JP2015173072A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤを１台の装置で実現するとともに、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとを組み合わせたＭＳn分析も可能とする。【解決手段】イオントラップ２と該イオントラップ２から射出されたイオンを質量分析する質量分析部４との間のイオン飛行軌道上に、コリジョンセル３を配置する。また、イオントラップ２内とコリジョンセル３内との独立にＣＩＤガスを供給するガスバルブ６、７を設ける。イオントラップ２において選択及び分離したイオンをコリジョンセル３で高エネルギＣＩＤにより解離し質量分析することで、高エネルギＣＩＤによるＭＳ2分析を行ううことができる。イオントラップ２において選択及び分離したイオンを該イオントラップ２で低エネルギＣＩＤにより解離し、コリジョンセル３を素通りさせて質量分析することで、低エネルギＣＩＤによるＭＳn分析を行ううことができる。【選択図】図１

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、ＭＳ／ＭＳ（＝ＭＳ²）分析やｎが３以上であるＭＳⁿ分析を実行可能である質量分析装置に関する。

分子量が大きな物質の同定やその構造解析、或いは定量などを行うために、質量分析の一つの手法としてＭＳ／ＭＳ分析（タンデム分析）と呼ばれる手法が広く用いられている。ＭＳ／ＭＳ分析では、一般に、試料から生成された各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンがプリカーサイオンとして選択され、該プリカーサイオンが解離されることで生成されたプロダクトイオンが質量分析に供される。イオンの解離手法には様々なものがあるが、運動エネルギを付与したイオンをヘリウムやアルゴン等の衝突誘起解離ガスに接触させて該イオンを解離させる衝突誘起解離（ＣＩＤ＝Collision-Induced Dissociation）は最も広く利用されている手法である（非特許文献１参照）。

ＣＩＤでは通常、加速電場によってイオンに運動エネルギを付与する。加速電場を形成するための加速電圧のエネルギレベルに応じて、ＣＩＤは、加速電圧が数Ｖ〜数十Ｖ程度である低エネルギＣＩＤと、加速電圧が数kV〜数十kV程度と格段に大きい高エネルギＣＩＤとに分けられる。

低エネルギＣＩＤは、一般に、リング電極及び一対のエンドキャップ電極を備える三次元四重極型イオントラップなどのイオントラップにおいて実施される。一般的な解離操作の手順としては、まず試料由来のイオンをイオントラップ内に捕捉したあと、ターゲットとする質量電荷比を有するイオン（プリカーサイオン）以外の不要なイオンがイオントラップ内から排出される。そのあと、イオントラップ内にＣＩＤガスを導入するとともに、エンドキャップ電極に比較的小振幅の交流電圧を印加することで、プリカーサイオンを共鳴励振させる。共鳴励振によって運動エネルギが増大したプリカーサイオンがＣＩＤガスに接触すると、該イオンは解離してプロダクトイオンが生成される。生成されたプロダクトイオンはイオントラップ内に保持されるから、プリカーサイオンの選択及び共鳴励振による解離操作を連続的に複数回繰り返すことにより、ｎが３以上であるＭＳⁿ分析を行うことができる。

一方、高エネルギＣＩＤは一般に、飛行時間型質量分析器（ＴＯＦＭＳ）を２段接続したＴＯＦ／ＴＯＦ型質量分析装置において実施される。一般的な解離操作の手順としては、試料由来のイオンを大きなエネルギを有する加速電場により加速して第１段ＴＯＦにおいて質量電荷比に応じて分離したあと、イオンゲートなどにより特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選択する。そして、選択した高エネルギを持つプリカーサイオンをＣＩＤガスを満たしたコリジョンセルに導入し、プリカーサイオンを該ガスに衝突させることで解離させる。この解離により生成されたプロダクトイオンを第２段ＴＯＦにおいて質量電荷比に応じて分離して検出する。

低エネルギＣＩＤでは、共鳴励振によりプリカーサイオンが持つ運動エネルギは徐々に増加するため、切れやすい結合が選択的に切断される。これに対し高エネルギＣＩＤでは、大きなエネルギを持つプリカーサイオンがＣＩＤガスに衝突するため、低エネルギＣＩＤでは切れない結合も切断される。例えば一部の脂質（例えば不飽和脂肪酸）は二重結合を有しており、こうした二重結合は低エネルギＣＩＤでは切れにくいが、高エネルギＣＩＤにより切断することが可能である。また、糖鎖の環状構造体などについても同様である。

