JP3020604B2 - 質量分析法のための電気噴霧イオン源 - Google Patents
質量分析法のための電気噴霧イオン源Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、質量分析法に関し、更に詳細には、電気噴
霧イオン化による完全な高分子量イオンの生成に関す
る。
霧イオン化による完全な高分子量イオンの生成に関す
る。
関連技術の説明 質量分析法は、分子量の精確な測定、化学構造の同
定、混合物の組成の決定および定量的元素分析のための
広く受け入れられている分析技術である。質量分析法
は、有機分子の分子量を精確に決定し、分子がイオン化
するときに形成されるイオンの開裂パターンに基づいて
有機分子の構造を決定することができる。
定、混合物の組成の決定および定量的元素分析のための
広く受け入れられている分析技術である。質量分析法
は、有機分子の分子量を精確に決定し、分子がイオン化
するときに形成されるイオンの開裂パターンに基づいて
有機分子の構造を決定することができる。
約数百から数千よりも大きな分子量を有する有機分子
には、ペプチド、タンパク、DNA、少糖類、商業的に重
要なポリマー、有機金属化合物および製剤があるので、
医学および商業的に極めて興味深いものである。
には、ペプチド、タンパク、DNA、少糖類、商業的に重
要なポリマー、有機金属化合物および製剤があるので、
医学および商業的に極めて興味深いものである。
後で引用される一連の報告には、10,000ダルトンを上
回る分子量の大きな有機分子は、イオンをスペクトロメ
ーターに導入するための「電気噴霧」イオン化を用いる
四重極マススペクトロメーターで分析することができる
ことが示唆されている。
回る分子量の大きな有機分子は、イオンをスペクトロメ
ーターに導入するための「電気噴霧」イオン化を用いる
四重極マススペクトロメーターで分析することができる
ことが示唆されている。
電気噴霧イオン化においては、シリンジ（注入）針に
は、四重極マススペクトロメーターの入り口オリフィス
の近くに（0.5〜4cm）オリフィスが配置されている。目
的の分子を含む希薄溶液は、シリンジ針を通して送液さ
れる。シリンジ針オリフィスと質量分析器へと続くオリ
フィスとの間の強力な電位、典型的には3kV〜6kVによっ
て、溶液の噴霧（「電気噴霧」）が形成される。この電
気噴霧は大気圧で行われ、強く帯電した溶液の小滴を供
給する。目的の分子のイオンは、帯電した小滴から直接
に形成される。
は、四重極マススペクトロメーターの入り口オリフィス
の近くに（0.5〜4cm）オリフィスが配置されている。目
的の分子を含む希薄溶液は、シリンジ針を通して送液さ
れる。シリンジ針オリフィスと質量分析器へと続くオリ
フィスとの間の強力な電位、典型的には3kV〜6kVによっ
て、溶液の噴霧（「電気噴霧」）が形成される。この電
気噴霧は大気圧で行われ、強く帯電した溶液の小滴を供
給する。目的の分子のイオンは、帯電した小滴から直接
に形成される。
下記の引用文献は、本明細書において参考として引用
する。
する。
ドール（Dole）らの「マクロイオンの分子ビーム」J.
Chem.Phys.1968,49,2240−2249頁およびマック（Mack）
らの「マクロイオンの分子ビームII」J.Chem.Phys.197
0,52,4977−4986頁によって、溶液状態の高分子量ポリ
マーから単離されたガス相イオンを生成することが示唆
されている。これらの巨大分子イオンは、大気圧でポリ
マー溶液を電気噴霧してバスガス（bath gas）とするこ
とによって生成した。ドールによって用いられる電気噴
霧の手順は、シリンジ針と計数電極との間に強力な電場
を適用することから成っていた。溶質溶液をシリンジ針
を通して送液するときには、電場によって液体が崩壊し
て微少な帯電小滴となった。現在利用可能な従来の質量
分析器は、高質量のイオンを収容することができないの
で、ドールは、イオン化した巨大分子がファラデーケー
ジに到達するのを止めるのに要する制動電位を測定する
ことによるイオン化した質量／電荷比を測定する精度の
低い間接的方法に頼らざるを得なかった。
Chem.Phys.1968,49,2240−2249頁およびマック（Mack）
らの「マクロイオンの分子ビームII」J.Chem.Phys.197
0,52,4977−4986頁によって、溶液状態の高分子量ポリ
マーから単離されたガス相イオンを生成することが示唆
されている。これらの巨大分子イオンは、大気圧でポリ
マー溶液を電気噴霧してバスガス（bath gas）とするこ
とによって生成した。ドールによって用いられる電気噴
霧の手順は、シリンジ針と計数電極との間に強力な電場
を適用することから成っていた。溶質溶液をシリンジ針
を通して送液するときには、電場によって液体が崩壊し
て微少な帯電小滴となった。現在利用可能な従来の質量
分析器は、高質量のイオンを収容することができないの
で、ドールは、イオン化した巨大分子がファラデーケー
ジに到達するのを止めるのに要する制動電位を測定する
ことによるイオン化した質量／電荷比を測定する精度の
低い間接的方法に頼らざるを得なかった。
更に最近では、ホワイトハウス（Whitehouse）らの
「液体クロマトグラフとマススペクトロメーターの電気
噴霧界面」Anal.Chem.1985,57,675−679頁、メング（Me
ng）らの「プロトンまたはタンパクについて」Z.Phys.
D.198,10,361−368頁、及びウォング（Wong）らのJ.Phy
s.Chem.,1988,92,546−550頁では、大気圧電気噴霧イオ
ン化源を四重極質量分析器に結び付けることによってド
ールの場合に見られた問題点を解決した。彼等は、電気
噴霧イオン化法が有機ポリマーから極めて高く帯電した
イオンを生成する強い傾向を示すことを見出した。実際
に、これらの極めて強く帯電したイオン種が効率的に生
成することにより、四重極分析器の質量範囲は、ポリマ
ーイオン上の電荷の数に等しいファクターによって効果
的に増加するようになった。
「液体クロマトグラフとマススペクトロメーターの電気
噴霧界面」Anal.Chem.1985,57,675−679頁、メング（Me
ng）らの「プロトンまたはタンパクについて」Z.Phys.
D.198,10,361−368頁、及びウォング（Wong）らのJ.Phy
s.Chem.,1988,92,546−550頁では、大気圧電気噴霧イオ
ン化源を四重極質量分析器に結び付けることによってド
ールの場合に見られた問題点を解決した。彼等は、電気
噴霧イオン化法が有機ポリマーから極めて高く帯電した
イオンを生成する強い傾向を示すことを見出した。実際
に、これらの極めて強く帯電したイオン種が効率的に生
成することにより、四重極分析器の質量範囲は、ポリマ
ーイオン上の電荷の数に等しいファクターによって効果
的に増加するようになった。
更に最近では、ルー（Loo）らの「電気噴霧イオン化
質量分析法によって形成された大型分子からのイオンの
電荷分布に就いての衝突効果」Rapid Commun.Mass Spec
trom.1988,2,207−210頁でも、四重極質量分析器を用い
る電気噴霧イオン化を用いて、以前は質量分析法によっ
て測定することができなかった各種のタンパクの正確な
分子質量を得た。
質量分析法によって形成された大型分子からのイオンの
電荷分布に就いての衝突効果」Rapid Commun.Mass Spec
trom.1988,2,207−210頁でも、四重極質量分析器を用い
る電気噴霧イオン化を用いて、以前は質量分析法によっ
て測定することができなかった各種のタンパクの正確な
分子質量を得た。
電気噴霧イオン化は大気圧で溶液から直接起こるの
で、この方法で形成されたイオンは著しく溶媒和し易
い。有意な質量測定を行うには、イオンに付着した任意
の溶媒分子を効率的に除去する必要がある。前記の文献
に記載された装置では、脱溶媒和は、イオンが質量分析
器の真空中に入る前に小滴と溶媒和したイオンを加熱ガ
スの強力な向流（６〜９リットル/m）と相互作用させる
ことによって行っている。
で、この方法で形成されたイオンは著しく溶媒和し易
い。有意な質量測定を行うには、イオンに付着した任意
の溶媒分子を効率的に除去する必要がある。前記の文献
に記載された装置では、脱溶媒和は、イオンが質量分析
器の真空中に入る前に小滴と溶媒和したイオンを加熱ガ
