周波がトランス１９で経てエンド
キャップ電極６，８に、補助高周波が印加される。

【００３３】イオントラップ質量分析計は、時間経過に
従いいくつかの段階（モード）に分割して動作する。一
つのマススペクトルを得る一周期は０.１秒から数秒程
度である。

【００３４】主ＲＦ電源１５や電子ゲート電源１８等は
データ処理装置１４より信号ライン２２，２０を通じて
制御される。

【００３５】エンドキャップ電極６の外側に配置された
フィラメント２とその周囲を囲うグリッド電極３は電子
加速電源１７から供給される−１５Ｖの電圧が印加され
ている。電子ゲート５はフィラメント２とエンドキャッ
プ電極６の間に置かれ、電子ゲート電源１８から供給さ
れた＋２００Ｖ(−２００Ｖ)程度の電圧が印加される。
フィラメント２から放出された熱電子４は、電子ゲート
電極５とフィラメント２間の電位により加速され、エン
ドキャップの中心に開けられた細孔から、イオントラッ
プ空間９内に導入される。熱電子はここで、ガスクロマ
トグラフ（ＧＣ）２３などから試料ガスガイドパイプ１
６を経て導入された試料ガスと衝突し、試料ガス分子を
イオン化する。生成したイオンはイオントラップ空間９
内に安定なイオン軌道１０を作りトラップされる。イオ
ン化の間(１０μ秒から０.１秒程度)電子はイオントラ
ップ空間９に導入されイオン化を継続し、イオンの蓄積
を行う。

【００３６】比較のため、図７にダイオキシンのＭＳ／
ＭＳによる従来の分析例を示す。ダイオキシンのマスス
ペクトルは図７の上段に示すように多くの化学ノイズが
重畳したものとなる。ＴＣＤＤの場合分子イオンがｍ／
ｚ３２０から３２６までに広い質量領域に現れる。これ
は塩素の同位体に由来するパターンである。まず、前駆
イオンをｍ／ｚ３２０と定め、単離する。図７の中段の
ようにｍ／ｚ３２０以外のイオンが排除される。このｍ
／ｚ３２０を励起して解裂させると、図７の下段のよう
な娘イオンマススペクトルが得られる。ｍ／ｚ２５７に
娘イオンが単独で出現する。この娘イオンの電流値を測
定して、ＴＣＤＤの定量測定を行う事ができる。

【００３７】図１に示すように、イオントラップ質量分
析計３３内のイオントラップ空間９にトラップされたイ
オン１０はイオンの質量に対応した固有振動数（secula
r motion）ωで振動しながら、安定にトラップされる。
固有振動数ωは（１）式から求めることができる。

【００３８】 ω＝βΩ／２（１）ここでΩはリング電極に印加する主高周波の振動数であ
り、βは質量に依存する定数である。イオントラップに
トラップできる最小の質量のイオンの場合、β＝１とな
り、最大の質量のイオンの場合、β＝０となる。即ちβ
は０から１の値を取る。もし、リング電極７に印加する
主高周波の周波数を１ＭＨｚとすると、（１）式からω
は０から５００ｋＨｚの値を得る。質量の小さいイオン
は高い振動数で振動し、大きな質量のイオンは低い周波
数で（ゆっくりと）振動する。

【００３９】いま、補助交流電源２１からトランス１９
を経て２つのエンドキャップ電極６，８間に、補助交流
を印加すると、イオントラップ空間９内に二重極（ダイ
ポール）電界が発生する。この二重極電界の振動数とイ
オンの固有振動数が一致するとイオンは共鳴状態とな
り、二重極電界からエネルギを吸収しイオンの固有振動
の振幅が急激に大きくなる。イオンはイオントラップ空
間内を満たした０.１Ｐａ程度の圧力のＨｅガス（バッ
ファガス）原子と衝突し、その運動エネルギーの一部を
失う。繰り返し共鳴，衝突を繰り返す過程で、運動エネ
ルギの一部がイオンの内部エネルギに転換蓄積される。
内部エネルギが上昇して、イオン内の原子間の結合エネ
ルギを上回るようになるとイオンは解裂し、質量の小さ
なフラグメントイオン（娘イオンまたは生成物イオンと
言う）になる。この過程が衝突誘起解離（Collision In
duced Dissociation ＣＩＤ）と呼ばれるものである。
ＣＩＤのため、エンドキャップ電極に印加する補助交流
電圧の電圧は０.５Ｖから１.５Ｖ程度である。この補助
交流電圧を３Ｖ以上にするとイオンは共鳴励起されてそ
の軌道がイオントラップ空間を超えるものとなり、イオ
ンはエンドキャップ電極６，８の内壁面に衝突したり、
エンドキャップ電極６，８の中央の孔からイオントラッ
プ外に排出される。

