JP5111399B2 - 質量分析のための化学ノイズの低減 - Google Patents
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Description
本願は、同時係属中の2006年2月7日に出願された米国仮特許出願番号第60/765809号の優先権および利益を請求し、その全体の内容は、本明細書中に参考として援用される。
バックグラウンドイオン(化学ノイズ)の干渉は、質量分析法の発見以来、問題となっている。これは、低濃度の検体、イオン化効率の低い検体または低濃度でイオン化効率の低い検体について検討する際、最も深刻な問題である。化学ノイズは、たとえば、エレクトロスプレーイオン化(ESI)源、マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)源、大気圧化学イオン化(APCI)源および大気圧光イオン化(APPI)源など、様々な質量分析のイオン源で生じる可能性がある。たとえば、ESIのイオン源は、LCカラムから生じるイオン化サンプルを質量分離器装置に導入する手段として機能し得るものである。ハードウェアによるアプローチまたはソフトウェアによるアプローチを用いて、HPLC−MSの化学ノイズを減らす試みが行われてきている。しかしながら、クラスター分離用の改良されたインターフェースおよび高純度のHPLC溶媒を用いても、化学ノイズは、残る可能性がある。
本教示は、中性化学試薬と1つまたは複数のマスフィルタとを用いて質量分析計のイオン化源から発生する化学的バックグラウンドのイオン信号の干渉を減少させる様々な方法を提供する。種々の実施形態では、中性化学試薬は、ジスルフィド官能基を持つ有機化学種のクラスに属するものである。
種々の態様において、本教示は、質量分析機器の化学ノイズを低減するシステムおよび方法を提供する。種々の実施形態では、この方法は:(a)選択した質量電荷比の値(m/z)未満のイオンが実質的に反応域に入ることを排除する一方、m/z値が選択したm/z値を超えるイオンの少なくとも一部を反応域に送ることと;(b)送られたイオンの少なくとも一部と中性化学試薬とを反応域で衝突させることと;(c)m/z値が選択したm/z範囲内のイオンの少なくとも一部を反応域から抽出し、m/z値が選択したm/z範囲外のイオンを実質的に抽出しないようにすることと;を含み、中性化学試薬は、反応域で1種または複数種のイオン種と反応するが、反応域に送られた1種または複数種の目的の検体とは実質的に反応しない、方法である。当然のことながら、本明細書では、中性化学試薬は、反応域に加えられれば、反応ガスともいう。
図7A〜図7Bおよび図8は、プロトン親和力が大きい化合物であるプラゼパム(C19H17ClN2O;MW324.1)に関するデータを示し、その構造を図7Aおよび図8の挿入図として模式的に示す。図7Aは、DMDSを用いなかったプラゼパムのZNLのMSスペクトルを示し、図7Bは、化学ノイズの低減を目的にDMDSを中性化学試薬として加えたスペクトルを示す。図8は、DMDSとプラゼパムとの反応([M+H]+)の程度を確認するために用いる質量スペクトルのデータを示し、データには、衝突セル内のDMDSを用いて約200m/z〜約500m/zのQ3をスキャンするm/z325の生成イオンスキャンを用いた。DMDSとプラゼパムとの反応度は、約1%未満と観察された。
図9A〜図9Cは、プロトン親和力が大きい化合物であるミダゾラム(C18H13ClFN3;MW325)に関するデータを示し、その構造を図9Aの挿入図として模式的に示す。図9Aは、DMDSを用いなかったミダゾラムのZNLのMSスペクトルを示し、図9Bは、化学ノイズの低減を目的にDMDSを中性化学試薬として加えたスペクトルを示す。図9Cは、(9Bプロットの挿入図)は、DMDSとミダゾラムの反応([M+H]+)の程度を確認するために用いる質量スペクトルデータを示し、データには、衝突セル内のDMDSを用いて約200m/z〜約500m/zのQ3をスキャンするm/z325生成イオンスキャンを用いた。反応生成物は、観察されなかった。
図10A〜図11Bは、プロトン親和力が小さい化合物フルドロコルチゾン(MW380.2)に関するデータを示し、その構造を図10Aおよび図11Bとして模式的に示す。