スの強力な向流（６〜９リットル/m）と相互作用させる
ことによって行っている。
このような強力な向流のガス流は経費が嵩み、ガス流
速と温度を精確に制御し、それぞれの分析質および溶媒
系について最適にする必要があるので操作が難しい。適
当なガス流と温度条件が得られなければ、イオンの脱溶
媒和が不完全になり、イオンが高流速のガスによって押
し流されてしまうことがある。脱溶媒和工程を促進する
ため、ルーらは質量分析器の試料採取オリフィスとスキ
マーとの間の減圧領域に静電界を適用することによる衝
突活性化も用いた。
速と温度を精確に制御し、それぞれの分析質および溶媒
系について最適にする必要があるので操作が難しい。適
当なガス流と温度条件が得られなければ、イオンの脱溶
媒和が不完全になり、イオンが高流速のガスによって押
し流されてしまうことがある。脱溶媒和工程を促進する
ため、ルーらは質量分析器の試料採取オリフィスとスキ
マーとの間の減圧領域に静電界を適用することによる衝
突活性化も用いた。
高速送液が、前記の総ての装置に組み入れられてお
り、電気噴霧イオンを質量分析器に直接採取できるよう
になっているが、大気圧から真空までのイオン輸送の詳
細な方法はそれぞれの場合で異なっている。例えば、イ
オン輸送は、内径が0.2mmで長さが60mmのガラスキャピ
ラリー（毛細）管とスキマー（ホワイトハウスら）、お
よび直径が1.0mmの採取オリフィスとスキマー（ルー
ら）によって行われている。
り、電気噴霧イオンを質量分析器に直接採取できるよう
になっているが、大気圧から真空までのイオン輸送の詳
細な方法はそれぞれの場合で異なっている。例えば、イ
オン輸送は、内径が0.2mmで長さが60mmのガラスキャピ
ラリー（毛細）管とスキマー（ホワイトハウスら）、お
よび直径が1.0mmの採取オリフィスとスキマー（ルー
ら）によって行われている。
発明の目的 本発明の目的は、マススペクトロメーター用の電気噴
霧イオン源であって、ガスの向流は調整および制御が難
しいので、系にガスの向流を用いないものを提供するこ
とである。
霧イオン源であって、ガスの向流は調整および制御が難
しいので、系にガスの向流を用いないものを提供するこ
とである。
本発明のもう一つの目的は、極僅かの改良を行うだけ
で市販の質量分析器に適合するようになるイオン源を提
供することである。
で市販の質量分析器に適合するようになるイオン源を提
供することである。
本発明のもう一つの目的は、巨大分子からイオンの断
片化を起こすことなく高度に荷電したイオンを十分な量
で供給するイオン源を提供することである。
片化を起こすことなく高度に荷電したイオンを十分な量
で供給するイオン源を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、ミクロンの大きさの小滴
をマススペクトロメーターの真空の外側の雰囲気中に噴
霧して、使用者が容易に噴霧を観察し、調整することが
できるようにしたイオン源を提供することである。
をマススペクトロメーターの真空の外側の雰囲気中に噴
霧して、使用者が容易に噴霧を観察し、調整することが
できるようにしたイオン源を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、分析質分子イオンの脱溶
媒和および分断を好都合且つ精確に制御することができ
るイオン源を提供することである。
媒和および分断を好都合且つ精確に制御することができ
るイオン源を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、電気噴霧によって生成し
たイオンを大気圧から質量分析器の真空まで好都合に注
入する方法を提供することである。
たイオンを大気圧から質量分析器の真空まで好都合に注
入する方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、質量分析器に入る前に、
試料からの分子イオンをそのまま衝突活性化して断片化
することにより生体分子の構造を解明することができる
イオン源を提供することである。
試料からの分子イオンをそのまま衝突活性化して断片化
することにより生体分子の構造を解明することができる
イオン源を提供することである。
発明の要約 本発明によれば、改良された質量分析器を新規な電気
噴霧イオン源に結合してマススペクトロメーターを形成
させる。質量分析器は、四重極型、磁界偏向型TOF（飛
行時間型）、フーリエ変換または他のタイプの質量分析
器であってもよい。
噴霧イオン源に結合してマススペクトロメーターを形成
させる。質量分析器は、四重極型、磁界偏向型TOF（飛
行時間型）、フーリエ変換または他のタイプの質量分析
器であってもよい。
イオン源には、高電圧を負荷したシリンジ針（0.15mm
内径）であって、その出口オリフィスが実験室の周囲雰
囲気中で長い金属キャピラリー管の入口オリフィスから
一定の距離（0.5〜4cm）の間隔を取っているものが備え
られている。キャピラリー管を電気抵抗コイルによって
加熱し（80〜90℃）、低めの電圧（０〜400V）に保持す
る。キャピラリー管の出口オリフィスは、スキマーから
離れており、真空室（圧、１〜10トール）内にある。ス
キマー中の穴（直径0.5mm）は、第二の真空質（４×10
-4トール）、それぞれが貫通孔を有する一連のレンズお
よび貫通孔（直径2.4mm）を有するバッフルへ続き、質
量分析器（四重極分析器）の真空室（２×10-5トール）
へと続いている。
内径）であって、その出口オリフィスが実験室の周囲雰
囲気中で長い金属キャピラリー管の入口オリフィスから
一定の距離（0.5〜4cm）の間隔を取っているものが備え
られている。キャピラリー管を電気抵抗コイルによって
加熱し（80〜90℃）、低めの電圧（０〜400V）に保持す
る。キャピラリー管の出口オリフィスは、スキマーから
離れており、真空室（圧、１〜10トール）内にある。ス
キマー中の穴（直径0.5mm）は、第二の真空質（４×10
-4トール）、それぞれが貫通孔を有する一連のレンズお
よび貫通孔（直径2.4mm）を有するバッフルへ続き、質
量分析器（四重極分析器）の真空室（２×10-5トール）
へと続いている。
目的の分子、例えばタンパクを溶媒または溶媒の混合
物に溶解し、溶液をシリンジ針を介して送液する。使用
者が観察して調整することができるように、溶液をそこ
からミクロンの大きさの小滴で雰囲気中に電気噴霧す
る。電気噴霧シリンジ針とキャピラリー管との間の隙間
における電界によって、小滴が帯電され、これがキャピ
ラリー管に入る。管の両端の圧差の結果としてのキャピ
ラリー管中のガスの強力な流れによって、帯電した小滴
が管の中央へと押しやられる。キャピラリー管を加熱す
ることによって、小滴が蒸発し、目的とする生成する分
子イオンの脱溶媒和が起こる。例えば、キャピラリー管
は、管の周りに巻いた電気抵抗ワイヤーによって加熱す
ることができ、または管が抵抗製加熱素子であってもよ
い。
物に溶解し、溶液をシリンジ針を介して送液する。使用
者が観察して調整することができるように、溶液をそこ
からミクロンの大きさの小滴で雰囲気中に電気噴霧す
る。電気噴霧シリンジ針とキャピラリー管との間の隙間
における電界によって、小滴が帯電され、これがキャピ
ラリー管に入る。管の両端の圧差の結果としてのキャピ
ラリー管中のガスの強力な流れによって、帯電した小滴
が管の中央へと押しやられる。キャピラリー管を加熱す
ることによって、小滴が蒸発し、目的とする生成する分
子イオンの脱溶媒和が起こる。例えば、キャピラリー管
は、管の周りに巻いた電気抵抗ワイヤーによって加熱す
ることができ、または管が抵抗製加熱素子であってもよ
い。
イオンは真空室に入り、そこで溶媒が衝突活性化によ
って更に除去された後、帯電イオンがスキマー中の孔
と、レンズとバッフル中の孔を通過し、分析器へと入
る。
って更に除去された後、帯電イオンがスキマー中の孔
と、レンズとバッフル中の孔を通過し、分析器へと入
る。
図面の簡単な説明 本発明の他の目的および特徴は、添付の図面に関する
本発明の下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明の下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
図面において、 第１図は、本発明の電気噴霧イオン化マススペクトロ
メーター（一定の縮尺で描いてはいない）の側平面模式