国際公開第2009/095957号公報

アニル（Anil K. Shukla）ほか１名、「タンデム・マス・スペクトロメトリー：ディソシエイション・オブ・イオンズ・バイ・コリジョン・アクティベイション（Tandem mass spectrometry: dissociation of ions by collisional activation）」、ジャーナル・オブ・マス・スペクトロメトリー（Journal of mass spectrometry）、Vol.35、2000年、pp.1069-1090

上述したように、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとはイオンの開裂の態様がかなり異なり、特に高エネルギＣＩＤは特定の化合物の構造解析に非常に有用な手法である。しかしながら、ＴＯＦ／ＴＯＦ型質量分析装置のようにＴＯＦＭＳを複数段接続する構成では、装置が大掛かりになりコストも大幅に高くなるため、ｎが３以上のＭＳⁿ分析を行うことは難しい。そのため、高エネルギＣＩＤは実質的にＭＳ／ＭＳ分析に限定され、高エネルギＣＩＤを実施する装置ではｎが３以上のＭＳⁿ分析を行うことはできない。

また、高エネルギＣＩＤではプリカーサイオンの様々な結合部位で切断が起こるため、低エネルギＣＩＤのように、切れやすい結合部位を選択的に切断することはできない。そのため、解析対象の物質の種類や目的によっては、高エネルギＣＩＤでなく低エネルギＣＩＤのほうが適している場合もある。そのため、多くのユーザは高エネルギＣＩＤ用の装置と低エネルギＣＩＤ用の装置とをそれぞれ用意しており、コスト的な負担が大きかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとを選択的に実行することができるとともに、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとを組み合わせたＭＳⁿ分析も実施することができる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なされた本発明に係る質量分析装置は、
a)試料をイオン化するイオン源と、
b)前記イオン源で生成されたイオンを保持するとともに、特定の質量電荷比を有するイオンの選択、及びその選択されたイオンに対する衝突誘起解離を実施可能であるイオントラップと、
c)前記イオントラップから射出されたイオン又は該イオンに由来するイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する質量分析部と、
d)前記イオントラップと前記質量分析部との間のイオン飛行経路上に配置され、前記イオントラップから射出されたイオンに対する衝突誘起解離を実施可能であるコリジョンセルと、
を備えることを特徴としている。

本発明に係る質量分析装置は、イオンをその内部に一旦捕捉し、捕捉された状態のイオンを低エネルギＣＩＤにより解離させ得るイオントラップと、高いエネルギを有して入射されるイオンをその通過の途中で高エネルギＣＩＤにより解離させ得るコリジョンセルとを併せ持つ。少なくとも、イオントラップ、質量分析部、及びコリジョンセルは、高い真空度に維持される真空チャンバ内に配設される。

イオン源におけるイオン化法は特には限定されず、例えばマトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）法、レーザ脱離イオン化（ＬＤＩ＝Laser Desorption/Ionization）法など、真空雰囲気中で固体状試料中の成分をイオン化する手法、大気圧ＭＡＬＤＩ法やエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ＝ElectroSpray Ionization）法など、大気圧雰囲気中で固体状又は液体状試料中の成分をイオン化する手法等を用いるようにすることができる。

イオントラップは一般に、三次元四重極型イオントラップ又はリニア型イオントラップのいずれかである。また、質量分析部は一般に、飛行時間型質量分析部又はフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型質量分析部のいずれかである。

本発明に係る質量分析装置では、イオン源で生成されたイオンをイオントラップに捕捉したあと、特定の質量電荷比を有するイオンの選択のみをイオントラップで行い、その選択されたイオン（つまりはプリカーサイオン）をイオントラップから射出してＣＩＤガスを供給したコリジョンセルに導入することで、プリカーサイオンを高エネルギＣＩＤにより解離させることができる。これにより生成されたプロダクトイオンをそのまま質量分析部に導入して質量分析に供することで、高エネルギＣＩＤによるＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。