図12A〜図12Bは、比較的プロトン親和力が小さい化合物であるエストロン(C18H22O2、MW270.4)のZNLの質量スペクトルを比較し、その構造を図12Bの挿入図として模式的に示す。図12Aは、衝突セルにDMDSを加えなかった場合のデータを示し、図12Bは、衝突セルにDMDSを加えたデータを示す。エストロンのアンモニウムアダクトである[M+NH4]+(m/z約288)は、およそ30%減衰を示す一方、ナトリウムアダクトである[M+Na]+(m/z約293)は、大幅に減少した。バックグラウンドの減少も、広範囲にわたった。DMDSを加えると、プロトン化エストロンである[M+H]+(m/z約271)およびこのアンモニウムアダクトは、あまりイオン電流を減少させないが、ナトリウム付加物の方は、かなりのイオン電流を減少させることが確認された。
図13A〜図13Bは、生成イオンスキャンを用いてプロトン化およびナトリウムイオン付加フルニトラゼパム(C16H12FN3O3、MW313)とDMDSとの反応を評価する。フルニトラゼパムの化学構造を図13Aの挿入図で模式的に示す。
図14A〜図14Bは、生成イオンスキャンを用いてDMDSとプロトン化およびナトリウムイオン付加エタミバン(MW223.3)との反応を評価する。エタミバンの化学構造を図14Aの挿入図で模式的に示す。
図15A〜図15Bは、比較的プロトン親和力が小さいペプチド(塩基性残基なし)であるシクロスポリンA(MW1202.6)のZNLの質量スペクトルで、DMDSを用いなかった場合(図15A)とDMDSを用いて衝突セルに加えた場合(図15B)とを比較する。シクロスポリンAの化学構造を図15Bの挿入図で模式的に示す。DMDSの存在下において、2価プロトン化シクロスポリンイオン[M+2H]2+は、約m/z=602で信号を得たと考えられる。この2価イオンのサテライトイオン(1502)は、NaおよびKアダクトである。Naアダクトは、DMDSにより他の分子イオンと比較して大きく減少しているものの、その作用は、先の小分子の実施例の場合ほど大きくはない。
図16A〜図16Dおよび図17は、アンギオテンシンIIのデータを示す。アンギオテンシンIIの化学構造を図17の挿入図で模式的に示す。
図18〜図20はそれぞれ、試験対象以外の分子に関するデータの表を示す。図18〜図20の表に掲げた様々な化合物の化学構造図を図30〜図38に示す。表18〜表20には、化学的性質および官能基が大きく異なる41種の化合物のDMDSに対する反応度をまとめてある。これらの化合物のうち10種の化合物は、プロトン化分子イオンだけでなくフラグメントを生成したため、フラグメントの反応度を含めてある。さらに、ナトリウムアダクトおよびこれ以外の未同定のアダクトの反応度も示す。41化学種のうち過半数(30)は、反応性が5%未満であった。この41のうち38は、反応性が20%未満であった。試験対象化合物41種のうち3種は、かなり「反応した」(反応性20〜25%)。これら3種の化合物のうち付加イオン(adduction)で反応したのは、1種だけであった。他の2種の化合物は、反応はしなかったが、CIDチャネルにより開裂した。ナトリウムイオン付加化学種を生成する化合物の過半数は、その付加に対して高い反応度(>65%)を示した。
図21A〜図24Bは、これらの実施例の中性化学試薬であるDMDSと、様々なバックグラウンドイオンとの反応から得たデータを示す。データは、標的バックグラウンドイオン種の生成イオンスキャンを用いて、反応ガスをセルに加えてから親バックグラウンドイオンの質量未満および超える質量をスキャンして得たものである。データから、典型的なLC溶媒由来のエレクトロスプレーバックグラウンドイオンの大部分がDMDSと反応することが示される。
図27A〜図29Dは、目的の検体のクロマトグラフデータおよび混合物に関するデータを示す。データについては、LC/MSオフTurboIon Spray源を用いて得た。
Claims (30)
- 質量分析機器の化学ノイズを低減するための方法であって:
1種または複数種のバックグラウンドイオンと1種または複数種の目的の検体とを含む、イオン源でのイオンのうち、該イオン源の選択した質量電荷比の値(m/z)未満のイオンが実質的に反応域に入ることを排除する一方、m/z値が選択したm/z値を超えるイオンの少なくとも一部を該イオン源から該反応域に送る工程;
該反応域において1種または複数種のバックグラウンドイオンと中性有機化学種とを反応させて、該反応域に送られた該1種または複数種のバックグラウンドイオンのm/z値を変化させる工程;
m/z値が選択したm/z範囲内の該イオンの少なくとも一部を該反応域からマスアナライザに抽出し、m/z値が該選択したm/z範囲外のイオンを該マスアナライザに実質的に抽出しないようにする工程
を含み、
