JP4407337B2 - クロマトグラフ質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置や液体クロマトグラフ質量分析装置等、質量分析計を検出器としてクロマトグラフィーにより定性分析・定量分析を行うクロマトグラフ質量分析装置に関し、更に詳しくは、クロマトグラフ質量分析装置における質量分析部の校正方法に関する。

近年、ガスクロマトグラフや液体クロマトグラフと質量分析装置とを組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置が、各種試料の定性分析や定量分析に広く用いられている。以下、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳと略す）を例に挙げて説明するが、液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）でも事情は同様である。

ＧＣ／ＭＳでは、定期的又は非定期的に校正を行って装置の精度を確保する必要がある。ＧＣ／ＭＳにおけるこうした校正の目的の１つは、装置の個体差を小さくして共通のスペクトルライブラリを使用した定性分析の精度を高めたり、或いは異なる装置で得られる結果の比較の精度を高めたりすることにある。装置によるマススペクトルの相違を補正するための従来の方法は、次の通りである（例えば特許文献１など参照）。

すなわち、ＧＣのカラム出口から導入される試料ガスの代わりに、バルブの切替え等によって予め装着されている質量校正用の標準試料を質量分析装置のイオン源に導入する。標準試料はフラグメントイオンのピークが規則的に現われるものが便利であり、例えば相対的に低い質量（厳密には質量電荷比）領域においてはＰＦＴＢＡ（Perfluorotributylamine）がよく用いられる。こうした標準試料を質量分析するとマススペクトル上には既知の質量に鋭いピークが出現する。この標準試料に対する標準スペクトルは別途提供されており、この標準スペクトルのパターンに近づくように、質量分析装置においてレンズ電極への印加電圧や四重極質量フィルタに印加するバイアス電圧などを適宜に調整すればよい。

しかしながら、実際にはＰＦＴＢＡなどの標準試料の純度はかなりばらつきが大きい。つまり、こうした標準試料自体に個体差が存在する場合がある。こうした場合には、異なる装置においてそれぞれの標準試料を分析した結果であるマススペクトルのパターンを１つの標準スペクトルに合わせたとしても、装置間の個体差を補正することができないという問題がある。

特開平１０−１３２７８６号公報

本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、質量校正用の標準試料の純度が低くても、異なる装置のマススペクトルパターンを高い精度で合わせて装置間の個体差がないようにすることができるクロマトグラフ質量分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、クロマトグラフ部のカラムで試料中の複数の成分を時間的に分離し、その各成分を質量分析部に導入して順次質量分析するクロマトグラフ質量分析装置であって、質量校正用の標準試料を選択的に質量分析部に導入して質量分析部の校正を行うクロマトグラフ質量分析装置において、
a)前記標準試料を質量分析部に導入してマススペクトルを取得しつつ、予め与えられる標準試料用の標準スペクトルを目標として質量分析部の各種パラメータを調整する予備調整手段と、
b)該予備調整手段による調整が成された状態で、マススペクトルが既知である物質を含む所定の調整用試料をクロマトグラフ部のカラムに導入して該物質に対するマススペクトルを取得する調整用試料分析手段と、
c)前記調整用試料に対して実際に得られたマススペクトルと予め与えられる該調整用試料の標準スペクトルとの相違に基づいて、前記標準試料用の標準スペクトルを修正する情報修正手段と、
d)前記標準試料を質量分析部に導入してマススペクトルを取得しつつ、前記情報修正手段により得られる修正標準スペクトルを目標として質量分析部の各種パラメータを調整する最終調整手段と、
を備えることを特徴としている。

ここで、質量分析部に直接的に導入される質量校正用の標準試料は例えばＰＦＴＢＡである。一方、クロマトグラフ部に導入される所定試料は、例えばＧＣ／ＭＳにおいてはＤＦＴＰＰ(Decafluorotriphenylphoshin)やＢＦＢ(p-Bromofluorobenzene)などを用いることができるが、基本的にはマススペクトルさえ既知であればそのほかの様々な物質を含む試料を用いることができる。

本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置では、まず予備調整手段により、標準試料を用いて質量分析部の調整を行っておく。すなわち、標準試料を質量分析部に導入してマススペクトルを取得しつつ、予め与えられた標準試料用の標準スペクトルを目標として質量分析部の各種パラメータ（例えばイオンレンズの印加電圧など）を調整する。仮に標準試料が理想的なものであれば、この予備調整の終了時点で装置間に個体差は生じない筈であるが、標準試料に混じる夾雑物等の影響で実際にはマススペクトルには差が生じ、それを１つの標準スペクトルに合わせるために個体差が生じてしまう。そこで次に、調整用試料分析手段により、調整用試料に含まれる目的物質のマススペクトルを取得する。

