JP2013104741A - イオントラップ質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】m/z範囲が限定された複数の測定モードが用意された質量分析装置において、インソース分解やクーリング時のイオン分解を利用した擬似ＭＳ³測定を実施する測定対象イオンのm/z範囲を広げることを可能とする。
【解決手段】全m/z範囲をカバーするように設定した複数の測定モードでそれぞれ目的試料に対するＭＳ¹スペクトルを取得するとともに、同試料に対しＭＳ²スペクトルを取得する（Ｓ１、Ｓ２）。そして、ＭＳ²スペクトルに存在するイオンピークと同m/zのピークが全ＭＳ1スペクトルにあるかどうかを判定し、同一m/zのイオンを擬似ＭＳ³測定対象イオンとして抽出する（Ｓ３）。全ＭＳ¹スペクトルの中で擬似ＭＳ³測定対象イオンのピーク強度が最大となる測定モードと該イオンのm/zを測定条件として擬似ＭＳ³測定を実施し、擬似ＭＳ³スペクトルを取得する（Ｓ４、Ｓ５）。
【選択図】図２

Description

本発明は、分析対象であるイオンを一時的にイオントラップに保持した後に質量分析を実行するイオントラップ質量分析装置に関する。

糖鎖やペプチドなどの高分子化合物の同定や構造解析においては、ＭＡＬＤＩ（マトリクス支援レーザ脱離イオン化）イオン源と３次元四重極型イオントラップとを搭載したイオントラップ質量分析装置が広く用いられている。イオントラップに一時的に保持した各種イオンを質量分析する手法としては、イオントラップ自体の質量分離機能を利用する場合と、イオントラップから一斉にイオンを吐き出しイオントラップ外部に設けた飛行時間型質量分析器（ＴＯＦＭＳ）により質量分離して検出する場合とがあるが、ここでは両者を含めてイオントラップ質量分析装置ということとする。

イオントラップ質量分析装置を用いた高分子化合物に対する一般的な分析手法は次の通りである。
即ち、分析目的である化合物をＭＡＬＤＩ法によりイオン化してイオントラップ内に捕捉したあと、特定の質量電荷比m/zを有するイオンをプリカーサイオンとして選択的にイオントラップ内に残し、他の不要なイオンをイオントラップ外部に排出するようなプリカーサ選別操作を行う。その後、イオントラップ内に衝突誘起解離（Collision-Induced Dissosiation：ＣＩＤ）ガスを導入し、プリカーサイオンを励振してＣＩＤガスに衝突させることで解離を促す。場合によっては、１回のＣＩＤ操作では目的とする化合物の構造体が十分に分解しないため、そうした場合には、プリカーサ選別操作とＣＩＤ操作とを複数回繰り返す。そうして分析対象の化合物由来のイオンに対し１回以上のＣＩＤ操作を行うことで細かく断片化させたプロダクトイオンについて、質量走査を伴うイオンの検出を実行してＭＳⁿスペクトルを取得し、このＭＳⁿスペクトルを解析して化合物を同定したりその構造を推定したりする。

ところで、ＭＳⁿ分析が可能なイオントラップ質量分析装置やＭＳ／ＭＳ（＝ＭＳ²）分析が可能な三連四重極型質量分析装置においては、擬似ＭＳ³（Pseudo-MS³、Quasi-MS³）測定と呼ばれる分析手法が知られている。例えば非特許文献１に記載の三連四重極型質量分析装置では、イオン源で生成されたイオンが前段四重極マスフィルタ（Ｑ１）に導入される前の段階、具体的にはイオン源から前段四重極マスフィルタまでのイオン輸送経路上でインソース分解により生じたプロダクトイオンをＭＳ／ＭＳ分析することにより、擬似ＭＳ³測定を行うようにしている。

また、イオントラップ質量分析装置、特にＭＡＬＤＩイオン源を用いたイオントラップ質量分析装置では、イオントラップに導入されたイオンをクーリングする際にその分解を促進させ、それにより生成したプロダクトイオンをＭＳ／ＭＳ分析することで擬似ＭＳ³測定を行うことができる。上述のようにイオントラップ質量分析装置では、擬似ＭＳ³測定ではない真のＭＳ³測定を行うことも可能であるが、プリカーサ選別操作及びＣＩＤ操作を経るＭＳ²分析で生成されるプロダクトイオンの量よりもＭＳ¹測定のクーリング中等に生成されるプロダクトイオンの量が多い場合には、真のＭＳ³測定により得られるＭＳ³スペクトルよりも擬似ＭＳ³スペクトルのほうがＳＮ比が高く、データ解析を行う際などに有利であるという利点がある。

よく知られているように、３次元四重極型のイオントラップの内部空間に捕捉可能なイオンの質量電荷比範囲には原理的な制約があり、捕捉可能な最小質量イオン（Low Mass Cutoff：ＬＭＣ）、即ち、ｍ／ｅの最小値、は理論的に以下の(1)式で表される。
ＬＭＣ＝（Ｖ／ｑｒ₀ ²π²）（４π²／Ω²） …(1)
ここで、ｑ＝４ｅＶ／ｍｒ₀ ²Ω²
ただし、ｍは質量、ｅは価数、Ｖはリング電極に印加される高周波電圧の振幅、ｑはマシューパラメータ、ｒ₀はリング電極の内接半径、Ωは上記高周波電圧の周波数、である。