【００４０】図２に本発明の動作シーケンス図を示す。
図３に本発明の流れ図を示す。これらの図に基づいて本
発明の分析方法を説明する。

【００４１】イオントラップの質量分析は、時間経過に
従い測定モードを次々に変えながら進行する。

【００４２】（１）イオン化ステップ（ｔ_０からｔ_１，
ｔ_５からｔ_６…）電子ゲート５に＋２００Ｖが印加され、イオン化が開始
される。この時主高周波電圧は低い電圧が設定されてい
る。これにより、イオントラップ空間９に、広質量範囲
のイオンを蓄積できる。図６に示すように、多くの化学
ノイズの中にダイオキシンの信号は埋れている。

【００４３】（２）定められた質量範囲内の前駆イオン
の単離（ｔ_１からｔ_２，ｔ_６からｔ_７…）イオン化時間が終了し（ｔ_１となり）電子ゲート５には
−２００Ｖが印加され、電子がイオントラップ空間９に
侵入しないようにする。次に、特公平8−21365号に記載
されたような方法に従って四重極高周波電界を変化させ
て質量範囲のイオンをトラップ内に残留させる。即ち、
測定対象外の低質量，高質量のイオンはイオントラップ
外に排除される。

【００４４】イオンの単離には、エンドキャップに印加
する補助交流を用いて行う事もできる。すなわち、図１
０の上段（イ）図に示したようなノッチを持った広帯域
ノイズを補助交流として印加する。ここで、横軸は周波
数、縦軸は交流電圧を示している。広帯域ノイズは１ｋ
Ｈｚからω１まで、またω２から５００ｋＨｚまで連続
した周波数成分を含んでいる。逆に周波数ω１とω２の
間の交流成分は含まれない。補助交流の電圧は３から１
０Ｖ程度で良い。このノッチを含む広帯域ノイズをエン
ドキャップ電極に印加すると、ノッチω１とω２の間の
周波数に対応した固有振動数（secular motion）を持つ
イオン（質量ｍ１とｍ２との間）がイオントラップ内に
取り残される。それ以外のイオンは補助交流との共鳴に
より励起されイオントラップ外に排除される。

【００４５】例えば、ダイオキシンＴＣＤＤの場合、分
子量領域のイオンとして図６の上段，中段に示すように
ｍ／ｚ３２０から３２４までのイオンをイオントラップ
内に残すようにし、他のイオンは排除する。

【００４６】（３）衝突誘起解離（ＣＩＤ）（ｔ_２から
ｔ_３，ｔ_７からｔ_８…）つぎに、図１０の下段（ロ）図のようなノイズ成分の補
助交流を印加する。周波数ω１からω２の間の周波数成
分を有するノイズを印加する。（２）のノイズと逆にイ
オントラップ内に取の残されたイオンの固有振動数に対
応した広範囲補助交流を印加する事になる。トラップし
た最大の質量の固有振動数と最小の固有振動数の範囲の
周波数を含む補助交流を印加する。印加する補助交流電
圧は１.５Ｖ程度で良い。上述のＴＣＤＤの場合この補
助交流の照射によりダイオキシンの質量３２０から３２
４の範囲のイオンは一度に励起され娘イオンに解裂す
る。ＣＩＤの時間は数ｍ秒から数１０ｍ秒である。図６
の中段，下段に示したように、単離された広範囲の質量
のイオン（ｍ／ｚ３２０から３２４）は補助交流の照射
により一度に衝突誘起解離をうけ、娘イオンを生成す
る。

【００４７】（４）質量分析ＣＩＤの時間が終了すれば補助交流をｏｆｆとする。次
に、データ処理装置１４からの指示により主高周波電圧
が掃引を開始し、質量順に排出されるイオンを検出器１
２で検出する。イオン電流は直流増幅器１３を経てデー
タ処理装置１４に送られマススペクトルを収集する。こ
のマススペクトル収集は、日本特許第1,321,036号や特
公平8−21365号に示された方法で行えば良い。

【００４８】（５）リセット所定のマスレンジまたは掃引すれば、主高周波電源はリ
セットされ零となる。これにより、イオントラップ内に
残っていた、イオンは全て排除される。二回目のスキャ
ンとなり、（１）に戻り再びイオン化が開始される。こ
の繰り返しを行いマススペクトルを取得する。

