JP5252205B2

JP5252205B2 - 質量欠損によりトリガされる情報依存収集

Info

Publication number: JP5252205B2
Application number: JP2008548911A
Authority: JP
Inventors: ニックブルームフィールド，; イブルブラン，
Original assignee: MDS Inc
Current assignee: Nordion Inc
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-04
Also published as: CA2629203C; EP1969615A1; EP1969615A4; CA2629203A1; WO2007076606A1; JP2009522558A; US20070164207A1; US7589318B2

Description

本発明は概して、質量分析法の分野に関する。

質量分析計は、試料の質量スペクトルを生成してその組成を見出すのに使用される。このことは通常、試料をイオン化し、異なる質量のイオンを分離させて、イオン流の強度を測定することでそれらの相対存在度を記録することにより達成される。例えば飛行時間型質量分析計を用いてイオンをパルス状にし、所定の飛行経路を移動させる。その後、イオンはひき続き検出器により記録される。イオンが検出器に到達するのにかかる時間、つまり「飛行時間」を利用して、イオンの質量電荷比、つまりｍ／ｚを計算することができる。

その後、衝突セル（あるいはその他の手段）において、ＣＩＤ（衝突誘起解離）を介してイオンを断片化することにより、所与のイオンに関する追加の情報（前駆物質の質量のほかに）を得て、ＭＳＭＳスペクトルを生成することができる。ＭＳＭＳ能力を備えたほとんどの器具では、質量スペクトルを発生させ、前駆イオンを選択し、ＭＳＭＳ（質量スペクトル／質量スペクトル）スペクトルを実施する工程を、ＬＣ（液体クロマトグラフィ）解析を通して（または注入により）自動化したモードで実施することができる。この収集モードはしばしば、情報依存収集（ＩＤＡ）またはデータ依存実験（ＤＤＥ）と称される。

解析すべき試料はしばしば、研究室内で動物等の被験体から採られた体液を含む。結果として、試料イオンは通常、被験体からの、対象の薬物代謝産物と、無関係な内因性イオンの両方を含む。対象の薬物代謝産物が低濃度の場合、試料イオンの全イオンクロマトグラム（ＴＩＣ）を作成すると、薬物代謝産物を同定するのが困難になることがある。低濃度の薬物代謝産物のイオン流が、無関係な内因性イオンのイオン流信号内に含まれてしまう虞がある。

従って、出願人らは、試料からイオンを解析し同定するためのシステムおよび方法の必要性を認識した。

１態様において、本発明は、試料中の化合物を解析するための方法を目的とする。この方法は、
（ａ）質量欠損範囲を決定するステップと、
（ｂ）試料からイオンを放出するステップと、
（ｃ）イオンの衝撃を検出器上で検出するステップと、
（ｄ）検出済み各イオンのｍ／ｚを計算するステップと、
（ｅ）ｍ／ｚが質量欠損範囲に入るかどうかを判断するステップと、
（ｆ）ｍ／ｚが質量欠損範囲に入る場合、ｍ／ｚに対応するデータを保存するステップと、
を含む。

この方法は、
（ｇ）保存されたｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有する少なくとも１つのイオンを選択的に捕捉するステップと、
（ｈ）捕捉されたイオンを断片化し、捕捉されたイオンの少なくとも１つのフラグメントのｍ／ｚを求めるステップと、
をも含むことができる。

別の態様において、本発明は、質量欠損フィルタを有する質量分析計を目的とする。

さらなる態様において、本発明は、質量分析計を目的とする。質量分析計は、試料から複数のイオンを放出するためのイオン源、ならびに、前記イオン源の下流に位置決めされており放出されるイオンの衝撃を検出器上で検出するように構成されている検出器を含む。質量分析計は、検出器およびイオン源と動作可能に連結されており検出済み各イオンのｍ／ｚを計算するように構成されている制御装置も含む。制御装置は、検出済み各イオンのｍ／ｚが所定の質量欠損範囲に入るかどうかを判断するように構成されている質量欠損フィルタを含む。質量分析計は、制御装置に連結されているデータストレージも含み、データストレージは、ｍ／ｚが質量欠損範囲に入る場合、検出済みイオンのｍ／ｚに対応する検出済みイオンｍ／ｚデータを保存するように構成されている。質量分析計は、イオン源の下流に位置決めされて制御装置と動作可能に連結するイオン質量フィルタも含むことができる。イオン質量フィルタは、保存された検出済みイオンｍ／ｚデータに実質的に対応するイオンを選択的にフィルタリングするように構成されている。質量分析計は、イオン質量フィルタと動作可能に連結する断片化装置も含むことができ、断片化装置は、選択された各イオンを断片化して、各フラグメントを検出器に向けて放出するように構成されている。制御装置は、断片化装置と動作可能に連結されており、検出器により検出された各フラグメントのｍ／ｚを計算するように構成されている。データストレージは、さらに、検出済み各フラグメントのｍ／ｚに対応するフラグメントｍ／ｚデータを保存するように構成されているのが好ましい。

