JP6011438B2

JP6011438B2 - Ｍａｌｄｉイオントラップ質量分析装置

Info

Publication number: JP6011438B2
Application number: JP2013092636A
Authority: JP
Inventors: 禎規関谷; 俊則小林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: JP2014215173A

Description

本発明は、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）法により生成したイオンをイオントラップに導入して該イオントラップ中に捕捉したあとに質量分析するＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置に関する。本明細書において「ＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置」は、イオントラップ自体でイオンを質量電荷比に応じて分離する狭義のＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置のほか、イオントラップに捕捉したイオンを飛行時間型質量分析器などのイオントラップの外部に設置された質量分析器に送り込み、該質量分析器でイオンを質量電荷比に応じて分離するＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置なども含むものとする。

生命科学の研究や医療、医薬品開発などの分野においては、生体試料を対象として、タンパク質、ペプチド、核酸、糖鎖など様々な物質の同定やその構造解析がますます重要になってきている。こうした解析のために、ＭＡＬＤＩ法によるイオン源と、イオンを一時的に保持するとともに必要に応じて該イオンを解離させる機能を有する３次元四重極型イオントラップと、各種イオンを質量電荷比に応じて高い精度で分離して検出することが可能な飛行時間型質量分析計と、を組み合わせたＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置が広く利用されている（特許文献１など参照）。

ＭＡＬＤＩイオン源では、金属などの導電性のサンプルプレート上に形成されたサンプルにレーザ光がパルス的に照射され、それによってサンプル中の試料成分がイオン化される。サンプルから発生したイオンは、サンプルプレートに印加されている電圧、サンプルプレートとイオントラップとの間に位置するイオン輸送光学系への印加電圧、及びイオントラップの入口側エンドキャップ電極への印加電圧、の間のそれぞれの電位差により形成される電場によって収束されつつ輸送され、入口側エンドキャップ電極に設けられているイオン入射口を経てイオントラップ内に導入される。一般的には、イオンをイオントラップに導入する際には、イオン捕捉のためにイオントラップのリング電極に印加する高周波電圧を０[Ｖ]に維持しておき、イオンがイオントラップに導入された直後にリング電極へ所定の高周波電圧の印加を開始し、それにより形成される電場の作用でイオンを捕捉する。

このとき、高周波電圧を印加するタイミングが早すぎると、イオントラップに入射しようとしているイオンの一部が押し戻され、イオンの捕捉効率が下がる。逆に高周波電圧を印加するタイミングが遅すぎると、イオントラップに入射したイオンの一部が発散してしまい、やはりイオンの捕捉効率が下がる。そこで、イオンの捕捉効率を高めるには、イオンがイオントラップに入射するタイミングと高周波電圧をリング電極に印加するタイミングとの時間差を適宜に調整することが必要になる。実際の装置では、高周波電圧をリング電極に印加するタイミングを固定しておき、イオンがイオントラップに入射するタイミングに影響を与えるパラメータを適宜調整することで、イオンの捕捉効率が最良又はそれに近い状態になるようにしている。イオンがイオントラップに入射するタイミングに影響を与えるパラメータとしては、サンプルプレートへの印加電圧、入口側エンドキャップ電極への印加電圧、サンプルプレートとイオントラップとの間に位置するイオン輸送光学系への印加電圧、レーザ光照射タイミングなどが主に挙げられる。

サンプルプレートからイオントラップまでイオンが移動する速度は、イオンの質量電荷比が小さいほど大きい。そのため、サンプルからほぼ同時に各種イオンが発生したとしても、質量電荷比が小さなイオンほど先行してイオントラップに到達する。つまり、イオントラップにイオンが入射するタイミングはそのイオンの質量電荷比に応じて異なることになる。そのため、イオンがイオントラップに入射するタイミングに影響を与える上記パラメータをいかに調整しても、全ての質量電荷比のイオンについて最良のイオン捕捉効率を実現することはできない。そこで、従来は、或る特定の質量電荷比を有するイオンに対してイオン捕捉効率が最良になるように上記パラメータを設定するようにしている。そのため、その特定の質量電荷比から外れた質量電荷比を有するイオンのイオン捕捉効率は必ずしも十分に高いものではなく、その分だけ検出感度が犠牲になることが避けられなかった。