【００４９】ＣＩＤのステップでホワイトノイズの補助
交流の印加により、図５の上段のように化学ノイズに埋
もれたダイオキシンのマススペクトルは、図５下段のよ
うなノイズの少ない娘イオンマススペクトルになる。こ
こで分子イオンの同位体ピーク全て同時にＣＩＤをおこ
なった場合、生成する娘イオンは同位体に対応した同位
体パターンを示す事である。ＴＣＤＤは分子内にＣｌ原
子４個を持つことからこの分子イオンは図６の中段のよ
うに２質量毎に３：４：２の強度比を示す。娘イオンは
分子イオンからＣＯＣｌ脱離したイオンであるから、分
子内の塩素のイオンは３個である。そのため、この娘イ
オンは図６の下段に示したように２質量毎に３：３：１
の同位体比を示す。

【００５０】ダイオキシンのように同位体パターンが広
質量範囲に分布する化合物をＣＩＤする場合、図７に示
したように一質量のイオンを文字どおり単離すると、他
の同位体ピークの情報を廃棄する事になる。本発明の場
合、娘イオンはｍ／ｚ２５７から２６１に出現する。ｍ
／ｚ２５７，２５９，２６１は強度が高く、しっかりし
た強度比３：３：１を示している。娘イオンの内、同位
体比が５％以上、または１０％以上のマスピークを積算
し、この積算値で定量分析すれば、全体の信号量は増加
し、より微量の測定が可能になる。ＴＣＤＤの場合、全
娘イオンの総電流値に対するｍ／ｚ２５７単独のイオン
電流の比率は約３８％である。もし５％以上の娘イオン
の電流値を積算すると、積算値は全娘イオン電流値の９
２％となる。また１０％以上の娘イオンの電流値を積算
すると、積算値は全娘イオン電流値の８８％となる。こ
のように少なくとも単独のイオンで定量するより同位体
比の強度の大きいイオンを積算した方がイオン強度的に
数倍有利であることがわかる。実際の分析においては、
ノイズの影響を避けるため、５から１０％以上の閾値を
定め、これを超え同位体比を示すイオンを定量計算に用
いればよい。

【００５１】また、同位体ピークを同時にＭＳ／ＭＳす
る事で、生じた娘イオンも同位体パターンを示す。

【００５２】前述のように、娘イオンは分子内に含まれ
る同位元素のパターンを示すから、これ等同位体ピーク
毎に検量線を用意して定量を行う事ができる。一回の測
定で複数の同位体ピークが測定できるから、定量結果も
一回の測定で複数の結果が得られる。得られた複数の定
量結果は理想的には一致することが期待できる。現実に
は、化学ノイズや装置，分析条件の揺らぎ、等で誤差が
でる。この誤差を管理する事で定量の判定ができる。例
えば求められた定量値の偏差が１０％以内なら定量測定
が正しく行われたとし、１０％以上の差が出たときは測
定をやり直すなどとの判定基準を用意できる。例えば、
ＴＣＤＤの娘イオンのｍ／ｚ２５７のイオンの場合、同
位体比が１０％を超えるピークとしてｍ／ｚ２５７，２
５９，２６１の３つのイオンがある。図４に示すよう
に、３つの同位体ピークについて、検量線１，２，３を
あらかじめ作成しておく。同位体のマスクロマトグラム
の各成分の面積をＳ１，Ｓ２，Ｓ３と求まれれば、検量
線１，２，３から定量値Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が求まる。こ
れから偏差Δを求め、あらかじめ設定した判断基準以内
であれば定量測定は正しく行われたとする事ができる。
測定対象のイオンは同位体を含むイオンであるから、定
量結果は本来一致するはずである。定量値とともに、偏
差値を記録管理する事で、後日でも、また第三者によっ
ても定量の信頼性を検証することができる。

【００５３】さらに、化学ノイズが重畳したり、ＣＩＤ
が不十分な場合、娘イオンの同位体パターンも計算値と
大きく狂ってくる。同位体パターンはイオンの組成が求
まれば容易に計算で求める事ができる。例えばＴＣＤＤ
の娘イオンであるｍ／ｚ２５７のイオンはＣ_１１Ｈ_４Ｏ
Ｃｌ_３の組成を持ち、その１マス毎の同位体パターン
は、計算によりｍ／ｚ２５７から、おおよそ２７：３：
２７：３：９：１：１として求まる。実際の分析で得ら
れた同位体パターンを計算値と比較する事により、化学
ノイズの重畳やＣＩＤの効率等の判断ができる。同位体
比が計算値から大きくずれた場合、測定を否とするか、
同位体比の異なるイオンを定量測定から排除するなど測
定の良否を判断する尺度になる。同位体比を定量結果と
ともに、記録し、結果として表示すれば測定の判定が何
時でも可能である。

