JP5316481B2 - 質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、質量分析装置に関する。特に、オートチューニングを実行する機能を備えた質量分析装置に関する。

質量分析装置（MS）、ガスクロマトグラフ質量分析装置（GC/MS）、液体クロマトグラフ質量分析装置（LC/MS）などの装置では、質量分解能や感度を常に高いレベルに保つ必要がある。これは、装置の性能が最大限に発揮されるために不可欠であると同時に、分析結果の再現性を維持するためにも必要である。

そのためには、例えば、インタフェイス（液体試料をイオン化する箇所）、イオンガイド、四重極電圧、イオントラップ、イオン検出器などの各部に印加する電圧がそれぞれ適正に保たれていなければならない。しかしながら、装置の使用及び時間の経過に伴い、試料が表面に付着したり、表面が酸化したり、物理的配置にずれが生じたり、といった要因によって劣化が生じ、印加電圧の適値に変化が生じる。言い換えれば、質量分解能や感度が低下する。

従って、例えば一月に一度程度、最低でも半年に一度程度といった頻度で、成分の種類や濃度が既知である標準試料を利用して、電極への印加電圧などの各種パラメータを最適な値に調整するためのチューニングを定期的に行うことが望ましい。なお、チューニングは以前は手作業で行っていたが、近年ではチューニングを自動的に行うオートチューニング機能が装置に備わっていることが多い（例えば特許文献１参照）。

オートチューニングを行う場合、通常、まず検出器のチューニングから行われる。次に各部の感度調整、分解能調整などが実行される。これらの各調整モードにおいては、調整は装置の入り口から開始し、順次後段に向かってゆくのが通常である。
チューニングは、各箇所に印加する電圧を変化させながら、出力が最大となる値を探す等の方法で行われる。従来のオートチューニングでは、ユーザーが指定した範囲内で最初から最後まで、このようにして全ての箇所についてチューニングを行っていた。

特開2009-129868号公報

装置の複雑化が進むにつれて、チューニングを行う箇所も多くなっている。そのため、全体のチューニングが完了するのに長い時間が掛かることがある。

本発明は、上述したような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、装置各部のパラメータ調整を自動的に行うオートチューニング機能を備えた質量分析装置において、チューニングの精度を低下させることなく、オートチューニングに要する時間を短縮化することが可能な質量分析装置を提供することにある。

以上のような思想に基づいてなされた本発明に係る質量分析装置は、各部のパラメータ調整を所定の手順に従って順次実行するオートチューニング機能を有する質量分析装置であって、
過去のチューニング結果を、少なくとも、該質量分析装置を構成する複数のブロックのそれぞれに関して設定された各代表部について保存するチューニング結果保存部と、
オートチューニングを実行する指示を受けたことに基づき、予め定められたブロック順にチューニングを実行し、各ブロックにおいては、まず該ブロックの代表部のチューニングを行い、その結果を前記チューニング結果保存部に保存されている対応する過去のチューニング結果と比較し、両者の値が所定の範囲内に収まっている場合には、該ブロックの他の各部のチューニングを割愛し、両者の値が所定の範囲外である場合には、当該ブロックの他の各部のチューニングを実行するチューニング対象制御部と、
を備えることを特徴としている。

また、本発明に係る質量分析装置は、好ましくは、前記チューニング結果保存部に保存されている複数の過去のチューニング結果のうち、所望のチューニング結果をユーザに選択させる比較結果選択部を備えることを特徴とする。

なお、本発明において質量分析装置とは、装置を構成する各部のチューニングを行う必要があるあらゆる形態の質量分析装置を含む。代表的なものとして質量分析装置（MS）ガスクロマトグラフ質量分析装置（GC/MS）、液体クロマトグラフ質量分析装置（LC/MS）、複数段のMSを備える構成（MSn）などがあるが、もちろんこれらに限定されない。また、GC/MSやLC/MSのように、試料調整部（GCやLC）が前段に、そして分析部（MS）が後段に設けられているような形態の場合には、前段と後段を合わせて本発明に係る質量分析装置とすることもできるし、後段だけを本発明の質量分析装置とすることもできる。

本発明に係る質量分析装置では、質量分析装置を複数のブロックに分割して考える。チューニングを実行する際には、全箇所の調整を行うのではなく、各ブロックにおいて、まず代表部のチューニングを行い、そのチューニング結果を、チューニング結果保存部に保存されている比較用の結果と照らし合わせる。両者の値の差が所定の範囲内である場合には、そのブロックにおけるチューニングは不要であると判断し、当該ブロックの他の箇所のチューニングを割愛する。他方、両者の値の差が所定の範囲内に収まっていない場合には、そのブロックではチューニングが必要と判断し、当該ブロックの他の箇所のチューニングを順次実行する。

