JP5188405B2

JP5188405B2 - 質量分析装置

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Publication number: JP5188405B2
Application number: JP2009010483A
Authority: JP
Inventors: 康照井; 安夫田口; 章大和田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010169454A

Description

本発明は、質量分析装置に関し、例えば、液体状の測定試料の分析に好適な技術に関する。

昨今、質量分析法はバイオ，生物，生体化学分野において主要な分析手法として広く利用されている。最近は特に、人ＤＮＡの遺伝情報から生成するタンパク質や、細胞内の修飾後タンパクの構造解析が注目されており、創薬，臨床研究での新たな知見が期待されている。

この利用分野の広がりは、人のＤＮＡ配列の解析が終了し、生物，生体化学の研究が次の段階に移ったこと、また装置開発としてもバイオ分野向けのイオン化技術や質量分析計の開発，改良が行われたことによる。

イオン化技術としては、熱的に不安定で高分子量の測定試料分子を、直接かつ安定にイオン化できる２つのイオン化手法が開発された。ひとつは溶液中の測定試料を大気中で直接イオンとして取り出せるエレクトロスプレーイオン化法（Electro spray ionization，ＥＳＩ）である。もうひとつのイオン化手法は、試料分子にレーザ光を照射することにより、試料分子をイオン化するマトリックス支援レーザ脱離イオン化法（Matrix-assisted laser desorption ionization，ＭＡＬＤＩ）である。これら２つのイオン化手法は測定者に与える情報がそれぞれ異なるため、バイオ分野では相補的に用いられている。

ＥＳＩやＭＡＬＤＩなどのソフトイオン化とＴＯＦの結合した質量分析計は、その高い感度からバイオ分野の分析手法として急速に普及している。特にＥＳＩ法は液体クロマトグラフと接続し易いために、ＬＣ／ＭＳとして広く用いられている。関連する特許文献としては、特開平９−１２９１７５号公報（特許文献１）がある。

特開平９−１２９１７５号公報

ＥＳＩは測定感度が比較的よく、微量分析も可能だが、イオン化の原理が試料溶液の脱溶媒過程での試料との相互作用のため、適切な溶媒を選択しなければならないという課題があった。また、霧化部と高圧印加部が同一の位置にあり、霧化される試料液滴が大きく、脱溶媒に大量の高温ガスが必要となる課題があった。

本発明の一つの目的は、液体試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を分析する質量分析装置であり、イオン化効率を向上させ、高感度な分析が可能な質量分析装置を提供することである。

本発明の一つの特徴は、測定試料をイオン化し、発生した分子イオンの質量電荷比を観測する質量分析装置において、液体状の測定試料をイオン化するイオン源と、発生した分子イオン中の目的イオンの質量電荷比を用いて質量分離する質量分析計とを有し、前記イオン源は、液体試料を霧化する霧化部と、前記霧化部と分離している霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有することにある。

本発明の一つの形態によれば、液体試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を分析する質量分析装置であり、イオン化効率を向上させ、高感度な分析が可能な質量分析装置を提供することができる。本発明の上記特徴及び上記以外の特徴は、以下の記載により、説明される。

本発明実施例におけるイオン化効率を向上させた高感度イオン源を示した説明図である。本発明実施例におけるイオン源を搭載する質量分析装置の１例を示す断面図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。例えば、液体状の測定試料をイオン化するイオン源と、真空排気された室に置かれ、発生した分子イオン中の目的イオンの質量電荷比を用いて質量分離する質量分析計において、イオン化効率を向上させることで高感度なイオン源を実現することが説明される。

図２は、本発明実施例におけるイオン源を搭載する質量分析装置の１例を示す断面図である。本実施例では測定試料の質量電荷比により質量分離する質量分析部として飛行時間質量分析計（以下ＴＯＦ／ＭＳ）５０を用いている。また、ＴＯＦ／ＭＳ５０の前段にはイオントラップ部４０を具備し、ＴＯＦ／ＭＳ５０を用いる高分解能測定によるＭＳⁿ分析が可能な質量分析計となっている。

霧化部１０にて霧化された試料は、高電圧が印加されたイオン化部２０に衝突し、霧状の液滴が微細化される。また、霧状の測定試料は、高電圧が印加されたイオン化部２０に接触することで、高電圧が印加され、イオン化される。イオン化された試料は、真空部とのインターフェース２５を通り、多重極イオンガイド３０を通り、イオントラップ部４０へと導かれる。多重極イオンガイド３０はイオントラップ部４０の入射条件に適合するように、試料イオンの運動エネルギーの補正およびイオンビームの収束を行う。このイオンビームの進行方向をＸ方向、図２の下方向をＹ方向とする。イオントラップ部４０に導入された試料イオンは捕獲蓄積される。捕獲中および捕獲後にイオントラップ部４０内に補助交流電場を発生し、目的イオンの選択，不要イオンの排出を行う。その後、
・ＭＳ測定時はそのままイオンをイオントラップ部４０外に排出する。
・ＭＳⁿ測定の場合は目的イオンの質量数にあわせて周波数を変化させた補助交流電場をイオントラップ４０内に生成しＣＩＤ反応を発生させる。生成したフラグメントイオンをイオントラップ部４０外に排出する。