【００５４】定量測定の場合、より精度の高い測定を行
うために内部標準物質の使用が必要である。試料と同時
に注入された内部標準物質はガスクロマトグラフを経て
質量分析計に導入され、試料と全く同じ条件で分析され
る。ダイオキシン分析の場合ダイオキシン骨格の炭素原
子全てが^１３Ｃに置き換わった化合物が内部標準物質と
して使用される。

【００５５】ＴＣＤＤのＭＳ／ＭＳの場合、試料の分子
イオンの組成は^１２Ｃ_１２Ｈ_４Ｏ_２Ｃｌ_４、内部標準物
質の娘イオンは^１３Ｃ_１２Ｈ_４Ｏ_２Ｃｌ_４であるからそ
れらの質量差は１２となる。試料の分子イオンの内で強
度の高いイオンはｍ／ｚ３２０，３２２，３２４であ
る。内部標準物質の分子イオンの内強度の高いイオンは
ｍ／ｚ３３２，３３４，３３６である。そのため、図９
の中段の様にｍ／ｚ３２０からｍ／ｚ３３６までのイオ
ンをトラップ空間に残留させた後、これらイオンを広帯
域ＣＩＤにより衝突誘起解離させることができる。図９
下段のような娘イオンが得られる。試料の娘イオンｍ／
ｚ２５７，２５９，２６１のイオン電流値を積算し、こ
れと内部標準物質の娘イオンのｍ／ｚ２６８，２７０，
２７２のイオン電流値の比を求め、検量線から試料の定
量を行う。本発明によれば、試料と内部標準物質を一回
で測定できる。これにより、図７に示した従来のＭＳ／
ＭＳ法に比して測定時間の短縮（１／２）可能になる。
試料と内部標準物質の前駆イオンの単離，ＣＩＤを一回
で行う事が可能となり、測定誤差が軽減できる。また、
広質量領域の前駆イオンの単離が一質量の単離に比べ、
条件の変化や外的な影響を受け難い。

【００５６】ここで、微量有機化合物の分析の例とし
て、ダイオキシンを示した。ダイオキシンが分子内に塩
素原子を多数有しているため、塩素元素に由来する同位
体パターンが顕著に分子イオンや娘イオン等に現れる。
有機化合物を構成する炭素Ｃ，水素Ｈ，酸素Ｏ，窒素
Ｎ，硫黄Ｓ，塩素Ｃｌ，臭素Ｂｒ等はいずれも同位体を
有する元素であり、それらの集合体で有するイオンは同
位体に由来する同位体のパターンをマススペクトル上に
示す。そのため、本発明はダイオキシン以外の多くの微
量有機化合物の分析に応用できる。また、ここで示した
ガスクロマトグラフの代わりに、液体クロマトグラフ
（ＬＣ），キャピラリ電気泳動（ＣＺＥ），超臨界流体
クロマトグラフ（ＳＦＣ）など質量分析計に接続され分
析に供されているクロマトグラフにも応用可能である。

【００５７】尚、本発明によれば、臭素イオンあるいは
塩素イオンについてもイオントラップによる質量分析を
行うことができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明により、イオントラップ質量分析
計を用いて高感度で信頼性の高い定量分析を達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するためのイオントラ
ップ質量分析計の模式図。