特開２０１１−１７５８９７号公報

本発明は上記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、様々な試料成分に由来するイオンを高い効率でイオントラップに捕捉することができ、それによって高い検出感度を達成することができるＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置を提供することにある。

上述したように、イオンがイオントラップに入射するタイミングに影響を与える主なパラメータとしては、サンプルプレートへの印加電圧、入口側エンドキャップ電極への印加電圧、サンプルプレートとイオントラップとの間に位置するイオン輸送光学系への印加電圧、及び、レーザ光照射タイミングがあるが、本願発明者は各種実験によって、この中で、サンプルプレートへの印加電圧が他の二つのパラメータに比べてイオンの捕捉効率に最も大きく影響を与えることを見い出した。そこで、予め測定対象のイオンの質量電荷比毎に最適なサンプルプレート電圧を事前情報として求めておき、測定対象であるイオンの質量電荷比が特定される場合には、その事前情報を利用して該イオンに応じて最適な電圧をサンプルプレートに印加するようにすることによって、そのイオンに対するイオン捕捉効率を高めるという手法に想到するに至った。

即ち、上記課題を解決するために成された本発明は、導電性のサンプルプレート上に形成されたサンプルにレーザ光を照射することで該サンプル中の試料成分をイオン化し、発生したイオンをイオントラップに導入しその内部に一旦捕捉したあとに質量分析するＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置において、
a)前記サンプルプレートに電圧を印加する電圧印加部と、
b)前記サンプルプレート上のサンプルにレーザ光を照射した時点から一定時間後に前記イオントラップを構成する電極にイオン捕捉用の高周波電圧を印加する捕捉電圧印加部と、
c)前記イオントラップでのイオン捕捉効率が最良又はそれに近い状態になるように定められた質量電荷比とサンプルプレート電圧との関係を示す情報が記憶された情報記憶部と、
d)前記情報記憶部に記憶されている前記情報を利用して測定対象であるイオンの質量電荷比に応じたサンプルプレート電圧を導出し、それに基づいて前記電圧印加部を制御する制御部と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置において「イオントラップ」は典型的には３次元四重極型イオントラップであり、１個のリング電極と、一対のエンドキャンプ電極とを有する。この場合、サンプルプレートを発したイオンは、入口側エンドキャップ電極に形成されたイオン入射口を経てイオントラップ内部へ導入される。

また、上記「質量電荷比とサンプルプレート電圧との関係を示す情報」は、例えば本装置の製造メーカが実験等により求めて予め、つまり装置の出荷前に上記「情報記憶部」に記憶しておくようにすることができる。これによれば、本装置を使用するユーザ側では、「質量電荷比とサンプルプレート電圧との関係を示す情報」を求めるための実験や作業を実施する必要はない。

本発明に係るＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置を用いた測定に際し、分析者が測定対象である化合物の種類や該化合物由来のイオンの質量電荷比を設定すると、制御部は、情報記憶部に記憶されている情報を参照して測定対象のイオンの質量電荷比に応じた適切なサンプルプレート電圧を求める。そして、制御部は得られたサンプルプレート電圧の値に基づいて電圧印加部を制御し、サンプルプレートに所定の電圧を印加させる。レーザ光照射によってサンプルから発したイオンがイオントラップまで到達するに要する時間は、サンプルプレートへの印加電圧と、サンプルプレートとイオントラップとの間に位置するイオン輸送光学系への印加電圧と、イオントラップの入口側エンドキャップ電極への印加電圧との、それぞれの間の電位差に依存するから、例えば後者の二つの印加電圧が一定であれば、サンプルプレートへの印加電圧が変化するとイオントラップへのイオンの入射タイミングが変わる。