次に、本発明を、以下の図面を参照してほんの例示により説明する。そこでは、同様の符号は同様の部品を参照している。

図１を参照して、本発明により作製された質量分析計（ハイブリッド四重極飛行時間型等のＭＳ／ＭＳシステム、例えばＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｓｙｓｔｅｍｓ／ＭＤＳＳＣＩＥＸにより販売されているＱＳＴＡＲＸＬＬＣ／ＭＳ／ＭＳシステムとすることのできるもの）を概して１０で参照して示す。システム１０は、当然のことながら、本発明による情報依存収集（ＩＤＡ）を実施できるように構成するのが好ましい。

質量分析計１０は、適切にプログラムされた制御装置または中央演算処理装置（ＣＰＵ）１２を含み、このＣＰＵは、プログラムされたイオン流算定エンジン１４を有する。入出力（Ｉ／Ｏ）装置１６（通常、入力要素１６^Ａ、例えばキーボードまたは制御ボタンと、出力要素、例えばディスプレイ１６^Ｂとを含むもの）もＣＰＵ１２と動作可能に連結する。データストレージ１７を提供するのも好ましい。ＣＰＵ１２は、以下でより詳しく検討するような、質量欠損範囲を決定するように構成されている質量欠損フィルタモジュール１８（算定エンジン１４の一部を成すことのできるもの）も含むことになる。質量分析計１０は、選択および断片化モジュール１９も含むのが好ましいであろう。

質量分析計１０は、解析すべき試料から発生したイオンを放出するように構成されているイオン源２０も含む。当然のことながら、イオン源２０からのイオンは、イオンが次々と流れてくる形態とすることができ、あるいは、この流れをパルス状にして、パルス状のイオンビームを生成することができ、あるいは、イオン源２０は、一連のパルスを発生させて、パルス状のイオンビームが放出されるように構成することができる。

従って、イオン源２０は、当然のことながら、例えば電子衝撃、化学イオン化、または電界イオン化のイオン源（ガスクロマトグラフィ源と併せて使用できるもの）、あるいは電気スプレーイオン化または大気圧化学イオン化のイオン源（液体クロマトグラフィ源と併せて使用できるもの）、あるいは脱離電気スプレーイオン化（ＤＥＳＩ）またはレーザ脱離のイオン源等の連続的なイオン源とすることができる。レーザ脱離イオン源、例えばマトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）は、通常、一連のパルスを発生させて、パルス状のイオンビームが放出されるようにすることができる。

イオン源２０には、イオン透過のイオンガイド、例えば多極イオンガイド、リングガイド、あるいはイオン質量フィルタ、例えば四重極質量フィルタ、あるいは、当技術分野で一般に知られているイオントラップ装置（図示せず）を提供することもできる。簡潔にするために、イオン源２０という用語は、化合物からイオンを発生させて対象の検体イオンを利用し検出できるようにする要素を説明するのに使用した。その他の種類のイオン源２０、例えばタンデム型質量フィルタおよびイオントラップを有するシステムを使用することもできる。

検出器２２（複数の陽極またはチャネル２３を有するもの）を提供することもでき、この検出器は、放出されるイオンの経路中で、イオン源２０の下流に位置決めすることができる。放出されるイオン経路中で、イオン源２０と検出器２２との間に、光学素子２４またはその他の集束エレメント、例えば静電レンズを配置して、イオンを検出器２２へと集束することもできる。