【図２】本発明の実施例の動作シーケンス図。

【図３】本発明の一実施例の流れ図。

【図４】本発明の説明図。

【図５】本発明の説明図。

【図６】本発明の説明図。

【図７】従来のＭＳ／ＭＳ法の説明図。

【図８】従来のＭＳ／ＭＳ法の説明図。

【図９】本発明の説明図。

【図１０】ノッチ付き広帯域ノイズの説明図。

【符号の説明】

１…フィラメント電源、２…フィラメント、３…グリッ
ド電極、４…熱電子、５…電子ゲート、６…エンドキャ
ップ電極、７…リング電極、８…エンドキャップ電極、
９…イオントラップ空間、１０…トラップされたイオ
ン、１１…イオン、１２…検出器、１３…直流増幅器、
１４…データ処理装置、１５…主高周波電源、１６…試
料ガスガイドパイプ、１７…グリッド電源、１８…電子
ゲート電源、１９…トランス、２０…信号線、２１…補
助交流電源、２２…信号線、２３…ガスクロマトグラ
フ、３１…注入口、３２…キャピラリカラム、３３…イ
オントラップ質量分析計。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量対電荷比が所定の質量範囲内にあるイ
オンをトラップするように構成された三次元四重極電界
を有するイオントラップ空間を形成し、前記トラップ空間の中でイオンを生成するかまたは外部
からイオンを注入して前記質量対電荷比が所定の範囲内
にあるイオンを前記イオントラップ空間の中にトラップ
し、前駆イオンをイオントラップ空間に残しそれ以外のイオ
ンを除去し、トラップした前駆イオンの衝突誘起解離を
行い、娘イオンを生成してイオントラップ空間にトラッ
プし、四重極電界を変化させ娘イオンのイオン電流を検
出する質量分析方法において、２質量以上の質量範囲の前駆イオンをイオントラップ空
間に残し、この質量範囲に含まれる異なる質量の前駆イ
オンの衝突誘起解離を行う事を特徴とする質量分析方
法。
【請求項２】請求項１の質量分析方法において、衝突誘
起解離は、イオントラップ空間に残した前駆イオンの質
量範囲の最小質量と最大質量のイオンの固有振動数に対
応した帯域の周波数を含む補助交流をエンドキャップ電
極間に印加して行う事を特徴とする質量分析方法。
【請求項３】請求項１の質量分析方法において、イオン
トラップ空間に残す前駆イオンの質量範囲は前駆イオン
の同位体パターンで５％以上の強度を示すイオンを含む
質量範囲である事を特徴とする質量分析方法。
【請求項４】請求項１の質量分析方法において、イオン
トラップ空間に残す前駆イオンの質量範囲は前駆イオン
の同位体パターンで１０％以上の強度を示すイオンを含
む質量範囲である事を特徴とする質量分析方法。
【請求項５】請求項１の質量分析方法において、イオン
トラップ空間に残す前駆イオンの質量範囲は測定対象の
前駆イオンと内部標準物質の前駆イオンを含む質量範囲
である事を特徴とする質量分析方法。
【請求項６】請求項１の質量分析方法において、検出さ
れた複数の娘イオンのイオン電流値を積算して定量分析
する事を特徴とする質量分析方法。
【請求項７】請求項１の質量分析方法において、検出さ
れた複数の娘イオンのイオン電流値から個別に定量分析
を行い、その結果を比較して測定の判定を行う事を特徴
とする質量分析方法。
【請求項８】請求項１の質量分析方法において、検出さ
れた複数の娘イオンのイオン電流値から同位体比を求
め、これがあらかじめ定めた同位体比と比較する事によ
り測定の良否の判定を行う事を特徴とする質量分析方
法。
【請求項９】質量対電荷比が所定の質量範囲内にあるイ
オンをトラップするように構成された三次元四重極電界
を有するイオントラップ空間を形成し、前記トラップ空間の中でイオンを生成するかまたは外部
からイオンを注入して前記質量対電荷比が所定の範囲内
にあるイオンを前記イオントラップ空間の中にトラップ
し、前駆イオンをイオントラップ空間に残しそれ以外のイオ
ンを除去し、トラップした前駆イオンの衝突誘起解離を
行い、娘イオンを生成してイオントラップ空間にトラッ
プし、その後、四重極電界を変化させ娘イオンのイオン
電流を検出する質量分析方法において、ｍ／ｚ３２０から３２４のイオンをイオントラップ内に
残し、これらのイオンを衝突誘起解離を行い、ｍ／ｚ２５７か
ら２６１の娘イオンを生成してダイオキシンの質量分析
を行うことを特徴とする質量分析方法。
【請求項１０】請求項９において、ｍ／ｚ３２０から３２４のイオンは、ｍ／ｚ３２０，３
２２および３２４であり、それらの娘イオンはｍ／ｚ２
５７，２５９および２６１であることを特徴とする質量
分析方法。
【請求項１１】請求項１０において、ダイオキシンの娘イオンｍ／ｚ２５７，２５９および２
６１のイオン電流値を積算し、これと内部標準物質の娘
イオンのｍ／ｚ２６８，２７０および２７２のイオン電
流値積算値の比を求め、ダイオキシンの定量を行うこと
を特徴とする質量分析方法。