JP2013224870A - 質量分析装置及び質量分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可搬型質量分析装置を試料採取現場に持ち込んで分析する際には装置の誤操作に対する対処を組込む必要がある。測定する試料毎に分析条件を変更する必要が発生する場合に、誤操作が起きないような質量分析装置を実現する必要がある。また、誤判定を防止するためには、測定試料の汚染などにより測定試料の分析が正確に行えない場合に、試料測定を中止する判断基準を設け、装置制御保守を実施する必要がある。
【解決手段】尿の測定を行う場合、質量分析装置は尿中に含まれる物質を自動的に検出し、尿か尿でないかを自動判別し、尿試料に対する固有の分析条件を自動的に選択して測定を実施する。同様に、汗、唾液などについても固有の分析条件を選択する。測定毎に試料容器に内部標準試料を含んだ試料を測定しているかどうかを自動的に判別しエラー表示、測定中断など自動的に行う。装置の健全性確認については毎回装置の保守必要性を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯または可搬できる質量分析装置を用いて、試料採取場所で試料測定を行う際に好適な可搬型の質量分析装置及び質量分析方法に関する。

質量分析機器の発展により、質量分析装置を用いた違法薬物の分析分野が発展してきており、実際に、違法薬物の使用確認を行う確定検査にはガスクロマト・質量分析装置が使用されている。ただし、試料の分析時間が比較的長いために、流体試料の連続的なリアル・タイムの監視および現場での薬物判定には適していない。

このため、現場での違法薬物捜査では、抗原抗体反応を利用したイムノアッセイ方式が用いたキットが使用されてきている。実際にイムノアッセイ方式を用いた場合、特定の薬物に対する感度、選択性が高いことが知られている。一方で、捜査対象薬物が多くなる場合、その対象に応じて複数種類のキットが必要となっている。

近年、微細加工技術の発達および半導体技術の発展により、質量分析装置の小型化が行われてきており、販売され始めている。これらの装置の出現により、試料測定現場への持ち込みは可能となる。

従来、質量分析装置では、試料採取後、分析室において専門の測定者が分析を行っており、装置が汚染されていることの確認や測定対象薬物に対する最適分析条件の選定などは、専門の測定者により判断されている。一方、現場に持ち込んで測定を行う際には、温度・湿度などの環境条件の変動や、専門の測定者以外が測定を実施することによる誤操作への対応が重要であり、ロバストな測定と誤操作の起こらない測定を実現することが課題となっている。

また、薬物捜査などの際には、尿、唾液および汗などの体液中の成分を測定することにより薬物使用の有無について判定をする必要がある。これらの測定の際にも、体液中の目的物質以外の成分に対して目的物質を正確に同定することが求められている。

従来技術において、特許文献１では、光分析装置と質量分析装置とを組み合わせた持運び易い複合分析装置が開示されている。分析対象の試料ガスを内部に導入して光音響法により分析するフロントエンド部と、分析された試料ガスを内部に導入し試料ガス中に透過された光の変化から試料ガスを分析する光分析装置と、分析された試料ガスを内部に導入し試料ガス成分の質量を分析する質量分析装置と、バッテリーと、これらを収納する可搬型ケースとを備えている。

特開２００３−２９４６１９号公報

可搬、携帯できる質量分析装置を試料採取現場に持ち込んで分析する際には、正しい判定結果を得ることが重要である。特に、捜査現場などで使用する際には、誤った判定結果を装置が出力しないように最大限の配慮をする必要がある。このため、質量分析装置の誤操作に対する対処を装置内に組み込む必要がある。

まず初めに想定される誤操作は、測定する試料毎に分析条件を変更する必要が発生する場合に、誤って分析条件が変更されない場合である。特に、薬物などの規制を行う場合には、体液試料と固形違法薬物で、分析条件（加熱温度等）を変える必要な場合が想定される。このような、複雑な判断を測定者が行う際に、捜査への影響が無いように誤操作が起きないような質量分析装置を実現する必要がある。

また、誤判定を防止するためには、質量分析装置の測定試料の汚染などにより測定試料の分析が正確に行えない場合に、継続して試料測定が行わないように装置において判断する基準を設け、その判断基準を元に、装置保守を実施することが必要となる。