イオン源２０と検出器２２との間には通常、選択および断片化モジュール１９も位置決めされている。モジュール１９は通常、イオン質量フィルタ２６（ＣＰＵ１２と動作可能に連結するもの）、ならびに、断片化装置２８、例えばフィルタ２６と動作可能に連結する衝突セル（イオンを断片化できるもの）を含む。当然のことながら、断片化装置２８は、イオンを選択してＭＳＭＳを実施し、共鳴励起（線形トラップ内部での）を含むが、ただしこれに限定されないフラグメント情報を生成する断片化技術を含むことができる。これも当然のことであるが、作動中、フィルタ２６および光学素子２４を制御装置１２により制御して、放出されるイオンの流れを選択的に調節することができる。

次に図２を参照すると、ディスプレイ１６^Ｂに表示できるコンピュータ画面２０２の画面コピー２００が示されている。

図３は、解析期間中に質量分析計システム１０により実行される方法のステップを、概して１００で参照して示す。通常、解析期間が開始する前に、質量欠損範囲が決定される（ブロック１０２）。一般に、質量欠損範囲は、２つの異なる手法により決定することができる。

質量欠損範囲を決定する第１の手法は、使用者が、Ｉ／Ｏ装置１６を通じて（例えば画面２０２上のフィールド２０４、２０６、および２０８を介して）整数質量値および質量欠損値、ならびに許容範囲を算定エンジン１４に直接入力することを伴う。＋／−２０ｍＤａという許容範囲がしばしば好ましいが、当然のことながら、その他の範囲（＋／−５０ｍＤａ以上を含む）も可能である。当然のことながら、多数の検体を対象にするためには、算定エンジン１４によって多数の質量欠損範囲を決定することができる。

質量欠損範囲を打ち込む第２の手法は、使用者により（例えば画面２０２上のフィールド２１０を介して）、調査されている化合物の化学式を算定エンジン１４に入力することを伴う。算定エンジン１４は、入力された化学式の整数質量値を計算するようにプログラムしてあるのが好ましい。別法として、多くの化学式の整数質量および欠損値を予め計算して、データライブラリとしてデータストレージ１７内に保存し、単に指数化して算定エンジン１４により検索することもできる。さらに別の代替手法において、分子量に対する質量欠損が線形方程式により特定される場合、算定エンジン１４は、当然のことながら、イオンの分子量に基づき、実行時間での質量欠損範囲を計算するようにプログラムされる。質量欠損範囲を計算するこの方法は、ペプチド関連の解析で、より一般的に使用されるであろう。各手法において、使用者は、許容範囲を（フィールド２０６を介して）手動で入力する。

その後、使用者は通常、解析期間を開始するコマンドを（通常はＩ／Ｏ装置を介して）入力することになり、算定エンジン１４は、そのコマンドを受けると、解析期間の第１段階を起動するようにプログラムされている（ブロック１０４）。解析期間の第１段階が開始すると、試料化合物からのイオンビームがイオン源２０から放出される（ブロック１０６）。当然のことながら、試料化合物は、解析用に、薬物および関連するその代謝産物および／またはペプチドを含むことができる。

毎パルスの間、１つ以上のイオンが陽極２３と衝突するたびに陽極２３から衝撃信号が送信されて、この衝撃信号がエンジン１４により受信され、エンジン１４は、検出済みイオンの移動時間または「飛行時間」に対応する移動時間データも求める（ブロック１１０）。算定エンジン１４は、求められた移動時間データに対応する検出済み各イオンのｍ／ｚを計算するようにプログラムされている（ブロック１１２）。その後、エンジン１４は、計算されたｍ／ｚを比較し、そのｍ／ｚと、ブロック１０２において決定された質量欠損範囲とを比較する。

ｍ／ｚの質量中心または小数部が質量欠損範囲に入ると、本明細書では、検出済みイオンのｍ／ｚが、質量欠損範囲「に対応する」か、またはこの「範囲に入る」（あるいは同じような表現）と考えられることになるので、エンジン１４は、計算されたｍ／ｚに対応するｍ／ｚデータをデータストレージ１７内に保存することになる（ブロック１１４）。当然のことながら、このステップにおいてエンジン１４は、濾過および選択工程を「飛行中に」実施することができ、質量欠損範囲の範囲に入る計算されたｍ／ｚに対応するｍ／ｚデータを保存するのみである。あるいは別法として、エンジンは、解析期間の第１段階中に、より多くの、または全てのｍ／ｚデータを保存して、ｍ／ｚデータをフィルタリングし、質量欠損範囲に入るｍ／ｚデータのみを個別のリストにして保存することができる。