即ち、上記(1)式で決まるＬＭＣよりも質量電荷比が小さなイオンはイオントラップ内に捕捉されず、質量分析の対象とはならない。(1)式から明らかなように、高周波電圧の振幅Ｖを低くすればＬＭＣを下げることができるが、そうするとイオントラップの内部に形成される擬似ポテンシャルが浅くなるため、イオンの捕捉効率が全般的に低下することになる。擬似ポテンシャルの低下は特に高質量イオンの捕捉効率の低下につながる。なお、高周波電圧として正弦波を用いる場合のイオントラップの対称軸方向ｚに対する擬似ポテンシャル深さＤzは、次の(2)式で表される。
Ｄz＝０．１２５ｑＶ …(2)

したがって、イオントラップではＬＭＣの値によって捕捉可能なイオンの質量電荷比範囲が決まってしまうことになり、例えば数十〜数千程度の広い範囲の質量電荷比を持つイオンに対する分析を１回の測定で実施することはできない。そのため、従来のイオントラップ質量分析装置では、広い質量電荷比範囲を適宜分割した複数の測定モードを選択可能に用意しておき、分析者によりいずれかの測定モードが指定されるとそれに応じた測定が実施されるようになっている。例えば、m/z 63-9000の幅広い質量電荷比範囲を測定対象とする場合に、測定モード１：m/z 63-800、測定モード２：m/z 200-1350、測定モード３：m/z 400-2600、測定モード４：m/z 650-3800、測定モード５：m/z 950-5100、及び測定モード６：m/z 1600-9000、というように質量電荷比範囲が６つに分割されて６つの測定モードが用意されている。

このように１回の測定で分析可能な質量電荷比が限られていることは、上述した擬似ＭＳ³測定を行う上で次のような問題がある。
通常の擬似ＭＳ³測定では、目的試料に対するＭＳ²測定で検出されるプロダクトイオン（イオンＡ）と同じ質量電荷比のイオン（イオンＢ）ピークが同じ目的試料に対するＭＳ¹スペクトル上に現れている場合に、イオンＢがイオンＡのプリカーサイオンに由来するプロダクトイオンであるとみなし、イオンＢに対するＭＳ²測定を実行するようにしている。そのイオンＢに対するＭＳ²測定で得られたＭＳ²スペクトルが、目的試料中の化合物に対する擬似ＭＳ³スペクトルである。

したがって、上述したように広い質量電荷比範囲が分割された複数の測定モードが用意されている場合には、いずれか１つの測定モードの下で目的試料に対するＭＳ¹測定を実行してＭＳ¹スペクトルを取得し、そのスペクトルの中からプリカーサイオンを選択してＭＳ²測定を実行することになる。

図８に挙げた例で具体的に説明する。例えばいま測定モード６（m/z 1600-9000）の下で目的試料に対するＭＳ¹測定を実行した結果、図８（ａ）に示すＭＳ¹スペクトルが取得されたものとする。また、同じ測定モード６の下で目的試料に対するＭＳ²測定を実行した結果、図８（ｂ）に示すＭＳ²スペクトルが取得されたものとする。このときのプリカーサイオンの質量電荷比は7000である。ＭＳ²スペクトル上に現れるm/z 4000のイオンピークはＭＳ¹スペクトル上にも十分な強度で現れているから、このm/z 4000のイオンはＭＳ²測定のプリカーサイオンであるm/z 7000のイオンのプロダクトイオンであるとみなし、m/z 4000のイオンに対するＭＳ²測定を実行する。なお、このときにはm/z 4000のプリカーサイオンとそれから生成されるプロダクトイオンが十分に捕捉されるように測定モードは測定モード５に変更される。その結果、図８（ｃ）に示すような擬似ＭＳ³スペクトルが得られる。

しかしながら、初めに目的試料に対するＭＳ²測定で検出されたプロダクトイオンの質量電荷比がＭＳ¹測定時の測定モードのＬＭＣ以下であった場合には、ＭＳ¹測定時にそのイオンが分解によって生成されていたとしてもイオントラップ内に捕捉されないため、ＭＳ¹スペクトル上には該イオンのピークは存在しない。そのため、ＭＳ¹スペクトルとＭＳ²スペクトル上とでピークの比較を行ってもプロダクトイオンの抽出はできず、そのイオンに対する擬似ＭＳ³測定を行うことはできない。

図９に挙げた例で具体的に説明する。例えばいま測定モード６（m/z 1600-9000）の下で目的試料に対するＭＳ¹測定を実行した結果、図９（ａ）に示すＭＳ¹スペクトルが取得されたものとする。また、同じ測定モード６の下で目的試料に対するＭＳ²測定を実行した結果、図９（ｂ）に示すＭＳ²スペクトルが取得されたものとする。このときのプリカーサイオンの質量電荷比は4000である。ＭＳ²スペクトル上には十分な強度でm/z 1500のイオンピークが現れており、これが実際にはプロダクトイオンであるが、m/z 1500は測定モード６のＬＭＣ以下であるためにＭＳ¹測定では検出されない。そのため、m/z 1500のイオンはＭＳ²測定のプリカーサイオンであるm/z 4000のイオンのプロダクトイオンであるとはみなされず、該イオンに対する擬似ＭＳ³測定は実施されないことになる。