また、イオン源で生成されたイオンをイオントラップに捕捉したあと、特定の質量電荷比を有するイオンの選択と、その選択されたイオン（つまりはプリカーサイオン）に対する低エネルギＣＩＤとを任意の回数繰り返すことができる。そして、それにより生成されたプロダクトイオンをイオントラップから射出し、ＣＩＤガスを供給しないコリジョンセルを素通りさせ質量分析部に導入して質量分析に供することで、低エネルギＣＩＤによるＭＳⁿスペクトルを得ることができる。

さらにまた、上述したように、イオントラップにおいて特定の質量電荷比を有するイオンの選択とその選択されたイオンに対する低エネルギＣＩＤとを任意の回数繰り返したあとに、保持していたイオンをイオントラップから射出し、ＣＩＤガスを供給したコリジョンセルに導入して高エネルギＣＩＤにより解離させるようにすることもできる。これにより生成されたプロダクトイオンを質量分析部に導入して質量分析に供することで、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとを組み合わせたＭＳⁿスペクトルを得ることができる。
以上のように本発明に係る質量分析装置では、高エネルギＣＩＤによるＭＳ／ＭＳ分析、低エネルギＣＩＤのみによるＭＳⁿ分析、及び、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとを組み合わせたＭＳⁿ分析を選択的に行うことができる。

上述したような複数のモードの分析を実行するために、本発明に係る質量分析装置では、前記イオントラップと前記コリジョンセルとにそれぞれ独立に衝突誘起解離（ＣＩＤ）ガスを供給するガス供給部をさらに備える構成とするとよい。
この構成によれば、高エネルギＣＩＤを実施したい場合にはガス供給部によりコリジョンセルにＣＩＤガスを供給し、低エネルギＣＩＤを実施したい場合にはガス供給部によりイオントラップにＣＩＤガスを供給し、高エネルギＣＩＤと低エネルギＣＩＤを共に実施したい場合には、ガス供給部によりコリジョンセルとイオントラップとの両方にＣＩＤガスを供給すればよい。

また本発明に係る質量分析装置は、好ましくは、
前記イオントラップで特定の質量電荷比を有するイオンの選択を行ったあとにその選択されたイオンを該イオントラップから射出して衝突誘起解離ガスを供給した前記コリジョンセルに導入することで、イオンを高エネルギＣＩＤにより解離させ、これにより生成されたプロダクトイオンを前記質量分析部に導入して質量分析する第１の分析モードと、
前記イオントラップで特定の質量電荷比を有するイオンの選択とその選択されたイオンに対する低エネルギＣＩＤとを任意の回数繰り返し、それにより生成されたプロダクトイオンを前記イオントラップから射出し前記コリジョンセルを素通りさせ前記質量分析部に導入して質量分析する第２の分析モードと、
前記イオントラップで特定の質量電荷比を有するイオンの選択とその選択されたイオンに対する低エネルギＣＩＤとを任意の回数繰り返したあとに、保持していたイオンを前記イオントラップから射出し衝突誘起解離ガスを供給した前記コリジョンセルに導入することで、イオンを高エネルギＣＩＤにより解離させ、これにより生成されたプロダクトイオンを前記質量分析部に導入して質量分析する第３の分析モードと、
を選択的に実施するように前記各部を制御する制御部をさらに備える構成とするとよい。

この構成では、例えばユーザが第１乃至第３の分析モードのいずれかを指定して実行開始を指示すると、制御部は指定された分析モードを実行するように各部の動作を制御する。その結果、高エネルギＣＩＤによるＭＳ／ＭＳ分析、低エネルギＣＩＤによるＭＳⁿ分析、低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとの組み合わせによるＭＳⁿ分析を選択的に且つ自動的に実施することができる。なお、第２及び第３の分析モードにおけるイオントラップでの低エネルギＣＩＤの繰り返し実行回数はユーザが適宜に指定できるようしておくとよい。

また、イオントラップにおいてプリカーサイオンとして選択する質量電荷比は、事前にユーザが手動で設定できるようにしてもよいが、予備的に実施した分析の結果に基づいて例えば大きな信号強度が得られるイオンなど、特定の条件に適合したイオンをプリカーサイオンとして自動的に選択するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、従来はそれぞれ専用の装置を用いる必要があったのに対し、１台の装置で低エネルギＣＩＤによる質量分析と高エネルギＣＩＤによる質量分析とを実行することができる。それにより、ユーザは複数の装置を用意する必要がなくなり、コスト的な負担が軽減されるとともに、装置の設置スペースも節約することができる。

