JP6649642B2 - 質量分析装置及び質量分析装置用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフ等に接続され、或いは単独で、測定対象試料の質量電荷比を測定するために用いられる質量分析装置及び質量分析装置用プログラムに関する。

測定対象試料をイオン化し、そのイオンの質量電荷比を測定することにより該測定対象試料を同定し或いは定量する質量分析装置は、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフ等で分離された成分の同定や定量等に広く用いられている。

このような測定を行うに際して、正確な成分の同定・定量を行うためには、質量分析装置を構成する各部を分析の目的に応じて最適な状態としておく必要がある。そのため、最初に質量分析装置を使用する際やその後所定の周期毎、或いは、特に重要な測定を行う前に、質量分析装置のチューニング（調整）作業を行う。チューニング作業においては、予め定められた標準試料を用いた場合に望ましいマスクロマトグラムが得られるように、質量分析装置を構成するレンズ系、四重極ロッド、検出器等に印加する電圧の大きさ及びRF周波数等を調整する。

一般に質量分析装置は、その動作を制御し、測定により得られたデータを解析する機能を有する制御装置に接続されて使用される。この制御装置は、多くの場合、汎用コンピュータに専用のプログラムをインストールし、動作させることにより実現される。従って、チューニング作業もこのプログラムの一機能（或いは、サブプログラム）として実行される。

チューニング作業用プログラム（以下、これを「チューニングサブプログラム」という。）は、使用者に対して2種類のチューニング方法を提供している。オートチューニング（自動調整）とマニュアルチューニング（手動調整）である。オートチューニングでは、一般的な使用目的に適合するようなマスクロマトグラム（これが前記「望ましいマスクロマトグラム」である。）が得られるように、当該質量分析装置に予め定められた基準でチューニングサブプログラムが質量分析装置各部に関する様々なチューニング項目についてチューニングを行い、各チューニング項目の制御パラメータを決定する。マニュアルチューニングでは、使用者がマスクロマトグラムを観測しつつ各チューニング項目の制御パラメータを変化させ、自らの分析目的（例えば、特定の種類の試料に対する感度を最大にする等）に沿ったマスクロマトグラムとなるような値に設定してゆく。

これらオートチューニングやマニュアルチューニングで決定された各チューニング項目の制御パラメータの値は、チューニングファイルに保存され、分析の際に使用される。

特開2011-257333号公報

質量分析装置で実際に試料の分析を行う場合には、様々な分析条件を設定しておく必要がある。例えば、SIM（Selected Ion Monitoring）分析／MRM（Multiple Reaction Monitoring）分析／ニュートラルロススキャン分析等の分析モードの種類、測定対象イオンの正／負極性、イオン蓄積の有無等の分析条件項目を定めておかないと、実際の分析を行うことはできない。これら分析条件項目には様々な組み合わせがあり、その組み合わせた結果である分析条件の数は膨大なものとなる。オートチューニングでは、設定によりこれら全ての組み合わせの分析条件に対応するように各部のチューニングを行うことも可能であり、特に質量分析装置の使用を最初に開始する際のチューニングではそのようなチューニングも行われるが、それに要する時間は非常に長いものとなる。そこで、一般的には、オートチューニングにおいても分析条件を指定して、限定した範囲内のチューニングのみが行われる。また、マニュアルチューニングでは、一般に、所望のチューニング項目のみについてチューニングが行われる。従って、分析条件によっては、未だチューニングが行われていない（すなわち、最適制御パラメータが決定されていない）チューニング項目が存在する。

従来、使用者が重要な分析を行う前等に、装置が正しくチューニングされているか否かを確認する際は、画面上に表示されているチューニングアイコンをクリックすることにより（或いは、メニューバーを展開して同等の項目を選択することにより）、現在の装置のチューニング状況を表示させる。その表示は図２(a)及び(b)に示すように、「チューニングモード：オートチューニング」又は「チューニングモード：マニュアルチューニング」と、最後に行われたチューニングがオートチューニングであるかマニュアルチューニングであるかの表示のみであった。そのため使用者は、これから行おうとする分析に必要なチューニング項目について、チューニングが完了しているか否かを容易には判断することができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、使用者が現在の装置のチューニング状態をより十分に、且つ容易に認識することができる質量分析装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置の第１の態様のものでは、表示部が表示するチューニング結果を表す画面に、
a) 全チューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が完了したか否かの結果を表示するチューニング項目表示部と、
b) 前記結果に基づき、分析が可能な条件を表示する分析可能条件表示部と
が含まれていることを特徴とする。