また、ＭＳ¹スペクトルを取得する際には、一般的に試料由来のイオンが測定中に分解せずに検出できることが望ましいため、ＭＳ¹スペクトル取得のための装置パラメータは極力試料由来イオンの分解が起こらないような値に最適化されている。これに対し、擬似ＭＳ³測定では擬似ＭＳ³測定の対象となるイオンが多いほうがスペクトルのＳＮ比が良くなるため、ＭＳ¹測定実行中に試料イオンの分解を極力促進させることが望ましい。そのため、通常のＭＳ¹測定に最適化された装置パラメータは擬似ＭＳ³測定には必ずしも適しておらず、質量精度や質量分解能、或いは感度などが高いスペクトルを取得するのが困難であるという問題もある。

渡辺淳、ほか３名、「三連四重極型質量分析装置を用いた定量分析−ＭＲＭ、In-source ＣＩＤ／ＭＲＭ−」、質量分析総合討論会講演要旨集、５３巻、２００５年、ｐ．５５−６５

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、広い質量電荷比範囲が分割された複数の測定モードが切替え可能に用意されている場合であっても、各測定モードにおける最小質量イオンを問題とせず、擬似ＭＳ³測定を実施可能な質量電荷比範囲を拡大することができるイオントラップ質量分析装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、擬似ＭＳ³測定の際に、質量精度や質量分解能、或いは感度などが高いスペクトルを取得することができるイオントラップ質量分析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、イオンを捕捉するイオントラップを有し該イオントラップに捕捉されたイオンを解離させてＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）を実施することが可能なイオントラップ質量分析装置であって、広い質量電荷比範囲をカバーするために測定対象の質量電荷比範囲が異なる複数の測定モードが用意され、該複数の測定モードの中の選択された測定モードの下で質量分析が実行されるイオントラップ質量分析装置において、
a)全質量電荷比範囲又は所定の質量電荷比範囲をカバーする複数の測定モードでそれぞれ目的試料に対して質量分析を実行することにより、複数のＭＳ¹スペクトルを取得するＭＳ¹測定実行手段と、
b)目的試料に対しＭＳ²分析を実行することによりＭＳ²スペクトルを取得するＭＳ²測定実行手段と、
c)前記ＭＳ²スペクトルに現れるピークと同一の質量電荷比であるピークを前記複数のＭＳ¹スペクトルから抽出することにより擬似ＭＳ³測定対象のイオンを決定する擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段と、
d)前記擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段により決定されたイオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を実行することにより擬似ＭＳ³スペクトルを取得する擬似ＭＳ³測定実行手段と、
を備えることを特徴としている。

なお、本発明に係るイオントラップ質量分析装置は、ＭＳ²測定実行手段及び擬似ＭＳ³測定実行手段は、或る測定モードでそれぞれ目的試料由来のイオンをイオントラップ内に捕捉した後に、プリカーサ選別対象のイオンの質量電荷比がより下位の（質量電荷比範囲が低い方の）測定モードでの測定に適したものである場合には、測定モードを自動的に下位の測定モードに切り替えてＭＳ²測定を実施するものとすることができる。これにより、ＭＳ²測定では良好なＭＳ²スペクトルを取得することができ、擬似ＭＳ³測定では良好なＭＳ³スペクトルを取得することができる。

本発明に係るイオントラップ質量分析装置において、ＭＳ¹測定実行手段は、例えば低質量電荷比から高質量電荷比までの全質量電荷比範囲（装置の仕様で決まる全質量電荷比範囲）をカバーするように複数の測定モードを設定し、その各測定モードでそれぞれ目的試料に対し質量分析を実行してＭＳ¹スペクトルを取得する。これにより、全質量電荷比範囲に亘る目的試料由来の全てのイオンを観測することができる。このイオンには目的試料中の化合物の分子イオンピークもあれば、インソース分解等による分解で生じた一種のプロダクトイオンもあるが、理想的にはこれらが漏れなく検出される。ＭＳ²測定実行手段は、同じ目的試料に対してＭＳ²分析を実行し、ＭＳ²スペクトルを作成する。なお、このときのプリカーサイオンは同測定モードの下で得られたＭＳ¹スペクトルに現れているイオンピークに対し、任意の基準で選択するものとすればよい。例えば、イオン強度が最大であるピーク、イオン強度が所定の閾値以上であるピークなどと基準と決めておけばよい。

擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段は、上記ＭＳ²スペクトルに現れるピークと同一の質量電荷比であるピークを前記複数のＭＳ¹スペクトルから抽出することにより擬似ＭＳ³測定対象のイオンを決定する。前述のように複数のＭＳ¹スペクトルでは全質量電荷比範囲に亘る目的試料由来の全てのイオンが検出されているから、測定モードの質量電荷比範囲の制約を受けることなく、ＭＳ²スペクトルに現れるピークと同一の質量電荷比を持つイオンを抽出することができる。即ち、例えば質量電荷比範囲が比較的高い測定モードでは検出できない（イオントラップ内に捕捉できない）ような低質量電荷比のイオンも抽出し擬似ＭＳ³測定対象のイオンとして決定することができる。擬似ＭＳ³測定実行手段はそうして決められたイオン（これはインソース分解等で生成されたプロダクトイオンであると考えられる）をプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を実行することで擬似ＭＳ³測定を実施し、擬似ＭＳ³スペクトルを取得する。