また、本発明に係る質量分析装置によれば、イオンの開裂の態様が相違する低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとを組み合わせたＭＳⁿ分析が可能であるので、切れやすい結合部位が切断されて得られる断片情報と切れにくい結合部位が切断されて得られる断片情報がともに十分な強度で得られる。それにより、複雑な化学構造を有する化合物であっても正確な構造を推定することが容易になる。

本発明の一実施例である質量分析装置の概略構成図。 本実施例の質量分析装置における第１の分析モード（高エネルギＣＩＤモード）での動作説明図。 本実施例の質量分析装置における第２の分析モード（低エネルギＣＩＤモード）での動作説明図。 本実施例の質量分析装置における第３の分析モード（低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモード）での動作説明図。 本実施例の質量分析装置における第３の分析モード（低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモード）での動作説明図。

本発明の一実施例である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は本実施例の質量分析装置の概略構成図である。

本実施例の質量分析装置は、試料中の成分をイオン化するイオン源１と、イオン源１で生成されたイオンを電場の作用により一時的に保持可能であるイオントラップ２と、コリジョンセル３と、イオンを質量電荷比に応じて分離して検出する質量分析部４と、を略一直線上に備える。図示しないが、イオントラップ２、コリジョンセル３、及び質量分析部４はターボ分子ポンプなどにより高真空状態に維持される真空チャンバ内に配設される。

イオン源１におけるイオン化法は特に限定されず、例えばＭＡＬＤＩイオン源、ＬＤＩイオン源などとすることができる。こうしたイオン源を用いる場合には、イオン源１も真空チャンバ内に配設される。また、イオン源１として、大気圧ＭＡＬＤＩイオン源、ＥＳＩイオン源などの大気圧イオン源を用いることもでき、その場合には、大気圧雰囲気であるイオン化室と高真空のチャンバとの間に１又は複数の中間真空室を設けた差動排気系の構成が採用される。

イオントラップ２は、環状のリング電極２１と、該リング電極２１を挟む一対のエンドキャップ電極２２、２４とを含む三次元四重極型イオントラップである。イオン源１側に位置す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孔２３が穿設され、出口側エンドキャップ電極２４の略中央には、イオン入射孔２３と一直線上の位置にイオン出射孔２５が穿設されている。リング電極２１には主電圧発生部８から所定の高周波高電圧が印加され、エンドキャップ電極２２、２４にはそれぞれ補助電圧発生部９から小振幅の交流電圧又は直流電圧が印加される。なお、イオントラップ２は三次元四重極型でなくリニア型でもよい。

コリジョンセル３は、イオントラップ２のイオン入射孔２３及びイオン出射孔２５と一直線上にイオン入射孔とイオン出射孔とを有する箱状体である。図１には記載していないが、コリジョンセル３の内部にはイオンガイドを設けてもよい。

質量分析部４は、飛行時間型質量分析器４１と、イオン検出器４２とを含む。飛行時間型質量分析器４１は所定長さの無電場の飛行空間を有し、質量電荷比に応じた速度で飛行するイオンをその飛行時間によって分離する。イオン検出器４２は到達するイオンの量に応じたイオン強度信号を出力する。なお、この例では、飛行時間型質量分析器４１はリニア型であるが、リフレクトロン型でもよい。また、飛行時間型質量分析器の代わりに、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型質量分析器など、他の質量分離手法による質量分析器を用いてもよい。

イオン検出器４２による検出信号はデータ処理部１０に入力され、まずデジタルデータに変換される。そして、データ処理部１０では、イオンの飛行時間と信号強度との関係を示す飛行時間スペクトルが作成され、飛行時間が質量電荷比に換算されることでマススペクトルが作成される。