この分析の際には調整用試料に含まれる各種成分（夾雑物も含む）はクロマトグラフのカラムで時間的に分離されるため、仮に夾雑物が混じっていたとしてもそうした物質の影響を殆ど受けることなく、高い純度で目的物質についてのマススペクトルを取得することができる。本来であれば、この実際に得られたマススペクトルが予め与えられる調整用試料の標準スペクトルに近づくように質量分析部を調整するのが望ましいが、クロマトグラム部から目的物質が出て来る時間はごく短時間の間だけであるので、その間にこうした調整を完了させることは不可能である。

そこで、情報修正手段は、この実際に得られたマススペクトルと予め与えられる調整用試料の標準スペクトルとを比較して、その差に基づいて標準試料用の標準スペクトル自体を修正する。すなわち、調整用試料の分析におけるマススペクトルのずれを標準試料の分析におけるずれに換算する。このずれは上記標準試料を用いた調整の際に標準試料が理想的でなかったことに主として起因する。したがって、標準試料用の標準スペクトルの修正は上述したような標準試料のばらつき要因を補正することに相当する。そして、最終調整手段は、標準試料を質量分析部に導入してマススペクトルを取得しつつ、上記修正標準スペクトルを目標として質量分析部の各種パラメータを再度調整する。

本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置では、見かけ上は標準試料を用いて質量分析部の調整を行っているものの、実体はクロマトグラムで分離された調整用試料に含まれる純度の高い目的物質のマススペクトルを利用して質量分析部の調整を行っているのとほぼ等価である。したがって、標準試料の純度のばらつきなどの影響を受けることなく、高い精度で異なる装置間のスペクトルを合わせることができ、個体差を小さくすることが可能となる。それによって、共通のスペクトルライブラリを使用した定性分析の精度が向上するとともに、異なる装置で取得した結果を比較する際の正確性も向上する。

以下、本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳについて、図面を参照して説明する。図１は本実施例のＧＣ／ＭＳの要部の構成図である。

ＧＣ部１０のカラム（キャピラリカラム）１６の入口には試料気化室１４が設けられ、キャリアガス流路１５から供給されるキャリアガスが略一定流量でカラム１６に流される。オートサンプラ１１の一部であるインジェクタ１２により試料気化室１４に注入された液体試料は即座に気化し、キャリアガス流に乗ってカラム１６内に送られる。なお、図示していないが、カラム１６はカラムオーブンに内装されている。カラム１６を通過する間に試料ガス中の各試料成分は時間的に分離され、カラム１６から出てＭＳ部２０のイオン源２１に導入される。イオン源２１に導入された成分分子は例えば熱電子衝撃法等のイオン化法によりイオン化され、発生したイオンはイオン源２１の外側に引き出され、イオンレンズ２２等を介して四重極質量フィルタ（又は他の質量分離器）２３に導入される。四重極フィルタ２３には直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、該印加電圧に応じた質量を有するイオンのみがその長軸方向の空間を通過し、イオン検出器２４に到達して検出される。

イオン検出器２４は到達したイオン数（イオン流強度）に応じた電気信号を出力し、この信号はデータ処理部３１へと入力され、ここでマススペクトルやマスクロマトグラム、トータルイオンクロマトグラム等が作成されるほか、定性分析や定量分析等の各種の解析処理が実行される。制御部３２はＧＣ部１０及びＭＳ部２０の各部の制御を司る。この制御部３２とデータ処理部３１とは実質的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０を中心として構成され、該コンピュータ３０にインストールされた各種の制御・処理プログラムを実行することにより上記制御や演算処理を実現する。ＰＣ３０には、例えばキーボードやマウス等のポインティングデバイスである操作部３６が接続されるほか、液晶ディスプレイ等の表示部３７も接続されている。

本実施例のＧＣ／ＭＳでは後述する校正処理を実行するために、ＧＣ部１０からイオン源２１へ至る流路に切替バルブ２６により質量校正用標準試料（例えばＰＦＴＢＡ）を導入するための標準試料導入部２５を備えるとともに、オートサンプラ１１にはＤＦＴＰＰ等の調整用試料が用意されている。さらにまた、データ処理部３１に接続された記憶部３３には質量校正用標準試料を分析した際の基準である標準試料標準スペクトル３４と調整用試料を分析した際の基準である調整用試料標準スペクトル３５とが予め格納されている。