以上のようにして本発明に係るイオントラップ質量分析装置では、測定対象の質量電荷比範囲が細かく区分されている場合であっても、従来に比べて広い質量電荷比範囲のイオンを対象とした擬似ＭＳ³測定を実施することができる。

本発明に係るイオントラップ質量分析装置の好ましい一態様として、前記擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段は、前記ＭＳ¹測定実行手段により取得された前記複数のＭＳ¹スペクトルの中の２以上のＭＳ¹スペクトル上で擬似ＭＳ³測定対象のイオンが観測される場合に、イオン強度が高い方のＭＳ¹スペクトルの測定モードを擬似ＭＳ³測定時の測定モードとして設定する構成とするとよい。

この構成では、擬似ＭＳ³測定対象のイオンの量が最も多い条件の下で擬似ＭＳ³測定が実施されることになるため、高い感度の擬似ＭＳ³スペクトルを取得することができる。

このように質の高い擬似ＭＳ³スペクトルを取得するには、擬似ＭＳ³測定対象のイオン量ができるだけ多いことが望ましいから、そのイオンの量が少ない場合には積極的にイオン量を増やす、つまりは擬似ＭＳ³測定対象イオン生成効率を増加させるように装置パラメータを調整するようにしてもよい。

具体的には、本発明に係るイオントラップ質量分析装置にあってイオン源がＭＡＬＤＩイオン源である場合には、前記ＭＳ²スペクトルと前記複数のＭＳ¹スペクトルとに基づいて決められた擬似ＭＳ³測定対象のイオンのそのＭＳ¹スペクトル上でのイオン強度に応じて、ＭＡＬＤＩイオン源におけるイオン化のためのレーザ光の強度を変更する制御手段をさらに備える構成とするとよい。
レーザ光の強度を或る程度上げると、試料由来のイオンの内部エネルギが高くなってイオントラップに到達するまで或いはイオントラップ内に捕捉されている間（例えばクーリング中）に分解し易くなる。それにより、擬似ＭＳ³測定対象イオン生成効率を増加させることができる。

また別の具体例として、本発明に係るイオントラップ質量分析装置では、前記ＭＳ²スペクトルと前記複数のＭＳ¹スペクトルとに基づいて決められた擬似ＭＳ³測定対象のイオンのそのＭＳ¹スペクトル上でのイオン強度に応じて、イオントラップに捕捉したイオンをクーリングする際に使用されるクーリングガスの種類を変更する制御手段をさらに備える構成としてもよい。一般に、クーリングガスとして重いガスを用いた方が、イオントラップ内に捕捉されているイオンをクーリングする際に分解が促進される。例えば、イオンの分解をできるだけ起こさないようにヘリウム等の軽い不活性ガスをクーリングガスとして用いている場合に、擬似ＭＳ³測定で測定対象イオンを増やしたいときはクーリングガスをアルゴンに変更するとよい。それにより、擬似ＭＳ³測定対象イオン生成効率を増加させることができる。

本発明に係るイオントラップ質量分析装置によれば、測定対象の質量電荷比範囲が限定された複数の測定モードが予め用意されている場合であっても、そうした限定に拘わらず、広い質量電荷比範囲のイオンを対象とした擬似ＭＳ³測定を実施することができる。それにより、擬似ＭＳ³測定の利用範囲を拡げることができる。

本発明の一実施例であるイオントラップ質量分析装置の全体構成図。 本実施例のイオントラップ質量分析装置を用いた擬似ＭＳ³測定実施時の処理手順を示すフローチャート。 本実施例のイオントラップ質量分析装置において擬似ＭＳ³測定を実施する際の処理の一例を示す図。 測定対象物の一例である糖ペプチドの概略構造を示す図。 レーザ光のパワーとＭＳ¹スペクトル上のピーク強度との関係を実測により求めた結果を示す図。 クーリングガスとしてヘリウムを用いた場合とアルゴンを用いた場合との実測によるＭＳ¹スペクトルを示す図。 図６に基づくピーク強度の比較結果を示す図。 一般的なイオントラップ質量分析装置において擬似ＭＳ³測定を行う際の処理手順を説明するための図。 一般的なイオントラップ質量分析装置において擬似ＭＳ³測定を行う際に生じる問題点を説明するための図。

以下、本発明の一実施例であるイオントラップ質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。

図１は本実施例のイオントラップ質量分析装置の全体構成図である。このイオントラップ質量分析装置は、目的試料をイオン化するイオン源１と、イオンを保持するとともに質量電荷比に応じて分離する３次元四重極型のイオントラップ２と、イオンを検出する検出部３と、を備える。

イオン源１はＭＡＬＤＩ法を用いたＭＡＬＤＩイオン源であり、パルス状のレーザ光を出射するレーザ照射部１１、目的化合物を含むサンプルＳが付着されたサンプルプレート１２、レーザ光の照射によってサンプルＳから放出されたイオンを引き出すとともにその引き出し方向を限定するアパーチャ１３、引き出されたイオンを案内するイオンレンズ１４、などを含む。