イオンがイオントラップに入射したあとに捕捉電圧印加部からイオントラップのリング電極にイオン捕捉用の高周波電圧が印加され、導入されたイオンはそれによって捕捉されるが、前述したように、この高周波電圧の印加のタイミングに対してイオントラップへのイオン導入が早すぎても遅すぎてもイオンの捕捉効率は下がる。これに対し、本発明に係るＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置では、測定対象のイオンの質量電荷比に応じてサンプルプレート電圧が調整され、その結果、該イオンがイオントラップへ入射するタイミングがイオン捕捉効率の点から最良又はそれに近い状態になるように調整されるので、測定対象のイオンが高い効率でイオントラップに捕捉される。

したがって、例えば該測定対象のイオンをプリカーサイオンとしてイオントラップ内で解離させ、それにより生成された各種プロダクトイオンを質量分析してマススペクトル（プロダクトイオンスペクトル）を求める場合には、プリカーサイオン自体の量が増えるので、高い感度のプロダクトイオンスペクトルを得ることができる。

また本発明に係るＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置において、好ましくは、
前記情報記憶部に記憶されている情報は、複数の質量電荷比とサンプルプレート電圧との対応関係を示す情報であり、
前記制御部は、前記情報記憶部に記憶されている情報に基づく補間処理により測定対象であるイオンの質量電荷比に応じたサンプルプレート電圧を導出する構成とするとよい。

この構成によれば、比較的少数の質量電荷比を有するイオンについて予め最適なサンプルプレート電圧を調べておきさえすれば、それ以外の様々な質量電荷比を有するイオンについても最良なイオン捕捉効率に近い状態を達成し得るようなサンプルプレート電圧をサンプルプレートに印加するようにすることができる。

また、ＭＡＬＤＩ用のサンプルを調製するにはマトリクスが使用されるが、本願発明者の検討によれば、そのマトリクスの種類によって、具体的には、従来ごく一般的に使用されている固体マトリクスと高感度分析等を目的として近年使用が進んでいる液体マトリクスとでは、同じ質量電荷比を有するイオンに対する最適なサンプルプレート電圧が相違することが判明している。
そこで、本発明に係るＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置では、
前記情報記憶部には、サンプルを調製する際に使用されるマトリクスの種類毎に、質量電荷比とサンプルプレート電圧との関係を示す情報が記憶されている構成とすることが好ましい。

この構成によれば、使用するマトリクスの種類に依らず、測定対象のイオンの質量電荷比に応じてイオン捕捉効率が最良又はそれに近い状態となる電圧をサンプルプレートに印加することができる。

本発明に係るＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置によれば、様々な試料成分に由来する様々な質量電荷比を持つイオンを分析する際に、測定対象であるイオンを高い効率でイオントラップに捕捉し質量分析に供することができる。それにより、測定対象であるイオンの検出感度を向上させることができる。例えば、既知の或る質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとしてイオントラップ内で解離させ、それにより生成された各種プロダクトイオンを質量分析してプロダクトイオンスペクトルを求める場合においては、本発明を適用することでプリカーサイオン自体の量が増えるので、高い感度のプロダクトイオンスペクトルを得ることができる。

本発明の一実施例によるＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳの全体構成図。本実施例のＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳにおけるイオン捕捉効率向上のための制御の説明図。最適なサンプルプレート電圧を求めるための実験に用いたペプチドの種類を示す図。マトリクスとしてＣＨＣＡ（固体マトリクス）を用いた場合におけるサンプルプレート電圧と各ペプチドのピーク強度との関係の実測結果を示す図。図４に示した実測結果から得られる質量電荷比と最適サンプルプレート電圧との関係を示す図。マトリクスとして３ＡＱ／ＣＨＣＡ（液体マトリクス）を用いた場合におけるサンプルプレート電圧と各ペプチドのピーク強度との関係の実測結果を示す図。図６に示した実測結果から得られる質量電荷比と最適サンプルプレート電圧との関係を示す図。固体マトリクスを用いた場合と液体マトリクスを用いた場合のサンプルの概略側面図。