イオントラップ部４０から排出したイオンを第２の多重極イオンガイド４５に導入する。第２の多重極イオンガイド４５は測定イオンをＴＯＦ／ＭＳ５０に入射する際のイオン軌道を収束させる役割がある。その後イオンをＴＯＦ／ＭＳ５０の加速部５５に導入し、Ｙ方向に加速する。加速されたイオンは、加速方向と反対方向の電場を形成しているミラーレンズ６０によって反射され検知器６５に到達する。イオンは一定の電圧によって加速していることから、質量数の小さなイオンから早く検知器に到達し、質量数の大きなイオンほど到達時間が遅くなる。この試料イオンの到達時間を計測することで質量分離を行う。

本実施例では、イオントラップとＴＯＦ／ＭＳとのハイブリット型の質量分析装置としたが、本発明のイオン源は、ハイブリット型の質量分析装置への適用に限定されず、Triple ＱＭＳ，Single ＱＭＳ，ＴＯＦ／ＭＳ等の各種液体クロマトグラフ質量分析装置に接続可能である。

次に、図１は、本発明実施例におけるイオン化効率を向上させた高感度イオン源を示した説明図である。図１を用いて、本実施例のイオン源について更に説明する。

図１の左側半分で示すように、本実施例のイオン源において、液体試料を霧状にする霧化部１００と霧状になった測定試料に高電圧を印加することによりイオン化するイオン化部１１０が分離されていることから、霧化部１００から噴霧された液体試料がイオン化部１１０に衝突することで霧状の液滴が微細化する。また、イオン化部１１０には高電圧が印加されており、微細化した試料液滴に電荷が移動し、試料液滴がイオン化する。この衝突による霧化の微細化によりイオン化効率が向上し、測定感度が向上する。また測定試料流量の変化により霧化部１００とイオン化部１１０の距離を変化させる必要があることから、本イオン源には、霧化部１００とイオン化部１１０との位置を調整する機構である位置調整機構の一例である距離調整機構１２０を有する。また、霧化部１００およびイオン化部１１０は測定試料によってつまりや汚染が発生する場合があるため、交換可能な構造となっている。イオン化部１１０は、高電圧が印加されるので、高圧印加部と称することもできる。

また、図１の右側上半分で示すように、イオン化部１１０は、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構の一例である試料混合機構を設けたイオン化部２００を設けても良い。たとえばイオン化し難い測定試料の場合には、濃度の低い酸等のイオン化促進剤を流し、イオン化部１１０にて測定試料と混合することで、イオン化効率が向上し、測定感度が向上する。

また、たとえば予め質量の判明している溶液試料を流すことで、イオン化部１１０にて測定試料と混合、同時にイオン化が進むため、測定試料と併せて質量スペクトルが観測される。この質量スペクトルのｍ／ｚは予め判明していることから、マス軸補正用の内部標準として用いる。本使用法の場合は、観測質量精度を向上させることができる。

また、図１の右側下半分で示すように、霧化部１００は測定試料とは異なる溶液試料を流す機構の一例である試料混合機構を設けた霧化部２１０を設けても良い。たとえばイオン化し難い測定試料の場合には、濃度の低い酸等のイオン化促進剤を流し、霧化部１００にて測定試料と混合、イオン化部１１０に混合溶液として衝突することで、イオン化効率が向上し測定感度が向上する。たとえば予め質量の判明している溶液試料を流すことで、霧化部１００にて測定試料と混合、イオン化部に衝突の際に同時にイオン化が進むため、測定試料と併せて質量スペクトルが観測される。この質量スペクトルのｍ／ｚは予め判明していることから、マス軸補正用の内部標準として用いる。本使用法の場合は、観測質量精度を向上させることができる。