該中性有機化学種は、(a)ジスルフィド官能基を持つか、または(b)エチレンオキシドを含む、
方法。 - 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、アジパート、セバカート、フタラート、フェニルホスファート、シリコーンおよびこれらの誘導体の1種または複数種を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、水、メタノール、アセトニトリルおよび酢酸の1種または複数種を含むクラスターイオンを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、陽イオンであり、前記中性有機化学種は、求核試薬である、請求項1に記載の方法。
- 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、陰イオンであり、前記中性有機化学種は、求電子試薬である、請求項1に記載の方法。
- 前記中性有機化学種は、ジメチルジスルフィドおよびジエチルジスルフィドの1種または複数種を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記1種または複数種の目的の検体の1種または複数種は、タンパク質、ペプチドおよび小分子医薬の1種または複数種を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ペプチドの1種または複数種は、システイン含有ペプチドである、請求項7に記載の方法。
- 前記反応域に送られた1種または複数種のバックグラウンドイオンの前記m/z値を変化させる工程の間、該反応域における前記中性有機化学種の圧力は、約0.1ミリトルから約760トルの範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 前記イオン源は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)イオン源を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記イオン源は、エレクトロスプレーイオン化(ESI)イオン源を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記選択したm/z範囲は、前記バックグラウンドイオンへの前記中性有機化学種の1種または複数種の分子の付加と、該バックグラウンドイオンへの該有機化学種の1種または複数種のフラグメントの付加と、バックグラウンドイオンのフラグメントとの一つ以上を含む、該バックグラウンドイオンと該有機化学種との反応生成物を実質的に排除するように選択される、請求項1に記載の方法。
- m/z値が選択したm/z範囲内の前記イオンの少なくとも一部を前記反応域からマスアナライザに抽出し、m/z値が該選択したm/z範囲外のイオンを該マスアナライザに実質的に抽出しないようにする前記工程は、イオントラップに該抽出したイオンの少なくとも一部を収集する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 質量分析機器の化学ノイズを低減するための方法であって:
イオン源と反応域との間に配置される第1のマスフィルタと、該反応域と検出器の間に配置される第2のマスフィルタと、を含む質量分析計を提供する工程であって、該第1のマスフィルタと該第2のマスフィルタとの間に該反応域が配置されている、工程;
該第1のマスフィルタをハイパスマスフィルタとして作動させる工程;
1種または複数種の目的の検体よりも1種または複数種のバックグラウンドイオンと優先的に反応する中性有機化学種を該反応域に加える工程;
該第2のマスフィルタをバンドパスフィルタとして作動させ、1種または複数種の目的の検体を該検出器に送る工程
を含み、該中性有機化学種は、ジスルフィド官能基を持つ、方法。 - 前記中性有機化学種の圧力は、1種または複数種のバックグラウンドイオンとの前記反応中、前記反応域において約0.1ミリトルから約760トルの範囲にある、請求項14に記載の方法。
- 質量分析機器の化学ノイズを低減するための方法であって:
1種または複数種のバックグラウンドイオンと1種または複数種の目的の検体とを含む、イオン源でのイオンのうち、該イオン源の選択した質量電荷比の値(m/z)未満のイオンが実質的に反応域に入ることを排除する一方、m/z値が選択したm/z値を超える該イオンの少なくとも一部を該イオン源から該反応域に送る工程;
該反応域において該送られたイオンの少なくとも一部と中性有機化学種とを衝突させる工程;ならびに