図であり、 第２図は、本発明の装置におけるキャピラリー管に適
用した異なる電圧（Vc）で測定したブラジキニンの電気
噴霧イオン化マススペクトルであり、 第３図は、メタノール、水および酢酸（47:47:6,v/
v）の溶液から得られたチトクロムＣの電気噴霧イオン
化マススペクトルであり、 第４図は、メタノール、水および酢酸（47:47:6,v/
v）の混合物に溶解したウシ炭酸脱水酵素11の電気噴霧
イオン化マススペクトルであり、 第５図は、（Ｍ＋35H）35+イオンの付近におけるウシ
炭酸脱水酵素の詳細なマススペクトルであり、 第６図は、ウシ血清アルブミンの電気噴霧イオン化マ
ススペクトル（但し、このスペクトルは７回の走査の平
均である）（130秒／走査）であり、 第７図は、電気噴霧溶液濃度の関数としてのウマアポ
ミグロビンのマススペクトルにおける４つの最も強いイ
オン［（Ｍ＋17H）17+、（Ｍ＋18H）18+、（Ｍ＋19H）
19+および（Ｍ＋20H）20+］の強度の和をプロットした
ものであり、 第８図は、（glu−１）フィブリノペプチドの電気噴
霧イオン化マススペクトル（CIDスペクトル）であり、 第９図は、トリビピリジルルテニウム（II）塩化物の
電気噴霧イオン化マススペクトルである。
メーター（一定の縮尺で描いてはいない）の側平面模式
図であり、 第２図は、本発明の装置におけるキャピラリー管に適
用した異なる電圧（Vc）で測定したブラジキニンの電気
噴霧イオン化マススペクトルであり、 第３図は、メタノール、水および酢酸（47:47:6,v/
v）の溶液から得られたチトクロムＣの電気噴霧イオン
化マススペクトルであり、 第４図は、メタノール、水および酢酸（47:47:6,v/
v）の混合物に溶解したウシ炭酸脱水酵素11の電気噴霧
イオン化マススペクトルであり、 第５図は、（Ｍ＋35H）35+イオンの付近におけるウシ
炭酸脱水酵素の詳細なマススペクトルであり、 第６図は、ウシ血清アルブミンの電気噴霧イオン化マ
ススペクトル（但し、このスペクトルは７回の走査の平
均である）（130秒／走査）であり、 第７図は、電気噴霧溶液濃度の関数としてのウマアポ
ミグロビンのマススペクトルにおける４つの最も強いイ
オン［（Ｍ＋17H）17+、（Ｍ＋18H）18+、（Ｍ＋19H）
19+および（Ｍ＋20H）20+］の強度の和をプロットした
ものであり、 第８図は、（glu−１）フィブリノペプチドの電気噴
霧イオン化マススペクトル（CIDスペクトル）であり、 第９図は、トリビピリジルルテニウム（II）塩化物の
電気噴霧イオン化マススペクトルである。
発明の詳細な説明 本発明の電気噴霧イオン化質量分析計の図式的な説明
が第１図に示されている。この質量分析計は改良された
市販用の四重極質量分析器（質量アナライザー（mass a
nalyzer））中に直接差し込まれている、新たにデザイ
ンされた電気噴霧イオン源を使用し、イオンは長い毛細
管を通して、３段階の差圧排気によって質量アナライザ
ー中に入る。分析（される）溶液（analyte solution）
は、適当な溶媒に溶かした目的（interest）分子の希薄
溶液である。この溶液は90゜ポイントのステンレス鋼の
針（0.15mm内径）である注入シリンジ（syringe））針
から電気噴霧される。針10は金属毛細管11に対して３〜
6kVに保たれており、この毛細管を通して小滴、イオン
およびガスが質量アナライザーの中に入る。注入ポンプ
（好ましくはsage機器モデル341 B）は、針10を通し
て、0.5〜2ul/分の一定の流速を保つ。電気噴霧針の先
端14と毛細管11の間隙は好ましくは1cmであり、0.5〜4c
mの範囲である。
が第１図に示されている。この質量分析計は改良された
市販用の四重極質量分析器（質量アナライザー（mass a
nalyzer））中に直接差し込まれている、新たにデザイ
ンされた電気噴霧イオン源を使用し、イオンは長い毛細
管を通して、３段階の差圧排気によって質量アナライザ
ー中に入る。分析（される）溶液（analyte solution）
は、適当な溶媒に溶かした目的（interest）分子の希薄
溶液である。この溶液は90゜ポイントのステンレス鋼の
針（0.15mm内径）である注入シリンジ（syringe））針
から電気噴霧される。針10は金属毛細管11に対して３〜
6kVに保たれており、この毛細管を通して小滴、イオン
およびガスが質量アナライザーの中に入る。注入ポンプ
（好ましくはsage機器モデル341 B）は、針10を通し
て、0.5〜2ul/分の一定の流速を保つ。電気噴霧針の先
端14と毛細管11の間隙は好ましくは1cmであり、0.5〜4c
mの範囲である。
質量スペクトルの質は針から放出される噴霧の質、す
なわち、その細かさと粘稠度（consistency）に強く依
存する。本発明のデザインでは、噴霧を使用者が観察す
ることができ、真空ハウジングの外で、針から放出され
る流れを直接目で見て調節することによって迅速に最善
の状態にすることができる。
なわち、その細かさと粘稠度（consistency）に強く依
存する。本発明のデザインでは、噴霧を使用者が観察す
ることができ、真空ハウジングの外で、針から放出され
る流れを直接目で見て調節することによって迅速に最善
の状態にすることができる。
分析溶液を電気噴霧すると細かな、高度に荷電された
小滴ができる。これら小滴は電界ラインを追跡し、金属
毛細管11の方へ移行しようとする。管11は好ましくは外
径1.59mm、内径0.5mm、長さ203mmであり、質量分析計の
第１真空室21の中に突き出ている。真空ハウジング12全
体は約100℃の温度に加熱される。第１真空室21は回転
ポンプ、好ましくはEdwards ISC 900によって真空排気
され、排気速度は1100／分で、圧力は第１図に示され
るピラニ真空管20の位置で1.2トールに保たれる。移行
している小滴の一部分が、管11の両端間の大きな圧力差
から生じる強いガス流に助けられて、長いステンレス鋼
毛細管11に入る。管11のインプットオリフィス22中に入
る小滴は、この強いガス流によって管11の中心の方に集
束する傾向があり、かくして管中を移動させられる。
小滴ができる。これら小滴は電界ラインを追跡し、金属
毛細管11の方へ移行しようとする。管11は好ましくは外
径1.59mm、内径0.5mm、長さ203mmであり、質量分析計の
第１真空室21の中に突き出ている。真空ハウジング12全
体は約100℃の温度に加熱される。第１真空室21は回転
ポンプ、好ましくはEdwards ISC 900によって真空排気
され、排気速度は1100／分で、圧力は第１図に示され
るピラニ真空管20の位置で1.2トールに保たれる。移行
している小滴の一部分が、管11の両端間の大きな圧力差
から生じる強いガス流に助けられて、長いステンレス鋼
毛細管11に入る。管11のインプットオリフィス22中に入
る小滴は、この強いガス流によって管11の中心の方に集
束する傾向があり、かくして管中を移動させられる。
管11は好ましくは約85゜±５℃（25〜200℃の範囲）
に加熱される。加熱によってイオン化された小滴と溶媒
和したイオンは、それらが管11の中を通過するときに継
続的に脱溶媒和される。長い金属毛細管11がイオン化さ
れた物（entities）を大気圧から減圧（１〜10トール）
の室21に輸送する。長い管11によって、（ａ）イオンを
市販用の質量分析計のシステム中に都合良く注入する；
（ｂ）毛細管出口とスキマーの間の区域を能率的に排気
する；（ｃ）電気噴霧された小滴が針から放出されると
きに、調節ができるように、小滴を使用者が素早く観察
する；および（ｄ）小滴に対して能率的で、かつ調節さ
れた熱伝達をすること、が可能になる。本発明のデザイ
ンにおける金属の使用によって、ガラス毛細管では時折
遭遇する荷電（charging）の問題が低減する。
に加熱される。加熱によってイオン化された小滴と溶媒
和したイオンは、それらが管11の中を通過するときに継
続的に脱溶媒和される。長い金属毛細管11がイオン化さ
れた物（entities）を大気圧から減圧（１〜10トール）
の室21に輸送する。長い管11によって、（ａ）イオンを
市販用の質量分析計のシステム中に都合良く注入する；
（ｂ）毛細管出口とスキマーの間の区域を能率的に排気
する；（ｃ）電気噴霧された小滴が針から放出されると
きに、調節ができるように、小滴を使用者が素早く観察