通常、解析期間の第１段階がいったん完了すると、システム１０は解析期間の第２段階（「ＭＳ／ＭＳ段階」と称することのできるもの）を開始し、保存されたｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有する少なくとも１つのイオンを選択的に捕捉する（ブロック１１６）。これを達成するために、制御装置１２は通常、フィルタ２６および／または光学素子２４を設定し、保存されたｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有するイオン（好ましくはピークが質量欠損範囲に入る１つ以上のｍ／ｚデータを含むことのできるもの）を得るために、放出されるイオンの流れを選択的にフィルタリングする。

衝突セル２８内部では、保存されたｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有するイオンが捕捉される。その後、捕捉されたイオンは断片化される（ブロック１１８）。

その後、ブロック１１０〜１１２に関して説明したのと同様のやり方で、検出器２２に向けてイオンフラグメントが放出されて、検出済みイオンフラグメントのうちの１つ以上のｍ／ｚが計算され（ブロック１２０）、このようなイオンフラグメントの、計算されたｍ／ｚに対応するｍ／ｚデータが、データストレージ１７内に保存される（ブロック１２２）。

当然のことながら、制御装置１２は、それらの質量中心が、データストレージ１７内に保存されたｍ／ｚデータからの質量欠損範囲内にある（ピークを成す）イオンから成る、ＴＩＣ（全イオンクロマトグラム）または質量スペクトルを生成することができる（ブロック１２４）。制御装置１２は、データストレージ１７内に保存されたイオンフラグメントｍ／ｚデータに基づき、イオンフラグメントの質量スペクトルも生成することができる（ブロック１２６）。

次に、図４Ａを参照して、通例のＩＤＡにより、ブスピロン代謝産物を含有する化合物を解析する実験の結果を示す。これらの結果は、図４Ｂに示す実験の結果と対比させることができ、この実験は、ブスピロン代謝産物を含有する図４Ａの実験で使用したのと同一の化合物を解析するが、本発明のＩＤＡ方法１００およびシステム１０を用いている。図４Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂの結果を比較しており、本発明のシステムおよび方法を用いて代謝産物を見出し記録するための、改良された結果および成功率に、「通例のＩＤＡ」と対比させて注目している。

図４Ｄは、ブスピロン代謝産物を含有する試料化合物上で実施した、通例のＩＤＡのＴＩＣ図を示す。ＭＳ／ＭＳのＴＩＣが代謝産物をはっきりと同定していないことに注目される。図４Ｅは、ブスピロン代謝産物を含有する図４Ｄの実験で使用したのと同一の試料化合物上で、本発明のシステムおよび方法を用いて実施したＩＤＡのＴＩＣ図を示す。ＭＳ／ＭＳのＴＩＣは、代謝産物をはっきりと同定しており、当然のことながら、ブスピロンおよびその代謝産物のＸＩＣに似ていることに注目される。

したがって、本明細書において示し説明するものは、主題の発明の好適な実施形態を構成しているが、その範囲が添付の請求項において規定されている主題の発明から逸脱することなく、様々な変更を行うことができるということが理解されるべきである。

図１は、本発明により作製された質量分析計の略図である。図２は、図１の質量分析計のＩ／Ｏ装置の画面コピーである。図３は、本発明による、化合物を解析する方法のステップを示す流れ図である。図４Ａ〜図４Ｅは、通例のＩＤＡ結果と、本発明のシステムおよび方法により得られた結果とを対比する実験結果を示すプリントアウトである。図４Ａ〜図４Ｅは、通例のＩＤＡ結果と、本発明のシステムおよび方法により得られた結果とを対比する実験結果を示すプリントアウトである。図４Ａ〜図４Ｅは、通例のＩＤＡ結果と、本発明のシステムおよび方法により得られた結果とを対比する実験結果を示すプリントアウトである。図４Ａ〜図４Ｅは、通例のＩＤＡ結果と、本発明のシステムおよび方法により得られた結果とを対比する実験結果を示すプリントアウトである。図４Ａ〜図４Ｅは、通例のＩＤＡ結果と、本発明のシステムおよび方法により得られた結果とを対比する実験結果を示すプリントアウトである。