ガス供給源５はヘリウム、アルゴン等の不活性ガスであるＣＩＤガスを供給するものであり、第１ガスバルブ６が開放したときにイオントラップ２内にＣＩＤガスを供給し、第２ガスバルブ７が開放したときにコリジョンセル３内にＣＩＤガスを供給する。また、操作部１２が接続された制御部１１は、分析に際して各部を制御する機能を有する。なお、制御部１１やデータ処理部１０の機能の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータをハードウエア資源とし、該コンピュータに予めインストールされた所定の制御・処理ソフトウエアを該コンピュータで動作させることで、それぞれの機能を達成させるようにすることができる。

本実施例の質量分析装置には、高エネルギＣＩＤモード、低エネルギＣＩＤモード、及び、高エネルギＣＩＤ-低エネルギＣＩＤ組み合わせモードという三つの分析モードが用意されており、ユーザが操作部１２により所望の分析モードを選択することが可能となっている。以下、本実施例の質量分析装置における各分析モードの動作を図２〜図５を参照して説明する。

［高エネルギＣＩＤモード］
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の質量分析装置における高エネルギＣＩＤモードの動作を説明する概略図である。
高エネルギＣＩＤモードでは、第１ガスバルブ６は閉鎖、第２ガスバルブ７は開放される。これにより、ガス供給源５からコリジョンセル３内にＣＩＤガスが供給され、コリジョンセル３内のガス圧はその周囲の真空チャンバ内よりも高くなる。一方、イオントラップ２内にはＣＩＤガスは供給されないので、イオントラップ２内は高真空状態に維持される。

イオン源１において試料から生成された各種イオンはイオン入射孔２３を通してイオントラップ２内に導入され、主電圧発生部８からリング電極２１に印加される高周波高電圧により形成される高周波電場の作用により捕捉される（図２（ａ）参照）。そのあと、制御部１１からの指示に基づき、補助電圧発生部９からエンドキャップ電極２２、２４に所定の交流電圧が印加されると、その交流電圧の周波数に対応したイオンが励振され、捕捉領域を外れてイオントラップ２外に排出される。これにより、所定の質量電荷比を持つイオン又は所定の質量電荷比範囲に含まれるイオンのみがプリカーサイオンとして選択的にイオントラップ２内に残される（図２（ｂ）参照）。
なお、プリカーサイオンの質量電荷比又は質量電荷比範囲は、例えば操作部１２からユーザが分析条件の一つとして予め設定しておくようにすることができる。

そのあと、補助電圧発生部９はエンドキャップ電極２２、２４にそれぞれ所定の直流電圧を印加することで、捕捉しているプリカーサイオンに一定の運動エネルギを付与し、イオン出射孔２５を通して一斉に射出させる。射出されたイオンはコリジョンセル３内に入射し、コリジョンセル３内に供給されているＣＩＤガスに衝突する。このときにイオンが有しているエネルギは大きいので、高エネルギＣＩＤによりイオンは解離し、その解離によって生成されたプロダクトイオンはそのままコリジョンセル３を出て飛行時間型質量分析器４１に導入される（図２（ｃ）参照）。飛行時間型質量分析器４１に導入された様々な質量電荷比を持つプロダクトイオンは、飛行時間型質量分析器４１の飛行空間中を飛行する間に質量電荷比に応じて分離され、イオン検出器４２に到達して検出される。

このときにイオン検出器４２から得られる検出信号に基づいて、データ処理部１０では、所定の質量電荷比を有する又は所定の質量電荷比範囲に含まれるプリカーサイオンを高エネルギＣＩＤにより解離して得られたプロダクトイオンのマススペクトル、つまりＭＳ／ＭＳスペクトルを作成することができる。

［低エネルギＣＩＤモード］
図３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の質量分析装置における低エネルギＣＩＤモードの動作を説明する概略図である。
低エネルギＣＩＤモードでは、第２ガスバルブ７は閉鎖、第１ガスバルブ６は所定のタイミングで開放される。コリジョンセル３内にはＣＩＤガスは供給されないので、コリジョンセル３内は高真空状態に維持される。一方、ガス供給源５からイオントラップ２内にＣＩＤガスが供給されると、イオントラップ２内のガス圧は真空チャンバ内のその周囲の領域よりも高くなる。