従って、本発明に係る質量分析装置では、チューニング自体の信頼度を保ちつつ、装置全体のチューニングに必要な時間を短縮することが可能となる。

また、比較結果選択部を備えることで、ユーザは比較用の結果を過去の結果から選択することができるから、チューニングのレベルをより高い自由度で設定することが可能となる。

本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳの要部の構成図。 本実施例であるＧＣ／ＭＳにおいてＭＳ部の各種パラメータを調整するための特徴的な制御・処理を示すフローチャート。 本発明の一実施例における簡易チューニング設定画面の一例。

以下、本発明に係る質量分析装置の一実施例であるＧＣ／ＭＳを図面を参照して説明する。この実施例のＧＣ／ＭＳは本発明に係る質量分析装置の調整方法を採用した各種パラメータのオートチューニング機能を備える。

図１は本実施例のＧＣ／ＭＳの要部の構成図である。ＧＣ部１において、図示しないカラムオーブン内に配設されたキャピラリカラム１４の入口端には試料気化室１１が設けられ、キャリアガス流路１３から略一定流量で試料気化室１１に供給されたＨｅ等のキャリアガスはキャピラリカラム１４に送られる。分析時にインジェクタ１２により少量の液体試料が加熱された試料気化室１１内に滴下されると、液体試料は即座に気化してキャリアガス流に乗ってキャピラリカラム１４に送り込まれる。キャリアガス流に乗った試料成分はキャピラリカラム１４を通過する際に時間方向に分離されて溶出し、流路切替部１６を経てＭＳ部２へ送られる。

ＭＳ部２において、図示しない真空ポンプにより真空排気される真空チャンバ２０内には、イオン化室２１、レンズ電極２６、四重極質量フィルタ２７、イオン検出器２８が配設されている。イオン化室２１の途中にはバルブ２３が設けられた試薬ガス流路２２が接続され、内部にはリペラー電極２４が設置されている。また、図示しないが、イオン化室２１にはフィラメントが付設されており、該フィラメントで生成された熱電子がイオン化室２１内に送り込まれる。イオン化室２１内でイオン化が行われる場合、バルブ２３が開放されて試薬ガス（例えばメタン）がイオン化室２１内に供給され、これに熱電子が接触することにより試薬ガスがイオン化される。この試薬ガスイオンと試料分子とが化学反応を生じて試料分子イオンが生成され、生成されたイオンは、電圧印加部３３よりリペラー電極２４に印加されるリペラー電圧により形成される電場の作用によりイオン化室２１内から図１中で右方向へと押し出される。

イオン化室２１から出たイオンはレンズ電極２６により形成される電場の作用により収束されるとともに場合によっては加速され、四重極質量フィルタ２７に送り込まれる。四重極質量フィルタ２７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、その電圧に応じた質量電荷比（ｍ／ｚ）を持つイオンのみが選択的に該フィルタ２７を通過してイオン検出器２８に到達する。四重極質量フィルタ２７への印加電圧を所定パターンで変化させることで、該フィルタ２７を通過するイオンの質量電荷比を所定範囲で走査することができる。イオン検出器２８による検出信号はデータ処理部３２に入力され、ここでマススペクトルが作成されるとともに定量分析、定性分析が実行される。流路切替部１６は、後述する自動調整時に標準試料導入部４０に用意された所定の標準試料をイオン化室２１に導入するように流路を切り替える。分析制御部３１は分析や自動調整などを行うために各部を制御する。また、操作部３６や表示部３７が接続された中央制御部３０は、予め定められた制御プログラムに従って各部を統括的に制御するべく分析制御部３１、データ処理部３２に指示を与えるとともに、分析結果などを表示部３７により表示する。なお、この中央制御部３０やデータ処理部３２は、汎用のパーソナルコンピュータ上で所定の制御・処理プログラムを実行させることでその機能を実現するものとすることができる。また、チューニング対象制御部３４も同様に、同パーソナルコンピュータ上でソフトウェア的に実現される構成である。

チューニング結果保存部３８には、過去のチューニング結果を、少なくとも、該質量分析装置を構成する複数のブロックのそれぞれに関して設定された各代表部について保存されている。本実施例のＭＳ部２では、リベラー電極２４に対応する第一ブロックＢ１、レンズ電極２６に対応する第二ブロックＢ２、四重極質量フィルタ２７に対応する第三ブロックＢ３、の三つのブロックが設定されているものとする。