イオントラップ２は、円環状の１個のリング電極２１と、これを挟むように対向して配置された、入口側エンドキャップ電極２２及び出口側エンドキャップ電極２４と、からなり、これら３個の電極２１、２２、２４で囲まれた空間が捕捉領域となる。入口側エンドキャップ電極２２の略中央にはイオン入射口２３が穿設され、イオン源１から出射したイオンはイオン入射口２３を経てイオントラップ２内に導入される。一方、出口側エンドキャップ電極２４の略中央にはイオン出射口２５が穿設され、イオン出射口２５を経てイオントラップ２内から排出されたイオンは検出部３に到達して検出される。さらに、イオントラップ２には、ガス導入管４１、ガス選択バルブ４２、クーリングガス供給源４３、ＣＩＤガス供給源４４などを含むガス供給部４が付設されている。

検出部３は、イオンを電子に変換するコンバージョンダイノード３１と、コンバージョンダイノード３１から到来する電子を増倍して検出する二次電子増倍管３２とからなり、入射したイオンの量に応じた検出信号をデータ処理部５に送る。データ処理部５は、イオントラップ２において質量分離されつつ順次排出されるイオンに対して検出部３で得られる検出信号に基づいてＭＳⁿスペクトルを作成するスペクトル作成部５１、ＭＳⁿスペクトルを記憶するスペクトル記憶部５２、ＭＳⁿスペクトルデータを用いて擬似ＭＳ³測定対象イオンを決定する擬似ＭＳ³測定イオン判定部５３などの機能ブロックを含む。

主電源部７は制御部６による制御の下に、イオントラップ２のリング電極２１にイオン捕捉用の矩形波電圧を印加するものである。イオン捕捉用矩形波電圧は例えば振幅が±100V〜１kV程度の範囲であり、また周波数ｆは通常数十kHz〜数MHz程度の範囲である。補助電源部８は、イオントラップ２に捕捉されているイオンを低エネルギＣＩＤする際に該当イオンを共鳴励振させたり、或いは、イオントラップ２からイオンを排出したりするために、エンドキャップ電極２２、２４にそれぞれ相違する矩形波低電圧を印加するものである。

制御部６は主電源部７、補助電源部８のほか、レーザ照射部１１、ガス選択バルブ４２、データ処理部５などの各部を制御する機能も有する。また制御部６は分析を実行するために測定の手順、つまり測定シーケンスを制御プログラムとして備えているが、この実施例の質量分析装置では、後述する擬似ＭＳ³測定を実施するための特徴的な測定シーケンスを制御プログラムの一部に含む。なお、制御部６及びデータ処理部５はパーソナルコンピュータに予めインストールされた専用の処理・制御ソフトウエアを実行することにより、後述する各機能を実施する構成とすることができる。

このイオントラップ質量分析装置は測定対象の質量電荷比範囲がm/z 63-9000と幅広いが、この全質量電荷比範囲を６つに分割した測定モード１〜６なる６つの測定モードが用意されている。各測定モードと質量電荷比範囲との関係は、測定モード１：m/z 63-800、測定モード２：m/z 200-1350、測定モード３：m/z 400-2600、測定モード４：m/z 650-3800、測定モード５：m/z 950-5100、測定モード６：m/z 1600-9000である。

本実施例のイオントラップ質量分析装置は、擬似ＭＳ³測定を行う際の制御及び処理に特徴を有する。この特徴的な制御及び処理について図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は擬似ＭＳ³測定を行う際のフローチャートであり、図３は擬似ＭＳ³測定を実施する際の処理の一例を示すスペクトルである。

擬似ＭＳ³測定を行う際には、分析者は測定したい質量電荷比範囲を漏れなくカバーするように、図示しない入力部で所定の操作を行うことで複数の測定モードを指定する。ここでは、m/z 67-9000の全質量電荷比範囲をカバーするために、測定モード１（m/z 63-800）、測定モード３（m/z 400-2600）及び測定モード６（m/z 1600-9000）の３種の測定モードを指定したものとする。もちろん、測定モード１〜６の全てを指定してもよい。なお、質量電荷比範囲が分析者により指定されると適切な複数の測定モードが自動的に選択されて設定されるようにしてもよい。

上記のように測定モードが設定された上で分析者が分析開始を指示すると、この指示を受けた制御部６の制御の下に、設定された複数の測定モード、即ち測定モード１、３及び６の下でそれぞれ同一のサンプルＳに対する質量分析（ＭＳ¹分析）が実行され、その分析によって得られたデータに基づいてＭＳ¹スペクトルが作成される（ステップＳ１）。

より詳しく説明すると、制御部６の制御の下にレーザ照射部１１は短時間レーザ光を出射する。このレーザ光はサンプル（目的試料）Ｓに照射され、サンプルＳ中のマトリクスは急速に加熱されて目的化合物を伴い気化する。この際に目的化合物がイオン化される。レーザ照射により発生したイオンはイオンレンズ１４により形成される静電場によって収束され、イオン入射口２３を経てイオントラップ２内に導入される。そして、主電源部７から印加されるイオン捕捉用矩形波電圧に応じて形成される高周波電場によりイオントラップ２の内部空間に所定の質量電荷比範囲のイオンが捕捉され、クーリングガスに接触してクーリングされる。