実際の捜査時には、測定試料濃度の上限については規定できない。このため、高濃度試料を測定することが十分予測される。実際の装置では、高濃度試料測定後は、キャリーオーバーの懸念があるために装置保守が必要な場合が想定される。保守を行う際にも、装置のクリーニングが必要なのか、部品の交換などが必要なのかの判定を行い、装置の健全性を保つことが重要である。

本発明は、装置本体に取入れた試料を分析する質量分析ユニットと、表示部と、電源と、質量分析ユニットを制御するとともに、データ解析結果を視覚化して表示部に表示させる制御部をケースに収納した質量分析装置において、質量分析装置に挿入された試料の状態を検出する試料状態検出部と、試料の汚染状態を検出する試料汚染検出部と、質量分析装置の保守の要否を反転する装置保守判定部を設けたことを特徴とする。

また、質量分析装置において、試料状態検出部は試料が尿、汗、唾液の少なくとも１つを含む体液成分中の物質か、又は固体物質かを検出することを特徴とする。

また、質量分析装置において、制御部は、質量分析ユニットで検出した質量スペクトルにより体液の種類を特定し、対応する成分分析モードを選択して測定シーケンスを開始することを特徴とする。

また、質量分析装置において、対応する成分分析モードには、質量分析範囲、質量分析条件および温度シーケンスのパラメータを含むことを特徴とする。

また、質量分析装置において、装置保守判定部は、質量分析ユニットにより検出された試料の信号強度に基づいて装置保守の要否を判定することを特徴とする。

また、質量分析装置において、装置保守判定部は検出信号のバックグランド強度、測定対象物の信号強度の少なくとも１つが一定強度以上になった時に、装置保守をユーザーに要求することを特徴とする。

また、質量分析装置において、装置保守の要求は、装置状態を検査するための標準物質であるブランク試料を用いたブランク測定に対する要求であることを特徴とする。

また、質量分析装置において、ブランク試料を収納するブランク試料容器を検出する試料容器センサを有し、制御部にブランク試料容器の有無信号を送付することを特徴とする。

また、質量分析装置において、装置保守判定部は質量分析装置のクリーニング、又は部品交換をユーザーに要求することを特徴とする。

さらに、装置本体に取入れた試料を分析する質量分析ユニットと、表示部と、電源と、質量分析ユニットを制御するとともに、データ解析結果を視覚化して表示部に表示させる制御部を有する質量分析装置を用いた質量分析方法において、試料状態に応じて体液成分分析モードと、固体分析モードのいずれかのモードに移行するモード移行判定ステップと、体液成分分析モード又は固体分析モードのいずれかのモードで質量分析を行うことを特徴とする。

さらに、質量分析方法において、検出した質量スペクトルにより体液の種類を特定し、対応する成分分析モードを選択して測定シーケンスを開始することを特徴とする。

さらに、質量分析方法において、対応する成分分析モードには、質量分析範囲、質量分析条件および温度シーケンスのパラメータを含むことを特徴とする。

さらに、質量分析方法において、検出された試料の信号強度に基づいて装置保守の要否を判定することを特徴とする。

さらに、質量分析方法において、検出信号のバックグランド強度、測定対象物の信号強度の少なくとも１つが一定強度以上になった時に、装置保守をユーザーに要求することを特徴とする。

さらに、質量分析方法において、装置保守の際に質量分析装置のクリーニング、又は部品交換をユーザーに要求することを特徴とする。

本発明は、可搬型の質量分析装置において、誤操作を防止するための洗浄実施状況や体液の有無等の判定機能を備えたことにより、試料の形態にかかわらず、簡易且つ迅速に分析を行うことが可能で、質量分析を行うことにより誤操作の発生を低減し誤判定の可能性を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る質量分析装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る質量分析装置の分析方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係る質量分析装置による尿スペクトルのグラフである。 本発明の実施形態に係る質量分析装置の分析方法を示すフロー図である。