本発明の一実施例であるマトリックス支援レーザ脱離イオン化３次元四重極型イオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳ）について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施例によるＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳの全体構成図である。

イオンを生成するためのＭＡＬＤＩイオン源１０において、図示しない駆動機構によりＸ軸及びＹ軸の二軸方向に移動可能な試料ステージ１１上に載置された金属製のサンプルプレート１２の上には、ＭＡＬＤＩ用に調製されたサンプルＳが形成されている。レーザ照射部１５からパルス的に出射されたレーザ光が反射鏡１６で反射・集光されてサンプルＳに照射される。サンプルプレート１２とイオントラップ２０との間には、拡散するイオンを遮蔽するアパーチャ１３と、イオンをイオントラップ２０まで輸送するためのアインツェルレンズ等のイオン輸送光学系１４、１９が配設されており、レーザ光照射を受けてサンプルＳから発生した各種イオンは上記アパーチャ１３、イオン輸送光学系１４、１９を通してイオントラップ２０まで到達する。また、サンプルＳの観察像は反射鏡１７を介してＣＣＤカメラ等の撮像部１８に導入され、撮像部１８で形成されるサンプル観察像が制御部４０を通して表示部４４の画面上に表示される。

サンプルＳ由来のイオンを一時的に保持する機能を有するイオントラップ２０は３次元四重極型のイオントラップであって、内周面が回転１葉双曲面形状を有する１個の円環状のリング電極２１と、それを挟むように（図１では上下に）対向して設けられた、内周面が回転２葉双曲面形状を有する一対のエンドキャップ電極２２、２３とから成り、リング電極２１及びエンドキャップ電極２２、２３で囲まれた空間が捕捉領域となる。入口側エンドキャップ電極２２のほぼ中央にはイオン入射口２４が穿設され、出口側エンドキャップ電極２３のほぼ中央にはイオン入射口２４とほぼ一直線上にイオン出射口２５が穿設されている。なお、図示していないが、イオントラップ２０内でイオンを解離させる場合には、イオントラップ２０内にアルゴンなどの衝突誘起解離（ＣＩＤ）ガスを導入するガス導入部が設けられる。

イオントラップ２０から放出されたイオンを質量分析する飛行時間型質量分析部３０は、イオンが自由飛行する飛行空間３１と、反射電場によってイオンを折返し飛行させる反射器３２と、飛行してきたイオンを順次検出するイオン検出器３３と、を含む。イオン検出器３３による検出信号は図示しないアナログデジタル変換器でデジタルデータに変換された上でデータ処理部４５に入力され、マススペクトル作成等のデータ処理が実行される。

制御部４０の制御の下に、飛行時間型質量分析部３０の反射器３２等にはＴＯＦ部電圧発生部４６から所定の電圧が印加され、イオントラップ２０のリング電極２１及びエンドキャップ電極２２、２３にはイオントラップ電圧発生部４７からそれぞれ所定の電圧が印加され、サンプルプレート１２にはサンプルプレート電圧発生部４８から所定の電圧が印加される。もちろん、これら以外の各部、例えばイオン輸送光学系１４、１９などにもそれぞれ適宜の電圧が印加される。特に本実施例のＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳでは、制御部４０はサンプルプレート電圧制御部４１を含み、サンプルプレート電圧制御部４１は付設されたm/z-サンプルプレート電圧対照テーブル４２を利用して後述するように特徴的な制御を実行する。