所定時間クーリングを行うことによりイオンを捕捉空間の中央付近に集めた後に、制御部６は、イオントラップ２内から順次異なる質量電荷比を持つイオンが排出されるように、主電源部７及び補助電源部８から各電極２１、２２、２３に印加される電圧を制御する。データ処理部５にあってスペクトル作成部５１は上記のような質量走査に伴って検出部３で得られるイオン強度信号を受け取り、所定の質量電荷比範囲に亘るＭＳ¹スペクトルを作成しスペクトル記憶部５２に保存する。イオントラップ２に捕捉するイオンの質量電荷比範囲を測定モード１、３及び６のそれぞれに適合するように切り替えつつ３回の測定が実施されることにより、同一の目的試料に対する３つのＭＳ¹スペクトルがスペクトル記憶部５２に格納されることになる。

次に、同じ目的試料に対するＭＳ²測定を実行してＭＳ²スペクトルを取得する（ステップＳ２）。制御部６は、ＭＳ²測定（及び擬似ＭＳ³測定でも）を実施する際に、プリカーサイオンとして選択されたイオンの質量電荷比が下位（質量電荷比が低いほう）の測定モードの最高質量電荷比の質量校正点である質量電荷比以下になった場合、測定モードを自動的に下位の測定モードに切り替えた上でＭＳ²分析を実行する機能を有する。いま、測定モード６で取得したＭＳ¹スペクトルの中でm/z 4000のイオンがＭＳ²分析のためのプリカーサイオンに設定されたものとする。測定モード６よりも下位である測定モード５の最高質量校正点はm/z 4982（＝Ｍ１）であり、さらに下位である測定モード４の最高質量校正点はm/z 3658（＝Ｍ２）であるとすると、プリカーサイオンの質量電荷比はＭ１以下でＭ２以上であるから、測定モードは６から５に切り替わってＭＳ²分析が実行される。

ＭＳ²分析では、上述したＭＳ¹測定と同様に所定質量電荷比範囲のイオンがイオントラップ２の内部空間に捕捉された後に、プリカーサイオンのみイオントラップ２の内部空間に残り他の質量電荷比のイオンが共鳴排出されるように、各電極２１、２２、２３に所定の電圧が印加される。それによりプリカーサイオンが選別された後、ＣＩＤガスがイオントラップ２内に導入され、プリカーサイオンが励振されることでプリカーサイオンのＣＩＤによる解離が促進される。プリカーサイオン選別の際に、上述のように測定モードは６から５に切り替えられる。それによって、プリカーサイオン及びＣＩＤにより生成されるプロダクトイオンは高い効率で捕捉される。そして、ＣＩＤ実施後にクーリングを実行し、その後にイオントラップ２内から順次異なる質量電荷比を持つプロダクトイオンを排出させて検出部３で検出する。データ処理部５にあってスペクトル作成部５１はその質量走査に伴って検出部３で得られるイオン強度信号を受け取り、所定の質量電荷比範囲に亘るＭＳ²スペクトルを作成しスペクトル記憶部５２に保存する。

図３（ａ）はステップＳ１で得られた異なる測定モードに対する３つのＭＳ¹スペクトルの例であり、図３（ｂ）はステップＳ２で得られた１つのＭＳ²スペクトルの例である。

次に、データ処理部５にあって擬似ＭＳ³測定イオン判定部５３は、スペクトル記憶部５２に保存されているＭＳ²スペクトルに現れているピークの質量電荷比を収集しＭＳ²ピークリストを作成するとともに、同じくスペクトル記憶部５２に保存されている３つのＭＳ¹スペクトルに現れているピークの中でプリカーサイオンの質量電荷比（上記例ではm/z 4000）よりも小さな質量電荷比を収集しＭＳ¹ピークリストを作成する。そして、ＭＳ²ピークリストに挙げられた質量電荷比とＭＳ¹ピークリストに挙げられた質量電荷比との共通性を判定し、同一であるとみなせる（質量電荷比差が許容範囲内に収まる）ものを擬似ＭＳ³測定対象イオンとして抽出する（ステップＳ３）。図３の例では、ＭＳ²スペクトルにはm/z 1500のピークが出現しているが、この質量電荷比を持つイオンは測定モード３のＭＳ¹スペクトルでも検出されていることから、このＭＳ¹スペクトルで検出されたm/z 1500のイオンはm/z 4000であるイオンが解離して生じたプロダクトイオンである可能性が高いと判断し、これを擬似ＭＳ³測定対象イオンとして抽出する。

また擬似ＭＳ³測定イオン判定部５３は、複数のＭＳ¹スペクトルの中で擬似ＭＳ³測定対象イオンの量が最も多い、つまりピーク強度が最も大きいＭＳ¹スペクトルを見つけ、そのＭＳ¹スペクトルに対応した測定モードが擬似ＭＳ³測定のために適した測定モードであると判断する。そして、擬似ＭＳ³測定対象イオンの質量電荷比と上記測定モードとを擬似ＭＳ³測定条件として制御部６に設定する（ステップＳ４）。図３の例では、m/z 1500であるイオンが検出されているのは測定モード３の下でのＭＳ¹スペクトルだけであるから擬似ＭＳ³測定条件として設定される測定モードは「３」であるが、複数のＭＳ¹スペクトルに同じ質量電荷比のイオンが検出されている場合には最大のピーク強度を与えるＭＳ¹スペクトルの測定モードを擬似ＭＳ³測定条件として設定すればよい。