上述した高エネルギＣＩＤモードと同様に、イオン源１において試料から生成された各種イオンはイオン入射孔２３を通してイオントラップ２内に導入され、主電圧発生部８からリング電極２１に印加される高周波高電圧により形成される高周波電場の作用により捕捉される（図３（ａ）参照）。そのあと、制御部１１からの指示に基づき、補助電圧発生部９からエンドキャップ電極２２、２４に所定の交流電圧が印加されると、その交流電圧の周波数に対応したイオンが励振され、捕捉領域を外れてイオントラップ２外に排出される。これにより、所定の質量電荷比を持つイオン又は所定の質量電荷比範囲に含まれるイオンのみがプリカーサイオンとして選択的にイオントラップ２内に残される（図３（ｂ）参照）。

そのあと、第１ガスバルブ６を開放してイオントラップ２内にＣＩＤガスを導入するとともに、補助電圧発生部９からエンドキャップ電極２２、２４に所定の交流電圧を印加し、プリカーサイオン（又は選択的に残したイオンの中で特定の質量電荷比を持つターゲットイオン）を共鳴励振させる。共鳴励振によって大きく振動するイオンはＣＩＤガスに接触し、低エネルギＣＩＤにより解離する。その解離によって生成されたプロダクトイオンは、引き続きイオントラップ２内に捕捉される（図３（ｃ）参照）。

そして、所定時間、低エネルギＣＩＤを実施して十分な量のプロダクトイオンをイオントラップ２内に捕捉したあとに、補助電圧発生部９はエンドキャップ電極２２、２４にそれぞれ所定の直流電圧を印加することで、捕捉しているプロダクトイオンに一定の運動エネルギを付与し、イオン出射孔２５を通して一斉に射出させる。このとき、コリジョンセル３内は高真空状態に維持されているので、射出されたイオンはコリジョンセル３内を通過して飛行時間型質量分析器４１に導入される（図３（ｄ）参照）。飛行時間型質量分析器４１に導入された様々な質量電荷比を持つプロダクトイオンは、飛行時間型質量分析器４１の飛行空間中を飛行する間に質量電荷比に応じて分離され、イオン検出器４２に到達して検出される。

このときにイオン検出器４２から得られる検出信号に基づいて、データ処理部１０では、所定の質量電荷比を有する又は所定の質量電荷比範囲に含まれるプリカーサイオンを低エネルギＣＩＤにより解離して得られたプロダクトイオンのマススペクトル、つまりＭＳ／ＭＳスペクトルを作成することができる。

また、低エネルギＣＩＤモードでは、イオントラップ２内でのプリカーサイオンの選択及び分離操作（図３（ｂ）参照）と低エネルギＣＩＤによる解離操作（図３（ｃ）参照）とを１回のみでなく、複数回繰り返すことができる。例えば、これら操作を２回繰り返したあとにイオントラップ２からプロダクトイオンを射出させることで、低エネルギＣＩＤによるＭＳ³分析を行うことができる。なお、原理的には、ｎの制限のないＭＳⁿ分析を行うことができるが、実際にはプリカーサイオンの選択と解離操作とを繰り返すとイオンの量が減っていくため、感度の観点でからｎの値は５程度が限界である。

このように低エネルギＣＩＤモードではｎが３以上のＭＳⁿ分析が可能であるから、このｎの値も、複数回のＣＩＤにおけるプリカーサイオンの質量電荷比又は質量電荷比範囲とともに、例えば操作部１２からユーザが分析条件の一つとして予め設定できるようにしておくとよい。

［低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモード］
図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｂ）は、本実施例の質量分析装置における低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモードの動作を説明する概略図である。
低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモードでは、第２ガスバルブ７は開放され、第１ガスバルブ６も所定のタイミングで開放される。これにより、ガス供給源５からコリジョンセル３内にＣＩＤガスが供給され、コリジョンセル３内のガス圧はその周囲の真空チャンバ内よりも高くなる。一方、ガス供給源５からイオントラップ２内にＣＩＤガスが供給されると、イオントラップ２内のガス圧はその周囲の真空チャンバ内よりも高くなる。

