JP5210418B2 - 質量分析装置 - Google Patents
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Description
ただし、実際の分析ではHECDを併用することも検討される。すなわち、ECDとHECDを使い分けるには、1eV以下の精度での電子のエネルギーの制御が必要となる。
以上のように、CIDとIRMPD、ECDはそれぞれ異なる配列情報を与えるために、互いに相補的に利用できる。
しかしながら、FT−ICRは超伝導磁石を用いて、平行強磁場(数テスラ以上)が必要となるため、高価かつ大型である。また、1つのスペクトルを得るために、必要な測定時間は数秒から10秒、スペクトルを得るために必要なフーリエ解析に10秒程度必要である。都合、数10秒必要となるFT−ICRは、10秒程度で1つのピークが現れる液体クロマトグラフィーとの結合性は良いとは言えない。つまり、高速度タンパク質解析には利用しにくいという欠点がある。そのために、FT-ICRを用いないECD手段の開発が期待されていた。
FT-ICRを用いない別のECDの実現手法の1つとして、高周波イオントラップ、または高周波イオンガイドにイオンを捕捉してそこに電子を照射するというアイデアがある。3次元高周波イオントラップに捕捉したイオンに電子を照射するというアイデアに関する特許開示がある(特許文献2,3,4)。しかし、これらの開示よりも先に、Vachetらは3次元高周波イオントラップに電子線を入射することにより、電子とイオンの反応の実現を試みたけれども(非特許文献2)。入射電子が高周波電場により高速に加熱され、イオントラップ外に失われてしまうことから、ECDの実現には至らなかった。
また、ECD反応装置へのイオン導入効率が低いために、イオン利用効率が低くなっている。そのために長時間の積算が必要となり、高速なスペクトル取得が実現できていなかった。
以下の発明の実施の形態において、具体的な課題を解決する手段の説明と実施形態の例を説明する。
なお、線形四重極高周波イオントラップにおけるイオン捕捉の原理と高周波電場による電子の影響の理論的考察については非特許文献4に記載されているため、ここでの記載は省略する。
図6は円筒永久磁石601による磁場発生手段を説明する図であり、図1−4で採用し例示した方式である。磁化の方向を602で示した。その内部に発生する磁場は図2,3に示されている。磁場の発生手段として永久磁石を用いることの効果は、安価であること、電磁石やソレノイドコイルのように電流源やコイルの冷却系を必要としないことが上げられる。ECDセルをCIDを実施しないECD手段として用いる場合に有効な方法である。
図10にはソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルをECDおよびCIDの手段とし、さらに反応セルを質量分析手段として採用した質量分析装置の実施例を説明する図である。四重極偏向器の1つのイオン導入口にイオン源、他の口にイオン検出器を備えていることを特徴とする。
各モードを構成する2つの点線枠のうち、左の点線枠はイオン源を示し、イオン源で発生したイオンとして、A、B,C,D,Eの5種のイオンが含まれている例を示している。左の点線枠はECD−CID機能を備えた反応部分の操作を示す。
MSモードでは、試料イオンの質量スペクトルを得る。まず、イオン源で発生させたイオンはECD−CID反応部にトラップされる。磁場印加を停止した状態で、質量分析操作させて、試料イオンのスペクトルをえる。ここで得られた質量スペクトルを参照して、配列構造を解析する親イオンを選択する。ECD−CID反応部を構成する線形イオントラップ部分は、J. W. Hager, Rapid commun. Mass Spectorm.2002 vol16 p512-526 に示されている方法を一例とした線形イオントラップ質量分析手段として動作する。すなわち、質量選択的にイオンを線形イオントラップから排出し、そのイオンを四重極偏向器を通過させ、イオン検出器1017で検出する。
本実施形態では、イオン源と、質量分析手段をかねたECD−CID反応装置と、イオン検出器からなるシンプルな構成の実施例である。ただし、次に示すTOF質量分析手段を備えた実施形態のように、高質量分解能を有する質量スペクトルの取得は困難である。
図11はソレノイドによる磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施例を説明する図である。ソレノイドが磁場発生手段でありさらに四重極偏向器を備えた形態のECD−CID反応装置に加え、四重極偏向器の1つのイオン導入口にイオン源と線形イオントラップ質量分析手段を備え、他の1つの口に質量分析手段を備えていることを特徴とする。質量分析手段としては質量分解能の高い飛行時間型質量分析手段(TOF−MS)を採用している。本実施形態は実施形態1にくらべ、得られるスペクトルの質量分解能が高いことにより、分子の同定能がより高くなることを特徴としている。本実施例はECD−CID反応装置と四重極変更器の間にイオンガイドを挿入し、ソレノイドコイルによる磁場がTOF−MSや線形イオントラップ部分(1018−1020)へ影響を与えることを回避している。