本実施例のＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳにおける基本的な質量分析動作について説明する。ここで、測定対象のイオンの極性は正であるものとする。
サンプルＳに短時間レーザ光を照射する時点で、制御部４０の制御の下に、サンプルプレート電圧発生部４８は試料ステージ１１を介してサンプルプレート１２に所定の正の直流電圧Ｖ_sp1（又はＶ_sp2）を印加する。また、図示しない電圧発生部はイオン輸送光学系１４、１９には高周波電圧と負の所定の直流電圧Ｖ_eとを加算した電圧を印加する。さらにまた、イオントラップ電圧発生部４７はリング電極２１に印加する高周波電圧を一時的に０[Ｖ]にし、入口側エンドキャップ電極２２にはイオンと逆極性である負の所定電圧Ｖ_eci（ただし｜Ｖ_eci｜＜｜Ｖ_e｜）を印加し、出口側エンドキャップ電極２３にはイオンと同極性である正の所定電圧Ｖ_ecoを印加しておく。この状態でレーザ照射部１５から出射されたレーザ光が短時間サンプルＳに照射されると、サンプルＳに含まれるマトリクスが試料成分を伴って気化し、それによって試料成分がイオン化される。

サンプルプレート１２上のサンプルＳ表面からイオントラップ２０の入口側エンドキャップ電極２２までの間の空間のイオン光軸上には、図２に示すように、サンプルプレート１２からイオン輸送光学系１４、１９に向かって下り勾配の電位であり、イオン輸送光学系１４、１９からイオントラップ２０に向かって上り勾配の電位を有する電場が形成されている。そのため、サンプルＳの表面から発生した各種イオンはこの電場の作用によりイオントラップ２０の方向へ移動し、イオン入射口２４を経てイオントラップ２０内へと入射する。出口側エンドキャップ電極２３にはイオンと同極性の直流電圧が印加されているため、イオントラップ２０内に入射して出口側エンドキャップ電極２３に近づいたイオンはその近傍に形成されている電場により跳ね返されて入口側エンドキャップ電極２２の方向へと戻る。このようにイオンがイオントラップ２０内に入射したあとの適宜の時点でエンドキャップ電極２２、２３への印加電圧が０[Ｖ]にされ、これと同時にリング電極２１へイオン捕捉用の高周波電圧の印加を開始すると、イオントラップ２０内に入射したイオンが発散する前に高周波電場により捕捉される。

こうしてイオントラップ２０内にイオンを捕捉したあと、通常は、イオントラップ２０内に導入したクーリングガスの作用を利用してイオンが持つ運動エネルギを減じてイオンを中央付近に収束させる。そのあとに、イオントラップ電圧発生部４７から入口側エンドキャップ電極２２にイオンと同極性の大きな直流電圧を印加することで、大きな初期運動エネルギをイオンに一斉に付与し、イオンをイオン出射口２５から出射させて飛行時間型質量分析部３０へと送り込む。様々な質量電荷比を有するイオンは飛行空間３１及び反射器３２による反射電場を飛行する間に分離され、時間差がついてイオン検出器３３に到達する。これにより、データ処理部４５では飛行時間とイオン強度（イオン量）との関係を示す飛行時間スペクトルが作成され、飛行時間を質量電荷比に換算することでマススペクトルが作成される。

サンプルＳからのイオン発生時にサンプルプレート１２に印加する電圧が一定であるとしても、質量電荷比が小さいイオンは移動速度が速いために先にイオントラップ２０に入射する。また、質量電荷比が同じイオンであっても、図２に示すように、サンプルプレート電圧を変える（つまりはサンプルプレート１２とイオン輸送光学系１４、１９との間の電位勾配を変える）と、イオンの移動速度が変化する。例えば図２中に示すようにサンプルプレート電圧をＶ_sp1からＶ_sp2へ上げると電位勾配が急になり、それだけイオンの移動速度が上がり、短時間でイオントラップ２０に到達することになる。

レーザ照射部１５から短時間レーザ光が出射される時点から、イオントラップ２０のエンドキャップ電極２２、２３への印加電圧が０[Ｖ]にされるとともにリング電極２１へイオン捕捉用の高周波電圧の印加が開始されるまでの遅れ時間は一定であるので、サンプルプレート電圧を変えることでイオンの移動速度を変化させると、或る質量電荷比を有するイオンがイオントラップ２０内に入射してきて捕捉され易い状態であるときに、リング電極２１への高周波電圧の印加を開始するようにすることができる。即ち、或る質量電荷比を有するイオンがイオントラップ２０内で効率良く捕捉されるようにすることができ、サンプルプレート電圧を変えると効率良く捕捉されるイオンの質量電荷比が変化することになる。

