JP2006010323A - クロマトグラフ質量分析測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の成分が含まれる試料について測定する際に、測定感度を低下させることなく容易にSIM測定の条件を設定することができるクロマトグラフ質量分析測定方法を提供する。
【解決手段】 各成分毎に、その保持時間の前及び後の所定の時間を、その成分についてSIM測定を行う時間範囲30-1〜30-11に設定する。ここで各成分の時間範囲は、他の成分の時間範囲とは無関係に設定される。これにより、同時に測定される成分の個数を少なくすることができ、測定感度が低下することを防ぐことができる。また、カラムのメンテナンス等により保持時間が変動しても、SIM測定の時間範囲を容易に再設定することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置(GC/MS)や液体クロマトグラフ質量分析装置(LC/MS)等のクロマトグラフ質量分析装置において、選択イオンモニタリング(Selected Ion Monitoring：SIM)測定を行うための測定方法及び装置に関する。

図１は従来知られているGC/MSの概略構成図である。ガスクロマトグラフ(Gas Chromatograph：GC）部１１は、分析対象の試料をキャリアガスに乗せてカラム１８に送り込み、試料に含まれる成分を時間的に分離して質量分析(Mass Spectrometer：MS）部１２に送る。MS部１２は時間経過に伴って順次与えられる試料成分をイオン化し、このイオンを質量数（＝質量／電荷）毎に分離して検出する。MS部１２には四重極型、イオントラップ型、飛行時間計測型等の様々なものがある。データ処理部１３はそのイオン検出信号を受けて所定の演算処理を実行する。元の試料中の各成分はGC部１１で時間軸方向に分離された後に、更にMS部１２で質量数軸上で分離される。GC部１１、MS部１２及びデータ処理部１３は制御部１４により制御される。また、測定に必要なパラメータは入力部１５から入力され、あるいは記憶部１６から読み出される。

このような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測定が知られている。スキャン測定では、所定の質量数範囲内で質量数を走査し、その質量数範囲に含まれる全てのイオンを検出する。この方法は、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、予め指定された複数の特定の質量数を有するイオンのみを選択的に検出する。この方法は、分析対象の成分が既知で、その成分の定量分析を高感度で行う場合に有用である。

多くの場合、まず予備測定としてスキャン測定を行って分析対象成分の質量数を特定し、次にその特定された質量数（これをチャンネルと呼ぶ）についてSIM測定で定量分析を行うことにより、未知試料の定量分析を行うという使い方をする。SIM測定では、通常、１つの成分につき、定量を行うための質量数（定量用質量数）と、そのクロマトグラムのピークが目的成分であることを確認するための質量数（確認用質量数）の２つの質量数（チャンネル）を設定する。

従来は、特許文献１に記載のように、測定時間範囲全体をいくつかの時間範囲に分割し、各時間範囲毎に、測定する質量数を設定していた。そのような設定の一例を図２及び図３に示す。この例では、11種類の既知の成分（1-ヘキサデセン、ヘキサデカン、1-テトラデカノール、HCB、DBP、マラソン、パルミチン酸エチル、ペンディメタリン、ピレン、オクタデカン酸メチル、オクタデカン酸エチル）を混合した試料を測定する場合について示した。図２の上図はスキャン測定により得られたトータルイオンクロマトグラムであり、符号１〜１１が付されたピークはそれぞれ、11種類の成分のうちの１つに由来するものである。このスキャン測定のデータに基づき、図２の下図に示すように、全測定時間範囲を領域２１〜２５に分割する。

SIM測定において、各時間範囲において測定される質量数は、その時間範囲に属する成分により決定される。従って、全測定時間範囲を個々の時間範囲に分割する際、1個のピークに1個の時間範囲を割り当てるのが望ましい。しかし、例えば図２のクロマトグラムのピーク１及び２のように、２つの成分の保持時間が近接している場合、これら２つのピークの間に時間範囲の境界を設けると、クロマトグラムのピークが時間範囲の境界のごく近くに存在することとなる。この場合、保持時間がわずかにズレただけでも、クロマトグラムのピークが所定の時間範囲から外れてしまい、SIMのデータが得られなくなってしまう。そこで従来は、図２に示すように、ピークが近接している場合にはそれら複数のピークを含む時間範囲を設定し、ピークが所定時間（たとえば、0.2分）以上離れている箇所で時間範囲の境界を設定するようにしていた。こうして設定された時間範囲及び質量数を図３の表に示す。

特開2003-172726号公報（[0002]〜[0005],図2）

上記の例では含まれる成分の数が比較的少ない試料を測定する場合について示したが、実際には多くの成分（例えば100種類以上）を含む試料を測定する場合もある。そのような場合、上記方法では１つの時間範囲内に多数のピークが含まれ、その時間範囲内では多数の質量数（チャンネル）を設定し測定しなければならない。SIM測定では、定められた時間範囲内において測定すべきチャンネルの数が増えると、1質量数当たりに割り当てられる測定時間が減少するため、測定精度が低下する。