第一ブロックＢ１には、パラメータの調整対象である箇所が一箇所だけ（即ち、第一ブロック第一電圧印加箇所Ｖ１−１）含まれている。従って、この第一ブロック第一電圧印加箇所Ｖ１−１が、第一ブロックＢ１における代表部に設定される。
第二ブロックＢ２には、パラメータの調整対象である箇所が三箇所（即ち、第二ブロック第一電圧印加箇所Ｖ２−１、第二ブロック第二電圧印加箇所Ｖ２−２、第二ブロック第三電圧印加箇所Ｖ２−３）含まれている。このうち、最も入り口側に近く、検出器２８から遠い箇所の第二ブロック第一前段電圧印加箇所Ｖ２−１は、第二ブロックＢ２における代表部に設定されている。
第三ブロックＢ３には、パラメータの調整対象である箇所が四箇所（即ち、第三ブロック第一電圧印加箇所Ｖ３−１、第三ブロック第二電圧印加箇所Ｖ３−２、第三ブロック第三電圧印加箇所Ｖ３−３、第三ブロック第三電圧印加箇所Ｖ３−４）含まれている。このうち、第三ブロックＢ３において最初にパラメータ調整が行われる第三ブロック第一電圧印加箇所Ｖ３−１は、第三ブロックＢ３における代表部に設定されている。

なお、各ブロックにおいて代表部に設定する調整箇所は、通常は、そのブロックにおいて一番最初にパラメータの調整を行う箇所とすることが望ましい。

次に、本実施例のＧＣ／ＭＳにおいて、各種パラメータを調整する際に実行される特徴的な制御・処理について図２のフローチャートにより説明する。

まず分析制御部３１の制御の下にバルブ２３が開放され、試薬ガスとして例えばメタンが試薬ガス流路２２を通してイオン化室２１内に供給される（ステップＳ１）。真空チャンバ２０内は真空排気されているため、イオン化室２１からメタンがその外部に流出することでイオン化室２１内は略一定のガス条件に維持される。次に、分析担当者は例えば図３に示すような設定画面上で、操作部３６によりオートチューニング条件を入力した上で、オートチューニングの実行を指示する（ステップＳ２）。中央制御部３０はこれに応じてオートチューニング機能を開始する（ステップＳ３）。

ここで、図３に示した設定画面について説明する。この設定画面では、「簡易実行」という項目にチェックが入っている。これは、本発明に係る質量分析装置の特徴的な構成である、オートチューニングを簡易的に実行することを指示する項目である。また、簡易実行の項目の右横に、ファイルを選択することができる欄が存在しており、当該欄には「20100101チューニング結果」との記載がある。これは、比較結果選択部３５の動作に基づく。比較結果選択部３５は、チューニング結果保存部３８に記憶されている一又は複数の、過去のチューニング結果の中から、所望のものをユーザに選択させる。過去のチューニング結果の中には、例えば、質量分析装置の購入時の設定をはじめとする任意の段階が含まれる。

次に、ステップＳ４において、検出器２８の調整を行う。これは、図３に示した設定画面において「検出器調整」の項目にチェックが入れられていることに基づく動作である。

次いで、ステップＳ５において、感度調整を行う。これは、図３に示した設定画面において「感度調整」の項目にチェックが入れられていることに基づく動作である。
イオン化室２１内に標準試料を導入しない状態で、まず、第一ブロックＢ１において、代表部である第一ブロック第一電圧印加箇所Ｖ１−１（リペラー電極２４）に対し、電圧印加部３３によりリペラー電極２４へ印加するリペラー電圧を所定の範囲（例えば−１〜３Ｖ）の範囲で少しずつ変化させながら、信号強度が最大になる電圧値を探索する。

次に、そうして決定された電圧値にリペラー電圧を固定した状態で、第二ブロックＢ２の代表部である第二ブロック第一電圧印加箇所Ｖ２−１に対し、電圧印加部３３により第二ブロック第一電圧印加箇所Ｖ２−１へ印加する電圧を所定の範囲の範囲で少しずつ変化させながら、信号強度が最大になる電圧値を探索する。