サンプルプレート１２への印加電圧の最適値が測定対象であるイオンの質量電荷比に依存することを調べるために、本願発明者が実施した実験について説明する。
ここでは、測定対象である化合物をペプチドとし、図３に示したような質量電荷比の離れた６種類のペプチドを用いた。サンプル調製のためのマトリクスとしては、ごく一般的に使用される固体マトリクスであるＣＨＣＡ（α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid）と、高感度分析等を目的として近年使用されることが増えている液体マトリクスの一つである３ＡＱ／ＣＨＣＡ（3-aminoquinoline/α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid）と、の２種類を使用した。また、使用したサンプルプレート１２はステンレス製の２[mm]厚プレートである。使用した装置は株式会社島津製作所製のＭＡＬＤＩデジタルイオントラップ飛行時間型質量分析計である。この質量分析計では、測定対象である質量電荷比範囲が４つに分割されており、今回の測定ではその中の「測定モード２」と呼ばれる測定対象の質量電荷比範囲m/z 650-3800を用いた。

図４は、マトリクスとしてＣＨＣＡを用いた場合におけるサンプルプレート電圧と各ペプチドのピーク強度との関係の実測結果を示す図である。図５は図４に示した実測結果から得られる質量電荷比と最適サンプルプレート電圧との関係を示す図である。図４では、データプロット点が丸印か四角印かで縦軸の目盛が異なるので注意を要する。図４は各ペプチドの質量電荷比におけるピークの強度を示しているが、サンプルプレート電圧以外の分析条件は全く同一であるので、サンプルプレート電圧を変化させたときにピーク強度が増加することはイオントラップ２０におけるイオンの捕捉効率が向上した結果であるとみることができる。

例えば、ペプチドAng2は最適サンプルプレート電圧が２０[Ｖ]と３０[Ｖ]とでピーク強度が２倍以上異なる。また、ペプチドAng1とペプチドAng2とは質量電荷比差は約250Daとそれほど大きくないものの、サンプルプレート電圧の最適値はそれぞれ２０[Ｖ]、３０[Ｖ]と明確に異なることが分かる。

図６は、マトリクスとして３ＡＱ／ＣＨＣＡを用いた場合におけるサンプルプレート電圧と各ペプチドのピーク強度との関係の実測結果を示す図である。図７は図６に示した実測結果から得られる質量電荷比と最適サンプルプレート電圧との関係を示す図である。図４、図５に示したＣＨＣＡと同様に、この３ＡＱ／ＣＨＣＡを用いた場合でも、ペプチドの種類によってサンプルプレート電圧の最適値が異なることが分かる。また、図５と図６とを比較すれば明らかなように、各質量電荷比に対する最適サンプルプレート電圧はマトリクスによって異なる。例えばペプチドAng2の場合、つまりm/z1046.54である場合、マトリクスがＣＨＣＡであるときの最適サンプルプレート電圧は２０[Ｖ]であるが、マトリクスが３ＡＱ／ＣＨＣＡであるときの最適サンプルプレート電圧は５０[Ｖ]と大きな相違がある。

上記のようにマトリスクの種類によって最適サンプルプレート電圧が異なる要因は完全に解明されているわけではないものの、サンプルプレート１２上に形成されるサンプルＳの高さの相違が主に影響していると推測される。即ち、固体マトリクスであるＣＨＣＡを用いてサンプルを調製した場合、図８（ａ）に示すように、サンプルプレート１２上でマトリクスは結晶化しサンプルＳは薄膜状となる。これに対し、液体マトリクスである３ＡＱ／ＣＨＣＡを用いてサンプルを調製した場合には、図８（ｂ）に示すように、サンプルプレート１２上でサンプルＳは椀状に盛り上がった形状となる。このため、サンプルプレート１２表面からサンプルＳ表面までの高さｄは、３ＡＱ／ＣＨＣＡを用いた場合にＣＨＣＡを用いた場合に比べてかなり高くなる。その結果、高さｄがより大きな３ＡＱ／ＣＨＣＡを用いた場合には、サンプルプレート１２に同じ電圧を印加したとしても、レーザ光照射によってイオンが主として発生するサンプルＳ表面付近における空間電位が相対的に低くなるものと考えられる。したがって、サンプルＳ表面付近でＣＨＣＡを用いた場合と同程度の空間電位を与えるようにするためには、サンプルプレート電圧をそれだけ上げる必要があり、それ故に、図５と図７に示すような差異が生じるものと考えられる。