次に、制御部６はプリカーサイオンの質量電荷比をm/z 1500に設定し、且つ測定モードを測定モード３にして擬似ＭＳ³測定を実施するように各部を制御し、擬似ＭＳ³スペクトルを取得する（ステップＳ５）。擬似ＭＳ³測定は実質的にはＭＳ²測定と同じであり、測定モード３でのＭＳ¹測定と同様に、イオン源１において目的試料をイオン化し、各種イオンの中で測定モード３に対応した所定質量電荷比範囲（m/z 400-2600）のイオンをイオントラップ２の内部空間に捕捉する。その後に、m/z 1500であるプリカーサイオンのみがイオントラップ２の内部空間に残り他の質量電荷比のイオンが共鳴排出されるように、各電極２１、２２、２３に所定の電圧が印加される。

それによってプリカーサイオンが選別された後、ＣＩＤガスがイオントラップ２内に導入され、プリカーサイオンが励振されることでプリカーサイオンのＣＩＤによる解離が促進される。そして、ＣＩＤ実施後にクーリングを実行し、その後にイオントラップ２内から順次異なる質量電荷比を持つプロダクトイオンを排出させて検出部３で検出する。データ処理部５にあってスペクトル作成部５１はその質量走査に伴って検出部３で得られるイオン強度信号を受け取り、所定の質量電荷比範囲に亘る擬似ＭＳ³スペクトルを作成する。これにより、例えば図３（ｃ）に示すような擬似ＭＳ³スペクトルが得られる。

仮に、ステップＳ１において測定モード６のＭＳ¹スペクトルのみしか取得していないとすると、このＭＳ¹スペクトルにはm/z 1500のイオンは観測されていないので、ステップＳ３においてm/z 1500のイオンをＭＳ¹スペクトル、ＭＳ²スペクトルに共通するイオンピークとして抽出することはできない。そのため、m/z 1500のイオンをプリカーサイオンとする擬似ＭＳ³測定は行えないことになる。これに対し、本実施例のイオントラップ質量分析装置では、初めに広範囲の質量電荷比範囲をカバーするように複数の測定モードでＭＳ¹スペクトルを取得し、それら複数のＭＳ¹スペクトルに現れているイオンピークとＭＳ²スペクトルに現れているイオンピークとの共通性を判断して擬似ＭＳ³測定対象イオンを決めているので、擬似ＭＳ³測定対象イオンの質量電荷比範囲が広がることになる。

ところで、擬似ＭＳ³測定のための測定対象イオンを見出すため、及び、擬似ＭＳ³スペクトルの感度やＳＮ比を高めるためには、ＭＳ¹スペクトル測定の段階或いは擬似ＭＳ³測定でＣＩＤ実施までの段階で目的化合物由来のイオンの分解（インソース分解等）をできるだけ促進させることが望ましい。これが、単なる質量分析やＭＳ²分析とは異なる点である。そこで、上記ステップＳ１のＭＳ¹スペクトル取得時やステップＳ５の擬似ＭＳ³スペクトル取得時に、以下のような手法を採ることができる。

イオン源１としてＭＡＬＤＩイオン源を用いた場合、サンプルＳに照射するレーザ光のパワーを上げることにより試料イオンの内部エネルギが高くなり、インソース分解やクーリングガスとの衝突によるイオンの分解が促進される。レーザ光のパワーとＭＳ¹スペクトル上のピーク強度との関係を実測により求めた結果を図５に示す。これは、図４に示した構造であるウシのフェツイン糖ペプチドを測定モード６で質量分析した際の、その分析中の分解により生じた糖ペプチド由来のプロダクトイオン強度をレーザ光のパワーをパラメータとしてプロットしたものである。レーザ光のパワーを増加させることにより、プロトン付加イオン[Ｍ＋Ｈ]⁺のピーク強度が減じる一方、シアル酸脱離イオンやペプチド部位で開裂したイオン（ｙ₁₀）のピーク強度が増加していることが分かる。

また、イオントラップ２に捕捉したイオンをクーリングする際のクーリングガスとして質量の大きなガスを用いると、試料イオンがクーリングガスに接触したときに受けるエネルギがそれだけ大きいために分解が促進される。クーリングガスとしてヘリウムを用いた場合とそれに比べて格段に重いアルゴンを用いた場合との試料イオン由来のプロダクトイオン強度の実測結果を図６に示す。これは、上記のフェツイン糖ペプチド由来のイオンを、測定モード４で３回測定して取得したＭＳ¹スペクトルを平均したものである。また、ＭＳ¹スペクトル上で観測されるm/z 918、m/z 1198、m/z 2259の３つのイオンピークについての強度値をまとめたものを図７に示す。この結果から、クーリングガスとしてアルゴンを用いることにより、ヘリウムを用いた場合と比べて２〜４倍程度プロダクトイオン量が増加することが分かる。