また、本発明に係る質量分析装置の第２の態様のものでは、表示部が表示するチューニング結果を表す画面に、
a) 全チューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が完了したか否かの結果を表示するチューニング項目表示部と、
b) 前記結果に基づき、分析が不可能な条件を表示する分析不可能条件表示部と
が含まれていることを特徴とする。

これら両態様の質量分析装置において、チューニング項目表示部に表示される全チューニング項目は、細かい項目を個々に表示するという形態であってもよいし、複数のチューニング項目をグループ毎にまとめた形態であってもよい。後者の場合には、そのグループ内の複数のチューニング項目のチューニング作業が全て終了した場合に「完了」となる。

本発明に係る質量分析装置では、いずれの態様のものにおいても、チューニング項目表示部に、全てのチューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が既に完了しているか否かが表示されるため、使用者がこれから行おうとする分析に際して必要であるチューニングが既に行われているか否かが一目で分かる。仮に、必要なチューニング項目のチューニング作業が未だ完了していないのであれば、直ちにそのチューニング項目についての（そのチューニング項目に絞った）チューニング作業に入ることができる。

また、本発明に係る質量分析装置では、いずれの態様のものでも、これから行おうとする分析が現在のチューニング状態の下で可能か否かが直ちに分かるため、使用者は、可能である場合にはそのまま分析を開始することができ、不可能である場合にはチューニング項目表示部に表示されている未完了チューニング項目に絞ったチューニングを行うことができる。

前記両態様のチューニング項目表示部には、チューニング作業が完了したチューニング項目については、その最後のチューニング日時を表示することが望ましい。

仮にチューニングが完了しているチューニング項目であっても、その完了日時が他のチューニング項目の完了日時と比較して非常に古い場合、或いは何らかの問題があった日時よりも前の日時であった場合等には、再度チューニングを行うことが望ましいが、上記のように各チューニング項目についてそのチューニング完了日時まで表示しておくことにより、再チューニングの要否を容易に判断することができる。

また、前記両態様のチューニング項目表示部には、チューニング作業が完了したチューニング項目については、そのチューニングがオートチューニングであったかマニュアルチューニングであったかを表示することが望ましい。

例えば、或るチューニング項目のチューニング作業がマニュアルチューニングで行われていた場合には、そのチューニング作業を行った使用者に特有の傾向が含まれている場合があるため、その点を考慮してそのチューニング項目について今回再びチューニング作業を行う必要があるか否かを判断することができる。なお、このオートチューニング／マニュアルチューニングの表示は、上記の最後のチューニング日時の表示と併用することが望ましい。

本発明に係る質量分析装置の上記機能は、その制御部に備えられているコンピュータを動作させるプログラムにより実現することが可能である。

本発明に係る質量分析装置では、使用者がこれから行おうとする分析に際して必要であるチューニングが既に行われているか否かが一目で分かる。従って、仮に必要なチューニング項目のチューニング作業が未だ完了していないのであれば、直ちにそのチューニング項目についての（そのチューニング項目に絞った）チューニング作業に入ることができる。また、これから行おうとする分析が現在のチューニング状態の下で可能か否かが直ちに分かるため、使用者は、可能である場合にはそのまま分析を開始することができ、不可能である場合にはチューニング項目表示部に表示されている未完了チューニング項目に絞ったチューニングを行うことができる。

本発明の一実施例である液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置の表示部画面上に表示されるメイン画面の概略構成図。 従来の質量分析装置におけるチューニング状態表示画面であり、(a)は最終チューニングがマニュアルチューニングのもの、(b)はオートチューニングのもの。 実施例の液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置の概略構成図。 実施例の液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置のチューニング状態表示画面の一例を示す図。 実施例の液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置のチューニング状態表示画面の他の例を示す図。

以下、本発明の一実施例である液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。図３は本実施例の液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置の概略構成図である。
液体クロマトグラフ１０は、移動相が貯留された移動相容器１１と、移動相を吸引して一定流量で送給するポンプ１２と、移動相中に予め用意された所定量の試料を注入するインジェクタ１３と、後述する質量分析装置２０に試料を導入する導入配管１４と、を含む。ポンプ１２は移動相容器１１から移動相を吸引して一定流量で導入配管１４に送給する。インジェクタ１３から一定量の試料液が移動相中に導入されると、移動相の流れに乗って試料は導入配管１４を通過し、質量分析装置２０に導入される。