する；および（ｄ）小滴に対して能率的で、かつ調節さ
れた熱伝達をすること、が可能になる。本発明のデザイ
ンにおける金属の使用によって、ガラス毛細管では時折
遭遇する荷電（charging）の問題が低減する。
毛細管11から出てくる物質の一部分は、好ましくは管
11の末端から3.3mmの所に置かれているスキマー28中
の、好ましくは直径0.5mmのオリフィス27を通して第２
真空室26へ通過する。管11とスキマー28は電気的に絶縁
されており、それらの間に電界を加えることが可能にな
っている。目的の生体（物）分子に付着する残存溶媒分
子の大部分は、スキマー28に到達する前に、この管−ス
キマーの静電場によって誘発される衝突（colliscona
l）活性化によって除かれる。第２真空室26は、ヘリウ
ム−極低温ポンプ、好ましくは、窒素に対する排気速度
が680/sで、４×10-4トールの真空を生じる、Acr Pro
ducts社のモデルAP−６によって差圧排気される。スキ
マー28から出てくるイオンは、一組のレンズによって、
邪魔板29中の直径2.4mmの孔を通して質量アナライザー
室31中に集束させられる。邪魔板29を越えて、イオンは
他の一組のレンズ30を通過し、質量アナライザー、好ま
しくは四重極アナライザーへ入り、ここで質量対電荷比
（m/z）が測定される。質量アナライザー室31の真空度
は、オイル拡散ポンプ、好ましくは排気速度155/sのE
dwards社のdiffstak−63Mによって２×10-5トールに保
たれる。m/z分析に続き、イオンは−2200と−3000Vの間
の電位によって後段加速され、軸外し電子増倍器（off
−electron multiplier）によって検出される。
11の末端から3.3mmの所に置かれているスキマー28中
の、好ましくは直径0.5mmのオリフィス27を通して第２
真空室26へ通過する。管11とスキマー28は電気的に絶縁
されており、それらの間に電界を加えることが可能にな
っている。目的の生体（物）分子に付着する残存溶媒分
子の大部分は、スキマー28に到達する前に、この管−ス
キマーの静電場によって誘発される衝突（colliscona
l）活性化によって除かれる。第２真空室26は、ヘリウ
ム−極低温ポンプ、好ましくは、窒素に対する排気速度
が680/sで、４×10-4トールの真空を生じる、Acr Pro
ducts社のモデルAP−６によって差圧排気される。スキ
マー28から出てくるイオンは、一組のレンズによって、
邪魔板29中の直径2.4mmの孔を通して質量アナライザー
室31中に集束させられる。邪魔板29を越えて、イオンは
他の一組のレンズ30を通過し、質量アナライザー、好ま
しくは四重極アナライザーへ入り、ここで質量対電荷比
（m/z）が測定される。質量アナライザー室31の真空度
は、オイル拡散ポンプ、好ましくは排気速度155/sのE
dwards社のdiffstak−63Mによって２×10-5トールに保
たれる。m/z分析に続き、イオンは−2200と−3000Vの間
の電位によって後段加速され、軸外し電子増倍器（off
−electron multiplier）によって検出される。
長い毛細管11を通して輸送中の荷電された小滴に対す
る調節された熱伝達と減圧された領域にある静電場32に
よって引起こされる衝突活性化によって、生体分子に付
着している溶媒分子の除去が行なわれる。この静電場32
は容易に変更可能であり、低電場では断片化なしに分子
イオンの完全な脱溶媒化を行なうことができ、一方、高
電場では衝突活性化解離スペクトルを与えることができ
るように、衝突活性化の充分に細かな調節を可能にす
る。このシステムによる脱溶媒和は都合良く、かつ能率
的であり、上に引用された論文で利用されている強い気
体の向流を必要としない。
る調節された熱伝達と減圧された領域にある静電場32に
よって引起こされる衝突活性化によって、生体分子に付
着している溶媒分子の除去が行なわれる。この静電場32
は容易に変更可能であり、低電場では断片化なしに分子
イオンの完全な脱溶媒化を行なうことができ、一方、高
電場では衝突活性化解離スペクトルを与えることができ
るように、衝突活性化の充分に細かな調節を可能にす
る。このシステムによる脱溶媒和は都合良く、かつ能率
的であり、上に引用された論文で利用されている強い気
体の向流を必要としない。
四極質量アナライザー、真空ハウジング、検出器、お
よびスキマーより先の全てのレンズ要素は、従来の質量
分析計の部品で良く；例えばテキサス州、ヒューストン
にあるVestecコーポレーションから入手できる標準Vest
ecモデル201熱噴霧質量分析計の部品でも良い。四重極
システムのm/z範囲は、ロッドに加える無数周波数の低
下によって2000に拡大されている。
よびスキマーより先の全てのレンズ要素は、従来の質量
分析計の部品で良く；例えばテキサス州、ヒューストン
にあるVestecコーポレーションから入手できる標準Vest
ecモデル201熱噴霧質量分析計の部品でも良い。四重極
システムのm/z範囲は、ロッドに加える無数周波数の低
下によって2000に拡大されている。
代表的で、好ましい操作電圧は次の通りである：注入
針（＋5kV）、金属毛細管（＋250V）、スキマー（＋18
V）、および邪魔板（0V）。全ての外部フランジと真空
ハウジング12は0Vである。
針（＋5kV）、金属毛細管（＋250V）、スキマー（＋18
V）、および邪魔板（0V）。全ての外部フランジと真空
ハウジング12は0Vである。
図面および本明細書の実施例で述べられているスペク
トルは、１〜４分の期間にわたって目的のm/z比（代表
的には1000）をずっと走査することによってIBM−AT互
換性コンピューター（Dell−310,80366/20 MHZ）で市販
用のデータシステム（Vector−1,Tekivent,セントルイ
ス，ミズーリ州）を用いて得られた。ある場合には、よ
り高いシグナル対ノイズ比を得るために多重走査を合計
し、平均した。しかしながら、このデータシステムは整
数m/z値でイオンの強度を記録し、かくして得られるデ
ータの精度に限度があることが理解されるべきである。
精確なm/z値を得るためには、いわゆる“キャリブレー
ション・モード”で狭い範囲のm/z値（代表的には２〜2
0）を通して質量分析計を走査することによって、目的
のピークの重心を決定する。後者の方法は、通常、各ピ
ークに対して約30秒必要とした。質量分析計は、（Ｍ＋
20H）20+イオンに対するm/z848.53から（Ｍ＋13H）13+
イオンに対するm/z1304.88の範囲にわたる、ウマ・アポ
ミオグロビン（equine apomyoglobin）から発生する多
重荷電された強度系とm/z531.10におけるブラジキニン
の二重に陽子を付加した分子でキャリブレートした。
トルは、１〜４分の期間にわたって目的のm/z比（代表
的には1000）をずっと走査することによってIBM−AT互
換性コンピューター（Dell−310,80366/20 MHZ）で市販
用のデータシステム（Vector−1,Tekivent,セントルイ
ス，ミズーリ州）を用いて得られた。ある場合には、よ
り高いシグナル対ノイズ比を得るために多重走査を合計
し、平均した。しかしながら、このデータシステムは整
数m/z値でイオンの強度を記録し、かくして得られるデ
ータの精度に限度があることが理解されるべきである。
精確なm/z値を得るためには、いわゆる“キャリブレー
ション・モード”で狭い範囲のm/z値（代表的には２〜2
0）を通して質量分析計を走査することによって、目的
のピークの重心を決定する。後者の方法は、通常、各ピ
ークに対して約30秒必要とした。質量分析計は、（Ｍ＋
20H）20+イオンに対するm/z848.53から（Ｍ＋13H）13+
イオンに対するm/z1304.88の範囲にわたる、ウマ・アポ
ミオグロビン（equine apomyoglobin）から発生する多
重荷電された強度系とm/z531.10におけるブラジキニン
の二重に陽子を付加した分子でキャリブレートした。
次の実施例では、ロックフェラー大学のJ.ブレスロウ
（Breslow）,E.ブリントン（Brinton）およびY.イトー
（Ito）博士によって供給された、ヒト・アポリポタン
パクAlを除き、全てのペプチドとタンパクはミズーリ
州、セントルイスにあるシグマ（Sigma）化学会社から