信号強度が最大になる電圧値が決定すると、その値と、ユーザによって指定された前記チューニング結果保存部に保存されている対応する過去のチューニング結果とを比較する。両者の値が所定の範囲内に収まっている場合（ステップＳ５でYes）には、この第二ブロックＢ２における他の各部（第二ブロック第二電圧印加箇所Ｖ２−２、第二ブロック第三電圧印加箇所Ｖ２−３）のチューニングを実行しない。これは、両者の値が所定の範囲内に収まっている場合には、該ブロックの他の箇所のチューニングを割愛しても全体のチューニング精度に影響が及ばないという思想に基づいている。
他方、両者の値が所定の範囲内に収まっていない場合（ステップＳ５でNo）には、第二ブロックＢ２の残りの各部（即ち、第二ブロック第二電圧印加箇所Ｖ２−２、第二ブロック第三電圧印加箇所Ｖ２−３）のチューニングを実行する。

次に、ステップＳ６において、第二ブロックが最終ブロックかどうかを判定する。本実施例の場合、第三ブロックが最終ブロックなので、「No」と判断される。これにより、第三ブロックに関し、代表部の調整を行う（ステップＳ５に戻る）。このパラメータの調整は、第一ブロックＢ１及び第二ブロックＢ２の各部に関して既に得られた結果に基づき電圧値を固定しつつ実行する。具体的には、第三ブロックＢ３の代表部である第三ブロック第一電圧印加箇所Ｖ３−１に対し、電圧印加部３３により第三ブロック第一電圧印加箇所Ｖ３−１へ印加する電圧を所定の範囲の範囲で少しずつ変化させながら、信号強度が最大になる電圧値を探索する。

信号強度が最大になる電圧値が決定すると、その値と、ユーザによって指定された前記チューニング結果保存部に保存されている対応する過去のチューニング結果とを比較する。両者の値が所定の範囲内に収まっている場合（ステップＳ５でYes）には、この第三ブロックＢ３における他の各部（第三ブロック第二電圧印加箇所Ｖ３−２、第三ブロック第三電圧印加箇所Ｖ３−３、第三ブロック第四電圧印加箇所Ｖ３−４）のチューニングを実行せず、省略する。両者の値が所定の範囲内に収まっていない場合（ステップＳ５でNo）には、第三ブロックＢ３の残りの各部（即ち、第三ブロック第二電圧印加箇所Ｖ３−２、第三ブロック第三電圧印加箇所Ｖ３−３、第三ブロック第四電圧印加箇所Ｖ３−４）のチューニングをそれぞれ実行する。

再度、ステップＳ６に戻り、最終ブロックであったと判断されると（Yes）、ステップＳ７に進み、図３に示した設定画面において更に別の調整が指示されているかどうかが判断される。本実施例の場合、これに引き続き、分解能調整、及びm/z較正が同様に実行される。その後、分析の指示等が与えられるまで待機する（ステップＳ８）。

以上のようにして、本発明に係る質量分析装置においては、チューニング結果保存部３８に記憶されている過去のチューニング結果と比較することで、チューニング対象箇所を適宜に省略することができる。従って、チューニング自体の精度は或る程度保持しつつ、オートチューニングに要する時間を短縮することが可能となる。

なお、上記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜修正や変更を行えることは明らかである。

１…ＧＣ部
１１…試料気化室
１２…インジェクタ
１３…キャリアガス流路
１４…キャピラリカラム
１６…流路切替部
２…ＭＳ部
２０…真空チャンバ
２１…イオン化室
２２…試薬ガス流路
２３…バルブ
２４…リペラー電極
２６…レンズ電極
２７…四重極質量フィルタ
２８…イオン検出器
３０…中央制御部
３１…分析制御部
３２…データ処理部
３３…電圧印加部
３４…チューニング対象制御部
３５…比較結果選択部
３６…操作部
３７…表示部
３８…チューニング結果保存部
４０…標準試料導入部

Claims (2)

1. 各部のパラメータ調整を所定の手順に従って順次実行するオートチューニング機能を有する質量分析装置であって、
   過去のチューニング結果を、少なくとも、該質量分析装置を構成する複数のブロックのそれぞれに関して設定された各代表部について保存するチューニング結果保存部と、
   オートチューニングを実行する指示を受けたことに基づき、予め定められたブロック順にチューニングを実行し、各ブロックにおいては、まず該ブロックの代表部のチューニングを行い、その結果を前記チューニング結果保存部に保存されている対応する過去のチューニング結果と比較し、両者の値が所定の範囲内に収まっている場合には、該ブロックの他の各部のチューニングを割愛し、両者の値が所定の範囲外である場合には、当該ブロックの他の各部のチューニングを実行するチューニング対象制御部と、
   を備えることを特徴とする質量分析装置。
2. 前記チューニング結果保存部に保存されている複数の過去のチューニング結果のうち、所望のチューニング結果をユーザに選択させる比較結果選択部
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。

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