本発明を具現化する質量分析装置は、携帯または可搬できる質量分析装置を試料採取場所において試料測定を行う質量分析装置に関する。

測定対象として尿の測定を行う場合に、質量分析装置は尿中に主に含まれる物質を自動的に検出し、尿か尿でないかを質量分析信号により自動判別する。測定対象に尿が含まれていると判断した場合には、質量分析装置は尿試料に対する固有の分析条件を自動的に選択して、測定を実施する。同様に、汗、唾液などについても各体液中に主に含まれる成分を固有の分析条件の選択基準として使用する。

通常の試料を測定する場合には、測定毎に試料容器に内部標準試料を含んだ希釈液を添加しておき、内部標準試料を含んだ試料を測定しているかどうかを自動的に判別する。内部標準試料の出力に従って質量分析出力の信号強度および質量電荷比を較正する。また、試料が通常の測定用試料である場合は、エラー表示、測定中断などの制御を自動的に行う。

装置の健全性確認については、測定の都度、毎回装置の保守必要性を判定する。具体的には測定された試料濃度を判定基準とし、測定結果の出力の積算値および出力の特定範囲の積算値のいずれかが判定基準を超えた場合に、装置保守の警告を出すこととする。その後、通常の質量分析測定を行う。

警告が出力された状態では、次の測定時に装置状態を検査するためのブランク測定を行うことを要求する。ブランク測定がおこなわれているかの判定はブランク試料内の標準試料の有無により行う。ここでブランク試料とは、通常の測定試料と異なり、既に既知の出力信号を持つ標準試料である。ブランク試料内の標準試料は、通常の測定時に使用する感度、質量数校正用の内部標準試料とは異なり、ブランク測定専用の試料とする。ブランク試料は、例えば特別な容器に収納され試料容器センサで所定ブランク試料が装置へ装填されたかの有無を確認する。

ブランク測定が実施されない場合には、質量分析装置は測定を中止し再度ブランク測定を要求する。また、ブランク測定終了時に残存尿成分および残存薬物等（キャリーオーバー）の汚染物質強度が一定以下に低下しない場合には、再度ブランク測定を要求するか、装置の洗浄および部品の交換を要求する。その要求の判断は、汚染物質強度の低減率に依存する。

図１において、可搬型の質量分析装置１００は図示しないケースに収納され、試料を取入れる試料容器１１０と、試料容器センサ１２０と、試料をイオン化するイオン化部２１０、質量分析を行う質量分析部２２０及び出力結果を解析するデータ解析部２３０からなる質量分析ユニット２００と、制御部３００と、表示部４００と、質量分析装置１００の各構成要素に給電する電源５００を有する。

制御部３００は、さらにマイクロコンピュータ３１０と、試料状態検出部３２０と、装置保守判定部３３０を有する。マイクロコンピュータ３１０は図示しないＣＰＵ、メモリ及び質量分析装置専用の制御ソフトウェアを有し、質量分析ユニット２００の測定情報を処理してグラフ、文字等に視覚化して表示部４００に表示する。

試料状態検出部３２０、装置保守判定部３３０は図１ではマイクロコンピュータ３１０と別体として表示しているが、マイクロコンピュータ３１０の内部構造として構成することもできる。
〔第一の実施形態〕
次に、体液として尿を用いた本発明の第一の実施形態において、図２に示す体液判定方法を実行する。

図２に示すフロー図において、質量分析装置１００で試料の測定をスタートした後、Ｓ２０で試料状態検出部３２０により検出した試料の状態に応じて制御部３００でモード移行判定を行う。試料に体液成分がある場合はＳ２１の体液成分分析モードを選択し、体液成分固有の各種測定条件によって測定を進める。試料に体液成分が無い場合はＳ２２の固体分析モードを選択し、固体試料固有の各種測定条件によって測定を進める。