上述した高エネルギＣＩＤモードと同様に、イオン源１において試料から生成された各種イオンはイオン入射孔２３を通してイオントラップ２内に導入され、主電圧発生部８からリング電極２１に印加される高周波高電圧により形成される高周波電場の作用により捕捉される（図４（ａ）参照）。そのあと、制御部１１からの指示に基づき、補助電圧発生部９からエンドキャップ電極２２、２４に所定の交流電圧が印加されると、その交流電圧の周波数に対応したイオンが励振され、捕捉領域を外れてイオントラップ２外に排出される。これにより、所定の質量電荷比を持つイオン又は所定の質量電荷比範囲に含まれるイオンのみがプリカーサイオンとして選択的にイオントラップ２内に残される（図４（ｂ）参照）。

そのあと、低エネルギＣＩＤモードと同様に、第１ガスバルブ６を開放してイオントラップ２内にＣＩＤガスを導入するとともに、補助電圧発生部９からエンドキャップ電極２２、２４に所定の交流電圧を印加し、プリカーサイオン（又は選択的に残したイオンの中で特定の質量電荷比を持つターゲットイオン）を共鳴励振させる。共鳴励振によって大きく振動するイオンはＣＩＤガスに接触し、低エネルギＣＩＤにより解離する。その解離によって生成されたプロダクトイオンは、引き続きイオントラップ２内に捕捉される（図４（ｃ）参照）。

そして、所定時間、低エネルギＣＩＤを実施して十分な量のプロダクトイオンをイオントラップ２内に捕捉したあとに、制御部１１からの指示の下に、補助電圧発生部９からエンドキャップ電極２２、２４に所定の交流電圧を印加することで、所定の質量電荷比を持つイオン又は所定の質量電荷比範囲に含まれるイオンのみをプリカーサイオンとして選択的にイオントラップ２内に残す（図５（ａ）参照）。このときには、低エネルギＣＩＤによって生成されたプロダクトイオンのうちの一部が、次のＣＩＤのためのプリカーサイオンとしてイオントラップ２に捕捉される。

続いて、補助電圧発生部９はエンドキャップ電極２２、２４にそれぞれ所定の直流電圧を印加することで、捕捉しているイオン（プリカーサイオン）に一定の運動エネルギを付与し、イオン出射孔２５を通して一斉に射出させる。射出されたイオンはコリジョンセル３内に入射し、コリジョンセル３内に供給されているＣＩＤガスに衝突する。このときにイオンが有しているエネルギは大きいので、高エネルギＣＩＤによりイオンは解離し、その解離によって生成されたプロダクトイオンはそのままコリジョンセル３を出て飛行時間型質量分析器４１に導入される（図５（ｅ）参照）。飛行時間型質量分析器４１に導入された様々な質量電荷比を持つプロダクトイオンは、飛行時間型質量分析器４１の飛行空間中を飛行する間に質量電荷比に応じて分離され、イオン検出器４２に到達して検出される。

このときにイオン検出器４２から得られる検出信号に基づいて、データ処理部１０では、１回目に低エネルギＣＩＤが実施され、その結果得られたプロダクトイオンのうちの特定の質量電荷比を有するイオンに対する２回目のＣＩＤが高エネルギＣＩＤで実施された、ＭＳ³スペクトルを作成することができる。低エネルギＣＩＤと高エネルギＣＩＤとでは解離の態様が異なるので、同じＭＳ³分析であっても低エネルギＣＩＤのみによるＭＳ³分析とは異なるパターンのＭＳ³スペクトルを取得することができる。このときには、例えば元の化合物から脱離し易い修飾基などが十分に脱離したあとの基幹構造を高エネルギＣＩＤで解離することができるので、元の化合物の構造を推定するのに有用な情報を得ることができる。

この低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモードにおいても、低エネルギＣＩＤの繰り返し回数を適宜変更することができ、それによって最終のＣＩＤが高エネルギＣＩＤであるＭＳⁿ分析を実施することができる。この場合にも、ＭＳⁿ分析のｎの値を、複数回のＣＩＤにおけるプリカーサイオンの質量電荷比又は質量電荷比範囲とともに、例えば操作部１２からユーザが分析条件の一つとして予め設定できるようにしておくとよい。

上記説明では、低エネルギＣＩＤ、高エネルギＣＩＤいずれにおいても、ＣＩＤの対象とするプリカーサイオンの質量電荷比又は質量電荷比範囲を予め設定しておくようにしていたが、一般的には、そうした質量電荷比や質量電荷比範囲は実際の試料に対する予備的な質量分析を実施した結果に基づいて定められる。例えばＭＡＬＤＩイオン源などを用いた場合には、通常、同じ試料に対する質量分析を多数回繰り返し実行できるので、予備的な質量分析を実施することに大きな支障はない。