得られた。タンパク、その起源およびカタログナンバー
はそれぞれ次の通りである：アルブミン（ウシの血清、
Ａ−6793）、ブラジキニン（Ｂ−3259）、炭酸脱水酵素
11（ウシの赤血球、Ｃ−6403）、コンアルブミン（七面
鳥の卵、Ｃ−3890）、チトクロムＣ（ウマの心臓、Ｃ−
3256）、インスリン（ウシの膵臓、１−5500）、−ラク
トグロブリン（牛乳、Ｌ−5137）、リゾチーム（鶏の
卵、Ｌ−6876）、ミオグロビン（ウマの骨格筋、Ｍ−92
67）、リボヌクレアーゼＡ（ウシの膵臓、Ｒ−4875）、
スブチリシンBPN（バシラス・アミロリクエファシエン
ス（amyloliquefaciens）、Ｐ−5255）、およびトリプ
シンインヒビター（大豆、Ｔ−1021）。タンパクは水、
メタノールおよび酢酸が47:47:6（容量／容量）の割合
の溶媒混合物中に溶解して希薄溶媒とした。
（Breslow）,E.ブリントン（Brinton）およびY.イトー
（Ito）博士によって供給された、ヒト・アポリポタン
パクAlを除き、全てのペプチドとタンパクはミズーリ
州、セントルイスにあるシグマ（Sigma）化学会社から
得られた。タンパク、その起源およびカタログナンバー
はそれぞれ次の通りである：アルブミン（ウシの血清、
Ａ−6793）、ブラジキニン（Ｂ−3259）、炭酸脱水酵素
11（ウシの赤血球、Ｃ−6403）、コンアルブミン（七面
鳥の卵、Ｃ−3890）、チトクロムＣ（ウマの心臓、Ｃ−
3256）、インスリン（ウシの膵臓、１−5500）、−ラク
トグロブリン（牛乳、Ｌ−5137）、リゾチーム（鶏の
卵、Ｌ−6876）、ミオグロビン（ウマの骨格筋、Ｍ−92
67）、リボヌクレアーゼＡ（ウシの膵臓、Ｒ−4875）、
スブチリシンBPN（バシラス・アミロリクエファシエン
ス（amyloliquefaciens）、Ｐ−5255）、およびトリプ
シンインヒビター（大豆、Ｔ−1021）。タンパクは水、
メタノールおよび酢酸が47:47:6（容量／容量）の割合
の溶媒混合物中に溶解して希薄溶媒とした。
イオンの脱溶媒和 電気噴霧針で発生した荷電された小滴は、サンプリン
グ毛細管への途中で、雰囲気で満たされている1cmの空
間を通過する（第１図）。１つまたは複数の溶媒はこの
通過中に小滴から連続的に蒸発する。この領域では、脱
溶媒和を助けるための気体の向流はない。代りに、小滴
からの溶媒の調節された蒸発を行うために、203mm長さ
の金属毛細管が全長にわたって加熱される。目的のイオ
ンに拘束されている残存溶媒分子は、次いで毛細管から
出る点（出口オリフィス）とスキマーへの入口の間の空
間で、この減圧領域に加えられた静電場の結果としての
衝突活性化によって除かれる。
グ毛細管への途中で、雰囲気で満たされている1cmの空
間を通過する（第１図）。１つまたは複数の溶媒はこの
通過中に小滴から連続的に蒸発する。この領域では、脱
溶媒和を助けるための気体の向流はない。代りに、小滴
からの溶媒の調節された蒸発を行うために、203mm長さ
の金属毛細管が全長にわたって加熱される。目的のイオ
ンに拘束されている残存溶媒分子は、次いで毛細管から
出る点（出口オリフィス）とスキマーへの入口の間の空
間で、この減圧領域に加えられた静電場の結果としての
衝突活性化によって除かれる。
衝突によって誘発されるイオンの脱溶媒和の過程は第
２図に説明されている。管は85℃の温度に保たれ、スキ
マーは17.5Vで操作され、一方、毛細管上の電圧Vcは100
V〜300Vに変化させられる。第２図（ａ）には、Vc＝100
Vで得られる、ブラジキニンの電気噴霧イオン化質量ス
ペクトルが示されている。二重に陽子化されたイオン、
（Ｍ＋2H）2+の強度は小さく、多量の複合イオンの存在
が観察される。これらの複合種（cluster species）は
主として（Ｍ＋nH2O＋2H）2+であり、ｎは28以上に達す
る。Vcが120Vに増加される時は（第２図（ｂ））。（Ｍ
＋2H）2+イオン強度は4.5倍だけ増加し、最大複合イオ
ン強度はｎ＝３または４へ下向きに移動する。Vc＝180V
では（第２図（ｃ））、殆んど全ての複合イオンは消失
し、（＋2H）2+イオンがさらに増強する。強度の増加
は、2cにおける増倍管電圧が−3000から−2400Vに低下
し、エレクトロニクスの飽和を妨げた程である。衝突で
誘発される脱溶媒和に関する本発見は、上に引用したル
ー（Loo）その他の以前の観察と一致している。しかし
彼らは脱溶媒和を増すために加熱ガスの強い向流を使用
した。上述したように、そのようなガス流は本発明では
使用されなかった。代りに、長さ203mmの毛細管の温度
調節によって、管を通過する小滴の脱溶媒和を細かくコ
ントロールが可能となる。
２図に説明されている。管は85℃の温度に保たれ、スキ
マーは17.5Vで操作され、一方、毛細管上の電圧Vcは100
V〜300Vに変化させられる。第２図（ａ）には、Vc＝100
Vで得られる、ブラジキニンの電気噴霧イオン化質量ス
ペクトルが示されている。二重に陽子化されたイオン、
（Ｍ＋2H）2+の強度は小さく、多量の複合イオンの存在
が観察される。これらの複合種（cluster species）は
主として（Ｍ＋nH2O＋2H）2+であり、ｎは28以上に達す
る。Vcが120Vに増加される時は（第２図（ｂ））。（Ｍ
＋2H）2+イオン強度は4.5倍だけ増加し、最大複合イオ
ン強度はｎ＝３または４へ下向きに移動する。Vc＝180V
では（第２図（ｃ））、殆んど全ての複合イオンは消失
し、（＋2H）2+イオンがさらに増強する。強度の増加
は、2cにおける増倍管電圧が−3000から−2400Vに低下
し、エレクトロニクスの飽和を妨げた程である。衝突で
誘発される脱溶媒和に関する本発見は、上に引用したル
ー（Loo）その他の以前の観察と一致している。しかし
彼らは脱溶媒和を増すために加熱ガスの強い向流を使用
した。上述したように、そのようなガス流は本発明では
使用されなかった。代りに、長さ203mmの毛細管の温度
調節によって、管を通過する小滴の脱溶媒和を細かくコ
ントロールが可能となる。
目的のペプチドイオンの強度は毛細管温度85℃で最大
になることが見出されている。我々は、この温度では、
荷電された小滴からの溶媒の蒸発速度は、長い管中を比
較的に効率良く、移動をするのに充分大きな構成要素
（entity）を作り、同時に上に説明したように、衝突に
よる活性化によって、小滴は管を出るときに充分に脱溶
媒和され、残存溶媒分子を完全に除くことができるよう
な速度であると思う。80℃以下では、ペプチドイオンの
強度は急速に減少する。我々は、この減少はイオンの脱
溶媒和が不充分なためとみなしている。90℃以上でも強
度は減少するが、比較的にゆっくりしている。我々は、
この後者の減少は生成する、より小さいイオン化された
構成要素が長い管中を移動する能率が比較的に低いため
であるとみなしている。結果として、好ましい温度範囲
は80゜〜90゜である。
になることが見出されている。我々は、この温度では、
荷電された小滴からの溶媒の蒸発速度は、長い管中を比
較的に効率良く、移動をするのに充分大きな構成要素
（entity）を作り、同時に上に説明したように、衝突に
よる活性化によって、小滴は管を出るときに充分に脱溶
媒和され、残存溶媒分子を完全に除くことができるよう
な速度であると思う。80℃以下では、ペプチドイオンの
強度は急速に減少する。我々は、この減少はイオンの脱
溶媒和が不充分なためとみなしている。90℃以上でも強
度は減少するが、比較的にゆっくりしている。我々は、
この後者の減少は生成する、より小さいイオン化された
構成要素が長い管中を移動する能率が比較的に低いため
であるとみなしている。結果として、好ましい温度範囲
は80゜〜90゜である。
調査された全ての有機分子に対して毛細管は一定の温
度（85℃）に保たれた。しかしながら、各々異なったタ
ンパクからのレスポンスを最大にするためには、毛細管
表面の電圧Vcを調節するのが必要であることが判った。
大部分のタンパクに対しては、Vcの最適値は250±10Vで
あることが見出された。Vcの最適値は−ラクトグロブリ
ンにとっては（Vc−272V）；炭素脱水酵素11にとっては
（Vc＝160V）；リボヌクレアーゼＡ（Vc＝300V）；およ
びミオグロビン（Vc＝201V）であるので、上記の範囲外
である。我々は、これらのVcの値が異なるのはこれらの
タンパクイオンを完全に脱溶媒和させるのに必要なエネ