質量分析装置２０は、略大気圧であるイオン化室２１と図示しない高性能の真空ポンプにより真空排気される高真空の分析室２４との間に、段階的に真空度が高められた第１、第２中間真空室２２、２３を備えた多段差動排気系の構成である。イオン化室２１には、試料溶液に電荷を付与しながら噴霧するＥＳＩ用イオン化プローブ２５が設置され、イオン化室２１と次段の第１中間真空室２２との間は細径の加熱キャピラリ２６を通して連通している。第１中間真空室２２と第２中間真空室２３との間は頂部に小孔を有するスキマー２８で隔てられ、第１中間真空室２２と第２中間真空室２３にはそれぞれ、イオンを収束させつつ後段へ輸送するためのイオンレンズ２７、２９が設置されている。分析室２４には、多重極イオンガイド３２が内部に設置されたコリジョンセル３１を挟んで、質量電荷比に応じてイオンを分離する前段四重極マスフィルタ３０と同じく質量電荷比に応じてイオンを分離する後段四重極マスフィルタ３３、さらにはイオン検出器３４が設置されている。

質量分析装置２０において、ＥＳＩ用イオン化プローブ２５に液体試料が到達すると、該プローブ２５先端から電荷が付与された液体試料が噴霧される。噴霧された帯電液滴は静電気力により分裂しながら微細化され、その過程で試料成分由来のイオンが飛び出す。生成されたイオンは加熱キャピラリ２６を通して第１中間真空室２２に送られ、イオンレンズ２７で収束されてスキマー２８頂部の小孔を経て第２中間真空室２３に送られる。そして、試料成分由来のイオンはイオンレンズ２９で収束されて分析室２４に送られ、前段四重極マスフィルタ３０の長軸方向の空間に導入される。なお、ＥＳＩに限らず、ＡＰＣＩやＡＰＰＩによりイオン化を行ってもよいことは当然である。

ＭＳ／ＭＳ分析時には、前段四重極マスフィルタ３０及び後段四重極マスフィルタ３３の各ロッド電極にはそれぞれ所定の電圧（高周波電圧と直流電圧とが重畳された電圧）が印加され、コリジョンセル３１内には所定ガス圧となるようにＣＩＤガスが供給される。前段四重極マスフィルタ３０に送り込まれた各種イオンの中で、前段四重極マスフィルタ３０の各ロッド電極に印加されている電圧に応じた特定の質量電荷比を有するイオンのみが該フィルタ３０を通過し、プリカーサイオンとしてコリジョンセル３１に導入される。コリジョンセル３１内でプリカーサイオンはＣＩＤガスに衝突して解離し、各種のプロダクトイオンが生成される。このときの解離の態様は、コリジョンエネルギやコリジョンセル３１内のガス圧などの解離条件に依存するから、コリジョンエネルギを変化させると生成されるプロダクトイオンの種類も変化する。生成された各種プロダクトイオンが後段四重極マスフィルタ３３に導入されると、後段四重極マスフィルタ３３の各ロッド電極に印加されている電圧に応じた特定の質量電荷比を有するプロダクトイオンのみが該フィルタ３３を通過し、イオン検出器３４に到達し検出される。

イオン検出器３４による検出信号はＡ／Ｄ変換器４０においてデジタルデータに変換され、データ処理部４１に入力される。データ処理部４１は、本実施例に特徴的な構成要素であるチューニング時データ処理部４２を機能ブロックとして含む。また液体クロマトグラフ１０や質量分析装置２０などの各部の動作をそれぞれ制御する分析制御部４３は、本実施例に特徴的な構成要素であるチューニング時制御部４４を機能ブロックとして含む。

分析制御部４３及びデータ処理部４１は中央制御部４５に接続されており、中央制御部４５には入力部４６や表示部４７が付設されている。中央制御部４５は、入出力のインターフェイスの他、分析制御部４３のさらに上位の制御を担う。なお、中央制御部４５、分析制御部４３、データ処理部４１などの機能の一部は、汎用のパーソナルコンピュータをハードウエア資源とし該コンピュータに予めインストールされた専用のアプリケーションソフトウエアを該コンピュータ上で実行することにより実現されるものとすることができる。