次に、本実施例のＧＣ／ＭＳの特徴的な動作である校正処理について、図２〜図５を参照して説明する。図２は本実施例のＧＣ／ＭＳの校正処理の手順を示すフローチャート、図３〜図５は校正処理に関する具体例を説明するための図である。

オペレータが操作部３６より校正開始の指示を行うと、まず最初に、制御部３２の制御の下に、切替バルブ２６は標準試料導入部２５を選択するように切り替わり、標準試料がＭＳ部２０のイオン源２１に導入される。この標準試料に対し所定の質量範囲に亘って質量分析を実行し、データ処理部３１はこのときにイオン検出器２４から受け取った検出信号に基づいてマススペクトルを作成する（ステップＳ１）。

次にデータ処理部３１は記憶部３３から標準試料標準スペクトル３４を読み出し、実際に取得したマススペクトルと標準スペクトル３４との各ピークの信号強度の差を算出し、誤差情報を制御部３２へと送る。制御部３２はその誤差が小さくなるようにＭＳ部２０のパラメータを変更する。例えば、イオンレンズ２２への印加電圧を変化させたり、四重極フィルタ２３へ印加するバイアス電圧を変えたり、或いは、四重極フィルタ２３へ印加する直流電圧と高周波電圧との比を変えたりする（ステップＳ２）。このような調整によって、この装置で測定した標準試料のマススペクトルと標準試料標準スペクトルとのパターンがほぼ同じになるようにする。例えば、図３に示すように標準試料標準スペクトルでは、ピーク質量が６９，１３１，２１９，４１４，５０２の５つであり、各ピーク強度の比が１００，３０，３０，４，４[％]であるものとすると、これを目標値として、実測されたマススペクトルの各ピークの強度比がこの目標値になるように調整を行う。

従来であれば、これだけで校正は終了である。しかしながら、仮に標準試料導入部２５に用意されていた標準試料の純度のばらつきが大きい場合、ステップＳ１及びＳ２の処理を行ったとしても、実際には複数の装置での同一試料に対するマススペクトルのパターンは一致しない可能性がある。そこで、本実施例のＧＣ／ＭＳではステップＳ３以降の処理を実行する。

すなわち、次に制御部３２の制御の下に、調整用試料をＧＣ部１０に導入し、カラム１５で成分分離した目的物質についてＭＳ部２０で質量分析してマススペクトルを取得する（ステップＳ３）。すなわち、ＧＣ部１０のオートサンプラ１１では調整用試料１３を選択してインジェクタ１２により試料気化室１４に注入する。調整用試料は試料気化室１４内ですぐに気化してキャリアガス流に乗ってカラム１５に導入される。カラム１５を通過する際に試料に含まれる各種成分は分離されるため、仮に夾雑物が混じっていても、こうした夾雑物と目的物質とを分離することができる。そしてカラム１５から目的物質が出て来たときにこの目的物質についてＭＳ部２０で質量分析を実行する。データ処理部３１は、このときにイオン検出器２４から受け取った検出信号に基づいてマススペクトルを作成する。

いま例えば装置Ａと装置Ｂという２台のＧＣ／ＭＳでステップＳ３の処理を行った結果として得られるマススペクトルの各ピークの信号強度が図４に示すように得られたものとする。すなわち、５１，１２７，１９８，２７５，４４２の５つのピーク質量に対し、装置Ａにおける各ピーク強度の比が４２，２７，５０，１６，１００[％]であり、装置Ｂにおける各ピーク強度の比が３５，２６，４６，１６，１００[％]である。

次に、データ処理部３１は記憶部３３から調整用試料標準スペクトル３５を読み出し、実際に取得したマススペクトルと調整用試料標準スペクトル３５との各ピークの信号強度の比から、マススペクトルに出現している各質量毎に次式により換算係数Ｋｎを算出する（ステップＳ４）。
Ｋｎ＝（標準スペクトルの強度）／（装置の実測スペクトルの強度）
但しｎは例えば質量の小さいほうから各ピークに順番に付した番号である。いま、図４に示すように調整用試料標準スペクトル３５の各ピーク強度の比が４５，４５，７５，３５，１００[％]であるとすると、装置Ａにおける換算係数Ｋｎ（ｎ＝１〜５）は、１．０７,１．６７,１．５，２．１９，１と求まる。