ルギーが異なっているためであるとみなしている。した
がって、好ましいVcの範囲は160V〜300Vであり、多くの
タンパクにとって最も好ましいのは240V〜260Vである。
度（85℃）に保たれた。しかしながら、各々異なったタ
ンパクからのレスポンスを最大にするためには、毛細管
表面の電圧Vcを調節するのが必要であることが判った。
大部分のタンパクに対しては、Vcの最適値は250±10Vで
あることが見出された。Vcの最適値は−ラクトグロブリ
ンにとっては（Vc−272V）；炭素脱水酵素11にとっては
（Vc＝160V）；リボヌクレアーゼＡ（Vc＝300V）；およ
びミオグロビン（Vc＝201V）であるので、上記の範囲外
である。我々は、これらのVcの値が異なるのはこれらの
タンパクイオンを完全に脱溶媒和させるのに必要なエネ
ルギーが異なっているためであるとみなしている。した
がって、好ましいVcの範囲は160V〜300Vであり、多くの
タンパクにとって最も好ましいのは240V〜260Vである。
タンパクの質量スペクトル 上記した機器を、5,000から77,000uにわたる分子質量
（molecular mass）を有する13種類の異なったタンパク
を調査するのに使用した。機器の性能は、第３〜第６図
に示されるスペクトルによって説明され、データは第１
表に示してある。
（molecular mass）を有する13種類の異なったタンパク
を調査するのに使用した。機器の性能は、第３〜第６図
に示されるスペクトルによって説明され、データは第１
表に示してある。
第３図は、ウマの心臓チトクロムＣ（分子質量（MM）
＝12360.9u）の、m/z400と1400の間の電気噴霧イオン化
質量スペクトルを示すものである。このスペクトルは、
チトクロムＣを水、メタノールおよび酢酸（47:47:6、
容量／容量）中に溶解（1.6pmol/ul）し、0.5／分の
速度で電気噴霧された溶液から125秒の間に得られた単
一走査の結果である。かくして、1.6pmolの試料がこの
スペクトルを得るのに消費された。Vc電圧は242Vであ
り、Ｖ（スキマー）は19Vであった。スペクトルは、チ
トクロムＣへの11〜18の陽子の付着から生じる、多重荷
電イオンのピークのガウス分布電気噴霧イオン化の特
徴、を示している。これらのイオンの各々がタンパクの
分子質量を別々に決定するのを可能にする。タンパク中
に存在する塩基性サイトの合計数（アルギニン（Ar
g）、リシン（Lys）およびヒスチジン（His）の残基の
合計プラス、アミノ末端）は25であるという事実にも拘
らず、シトクロムＣによって得られる最大電荷数
（Zmax）は18であると観察されている（第３図）。他の
タンパクの大部分について観察されたZmaxも分子中に存
在する塩基性サイトの合計量よりも低い。既に他の人々
によって認められているこの発見は、もとのままの状態
にあるジスルフィド結合および／または群をなして発生
する多くの塩基性残基を含むタンパク中で特に明らかで
ある。第３図でｉを付したピークは同定されていない不
純物に原因するものである。
＝12360.9u）の、m/z400と1400の間の電気噴霧イオン化
質量スペクトルを示すものである。このスペクトルは、
チトクロムＣを水、メタノールおよび酢酸（47:47:6、
容量／容量）中に溶解（1.6pmol/ul）し、0.5／分の
速度で電気噴霧された溶液から125秒の間に得られた単
一走査の結果である。かくして、1.6pmolの試料がこの
スペクトルを得るのに消費された。Vc電圧は242Vであ
り、Ｖ（スキマー）は19Vであった。スペクトルは、チ
トクロムＣへの11〜18の陽子の付着から生じる、多重荷
電イオンのピークのガウス分布電気噴霧イオン化の特
徴、を示している。これらのイオンの各々がタンパクの
分子質量を別々に決定するのを可能にする。タンパク中
に存在する塩基性サイトの合計数（アルギニン（Ar
g）、リシン（Lys）およびヒスチジン（His）の残基の
合計プラス、アミノ末端）は25であるという事実にも拘
らず、シトクロムＣによって得られる最大電荷数
（Zmax）は18であると観察されている（第３図）。他の
タンパクの大部分について観察されたZmaxも分子中に存
在する塩基性サイトの合計量よりも低い。既に他の人々
によって認められているこの発見は、もとのままの状態
にあるジスルフィド結合および／または群をなして発生
する多くの塩基性残基を含むタンパク中で特に明らかで
ある。第３図でｉを付したピークは同定されていない不
純物に原因するものである。
上記の一般的な観察に対する１つの例外が第４図に説
明されており、それはウシの炭酸脱水酵素11（MM＝2902
1.3u）のm/z600と1500の間の質量スペクトルを示してい
る。ウシの炭酸脱水酵素11を水、メタノールおよび酢酸
の混合物（47:47:6容量／容量）中に、10.0pmol/ulの濃
度で溶解し、この溶液を0.6ul/分の流速で電気噴霧し
た。3.5分の間に単一走査スペクトルが得られた。消費
された試料の量は21pmolであった。この場合には、Zmax
＝41は、分子中に存在する塩基性サイトの合計数、すな
わち39よりも大きい。Zmaxの値が高いのは、多分、ジス
ルフィド結合の不存在、塩基性アミノ酸残基のクラスタ
ーの比較的に少ない存在および低い脱溶媒和電位（160V
のVcと17VのスキマーのＶ）の使用の結果である。
明されており、それはウシの炭酸脱水酵素11（MM＝2902
1.3u）のm/z600と1500の間の質量スペクトルを示してい
る。ウシの炭酸脱水酵素11を水、メタノールおよび酢酸
の混合物（47:47:6容量／容量）中に、10.0pmol/ulの濃
度で溶解し、この溶液を0.6ul/分の流速で電気噴霧し
た。3.5分の間に単一走査スペクトルが得られた。消費
された試料の量は21pmolであった。この場合には、Zmax
＝41は、分子中に存在する塩基性サイトの合計数、すな
わち39よりも大きい。Zmaxの値が高いのは、多分、ジス
ルフィド結合の不存在、塩基性アミノ酸残基のクラスタ
ーの比較的に少ない存在および低い脱溶媒和電位（160V
のVcと17VのスキマーのＶ）の使用の結果である。
本発明の機器によって得られるデータの品質は炭酸脱
水酵素11の質量スペクトルの拡大した部分を検査するこ
とによって評価することができる。第５図は（Ｍ＋35
H）35+イオンを含むm/z820と840の間の質量スペクトル
の領域を示している。観察されたピークは全く対称的で
あり、半最大値で、1m/z単位のピーク幅をもっており、
これは、質量スペクトルのレスポンスが弱い場合を除い
て、使用された、代表的な解像度である。第６図に示さ
れるウシのアルブミンの質量スペクトルは、非常に弱い
質量スペクトルのレスポンスを示すタンパクの例を表わ
している。このスペクトルは、各々130秒の７つの走査
の平均である。第６図における他の実験上のパラメータ
は:258VのVc;40Vの（スキマー）V;10pmol/ulの濃度、0.
5ul/分の流速である。消費された試料は76pmolであっ
た。同じ操作条件の下で、シグナル対ノイズ比は、チト
クロムＣまたは炭酸脱水酵素11に対するよりもかなり低
いことが観察された。イオン強度を増すために、加速電
位がそれに従って約17Vから40Vに増加され、質量解像度
が減少した。観察された弱いレスポンスは、（ａ）与え
られた荷電状態で強度の減少をもたらす、荷電状態の非
常に広い分布の形成；（ｂ）高いm/zイオンに対して、
より低い移動能率と検出能率；および（ｃ）試料の不均
一および不完全な脱溶媒和のような餘り良く理解されて
いないファクターに帰することができる。
水酵素11の質量スペクトルの拡大した部分を検査するこ
とによって評価することができる。第５図は（Ｍ＋35
H）35+イオンを含むm/z820と840の間の質量スペクトル
の領域を示している。観察されたピークは全く対称的で
あり、半最大値で、1m/z単位のピーク幅をもっており、
これは、質量スペクトルのレスポンスが弱い場合を除い
て、使用された、代表的な解像度である。第６図に示さ
れるウシのアルブミンの質量スペクトルは、非常に弱い
質量スペクトルのレスポンスを示すタンパクの例を表わ
している。このスペクトルは、各々130秒の７つの走査
の平均である。第６図における他の実験上のパラメータ
は:258VのVc;40Vの（スキマー）V;10pmol/ulの濃度、0.