そこで、本実施例のイオントラップ質量分析装置では、ステップＳ１のＭＳ¹スペクトル取得時やステップＳ５の擬似ＭＳ³スペクトル取得時に、通常の分析時よりもレーザ照射部１１から出射するレーザ光のパワーを上げるとともに、クーリングガス供給源４３から供給するクーリングガスをヘリウムからアルゴンに切り替える。それにより、試料イオンの分解が促進され、擬似ＭＳ³測定対象イオンの量も増加するため、例えば擬似ＭＳ³スペクトルの感度が向上する。

もちろん、クーリングガスとしてアルゴンよりさらに質量の大きな不活性ガスであるクリプトンやキセノンを用いてもよいし、アルゴンよりは軽いがヘリウムより重い窒素やネオンをアルゴンの代わりに用いてもよい。

また、上記実施例のイオントラップ質量分析装置では、矩形波電圧により駆動されるデジタルイオントラップを利用しているが、正弦波電圧により駆動される一般的なイオントラップを利用してもよい。また、イオントラップは３次元四重極型のイオントラップでなくてもリニア型のイオントラップでもよい。

また、イオン源はＭＡＬＤＩイオン源でなくてもよく、レーザ光を利用した他のイオン化法によるイオン源やエレクトロスプレイイオン源などのイオン源でもよい。こうしたイオン源を用いた場合にはＭＡＬＤＩイオン源に比較するとイオンの分解が進みにくいため、例えばクーリングガスのガス圧を上げたり或いはイオン源からイオントラップまでのイオン経路上に設けたイオン輸送光学系の形状や構造を工夫することにより、イオンが分解し易いようにするとよい。

また、上記実施例は本発明の一例にすぎないから、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。

１…イオン源
１１…レーザ照射部
１２…サンプルプレート
１３…アパーチャ
１４…イオンレンズ
Ｓ…サンプル
２…イオントラップ
２１…リング電極
２２…入口側エンドキャップ電極
２３…イオン入射口
２４…出口側エンドキャップ電極
２５…イオン出射口
３…検出部
３１…コンバージョンダイノード
３２…二次電子増倍管
４…ガス供給部
４１…ガス導入管
４２…ガス選択バルブ
４３…クーリングガス供給源
４４…ＣＩＤガス供給源
５…データ処理部
５１…スペクトル作成部
５２…スペクトル記憶部
５３…擬似ＭＳ³測定イオン判定部
６…制御部
７…主電源部
８…補助電源部

Claims (4)

1. イオンを捕捉するイオントラップを有し該イオントラップに捕捉されたイオンを解離させてＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）を実施することが可能なイオントラップ質量分析装置であって、広い質量電荷比範囲をカバーするために測定対象の質量電荷比範囲が異なる複数の測定モードが用意され、該複数の測定モードの中の選択された測定モードの下で質量分析が実行されるイオントラップ質量分析装置において、
   a)全質量電荷比範囲又は所定の質量電荷比範囲をカバーする複数の測定モードでそれぞれ目的試料に対して質量分析を実行することにより、複数のＭＳ¹スペクトルを取得するＭＳ¹測定実行手段と、
   b)目的試料に対しＭＳ²分析を実行することによりＭＳ²スペクトルを取得するＭＳ²測定実行手段と、
   c)前記ＭＳ²スペクトルに現れるピークと同一の質量電荷比であるピークを前記複数のＭＳ¹スペクトルから抽出することにより擬似ＭＳ³測定対象のイオンを決定する擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段と、
   d)前記擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段により決定されたイオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を実行することにより擬似ＭＳ³スペクトルを取得する擬似ＭＳ³測定実行手段と、
   を備えることを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
2. 請求項１に記載のイオントラップ質量分析装置であって、
   前記擬似ＭＳ³測定対象イオン決定手段は、前記ＭＳ¹測定実行手段により取得された前記複数のＭＳ¹スペクトルの中の２以上のＭＳ¹スペクトル上で擬似ＭＳ³測定対象のイオンが観測される場合に、イオン強度が高い方のＭＳ¹スペクトルの測定モードを擬似ＭＳ³測定時の測定モードとして設定することを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
3. 請求項１又は２に記載のイオントラップ質量分析装置であって、イオン源がＭＡＬＤＩイオン源であるイオントラップ質量分析装置において、
   前記ＭＳ²スペクトルと前記複数のＭＳ¹スペクトルとに基づいて決められた擬似ＭＳ³測定対象のイオンのそのＭＳ¹スペクトル上でのイオン強度に応じて、ＭＡＬＤＩイオン源におけるイオン化のためのレーザ光の強度を変更する制御手段をさらに備えることを特徴とするイオントラップ質量分析装置。
4. 請求項１又は２に記載のイオントラップ質量分析装置であって、
   前記ＭＳ²スペクトルと前記複数のＭＳ¹スペクトルとに基づいて決められた擬似ＭＳ³測定対象のイオンのそのＭＳ¹スペクトル上でのイオン強度に応じて、イオントラップに捕捉したイオンをクーリングする際に使用されるクーリングガスの種類を変更する制御手段をさらに備えることを特徴とするイオントラップ質量分析装置。

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