該反応域からm/z値が選択したm/z範囲内のイオンの少なくとも一部を抽出し、m/z値が該選択したm/z範囲外のイオンを実質的に抽出しないようにする工程
を含み、該中性化学試薬が、該反応域において1種または複数種のバックグラウンドと反応するが、該反応域に送られた1種または複数種の目的の検体とは実質的に反応せず、該中性有機化学種は、ジスルフィド官能基を持つ、方法。 - 質量分析機器の化学ノイズを低減するための方法であって:
1種または複数種のバックグラウンドイオンと1種または複数種の目的の検体とを含む、イオン源でのイオンのうち、該イオン源のイオン移動度の値が選択した範囲内のイオンが実質的に反応域に入ることを排除する一方、イオン移動度の値が該選択したイオン移動度の値の範囲外のイオンの少なくとも一部を該イオン源から該反応域に送る工程;
該反応域において1種または複数種のバックグラウンドイオンと中性有機化学種とを反応させて、該反応域に送られた該1種または複数種のバックグラウンドイオンのm/z値を変化させる工程;
m/z値が選択したm/z範囲内の該イオンの少なくとも一部を該反応域からマスアナライザに抽出し、m/z値が該選択したm/z範囲外のイオンを該マスアナライザに実質的に抽出しないようにする工程
を含み、
該中性有機化学種は、(a)ジスルフィド官能基を持つか、または(b)エチレンオキシドを含む、
方法。 - 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、アジパート、セベカート(sebecate)、フタラート、フェニルホスファート、シリコーンおよびこれらの誘導体の1種または複数種を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、水、メタノール、アセトニトリルおよび酢酸の1種または複数種を含むクラスターイオンを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、陽イオンであり、前記中性有機化学種は、求核試薬である、請求項1に記載の方法。
- 前記反応域に送られる前記1種または複数種のバックグラウンドイオンは、陰イオンであり、前記中性有機化学種は、求電子試薬である、請求項17に記載の方法。
- 前記中性有機化学種は、ジメチルジスルフィドおよびジエチルジスルフィドの1種または複数種を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記1種または複数種の目的の検体の1種または複数種は、タンパク質、ペプチドおよび小分子医薬の1種または複数種を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記ペプチドの1種または複数種は、システイン含有ペプチドである、請求項23に記載の方法。
- 前記反応域に送られた1種または複数種のバックグラウンドイオンの前記m/z値を変化させる前記工程の間、該反応域における前記中性有機化学種の圧力は、約0.1ミリトルから約760トルの範囲にある、請求項17に記載の方法。
- 前記イオン源は、大気圧イオン化(API)イオン源を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記イオン源は、エレクトロスプレーイオン化(ESI)イオン源を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記選択したm/z範囲は、前記バックグラウンドイオンへの前記中性有機化学種の1種または複数種の分子の付加と、該バックグラウンドイオンへの該有機化学種の1種または複数種のフラグメントの付加と、バックグラウンドイオンのフラグメントとの一つ以上を含む、該バックグラウンドイオンと該有機化学種との反応生成物を実質的に排除するように選択される、請求項17に記載の方法。
- m/z値が選択したm/z範囲内の前記イオンの少なくとも一部を前記反応域からマスアナライザに抽出し、m/z値が該選択したm/z範囲外のイオンを該マスアナライザに実質的に抽出しないようにする前記工程は、イオントラップに該抽出したイオンの少なくとも一部を収集する工程を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記選択したイオン移動度の値の範囲は、ディファレンシャルイオン移動度の値の範囲である、請求項17に記載の方法。
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