上述したように、イオントラップ２０において最良のイオン捕捉効率を達成するためのサンプルプレート電圧は、質量電荷比に応じて異なるとともにマトリクスの種類によっても異なる。そこで、他の分析条件、例えばエンドキャップ電極２２、２３に印加する電圧、レーザ光照射時点からリング電極２１へイオン捕捉用の高周波電圧の印加が開始されるまでの遅れ時間などについて適宜の値を決めた上で、上述した実測と同様に、複数の質量電荷比を有するイオンについてサンプルプレート電圧とピーク強度との関係を実測し、質量電荷比毎に最適サンプルプレート電圧を求めておく。そして、この結果から、質量電荷比と最適サンプルプレート電圧との関係を示す対照テーブルをマトリクスの種類毎に作成し、これをm/z-サンプルプレート電圧対照テーブル４２に記憶させておく。こうした対照テーブルの情報は、例えば装置の経時変化等により大きく変わることはないため、装置の製造メーカが予め求めm/z-サンプルプレート電圧対照テーブル４２に記憶させておけばよい。即ち、ユーザ側において、この対照テーブル４２の内容を書き込むための実測作業やデータ処理は不要である。これにより、例えば図５、図７に示すグラフ中に●印点で示すような質量電荷比軸上で離散的なデータが得られる。

次に、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳを用いて、分析者がサンプルＳ中に含まれる可能性がある既知のペプチドを解離させたプロダクトイオンスペクトルを取得したい場合を考える。このとき、分析者は分析条件の一つとして、プリカーサイオンの質量電荷比（又はその化合物名）Ｍを入力部４３から指定する。また、サンプル調製に使用したマトリクスの種類も指定する。すると、サンプルプレート電圧制御部４１は、m/z-サンプルプレート電圧対照テーブル４２から読み出した質量電荷比軸方向に離散的なデータを直線的に補間し、指定されたプリカーサイオンの質量電荷比Ｍに対応した最適サンプルプレート電圧（厳密にいえばその近似値）を求める。そして、サンプルＳにレーザ光を照射する際に、サンプルプレート電圧制御部４１はその求めた最適サンプルプレート電圧をサンプルプレート１２に印加するようにサンプルプレート電圧発生部４８を制御し、制御部４０はエンドキャップ電極２２、２３等に印加する電圧が予め決めた規定の電圧になるようにイオントラップ電圧発生部４７を制御する。

レーザ照射部１５からのレーザ光照射によってサンプルＳから各種イオンが発生し、それらイオンは、サンプルプレート１２に印加される電圧、イオン輸送光学系１４、１９に印加される電圧、及び、入口側エンドキャップ電極２２に印加される電圧、のそれぞれの差による電位勾配に従ってイオントラップ２０に向かって移動する。このとき、指定されたプリカーサイオンの質量電荷比Ｍに対してサンプルプレート電圧は最適化されているので、サンプルＳから発生した各種イオンの中で少なくとも質量電荷比Ｍを有するイオンは最良に近い高い効率でイオントラップ２０に捕捉される。そのあと、イオントラップ２０では指定された質量電荷比Ｍを持つイオン以外の不要なイオンを排除するようなイオン選択が実施され、さらにそれによってイオントラップ２０内に残った質量電荷比Ｍを有するプリカーサイオンを解離させる操作が実施されるが、そのプリカーサイオンの量は少なくとも与えられた条件の下で最大に近い状態であるので、解離によって生成されるプロダクトイオンの量も多い。その後、このプロダクトイオンが飛行時間型質量分析部３０により質量分析されるが、プロダクトイオンの量が相対的に多いので、データ処理部４５では高い感度のプロダクトイオンスペクトルを作成することができる。