次に、Ｓ２３で試料測定に先だって、制御部３００の装置保守判定部３３０で装置保守の要否について判定開始する。

次いで、Ｓ２４で質量分析測定を行う。

Ｓ２３で先に述べたような所定の条件に合致した場合には、Ｓ２５で表示部４００により保守の必要性を表示する。保守の必要がなければ、通常の試料測定プロセスを進める。

体液判定方法は、試料中に尿が入っているかどうか、尿中に含まれる固有成分（例えばクレアチン）が質量スペクトル上に出現していかどうかの確認を行う。

図３は各種体液における尿成分の質量スペクトルを示すグラフの一例である。グラフは横軸に質量電荷比ｍ/ｚをとり、縦軸に信号強度をとっている。図３では尿成分に特有な３本のピークをマーカーとして体液を尿として判定を実行することができる。体液として唾液や汗を分析した場合にも、同様に各体液に固有のスペクトルが得られ、これによって体液の種類を特定することが出来る。

尿中に含まれる成分を確認した段階で、可搬型質量分析装置１００の制御部３００は、体液を含む成分分析モードを選択し、測定シーケンスを開始する。これらの成分分析モードには、質量分析範囲、質量分析条件および温度シーケンスに関するパラメータを含む。

体液の有無で一番大きく異なるのは温度シーケンスパラメータであり、体液が有る場合には体液が突沸しない条件を選択し、体液が無い場合には試料の成分分析が行える最適温度まで昇温を行う。

また、正確な測定を行うため、実際の測定モードに移行する前に装置保守の必要性の有無の確認を行う。装置保守の判定には、検出信号のバックグランド強度、測定対象薬物の信号強度および体液中成分の信号強度を元に判定を行い、各項目が一定強度以上になった場合、または各項目の組み合わせ強度が一定強度以上になった場合に、保守が必要であることをユーザーに告知する。

図４のフロー図において、装置保守の必要性の有無を確認する判定方法を説明する。測定をスタートした後、装置保守判定処理が未完の場合はＳ３１のクリーニング判定処理を実行し、装置にブランク試料が装填されている場合はＳ３２で装置のクリーニングを実行し、Ｓ３４で部品交換についての判定を開始する。キャリーオーバーが所定値以内の場合はＳ３５でクリーニング完了としてＳ３６で装置保守完とする。装置にブランク試料が装填されていない場合はＳ３３で表示部４００によりエラー表示を行い、再測定を要求する。

一方、装置保守処理が完了している場合は、Ｓ３７でモード移行判定を行い、体液成分がある場合はＳ３８の体液成分分析モードを採用し、体液成分がない場合はＳ３９の固体分析モードを採用する。次いでＳ４０でクリーニングの要否について判定を開始する。Ｓ４１で質量分析測定を行った後、クリーニング要等の場合はＳ４２で、次回測定までに保守の必要性を表示する。

クリーニング要の告知を受けたユーザーは、告知を受けた後に装置のクリーニングを実施する。

また、クリーニングが実施されているかを確認するためクリーニングには専用容器を使用し、専用容器にはクリーニングを確認するための標準物質が内包されたブランク試料を用いる。クリーニングの実施時には、各キャリーオーバー成分強度が一定値以下になっていることおよび標準物質が一定値以上出現することを確認後、クリーニング完了とする。

完了条件に達しない場合は部品寿命と判断して部品交換のアナウンスを出す。部品交換実施後、再度クリーニングを実施してクリーニング判定を行う。
〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態における体液判定方法は、試料中に唾液が入っているかどうか、唾液中に含まれる成分が質量スペクトル上に出現していかどうかの確認を行う。

唾液中に含まれる成分を確認した段階で、質量分析装置１００の制御部３００は、体液を含む成分分析モードを選択し、測定シーケンスを開始する。これらの成分分析モードには、質量分析範囲、質量分析条件および温度シーケンスパラメータを含む。

図２に示す装置保守の判定、図４に示す部品交換およびクリーニングの要否の判定方法は、第一の実施形態と同様である。
〔第三の実施形態〕
本発明の第三の実施形態における体液判定方法は、質量分析装置１００の制御部３００が、試料中に汗が入っているかどうか、汗中に含まれる成分（乳酸および脂肪酸）が質量スペクトル上に出現していかどうかの確認を行う。汗中に含まれる成分を確認した段階で、質量分析装置は、体液を含む成分分析モードを選択し、測定シーケンスを開始する。