図12は永久磁石による磁場発生手段を備えた電子捕獲解離セルを電子捕獲解離手段と、線形イオントラップ質量分析手段質量分析手段と、飛行時間型質量分析手段とを備えた質量分析装置の実施形態を説明する図である。永久磁石が磁場発生手段でありさらに四重極偏向器を備えた形態の電子捕獲解離装置に加え、四重極偏向器の1つのイオン導入口にイオン源と線形イオントラップ質量分析手段を備え、他の1つの口に質量分析手段を備えていることを特徴とする。本実施例は、永久磁石を採用し、安価で簡単な装置構成となることが特徴である。ただし、磁場の制御ができないため、ECD反応部でのCIDの実施は困難である。しかし、線形イオントラップ質量分析手段によりCIDの実施は可能である。つまり、CIDかECDを選択して実施できる質量分析装置の構成である。
図16はイオン源と、線形質量分析手段と電子捕獲解離セルからなる質量分析装置の実施形態を説明する図である。イオン源と、線形イオントラップ質量分析手段と、請求項1記載の電子捕獲解離装置が直列に配置され、それらの要素の間に必要におうじてイオンガイドを挿入した装置構成を持つ電子捕獲解離機能を備えていることを特徴とする。
ECDとCIDを組み合わせて翻訳後修飾されたタンパク質の質量分析的構造解析の手順を説明する。基本となる測定シーケンスを図21に示した。はじめにCIDをもちいて翻訳後修飾がされていることを判定し、修飾されている分子の大きさを得て、つづいてECDをもちいて修飾されている部位を同定する手順である。
図22、図24は電子強度をモニターする電極とガス室を備えたECD反応手段の実施形態の例であり、図25はそのようなECD反応手段を複数備えた質量分析装置の実施形態である。図22、図24では2001−4で示す線形四重極電極、2005で示す壁電極、2006で示す壁電極、2007で示す電子引き出し電極、2008で示すガス室、2009で示す電子源被い、2010で示すフィラメント、2011 ガス導入パイプ、2012で示す円筒磁石、および2013で示す電流モニター電極からなる。
操作は図12で説明した形態とほとんど等しいのでその詳細説明は前記(ECD反応手段を備えた質量分析装置の実施形態3)を参照する。なお、本実施例のように四重極偏向器409-412に設置する反応手段はECD実施手段に限らず、イオン源、CID実施手段、電子移動解離手段、イオン検出器など任意の質量分析関連手段を接続することが可能である。
電子捕獲解離反応部のガスセルに希ガスを導入すると、反応効率を向上させることができる。ガスセルに導入するガス種はヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスを用いる。そのとき、ガスセル内部のそれらの分圧は0.1Paから10Paとし、照射する電子のエネルギーは2電子ボルトから10電子ボルトになるように設定する。このとき、大きな反応効率を得ることができ、高速のECDを実現することができる。図29は本発明の形態である結合型線形四重極高周波イオントラップ内に、試料イオンとして2価のサブスタンスPを導入し、さらに、ヘリウムガスを0.76Paの分圧で導入したときの電子捕獲解離スペクトルの測定例である。照射電子のエネルギーは5.6電子ボルトである。反応時間は20ミリ秒であり、十分な高速反応を実現している。ガスを導入しない場合の実施例である図30にくらべてスペクトルの質を表す反応効率と信号・ノイズ比が格段に向上している効果がわかる。その解離効率は、図31に示したようにHeガスを導入することにより約1桁向上させることができる。生体高分子配列解析に十分に適用な高速によるECDの実施にガスの導入が大きな効果を実現することを示している。従来のFT−ICRでは実現できないガス圧領域であり、高周波イオントラップでの新たな知見である。ガスの導入による反応効率向上の効果は線形イオントラップ構成に限らず、イオンガイドなどガスを導入できるECD反応を実現する装置の形態で実施可能である。
202 電子引き出し電極、
409 四重極偏向器を構成する電極、410 四重極偏向器を構成する電極、411 四重極偏向器を構成する電極、412 四重極偏向器を構成する電極、413 電子の導入を示す矢印、414 四重極偏向器へのイオンの導入を示す矢印、415 電子捕獲解離部分へのイオンの導入を示す矢印、416 電子捕獲解離部分からイオンを取り出すことを示す矢印、417 四重極偏向器からイオンを取り出すことを示す矢印、
513 イオンガイドを構成する電極、514 イオンガイドを構成する電極、515 イオンガイドを構成する電極、516 イオンガイドを構成する電極、517 電子の導入を示す矢印、518 四重極偏向器へのイオンの導入を示す矢印、519 イオンガイドを通過して電子捕獲解離部分へイオンを導入することを示す矢印、520 電子捕獲解離部分へイオンを導入することを示す矢印、521 電子捕獲解離部分からイオンを排出することを示す矢印、522 四重極偏向器からイオンを取り出すことを示す矢印、
601 永久磁石による円筒磁石、602 磁化の向きを示す矢印、
701 円筒磁芯、702 円筒磁芯、703 円筒磁芯、704 円筒磁芯、705 コイル、706 コイル、707 コイル、708 コイル、709 磁極、710 磁極、
802 ソレノイドコイル、803 真空槽壁、
911 ガス導入管、912 電流源、913 交流電源、
1009 電子源(フィラメント)、1017 イオン検出器、1020 壁電極、1021 イオンガイド、1022 イオン源電極、1023 イオン源細管、1024 差動真空排気を示す矢印、1026 差動真空排気を示す矢印、1027 イオントラップ高周波電源、1028 コンピュータ、
1119 線形イオントラップ質量分析手段を構成する線形四重極電極、 1118 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、