5ul/分の流速である。消費された試料は76pmolであっ
た。同じ操作条件の下で、シグナル対ノイズ比は、チト
クロムＣまたは炭酸脱水酵素11に対するよりもかなり低
いことが観察された。イオン強度を増すために、加速電
位がそれに従って約17Vから40Vに増加され、質量解像度
が減少した。観察された弱いレスポンスは、（ａ）与え
られた荷電状態で強度の減少をもたらす、荷電状態の非
常に広い分布の形成；（ｂ）高いm/zイオンに対して、
より低い移動能率と検出能率；および（ｃ）試料の不均
一および不完全な脱溶媒和のような餘り良く理解されて
いないファクターに帰することができる。
分子質量の決定 電気噴霧イオン化スペクトル中で観察される多重荷電
イオンの測定されたm/z値からのタンパクの分子質量の
計算は、上に引用した論説中に既に記載されている。検
討されたタンパクについて実験的に決定された分子質量
は、対応する計算値、観察された質量と計算された質量
の差、および相対的感度と共に第１表に示されている。
計算された分子質量は、Dayhoffタンパク・シーケンス
・データーベース中に蓄積されたシーケンスと同位的に
平均した原子質量に対して現在受入れられているIUPAC
値を用いて得られた。
イオンの測定されたm/z値からのタンパクの分子質量の
計算は、上に引用した論説中に既に記載されている。検
討されたタンパクについて実験的に決定された分子質量
は、対応する計算値、観察された質量と計算された質量
の差、および相対的感度と共に第１表に示されている。
計算された分子質量は、Dayhoffタンパク・シーケンス
・データーベース中に蓄積されたシーケンスと同位的に
平均した原子質量に対して現在受入れられているIUPAC
値を用いて得られた。
良いレスポンスを示すタンパクから得られる正確さお
よび精密さの説明が第２表に示してあり、これは、ヒト
のアポリポタンパクA1を最も強く多重陽子化した９種類
のイオンの実験的に観察された色々なm/z値から導かれ
た分子質量を示している。これらの９つの別々の決定の
精密さは、観察された標準偏差が0.8uであることから明
らかなように高い。正確さも高い；測定された分子質量
の平均28078.1uは計算値28078.6uにぴったりと一致して
いる。検討された大部分の他のタンパクについて測定さ
れた分子質量も計算値に約200ppmの範囲内で一致してい
る（第１表）。２つの注目に値する例外は、バシラス属
アミロリクエファシエンス（amyloliquefaciens）から
のスブチリシンBPN'とウシのアルブミンである。これら
の不一致の原因は未だに明らかにされていない。
よび精密さの説明が第２表に示してあり、これは、ヒト
のアポリポタンパクA1を最も強く多重陽子化した９種類
のイオンの実験的に観察された色々なm/z値から導かれ
た分子質量を示している。これらの９つの別々の決定の
精密さは、観察された標準偏差が0.8uであることから明
らかなように高い。正確さも高い；測定された分子質量
の平均28078.1uは計算値28078.6uにぴったりと一致して
いる。検討された大部分の他のタンパクについて測定さ
れた分子質量も計算値に約200ppmの範囲内で一致してい
る（第１表）。２つの注目に値する例外は、バシラス属
アミロリクエファシエンス（amyloliquefaciens）から
のスブチリシンBPN'とウシのアルブミンである。これら
の不一致の原因は未だに明らかにされていない。
検討された別のタンパクは大きく異なった質量分光レ
スポンスを示すことが見出された。得られる感度（sens
itivity）が第１表の第５欄で比較されている。一般的
に、内部ジスルフィド結合を含むタンパクは、架橋のな
いタンパクよりも低いレスポンスを示した。
スポンスを示すことが見出された。得られる感度（sens
itivity）が第１表の第５欄で比較されている。一般的
に、内部ジスルフィド結合を含むタンパクは、架橋のな
いタンパクよりも低いレスポンスを示した。
電気噴霧溶液中のタンパク濃度の関数としての質量分
光（mass spectrometric）レスポンスも研究されてい
る。第７図は、電気噴霧溶液濃度の関数として、ウマの
アポミオグロビンの質量スペクトルにおける４つの最も
強いイオンの強度の合計を作図（プロット）したものを
示している。レスポンスは、0.1pmol/ulと強度が最高で
ある20pmol/ulの間では、濃度の関数としておよそ直線
的に増加する。20pmol/ul以上では、濃度がさらに増加
するにつれて急激に低下する。強度の低下は、このよう
なより高いタンパク濃度では小滴上の、限定された利用
可能な電荷の取り合いが増加する結果かも知れない。
光（mass spectrometric）レスポンスも研究されてい
る。第７図は、電気噴霧溶液濃度の関数として、ウマの
アポミオグロビンの質量スペクトルにおける４つの最も
強いイオンの強度の合計を作図（プロット）したものを
示している。レスポンスは、0.1pmol/ulと強度が最高で
ある20pmol/ulの間では、濃度の関数としておよそ直線
的に増加する。20pmol/ul以上では、濃度がさらに増加
するにつれて急激に低下する。強度の低下は、このよう
なより高いタンパク濃度では小滴上の、限定された利用
可能な電荷の取り合いが増加する結果かも知れない。
本発明の電気噴霧イオン化源は、衝突活性化解離（CI
D）スペクトルを得るための、簡単で費用のかからない
手段を提供するものであり、これは単一の四重極質量ア
ナライザーを使っても構造解明に有用である。毛細管出
口オリフィスとスキマーの間の静電場は変動可能なのが
好ましく、低い電場ではフラグメンテーションを起こす
ことなく完全な分子イオンの脱溶媒和を行なわせること
ができるように、衝突活性化の充分に細かいコントロー
ルを提供する。この領域が高い電場では、活性化は、分
子イオンフラグメント（断片）とフラグメントイオンが
スキマーオリフィス27中に能率良く集束され、かくして
CIDスペクトルを与えるようなものである。
D）スペクトルを得るための、簡単で費用のかからない
手段を提供するものであり、これは単一の四重極質量ア
ナライザーを使っても構造解明に有用である。毛細管出
口オリフィスとスキマーの間の静電場は変動可能なのが
好ましく、低い電場ではフラグメンテーションを起こす
ことなく完全な分子イオンの脱溶媒和を行なわせること
ができるように、衝突活性化の充分に細かいコントロー
ルを提供する。この領域が高い電場では、活性化は、分
子イオンフラグメント（断片）とフラグメントイオンが
スキマーオリフィス27中に能率良く集束され、かくして
CIDスペクトルを与えるようなものである。
この単一の四重極配置を使用して幾つかのペプチドか
ら得られるCIDスペクトルは、質および情報の量におい
て、より精巧な３つの四重極機器を用いて得られるもの
に匹敵する。二重に荷電したペプチドイオン、特にトリ
プティック・ペプチド（triptic peptides）は、容易に
解釈可能なｂおよび／またはｙシリーズのフラグメント
イオンを生じる。第８図は、（glu−１）フィブリノペ
プチド、テトラデカペプチドからこの方法で得られるCI
Dスペクトルを示すものである。（y1とy12を除く）完全
な単重荷電ｙシリーズイオンは、このスペクトル中で容
易に同定することができ、かくしてプペチドの順序に関
する情報を与える。ヒスチジン残基を含むトリプティッ
ク・ペプチドは、二重に荷電された種（species）に加
え、三重に陽子化した分子イオンをしばしば与える。こ
れらのペプチドの衝突活性化は、単重および二重に荷電
されたｂおよび／またはｙシリーズのフラグメントイオ
ンの両者が作られるので、かなり、より複雑なフラグメ
ンテーションを生じる。かくして、本発明のイオン源お
よび単一四重極配置は、純粋な試料から構造上の情報を
得るための簡単で、容易に操作でき、しかも、あまり費
用のかからない手段を提供する。
ら得られるCIDスペクトルは、質および情報の量におい
て、より精巧な３つの四重極機器を用いて得られるもの
に匹敵する。二重に荷電したペプチドイオン、特にトリ
プティック・ペプチド（triptic peptides）は、容易に
解釈可能なｂおよび／またはｙシリーズのフラグメント
イオンを生じる。第８図は、（glu−１）フィブリノペ
プチド、テトラデカペプチドからこの方法で得られるCI
Dスペクトルを示すものである。（y1とy12を除く）完全
な単重荷電ｙシリーズイオンは、このスペクトル中で容
易に同定することができ、かくしてプペチドの順序に関
する情報を与える。ヒスチジン残基を含むトリプティッ
ク・ペプチドは、二重に荷電された種（species）に加
え、三重に陽子化した分子イオンをしばしば与える。こ
れらのペプチドの衝突活性化は、単重および二重に荷電
されたｂおよび／またはｙシリーズのフラグメントイオ
ンの両者が作られるので、かなり、より複雑なフラグメ
ンテーションを生じる。かくして、本発明のイオン源お
よび単一四重極配置は、純粋な試料から構造上の情報を
得るための簡単で、容易に操作でき、しかも、あまり費
用のかからない手段を提供する。
イオン有機金属複合体は、その低揮発性、熱不安定性
およびイオン化過程中に還元される傾向の故に従来、質
量分析によって分析困難であったにも拘らず、触媒とし
てその用途の故に、大変重要なものである。本発明の電
気噴霧イオン源を使用すると、そのような有機金属複合
体から、変化されていない多重に荷電されたガス−相の
準分子イオンが多量に発生している。これらの複合体に
対してこの技術が極端にソフトで鋭敏なことは、トリス
ビフィリジル・ルテニウム（11）・クロリド、Ru（11）
（bpy）3Cl2から得られる、第９図に示されているスペ
クトルで明らかである。アセトニトリル中20pmol/ulの
溶液を１〜2ul/分の速度で電気噴霧した。低い衝突活性
化では、色々な程度に溶媒和された、二重に荷電された
Ru（bpy）3 2+イオンが観察された。活性化が完全な脱溶
媒和をするのに丁度充分なときは、（第９図に示され
る）全体の質量スペクトルは、二重に荷電されたRu（bp
y）3 2+イオンに相当する、m/z285における、イオンの１
つの強いグループのみを含んでいる。本質的にフラグメ
ンテーションと還元（reduction）はない。しかしなが
ら、活性化をさらに増していくと、二重に荷電されたイ
オンは解離し、１つ、２つおよび３つのビフィリジル基
の損失に相当するフラグメントイオンがスペクトル中に
現れる。本発明のイオン源は、有機金属複合体の分析に