図２に示す装置保守の判定、図４に示す部品交換およびクリーニングの要否の判定方法は、第一の実施形態と同様である。

１００：可搬型質量分析装置
１１０：試料容器
１２０：試料センサ
２００：質量分析ユニット
２１０：イオン化部
２２０：質量分析部
２３０：データ解析部
３００：制御部
３１０：マイクロコンピュータ
３２０：試料状態検出部
３３０：装置保守判定部
４００：表示部
５００：電源

Claims (15)

1. 装置本体に取入れた試料を分析する質量分析ユニットと、表示部と、電源と、前記質量分析ユニットを制御するとともに、データ解析結果を視覚化して前記表示部に表示させる制御部をケースに収納した質量分析装置において、
   前記質量分析装置に挿入された試料の状態を検出する試料状態検出部と、試料の汚染状態を検出する試料汚染検出部と、前記質量分析装置の保守の要否を反転する装置保守判定部を設けたことを特徴とする質量分析装置。
2. 請求項１に記載の質量分析装置において、前記試料状態検出部は試料が尿、汗、唾液の少なくとも１つを含む体液成分中の物質か、又は固体物質かを検出することを特徴とする質量分析装置。
3. 請求項２に記載の質量分析装置において、前記制御部は、前記質量分析ユニットで検出した質量スペクトルにより体液の種類を特定し、対応する成分分析モードを選択して測定シーケンスを開始することを特徴とする質量分析装置。
4. 請求項３に記載の質量分析装置において、前記対応する成分分析モードには、質量分析範囲、質量分析条件および温度シーケンスのパラメータを含むことを特徴とする質量分析装置。
5. 請求項１に記載の質量分析装置において、前記装置保守判定部は、前記質量分析ユニットにより検出された試料の信号強度に基づいて装置保守の要否を判定することを特徴とする質量分析装置。
6. 請求項５に記載の質量分析装置において、前記装置保守判定部は検出信号のバックグランド強度、測定対象物の信号強度の少なくとも１つが一定強度以上になった時に、装置保守をユーザーに要求することを特徴とする質量分析装置。
7. 請求項６に記載の質量分析装置において、前記装置保守の要求は、装置状態を検査するための標準物質であるブランク試料を用いたブランク測定に対する要求であることを特徴とする質量分析装置。
8. 請求項７に記載の質量分析装置において、前記質量分析装置は、前記ブランク試料を収納するブランク試料容器を検出する試料容器センサを有し、前記制御部に前記ブランク試料容器の有無信号を送付することを特徴とする質量分析装置。
9. 請求項６乃至８のいずれかに記載の質量分析装置において、前記装置保守判定部は前記質量分析装置のクリーニング、又は部品交換をユーザーに要求することを特徴とする質量分析装置。
10. 装置本体に取入れた試料を分析する質量分析ユニットと、表示部と、電源と、前記質量分析ユニットを制御するとともに、データ解析結果を視覚化して前記表示部に表示させる制御部を有する質量分析装置を用いた質量分析方法において、
    試料状態に応じて体液成分分析モードと、固体分析モードのいずれかのモードに移行するモード移行判定ステップと、体液成分分析モード又は固体分析モードのいずれかのモードで質量分析を行うことを特徴とする質量分析方法。
11. 請求項１０に記載の質量分析方法において、検出した質量スペクトルにより体液の種類を特定し、対応する成分分析モードを選択して測定シーケンスを開始することを特徴とする質量分析方法。
12. 請求項１１に記載の質量分析方法において、前記対応する成分分析モードには、質量分析範囲、質量分析条件および温度シーケンスのパラメータを含むことを特徴とする質量分析方法。
13. 請求項１０に記載の質量分析方法において、検出された試料の信号強度に基づいて装置保守の要否を判定することを特徴とする質量分析方法。
14. 請求項１３に記載の質量分析方法において、検出信号のバックグランド強度、測定対象物の信号強度の少なくとも１つが一定強度以上になった時に、装置保守をユーザーに要求することを特徴とする質量分析方法。
15. 請求項１４に記載の質量分析方法において、前記装置保守の際に前記質量分析装置のクリーニング、又は部品交換をユーザーに要求することを特徴とする質量分析方法。

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