1125 差動排気をあらわす矢印、1130 飛行時間型質量分析手段、1131 リフレクター、1132 プッシャー、1133 イオン検出器、1134 ガスを導入したイオンガイドを構成する四重極高周波電極、1135 ガスを導入したイオンガイドを構成する入り口電極、1136 ガスを導入したイオンガイドを構成する出口電極、
1201 線形四重極電極、1205 壁電極、1206 壁電極、1207 円筒永久磁石、1208 高周波電源、1209 電子源、1210 電子引き出し電極、1212 イオンガイド、1213 四重極偏向器、1218 壁電極、1219 線形高周波四重極質量分析手段、1220 壁電極、1221 イオンガイド、1222 イオン源細口電極、1223 イオン源細管、1224 差動排気を示す矢印、1225 差動排気を示す矢印、1226 差動排気を示す矢印、1229 コンピュータ、1230 飛行時間型質量分析手段、1231 リフレクター、1232 プッシャー、1233 イオン検出器、1234 イオンガイド、1235 レンズ電極、1236 レンズ電極、
1614 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、1615 線形イオントラップ質量分析手段を構成する線形四重極電極、1616 イオン検出器、1618 イオン検出器、1619 線形イオントラップ質量分析手段を構成する壁電極、1620 イオンガイドを構成する線形多重極電極、1621 細口電極、1624 差動排気を示す矢印、1625 差動排気を示す矢印、1626 差動排気を示す矢印、1627 差動排気を示す矢印、
1701 リング電極、1702 エンドキャップ電極、1703 エンドキャップ電極、1704 永久磁石リング、1705 永久磁石リング、1706 永久磁石リング、1708 イオン検出器、1709 電子源(フィラメント)、1710 イオン源、
1801 高周波多重極電極、1802 永久磁石、1803 壁電極、1804 高周波電源、1805 双極交流電源、1806 イオンの導入を示す矢印、1807 イオンの取り出しを示す矢印、1808 四重極偏向器、1809 電子源、
1901 FT-ICRセルを構成する電極、1902 FT-ICRセルを構成する電極、1903 FT-ICRセルを構成する電極、1904 FT-ICRセルを構成する電極、1905 壁電極、1906 壁電極、1907 電子源、1908 磁力線を示す矢印、1909 線形四重極質量分析手段、1910 壁電極、1911 壁電極、1912 線形四重極質量分析手段へのイオンの導入を示す矢印、1913 FT−ICRへのイオンの導入を示す矢印、
2001−4 線形四重極電極、2005 壁電極、2006 壁電極、2007 電子引き出し電極、2008 ガス室、2009 電子源被い、2010 フィラメント、2011 ガス導入パイプ、2012 円筒磁石、2013 電流モニター電極、2014 磁石の磁化の方向を示す矢印、2015,2016 電気抵抗器、2017 電流源、2018 電圧源、2019 電子レンズ電極、2020-2023 イオンガイド電極、2022 電圧源、2023 電流計。
Claims (2)
- 高周波電場が印加される線形多重極電極と、前記線形多重極電極の軸方向の両端に配置され前記線形多重極電極の軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、
前記線形多重極電極の軸と同軸を含む磁場を発生し、前記線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、
前記線形多重極電極とは前記壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、
前記電子源の電子発生部位が、前記筒型の磁場発生手段の端面かそれよりも内側で前記磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置され、
前記電子源側ではない壁電極に隣接して四重極偏向器を備え、
前記電子源側ではない壁電極からイオンが導入及び排出される電子捕獲解離反応装置と、
前記四重極偏向器の第1の口に配置されたイオン源と、
前記四重極偏向器の第2の口に配置されたイオン検出器とを備えていることを特徴とする質量分析装置。 - 高周波電場が印加される線形多重極電極と、前記線形多重極電極の軸方向の両端に配置され前記線形多重極電極の軸上に穴を具備し直流電圧が印加されて壁電場を生成する壁電極を有する線形イオントラップと、
前記線形多重極電極の軸と同軸を含む磁場を発生し、前記線形イオントラップを取り囲む筒型の磁場発生手段と、
前記線形多重極電極とは前記壁電極を挟んで反対側に設けられた電子源とを有し、
前記電子源の電子発生部位が、前記筒型の磁場発生手段の端面かそれよりも内側で前記磁場発生手段の発生する磁場の内部に設置され、
前記電子源側ではない壁電極に隣接して四重極偏向器を備え、
前記電子源側ではない壁電極からイオンが導入及び排出される電子捕獲解離反応装置と、
前記四重極偏向器の第1の口に配置されたイオン源と、線形イオントラップ質量分析手段と、
前記四重極偏向器の第2の口に配置された第2の質量分析手段とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
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