また、たとえばカラムの入り口を切断した場合、各成分の保持時間が短くなり、それまで時間範囲の境界を置くことができた2個のピークの間隔が所定時間以下となり、時間範囲の切り直しをしなければならないという場合が生ずる。この場合、SIM測定全体の設定を見直すという面倒な作業が必要となる。

本発明が解決しようとする課題は、測定感度を低下させることなくSIM測定の時間範囲を設定することができ、また、保持時間が移動した場合でも設定を容易に変更することができるクロマトグラフ質量分析測定方法及び装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、試料中の目的成分に対応する質量数を選択的に測定する選択イオンモニタリング（SIM）測定を行うクロマトグラフ質量分析測定方法において、各目的成分に対応する質量数の質量分析を、その目的成分の保持時間の前及び後の所定時間のみ行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置は、
試料中の目的成分に対応する質量数を選択的に測定する選択イオンモニタリング（SIM）測定機能を有するクロマトグラフ質量分析装置において、
a) トータルイオンクロマトグラム作成手段と、
b) トータルイオンクロマトグラムより所定の基準に基づきピークを選択し、各ピークの保持時間及び構成質量数を決定するピーク決定手段と、
c) 各ピークの構成質量数における質量分析を、該ピークの保持時間の前及び後の所定時間のみ行うSIM測定手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明では、SIM測定において、目的成分に関して選択した質量数について質量分析を行う時間範囲を、その成分毎に設定する。すなわち、目的成分の保持時間を中心に、その前及び後の所定時間のみ、その選択質量数による質量分析を行う。保持時間の前と後の各所定時間の長さは異なっていてもよい。この所定時間は、通常の測定において保持時間が変動してもクロマトグラムのピークがその中に収まる程度の長さに設定しておく。保持時間の変動の幅は通常、成分に依らないため、この所定時間は全ての成分について同じ値にしておくのが便利であるが、成分毎に異なる値としてもよい。

従来の方法では、全時間範囲を排他的に分割して個々の時間範囲を設定していたが、本発明に係る方法では、各ピーク毎に、それをまたがって前後に時間範囲を設定するため、各ピーク（成分）の時間範囲が互いにオーバーラップする場合があるし、逆に、何らの質量分析も行われない空白時間範囲が生ずる場合もある。

また、従来の方法では、多数のピークが近接しているため、1つの時間範囲内にｎ個のピーク（成分）を含めざるを得ない場合、その時間範囲内においてチャンネル数はずっと２ｎのままとなる。それに対し、本発明に係る方法では、各成分毎に個々に時間範囲が設定され、その中では2個の質量数のみしか測定が行われないため、そのような箇所でも、多くの場合、個々の時間範囲の重なりはｎ以下となり、ほとんどの時間においてチャンネル数は従来の方法よりも少なくなる。したがって、従来よりも感度の高い分析を行うことができるようになる。

カラムを切断した時のように各成分のピークの間隔が狭くなる場合にも、本発明に係る方法では、それとは無関係に各ピークの保持時間の前後に所定時間を確保するのみでSIM測定条件を再設定することができるため、設定の変更がきわめて容易である。

本発明に係る方法ではSIM測定の時間範囲を設定するに際してピーク間隔を考慮する必要がないため、多くのピークが近接している場合でも容易に設定を行うことができる。
そして、多くのピークが近接している箇所において、同時に測定する質量数の個数が従来よりも少なくなるため、１つの質量数に対する測定時間を十分にとることができ、高い感度で測定を行うことができるようになる。

本発明のクロマトグラフ質量分析測定方法の一実施例を、上記11種類の成分を混合した試料の測定を例に、図１〜図６を用いて説明する。
本実施例で用いるクロマトグラフ質量分析装置の構成は、基本的には図１に示したガスクロマトグラフ質量分析装置と同じである。但し、SIM測定の方法が従来とは異なる。以下、本実施例のクロマトグラフ質量分析測定装置におけるSIM測定の方法を説明する。

まず、従来の方法と同様に上記試料のスキャン測定を行う。データ処理部１３はこのスキャン測定の結果に基づいてトータルイオンクロマトグラムを作成する。得られたトータルイオンクロマトグラムを図４の上図に示す。なお、この測定結果は図２の上図に示したものと同じである。このトータルイオンクロマトグラムには試料中の各成分に対応する11個のピークが存在する。本実施例で測定を行った試料では含まれる成分は既知であるため、ピークは問題なく決定されるが、未知試料を測定する場合は、スキャン測定により得られたトータルイオンクロマトグラムより、従来から用いられている所定の基準でピークを決定する。なお、自動的に決定されたピークを、測定者が入力部１５における操作により変更できるようにしてもよい。

データ処理部１３は、トータルイオンクロマトグラムのピーク位置から各成分の保持時間を決定する。また、各ピークすなわち各成分について測定すべき質量数を設定する。前記の通り各成分について定量用質量数と確認用質量数の２種の質量数が設定される。決定された各成分の保持時間及び選択質量数は、記憶部１６に記憶される。