一般的な液体クロマトグラフ質量分析装置と同様に、本実施例の装置でも、質量分析装置２０におけるＭＳ／ＭＳ分析のモードとして、ＭＲＭ分析、プロダクトイオンスキャン分析、プリカーサイオンスキャン分析、ニュートラルロススキャン分析が用意されている。また、コリジョンセル３１内でのイオンの解離を伴わない通常の測定として、Ｑ１スキャン分析、Ｑ３スキャン分析、Ｑ１−ＳＩＭ分析、Ｑ３−ＳＩＭ分析などの分析モードが用意されている。

使用者が、本実施例の液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置を用いて、これら様々な分析モードにより未知化合物を分析（同定或いは定量）しようとする場合、その目的に最も適した分析方法を決定する（決定された分析方法は、メソッドファイルとして保存される）が、実際に分析を行う前に、分析結果の信頼性を保証するため、この装置のチューニングが正しく行われているか否かをチェックしなければならない。チューニングは、中央制御部４５が表示部４７の画面上に表示する図１に示すようなメイン画面上に表示されているチューニングアイコン５１を使用者がクリックする（又は、メニューバー５２を展開して同等の項目を選択する。以下同様。）ことにより開始する。このクリック操作により、中央制御部４５は分析制御部のチューニング時制御部４４及びデータ処理部４１のチューニング時データ処理部４２を起動させる。

前述の通り、従来、チューニングアイコン５１がクリックされた際に表示される、質量分析装置２０のチューニング状態を表す画面は図２(a)又は図２(b)に示すようなものであったが、これら画面では、これから行おうとする分析に関して、必要なチューニング項目について全てのチューニングが完了しているか否かが不明であった。そこで本実施例の液体クロマトグラフ三連四重極型質量分析装置では、チューニング状態の確認に関して、次のような手順及び画面を用意している。

まず、チューニングアイコン５１のクリック操作によりチューニング時制御部４４及びチューニング時データ処理部４２が起動すると、チューニング時制御部４４は、現在の装置のチューニング状態を表す、図４に示すようなチューニング状態画面６０を表示部４７の画面上に表示させる。このチューニング状態画面６０は、メイン画面の中の一つのペーン（区分窓）として表示されてもよいし、表示部４７の画面上で独立して移動可能なフローティングウィンドウとして表示されてもよい。

このチューニング状態画面６０は、大きく3つの部分に分けられる。画面全体の左側には、最終チューニング状態の概略表示部６１が設けられている。この概略表示部６１には、現時点において最も最近にチューニングが行われた（これが「最終チューニング」である）日時である最終チューニング日時、その際のチューニングモードである最終チューニングモード、最終チューニングの際に用いられたサンプルの種類である最終チューニングサンプルを表示する欄、そしてオートチューニング時に用いた条件を表示する欄（マニュアルチューニング時は表示されないため、図４には図示せず。）が設けられている。チューニング状態画面６０の右下には、本質量分析装置の全てのチューニング項目と、各チューニング項目についての最終チューニング日時及びチューニングモード（オートチューニングをAT、マニュアルチューニングをMTと表示）が、イオン極性（ポジティブ及びネガティブ）別に表示するチューニング済みパラメータ表示部６２が設けられている。そして、チューニング状態画面６０の右上には、このような現在のチューニング状態で分析可能な分析条件を表示する分析可能条件表示部６３が設けられている。

本実施例のチューニング状態画面６０では、チューニング済みパラメータ表示部６２において、ハードウェアパラメータ（H/Wパラメータ）やレンズ系電圧等、細かいチューニング項目を含むものについてはこのような大きなくくりとしてのチューニング項目の表示としている。例えば、ハードウェアパラメータにはネブライザーガス流量、インターフェイス電圧、検出器電圧等の細かいチューニング項目が含まれるが、チューニング済みパラメータ表示部６２におけるハードウェアパラメータの表示では、これらの全てのチューニング項目の中で最後に行われたチューニングを最終チューニングとし、その日時とモードを表示する。なお、画面に余裕がある場合には、これら詳細チューニング項目を最初から表示しておいてもよいし、その部分をクリック可能として、使用者がそこをクリックすることにより、各詳細チューニング項目について最終チューニング日時とモードを別途表示するようにしてもよい。