Claims

試料中の化合物を解析するための方法であって、
（ａ）質量欠損範囲を決定するステップと、
（ｂ）前記試料からイオンを流れにして放出するステップと、
（ｃ）前記イオンの衝撃を検出器上で検出するステップと、
（ｄ）検出済み各イオンのｍ／ｚを計算するステップと、
（ｅ）ｍ／ｚが前記質量欠損範囲内に入るかどうかを判断するステップと、
（ｆ）ｍ／ｚが前記質量欠損範囲内に入る場合、ｍ／ｚに対応するデータを保存するステップと、
（ｇ）前記保存されたｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有する少なくとも１つのイオンを選択的に捕捉するステップであって、前記ステップ（ｇ）が、前記保存されたｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有するイオンを得るために、放出されたイオンの前記流れを選択的にフィルタリングするステップを含む、ステップと
を含む、方法。
（ｈ）前記捕捉されたイオンを断片化し、前記捕捉されたイオンの少なくとも１つのフラグメントのｍ／ｚを求めるステップ
をさらに含む、請求項１記載の方法。
（ｉ）前記少なくとも１つのフラグメントのｍ／ｚに対応するイオンフラグメントｍ／ｚデータを保存するステップ
をさらに含む、請求項２記載の方法。
（ｊ）前記イオンフラグメントｍ／ｚデータに対応する質量スペクトルを生成するステップ
をさらに含む、請求項３記載の方法。
（ｋ）前記生成された質量スペクトルを保存するステップ
をさらに含む、請求項４記載の方法。
質量分析計であって、
（ａ）試料から複数のイオンを放出するためのイオン源と、
（ｂ）前記イオン源の下流に位置決めされており、放出されるイオンの衝撃を検出器上で検出するように構成されている検出器と、
（ｃ）前記検出器および前記イオン源と動作可能に連結されており、検出済み各イオンのｍ／ｚを計算するように構成されている制御装置であって、
（ｄ）前記制御装置は、検出済み各イオンのｍ／ｚが所定の質量欠損範囲内に入るかどうかを判断するように構成されている質量欠損フィルタを含む、制御装置と、
（ｅ）前記制御装置に連結されているデータストレージであって、前記データストレージは、ｍ／ｚが前記質量欠損範囲内に入る場合、検出済みイオンのｍ／ｚに対応する検出済みイオンｍ／ｚデータを保存するように構成されている、データストレージと、
（ｆ）前記イオン源の下流に位置決めされており、前記制御装置と動作可能に連結する選択および断片化モジュールであって、前記選択および断片化モジュールは、前記保存された検出済みイオンｍ／ｚデータに実質的に対応するｍ／ｚを有する少なくとも１つのイオンを選択的に捕捉するように構成されている、選択および断片化モジュールと
を含む、質量分析計。
前記断片化モジュールが、選択された各イオンを断片化して、各フラグメントを前記検出器に向けて放出するように構成されている、請求項６記載の質量分析計。
（ａ）前記イオン源の下流に位置決めされており、前記制御装置と動作可能に連結するイオン質量フィルタであって、前記イオン質量フィルタが、前記保存された検出済みイオンｍ／ｚデータに実質的に対応するイオンを選択的にフィルタリングするように構成されている、イオン質量フィルタ
をさらに含む、請求項６記載の質量分析計。
（ａ）前記イオン質量フィルタと動作可能に連結する断片化装置であって、前記断片化装置が、選択された各イオンを断片化して、各フラグメントを前記検出器へ放出するように構成されている、断片化装置
をさらに含む、請求項８記載の質量分析計。
前記制御装置が、前記断片化装置と動作可能に連結されており、前記検出器により検出された各フラグメントのｍ／ｚを計算するように構成されている、請求項９記載の質量分析計。
前記データストレージが、検出済み各フラグメントのｍ／ｚに対応するフラグメントｍ／ｚデータを保存するようにさらに構成されている、請求項１０記載の質量分析計。
前記断片化装置が衝突セルを含む、請求項９記載の質量分析計。
前記断片化装置が共鳴励起を含む、請求項９記載の質量分析計。