上述したように既に標準試料を用いた校正を行っているので、もし標準試料が理想的なものであるならば、この調整用試料のマススペクトルで装置間に差は生じない筈である。換言すれば、ここで調整用試料のマススペクトルで差が生じるのは標準試料の純度のばらつきが主な要因であると考えられる。したがって、上記換算係数Ｋｎは標準試料を用いた校正時のばらつきを反映した数値であると言える。次に、この換算係数Ｋｎに現れたばらつきを解消するように再校正を行うわけであるが、換算係数Ｋｎの質量と標準試料のマススペクトルに出現するピークの質量とは同じではない。そこで、上記換算係数Ｋｎを標準試料のピーク質量に対応した値に直す（ステップＳ５）。具体的には、換算係数Ｋｎのうちの質量が隣接するものの間はそれぞれ直線補間を行うことによって、標準試料のマススペクトル上のピーク質量に対応した換算係数ｆｎを求める。もちろん、直線補間以外に他の手法、例えば高次補間などによって、標準試料のマススペクトル上のピーク質量に対応した換算係数ｆｎを求めるようにしてもよい。

いま図４に示したように質量と換算係数Ｋｎとの対応関係から換算係数ｆｎを計算すると、図５に示すようにｆｎ（１〜５）は１．２１，１．６６，１．６９，１．２０，１．００と求まる。そして、各質量毎にこの換算係数ｆｎを標準試料標準スペクトルのピーク強度に乗じて強度比Ｔ[％]を求め、さらにこの強度比Ｔの最大値を１００[％]に規格化した強度比Ｔ’[％]を算出する。すなわち、この強度比Ｔ’[％]がその装置に備えられている標準試料のばらつき等を考慮した修正標準スペクトルである（ステップＳ６）。

そこで、ステップＳ１、Ｓ２と同様の手順で、再び標準試料を質量分析することでマススペクトルを取得し（ステップＳ７）、今度はこの実測のマススペクトルが上記修正標準スペクトルのパターンに近付くようにＭＳ部２０の各部を調整する（ステップＳ８）。これによって、このＧＣ／ＭＳは試料の純度等の影響を受けない調整用試料を基準として校正され、各装置毎に同様の手法により校正を行うことによって装置間の差も解消される。

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や追加、修正を行ってもよいことは明らかである。例えば上記実施例はＧＣ／ＭＳについて説明したが、本発明は試料の成分分離を行うクロマトグラフと質量分析装置とを組み合わせた各種装置に適用が可能であり、例えばＬＣ／ＭＳについても同様に適用し得ることは容易に推測し得る。もちろん、調整用試料等についてＬＣ／ＭＳに適合したものが使用されることは言うまでもない。

本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳの要部の構成図。 本実施例のＧＣ／ＭＳの校正処理の手順を示すフローチャート。 校正処理に関する具体例を説明するための図。 校正処理に関する具体例を説明するための図。 校正処理に関する具体例を説明するための図。

符号の説明

１０…ＧＣ部
１１…オートサンプラ
１２…インジェクタ
１３…調整用試料
１４…試料気化室
１５…カラム
１５…キャリアガス流路
１６…カラム
２０…ＭＳ部
２１…イオン源
２２…イオンレンズ
２３…四重極フィルタ
２４…イオン検出器
２５…標準試料導入部
２６…切替バルブ
３０…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３１…データ処理部
３２…制御部
３３…記憶部
３４…標準試料標準スペクトル
３５…調整用試料標準スペクトル
３６…操作部
３７…表示部

Claims (1)

1. クロマトグラフ部のカラムで試料中の複数の成分を時間的に分離し、その各成分を質量分析部に導入して順次質量分析するクロマトグラフ質量分析装置であって、質量校正用の標準試料を選択的に質量分析部に導入して質量分析部の校正を行うクロマトグラフ質量分析装置において、
   a)前記標準試料を質量分析部に導入してマススペクトルを取得しつつ、予め与えられる標準試料用の標準スペクトルを目標として質量分析部の各種パラメータを調整する予備調整手段と、
   b)該予備調整手段による調整がなされた状態で、マススペクトルが既知である物質を含む所定の調整用試料をクロマトグラフ部のカラムに導入して該物質に対するマススペクトルを取得する調整用試料分析手段と、
   c)前記調整用試料に対して実際に得られたマススペクトルと予め与えられる該調整用試料の標準スペクトルとの相違に基づいて、前記標準試料用の標準スペクトルを修正する情報修正手段と、
   d)前記標準試料を質量分析部に導入してマススペクトルを取得しつつ、前記情報修正手段により得られる修正標準スペクトルを目標として質量分析部の各種パラメータを調整する最終調整手段と、
   を備えることを特徴とするクロマトグラフ分析装置。

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