以上、要約すると、例えば、質量分析装置におけるイオン化法の代表としてElectro spray ionization（以下ＥＳＩ法）がある。ＥＳＩ法は液体クロマトグラフと接続し易いために、ＬＣ／ＭＳとして広く用いられている。ＥＳＩは測定感度が比較的よく、微量分析も可能だが、イオン化の原理が試料溶液の脱溶媒過程での試料との相互作用のため、適切な溶媒を選択しなければならないという課題があった。また、霧化部と高圧印加部が同一の位置にあり、霧化される試料液滴が大きく、脱溶媒に大量の高温ガスが必要となる課題もあった。本発明では、液体試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を観測する質量分析装置において、イオン化効率を向上させ、高感度なイオン源を実装することを目的の一つとできる。目的を解決する手段としては、例えば、液体試料を霧化する霧化部と、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部が分離されている。霧化部やイオン化部には測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有することが開示される。そして、霧化部とイオン化部を分離したことで、・霧化部から発生した霧状液滴がイオン源との衝突よりさらに微細化し、イオン化効率が向上する。・測定試料とは異なる溶液試料を混合することで、例えば濃度の低い酸等のイオン化促進剤によるイオン化効率向上や、観測質量が機知の溶液試料を混合しマス軸補正用の内部標準とする。これらから、測定感度の向上や観測質量精度の向上が可能となる。

また、開示される本発明の特徴を列挙すると、例えば、次のようになる。
１．測定試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を分析する質量分析装置において、液体状の測定試料をイオン化するイオン源と、発生したイオン中の目的イオンの質量電荷比を用いて質量分離する質量分析計とを有し、前記イオン源は、液体試料を霧化する霧化部と、前記霧化部とは分離され、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有すること。
２．上記１．において、前記霧化部と前記高圧印加部の距離の調整機構を有すること。
３．上記１．において、前記霧化部は交換することが可能であること。
４．上記１．において、前記高圧印加部は交換することが可能であること。
５．上記１．において、前記霧化部は、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有すること。
６．上記１．において、前記高圧印加部は、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有すること。
７．測定試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を分析する質量分析装置において、液体状の測定試料をイオン化するイオン源と、発生したイオン中の目的イオンの質量電荷比を用いて質量分離する質量分析計とを有し、前記イオン源は、液体試料を霧化する霧化部と、前記霧化部とは分離され、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有し、前記霧化部と前記高圧印加部との位置を調整する機構である位置調整機構を有し、交換可能な前記霧化部を有し、交換可能な前記高圧印加部を有し、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有する前記霧化部とを有し、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有する前記高圧印加部とを有すること。
８．上記１．において、真空排気される室を有し、前記質量分析計は、真空排気される室に配置されること。
９．液体状の測定試料をイオン化するイオン源であって、前記イオン源は、液体試料を霧化する霧化部と、前記霧化部とは分離され、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有することを特徴とするイオン源。

本発明はこれに限定されるものではなく、その技術思想の範囲内の種々の変形例を含むものである。

１０，１００霧化部
２０，１１０イオン化部
２５インターフェース
３０多重極イオンガイド
４０イオントラップ部
４５第２の多重極イオンガイド
５０ＴＯＦ／ＭＳ
５５加速部
６０ミラーレンズ
６５検知器
１２０距離調整機構
２００試料混合機構を設けたイオン化部
２１０試料混合機構を設けた霧化部

Claims

測定試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を分析する質量分析装置において、
液体状の測定試料をイオン化するイオン源と、
発生したイオン中の目的イオンの質量電荷比を用いて質量分離する質量分析計とを有し、
前記イオン源は、
液体試料を霧化する霧化部と、
前記霧化部とは分離され、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有し、
前記高圧印加部は、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有することを特徴とする質量分析装置。
請求項１において、
前記霧化部と前記高圧印加部の距離の調整機構を有する質量分析装置。
請求項１において、
前記霧化部は交換することが可能である質量分析装置。
請求項１において、
前記高圧印加部は交換することが可能である質量分析装置。
請求項１において、
前記霧化部は、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有する質量分析装置。
測定試料をイオン化し、発生したイオンの質量電荷比を分析する質量分析装置において、
液体状の測定試料をイオン化するイオン源と、
発生したイオン中の目的イオンの質量電荷比を用いて質量分離する質量分析計とを有し、
前記イオン源は、
液体試料を霧化する霧化部と、
前記霧化部とは分離され、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有し、
前記霧化部と前記高圧印加部との位置を調整する機構である位置調整機構を有し、
交換可能な前記霧化部を有し、
交換可能な前記高圧印加部を有し、
測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有する前記霧化部とを有し、
測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有する前記高圧印加部とを有する質量分析装置。
請求項１において、
真空排気される室を有し、
前記質量分析計は、真空排気される室に配置されることを特徴とする質量分析装置。
液体状の測定試料をイオン化するイオン源であって、
前記イオン源は、
液体試料を霧化する霧化部と、
前記霧化部とは分離され、霧化した測定試料に高電圧を印加しイオン化する高圧印加部とを有し、
前記高圧印加部は、測定試料とは異なる溶液試料を流す機構を有することを特徴とするイオン源。