時間範囲決定部１７は、記憶部１６より各成分の保持時間を読み出し、その前後0.2分ずつを、各成分のSIM測定を行う時間範囲として決定する。図４の下図に、設定された各成分毎の時間範囲３０を示す。図中の符号３０−n（nは1〜11の整数）はピークNo.nに対応する成分に対するSIM測定を行う時間範囲を示す。この時、従来のように他の成分の時間範囲や隣接ピーク間の距離が考慮されることはない。これら各成分の保持時間、及び各成分の定量用質量数並びに確認用質量数を図５に示す。

このように設定された時間範囲及び選択質量数に基づき、SIM測定が実行される。このSIM測定においては、スキャン測定の場合と同様に、試料に含まれる成分をGC部１１において時間的に分離し、MS部１２に送る。MS部１２では、制御部１４からの制御に従い、上記のように定められた時間範囲において、各時間範囲毎に定められた定量用質量数及び確認用質量数についてSIM測定を行う。データ処理部１３はこのSIM測定の結果に基づき、マスクロマトグラムを作成する。その結果を図４の下図に示す。

本実施例の場合、同時に測定する成分の数は時間毎に変動している。一例として、図６に、保持時間が6分の近辺に設定されている時間範囲を示す。保持時間が5.892分〜5.967分の間は、時間範囲３０−１に行うべき測定、即ちピークNo.1の成分である1-ヘキサデセン（図５参照）に関する質量数( 定量用質量数97.00と確認用質量数224.00の２つ)についてのみ測定を行っている。次に、保持時間が5.967分〜6.292分の間は、この1-ヘキサデセンに関する質量数と、ピークNo.2（時間範囲３０−２に関する）の成分であるヘキサデカンに関する質量数の双方(97.00, 224.00, 85.00, 226.00の４つ)を測定している。保持時間が6.292分〜6.367分の間は、ピークNo.1に関する測定は終了し、ピークNo.2に関する測定（質量数：85.00, 226.00の２つ)のみが行われる。

このように同時に測定する成分の数の変動に応じて各質量数の測定時間を変動させると、各成分の測定感度が異なるものとなってしまう。そこで、本実施例では図５の「測定時間」に示すように、成分の数の変動に関わらず１つの質量数の測定時間を固定し、各成分については同じ感度で測定を行うようにしている。

同じ試料について測定を行った従来の方法（図２）では最大で３個の成分（ピーク９〜１１）を同時に測定していた。それに対して本実施例では、同時に測定される成分の数は最大で２個であり、従来よりも少ない。これは、従来の方法ではピーク間隔の開いているところで測定対象の成分を一斉に切り換えていたことから、個々の成分については測定する必要のない時間にも測定を行うのに対し、本実施例では個々の成分について必要な時間（ピークの前後0.2分間ずつ）においてのみ測定を行うことによる。

上記のように、本実施例で定めたSIM測定の時間範囲は、図５の「保持時間」欄と「SIM測定範囲」欄のみで特定することができる。カラムを切断する等により保持時間が変動した場合には、この「保持時間」欄の数値を変更することのみにより、新しいSIM測定の時間範囲を定めることができる。

なお、本実施例ではガスクロマトグラフ質量分析装置を用いた測定を例に説明したが、液体クロマトグラフ質量分析装置を用いた場合にも本発明の方法を上記と同様に適用することができる。

クロマトグラム質量分析装置の概略構成図。 従来のクロマトグラム質量分析において行われるSIM測定方法を説明するためのグラフ。 従来のクロマトグラム質量分析において行われるSIM測定方法を説明するための表。 本発明のクロマトグラム質量分析において行われるSIM測定方法を説明するためのグラフ。 本発明のクロマトグラム質量分析において行われるSIM測定方法を説明するための表。 本発明の方法により設定されたSIM測定の時間範囲の一部を拡大して示した図。

符号の説明

１１…GC部
１２…MS部
１３…データ処理部
１４…制御部
１５…入力部
１６…記憶部
１７…時間範囲決定部
１８…カラム
２１〜２５…SIM測定を行う時間範囲（従来）
３０−１〜３０−１１…SIM測定を行う時間範囲（本発明）

Claims (4)

1. 試料中の目的成分に対応する質量数を選択的に測定する選択イオンモニタリング（SIM）測定を行うクロマトグラフ質量分析測定方法において、
   各目的成分に対応する質量数の質量分析を、その目的成分の保持時間の前及び後の所定時間のみ行うことを特徴とするクロマトグラフ質量分析測定方法。
2. 各質量数の測定時間を所定の時間に固定することを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析測定方法。
3. 試料中の目的成分に対応する質量数を選択的に測定する選択イオンモニタリング（SIM）測定機能を有するクロマトグラフ質量分析装置において、
   a) トータルイオンクロマトグラム作成手段と、
   b) トータルイオンクロマトグラムより所定の基準に基づきピークを選択し、各ピークの保持時間及び構成質量数を決定するピーク決定手段と、
   c) 各ピークの構成質量数における質量分析を、該ピークの保持時間の前及び後の所定時間のみ行うSIM測定手段と、
   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。
4. SIM測定手段が、各質量数の測定時間を所定の時間に固定して行うことを特徴とする請求項３に記載のクロマトグラフ質量分析装置。

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