なお、測定対象のイオンの質量電荷比が或る一つでなく、或る質量電荷比範囲である場合には、その質量電荷比範囲に対応した最適サンプルプレート電圧の平均を求めるか、又はその質量電荷比範囲内で最も占める範囲が広い最適サンプルプレート電圧を選択すればよい。例えば、m/z-サンプルプレート電圧対照テーブル４２として図５中に●印点で示すようなデータが格納されている場合、測定対象の質量電荷比がm/z1600-2400であるとすると、その質量電荷比範囲内で最も占める範囲が広い最適サンプルプレート電圧は４０[Ｖ]であるから、サンプルプレート電圧を４０[Ｖ]とするとよい。

なお、上記実施例は本発明をＭＡＬＤＩ−ＱＩＴ−ＴＯＦＭＳに適用した例であるが、飛行時間型質量分析部３０を備えず、イオントラップ２０自体でイオンの質量分離を実行するイオントラップ質量分析装置にも本発明を適用可能なことは当然である。また、イオントラップ２０はリング電極２１に正弦波状の高周波電圧を印加してイオンを捕捉するイオントラップのみならず、リング電極２１に矩形波状の高周波電圧を印加してイオンを捕捉する、いわゆるデジタルイオントラップであってもよい。

また、それ以外の点についても上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。

１０…ＭＡＬＤＩイオン源
１１…試料ステージ
１２…サンプルプレート
１３…アパーチャ
１４、１９…イオン輸送光学系
１５…レーザ照射部
１６、１７…反射鏡
１８…撮像部
２０…イオントラップ
２１…リング電極
２２…入口側エンドキャップ電極
２３…出口側エンドキャップ電極
２４…イオン入射口
２５…イオン出射口
３０…飛行時間型質量分析部
３１…飛行空間
３２…反射器
３３…イオン検出器
４０…制御部
４１…サンプルプレート電圧制御部
４２…サンプルプレート電圧対照テーブル
４３…入力部
４４…表示部
４５…データ処理部
４６…ＴＯＦ部電圧発生部
４７…イオントラップ電圧発生部
４８…サンプルプレート電圧発生部

Claims

導電性のサンプルプレート上に形成されたサンプルにレーザ光を照射することで該サンプル中の試料成分をイオン化し、発生したイオンをイオントラップに導入しその内部に一旦捕捉したあとに質量分析するＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置において、
a)前記サンプルプレートに電圧を印加する電圧印加部と、
b)前記サンプルプレート上のサンプルにレーザ光を照射した時点から一定時間後に前記イオントラップを構成する電極にイオン捕捉用の高周波電圧を印加する捕捉電圧印加部と、
c)前記イオントラップでのイオン捕捉効率が最良又はそれに近い状態になるように定められた質量電荷比とサンプルプレート電圧との関係を示す情報が記憶された情報記憶部と、
d)前記情報記憶部に記憶されている前記情報を利用して測定対象であるイオンの質量電荷比に応じたサンプルプレート電圧を導出し、それに基づいて前記電圧印加部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置。
請求項１に記載のＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置であって、
前記情報記憶部に記憶されている情報は、複数の質量電荷比とサンプルプレート電圧との対応関係を示す情報であり、
前記制御部は、前記情報記憶部に記憶されている情報に基づく補間処理により測定対象であるイオンの質量電荷比に応じたサンプルプレート電圧を導出することを特徴とするＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置。
請求項１又は２に記載のＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置であって、
前記情報記憶部には、サンプルを調製する際に使用されるマトリクスの種類毎に、質量電荷比とサンプルプレート電圧との関係を示す情報が記憶されていることを特徴とするＭＡＬＤＩイオントラップ質量分析装置。