対する強力な、新しい道具を提供する。それは、ガス−
相イオンの化学および分光化学の研究のための、素地
（bare）または溶媒和された、何れかの多重荷電有機金
属イオンの強い光束を作るための手段を提供する。
およびイオン化過程中に還元される傾向の故に従来、質
量分析によって分析困難であったにも拘らず、触媒とし
てその用途の故に、大変重要なものである。本発明の電
気噴霧イオン源を使用すると、そのような有機金属複合
体から、変化されていない多重に荷電されたガス−相の
準分子イオンが多量に発生している。これらの複合体に
対してこの技術が極端にソフトで鋭敏なことは、トリス
ビフィリジル・ルテニウム（11）・クロリド、Ru（11）
（bpy）3Cl2から得られる、第９図に示されているスペ
クトルで明らかである。アセトニトリル中20pmol/ulの
溶液を１〜2ul/分の速度で電気噴霧した。低い衝突活性
化では、色々な程度に溶媒和された、二重に荷電された
Ru（bpy）3 2+イオンが観察された。活性化が完全な脱溶
媒和をするのに丁度充分なときは、（第９図に示され
る）全体の質量スペクトルは、二重に荷電されたRu（bp
y）3 2+イオンに相当する、m/z285における、イオンの１
つの強いグループのみを含んでいる。本質的にフラグメ
ンテーションと還元（reduction）はない。しかしなが
ら、活性化をさらに増していくと、二重に荷電されたイ
オンは解離し、１つ、２つおよび３つのビフィリジル基
の損失に相当するフラグメントイオンがスペクトル中に
現れる。本発明のイオン源は、有機金属複合体の分析に
対する強力な、新しい道具を提供する。それは、ガス−
相イオンの化学および分光化学の研究のための、素地
（bare）または溶媒和された、何れかの多重荷電有機金
属イオンの強い光束を作るための手段を提供する。
フロントページの続き (72)発明者 カッタ，ヴィスワナサン アメリカ合衆国、10021 ニューヨーク、 ニューヨーク、イースト シックスティ ーサード ストリート 430 (72)発明者 チョウヂュリー，スワパン ケイ. アメリカ合衆国、10021 ニューヨーク、 ニューヨーク、イースト セブンティー ス ストリート 220 (56)参考文献 特開 平１−276560（ＪＰ，Ａ) 米国特許4542293（ＵＳ，Ａ) 米国特許4209696（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 49/04 H01J 49/40
Claims (26)
- 【請求項１】（ａ）分析しようとするイオンを受け取る
入口オリフィス手段を備えた質量分析器と、 （ｂ）当該質量分析器に接続された電気噴霧イオン源
と、 を備えてなる、イオンの質量スペクトルの分析システム
であって、 該電気噴霧イオン源は、 （ｉ）目的の分子の希薄溶液を輸送し、該溶液の電価を
帯びたミクロンサイズの小滴を噴霧する電気噴霧手段
と、 （ii）当該電気噴霧手段に約１−10KVの電圧をかける手
段と、 （iii）当該電気噴霧手段から隙間をおいて配置されて
上記の電価を帯びた小滴を受け取る入口オリフィスと出
口オリフィスとを備えた毛細管であって、当該隙間には
ガスの向流がないものと、 （iv）上記毛細管に電圧をかける手段と、 （ｖ）上記毛細管を加熱する手段と、 （vi）入口面と出口面と上記毛細管から電気的に隔離さ
れたオリフィスとを備えて上記イオンを集束させるスキ
マー手段であって、そのオリフィスが上記毛細管の出口
オリフィスと間隔をおいて配置されているものと、 （vii）上記毛細管の出口オリフィスと上記スキマーの
オリフィスとを包囲する第１の真空室と、その中を真空
にする第１の手段と、 （viii）上記スキマーの出口面と上記スペクトロメータ
の入口オリフィスとを包囲する第２の真空室と、その中
を真空にする第２の手段と、 を備えているシステム。 - 【請求項２】上記質量分析器が四重極質量分析器である
請求項１記載のシステム。 - 【請求項３】上記電気噴霧手段は、上記溶液を送出する
注入針を備えている請求項１記載のシステム。 - 【請求項４】電気噴霧手段にかけられる電圧は、約１−
10KVの範囲にある請求項１記載のシステム。 - 【請求項５】上記注入針の出口オリフィスは、上記毛細
管の入口オリフィスから約0.5−4cmの範囲に配置されて
いる請求項３記載のシステム。 - 【請求項６】上記毛細管は、金属管である請求項１記載
のシステム。 - 【請求項７】上記毛細管の長さは、約1cm乃至300cmの範
囲にある請求項１記載のシステム。 - 【請求項８】上記毛細管の長さは、約１乃至300mmの範
囲にある請求項７記載のシステム。 - 【請求項９】上記の毛細管に電圧をかける手段の電圧
は、約０−1000Vである請求項１記載のシステム。 - 【請求項１０】上記の毛細管に電圧をかける手段の電圧
は、約100−300Vである請求項９記載のシステム。 - 【請求項１１】上記の毛細管を加熱する手段は、当該毛
細管の回りに巻かれた電気抵抗ワイヤーである請求項１
記載のシステム。 - 【請求項１２】上記毛細管は金属管であり、当該管を加
熱する前記手段は加熱要素として上記管の抵抗を利用す
るものである請求項１記載のシステム。 - 【請求項１３】上記第１の真空手段は、約0.1乃至50ト
ールの範囲の真空度を生起させる請求項１記載のシステ
ム。 - 【請求項１４】上記第２の真空手段は、約１×10-3乃至
１×10-6トールの範囲の真空度を生起させる請求項１記
載のシステム。 - 【請求項１５】上記毛細管を加熱する手段は、当該管を
約25−200℃の範囲で加熱する請求項１記載のシステ
ム。 - 【請求項１６】上記毛細管を加熱する手段は、当該管を
約80−90℃の範囲で加熱する請求項15記載のシステム。 - 【請求項１７】上記毛細管の出口オリフィスは、上記ス
キマー手段のオリフィスから約１−10mmの範囲に配置さ
れている請求項１記載のシステム。 - 【請求項１８】上記隙間は約0.5−5cmの範囲にある請求
項１記載のシステム。 - 【請求項１９】上記隙間は、噴霧状態を観察して調整で
きるように、実験室の雰囲気中に存在する請求項１記載
のシステム。 - 【請求項２０】上記隙間は、ガス制御された雰囲気中に
ある請求項１記載のシステム。 - 【請求項２１】質量分析器に接続できるようにされた電
気噴霧イオン源を備えてなる、イオンの質量スペクトル
の分析システムであって、 （ｉ）目的の分子の希薄溶液を輸送し、該溶液の電価を
帯びたミクロンサイズの小滴を噴霧する注入針を備えた
電気噴霧手段と、当該注入針を介して上記溶液を送出す
る手段と、 （ii）当該電気噴霧の注入針に約１−10KVの電圧をかけ
る手段と、 （iii）当該電気噴霧手段から隙間において配置されて
上記の電価を帯びた小滴を受け取る入口オリフィスと出
口オリフィスとを備えた細長い金属毛細管であって、上
記隙間はガスの向流なしに雰囲気中において約0.5−4cm
の幅を備えているものと、 （iv）上記毛細管に100−300Vの電圧をかける手段と、
電圧を当該範囲において使用者が変化させることができ
る手段と、 （ｖ）上記毛細管を約80−90℃の範囲で加熱する手段
と、 （vi）入口面と出口面と上記毛細管から電気的に隔離さ
れたオリフィスとを備えて上記イオンを集束させるスキ
マー手段であって、そのオリフィスが上記毛細管の出口
オリフィスから間隔をおいて配置されているものと、 （vii）上記毛細管の出口オリフィスと上記スキマーの
オリフィスとを包囲する第１の真空室と、その中を真空
にする第１の手段と、 （viii）上記スキマーの出口面と上記スペクトロメータ
の入口オリフィスとを包囲する第２の真空室と、その中
に上記第１の真空室よりも大きな真空度を生起させる第
２の手段と、 を備えてなるシステム。 - 【請求項２２】上記の毛細管を加熱する手段は、当該毛
細管の回りに巻かれた電気抵抗ワイヤーと当該毛細管の
電気抵抗とからなる群から選ばれたものである請求項21
記載のシステム。 - 【請求項２３】上記第１の真空手段は、約0.1乃至50ト
ールの範囲の真空度を生起させる請求項21記載のシステ
ム。 - 【請求項２４】上記第２の真空手段は、約１×10-3乃至
１×10-6トールの範囲の真空度を生起させる請求項１記
載のシステム。 - 【請求項２５】上記毛細管の出口オリフィスは、上記ス
キマー手段のオリフィスから約１−10mmの範囲に配置さ
れている請求項21記載のシステム。 - 【請求項２６】上記隙間は約0.5−4cmの範囲にある請求
項21記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US467978 | 1990-01-22 | ||
| US07/467,978 US4977320A (en) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | Electrospray ionization mass spectrometer with new features |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05504017A JPH05504017A (ja) | 1993-06-24 |
| JP3020604B2 true JP3020604B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=23857932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2514953A Expired - Lifetime JP3020604B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-09-19 | 質量分析法のための電気噴霧イオン源 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4977320A (ja) |
| EP (1) | EP0511961B1 (ja) |
| JP (1) | JP3020604B2 (ja) |
| AT (1) | ATE118650T1 (ja) |
| AU (1) | AU636924B2 (ja) |
| CA (1) | CA2074266C (ja) |
| DE (1) | DE69017048T2 (ja) |
| WO (1) | WO1991011015A1 (ja) |
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