しかしながら、例えば液体クロマトグラフ等で成分分離された試料をＥＳＩイオン源に導入してイオン化するような場合には、予備的な質量分析を行うことができないことがある。これに対し、従来、予め設定された条件に適合したプリカーサイオンを自動的に見つけてＭＳⁿ分析を実行する、いわゆるオートＭＳⁿ分析と呼ばれる測定法が知られている（特許文献１など参照）。オートＭＳⁿ分析では、プリカーサイオン選択やＣＩＤを伴わない通常の質量分析を実行してマススペクトルを取得した後に直ぐに、そのマススペクトル中に現れているピークに対し所定条件に適合したピークを自動的に見つけるデータ処理を実行し、選別されたピークの質量電荷比をプリカーサイオンに設定してＭＳ／ＭＳ分析を実行する、さらにはそのＭＳ／ＭＳスペクトルから所定条件に適合したピークを見つけてＭＳ³分析を実行する。こうしたオートＭＳⁿ分析を本実施例の質量分析装置で実行してもよい。

また、実質的に同じである試料に対して、低エネルギＣＩＤモードでのＭＳⁿ分析と低エネルギＣＩＤ-高エネルギＣＩＤ組み合わせモードでのＭＳⁿ分析とを自動的に実施する等、複数の分析モードを適宜に組み合わせた自動分析を実行するようにしてもよい。分析する化合物の種類等に応じてこうした様々な自動分析を適用することで、その化合物の構造解析に適した情報をできるだけ漏れなく収集し、化合物の構造解析を容易に且つ正確に行うことができる。

また、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加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
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…イオン入射孔
２４…出口側エンドキャップ電極
２５…イオン出射孔
３…コリジョンセル
４…質量分析部
４１…飛行時間型質量分析器
４２…イオン検出器
５…ガス供給源
６…第１ガスバルブ
７…第２ガスバルブ
８…主電圧発生部
９…補助電圧発生部
１０…データ処理部
１１…制御部
１２…操作部

Claims (3)

1. a)試料をイオン化するイオン源と、
   b)前記イオン源で生成されたイオンを保持するとともに、特定の質量電荷比を有するイオンの選択、及びその選択されたイオンに対する衝突誘起解離を実施可能であるイオントラップと、
   c)前記イオントラップから射出されたイオン又は該イオンに由来するイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する質量分析部と、
   d)前記イオントラップと前記質量分析部との間のイオン飛行経路上に配置され、前記イオントラップから射出されたイオンに対する衝突誘起解離を実施可能であるコリジョンセルと、
   を備える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であって、
   前記イオントラップと前記コリジョンセルとにそれぞれ独立に衝突誘起解離ガスを供給するガス供給部をさらに備え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であって、
   前記イオントラップで特定の質量電荷比を有するイオンの選択を行ったあとにその選択されたイオンを該イオントラップから射出して衝突誘起解離ガスを供給した前記コリジョンセルに導入することで、イオンを高エネルギ衝突誘起解離により解離させ、これにより生成されたプロダクトイオンを前記質量分析部に導入して質量分析する第１の分析モードと、
   前記イオントラップで特定の質量電荷比を有するイオンの選択とその選択されたイオンに対する低エネルギ衝突誘起解離とを任意の回数繰り返し、それにより生成されたプロダクトイオンを前記イオントラップから射出し前記コリジョンセルを素通りさせ前記質量分析部に導入して質量分析する第２の分析モードと、
   前記イオントラップで特定の質量電荷比を有するイオンの選択とその選択されたイオンに対する低エネルギ衝突誘起解離とを任意の回数繰り返したあとに、保持していたイオンを前記イオントラップから射出し衝突誘起解離ガスを供給した前記コリジョンセルに導入することで、イオンを高エネルギ衝突誘起解離により解離させ、これにより生成されたプロダクトイオンを前記質量分析部に導入して質量分析する第３の分析モードと、
   を選択的に実施するように前記各部を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする質量分析装置。

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