図４の例の場合、Q分解能について未だチューニングが行われておらず、また、極性に関しては負イオンについてはいずれも未だチューニングが行われていない。イオン蓄積に関しては、「TOFの高度な設定（イオン蓄積OFF）」、「TOFの高度な設定（MS, イオン蓄積ON）」及び「TOFの高度な設定（MSMS, イオン蓄積ON）」のチューニング項目のチューニングが完了し、CIDガスに関しては、「TOF較正（CIDガスあり）」及び「TOF較正（CIDガスなし）」のチューニング項目のチューニングが完了している。このため、チューニング時制御部４４は、分析可能条件表示部６３に、「以下の条件で分析できます。／極性：ポジティブ／イオン蓄積：ON、OFF／CIDガスON、OFF」という条件についてのみ分析可能であることを表示する。これにより、使用者がこれから行おうとする分析がこれらの条件の中に含まれる場合には、チューニング済みパラメータ表示部６２の表示が満足すべきものであればそのまま分析を行う。しかし、チューニング済みパラメータ表示部６２の表示の中に、最終チューニング日時が古すぎるチューニング項目があったり、或るチューニング項目の最終チューニングがマニュアルで行われていて、これから行おうとする分析に関して十分なチューニングとして扱い得ないと考える場合には、そのチューニング項目についてマニュアルチューニングを行ったり、そのチューニング項目を含むオートチューニングを行うことができる。また、例えば負イオンについて分析を行おうとしていた場合には、現時点では正しいチューニングが行われていないことが一目で分かるため、直ちに、その条件の下で新たにオートチューニングを行うことができる。

なお、上記は本発明の内容を説明するために具体的な例の一部を示したに過ぎず、その他様々な形態により本発明を実施することができる。例えば、チューニング状態画面は、図５のようにすることもできる。この画面例７０では、右上の分析可能条件表示部７３において現時点で分析が可能な分析条件を表示するのではなく、逆に、現時点で正しい分析が行えない条件を表示する。チューニング済みパラメータ部７２における表示が先ほどと同じである場合、この例の分析可能条件表示部７３では、極性に関して、チューニング項目におけるネガティブの項目が一つもチューニングされていないため、「チューニングが完了していないため、以下の条件では分析できません。／極性：ネガティブ」と表示する。

１０…液体クロマトグラフ
２０…質量分析装置
４１…データ処理部
４２…チューニング時データ処理部
４３…分析制御部
４４…チューニング時制御部
４５…中央制御部
４６…入力部
４７…表示部
５１…チューニングアイコン
５２…メニューバー
６０、７０…チューニング状態画面
６１…概略表示部
６２、７２…チューニング済みパラメータ表示部
６３、７３…分析可能条件表示部

Claims (7)

1. 表示部が表示するチューニング結果を表す画面に、
   a) 全チューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が完了したか否かの結果を表示するチューニング項目表示部と、
   b) 前記結果に基づき、分析が可能な条件を表示する分析可能条件表示部と
   が含まれていることを特徴とする質量分析装置。
2. 表示部が表示するチューニング結果を表す画面に、
   a) 全チューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が完了したか否かの結果を表示するチューニング項目表示部と、
   b) 前記結果に基づき、分析が不可能な条件を表示する分析不可能条件表示部と
   が含まれていることを特徴とする質量分析装置。
3. 前記チューニング項目表示部に表示される全チューニング項目は複数のチューニング項目をグループ毎にまとめた形態となっており、各グループ内の全チューニング項目のチューニング作業が全て終了した場合に完了と表示されるものである請求項１又は２に記載の質量分析装置。
4. 前記チューニング項目表示部には、チューニング作業が完了したチューニング項目については、その最後のチューニング日時が表示されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置。
5. 前記チューニング項目表示部には、チューニング作業が完了したチューニング項目については、そのチューニングがオートチューニングであったかマニュアルチューニングであったかが表示されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析装置。
6. 表示部に表示させるチューニング結果を表す画面に、
   a) 全チューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が完了したか否かの結果を表示するチューニング項目表示部と、
   b) 前記結果に基づき、分析が可能な条件を表示する分析可能条件表示部と
   を含める機能を有することを特徴とする質量分析装置用プログラム。
7. 表示部に表示させるチューニング結果を表す画面に、
   a) 全チューニング項目と、各チューニング項目についてチューニング作業が完了したか否かの結果を表示するチューニング項目表示部と、
   b) 前記結果に基づき、分析が不可能な条件を表示する分析不可能条件表示部と
   を含める機能を有することを特徴とする質量分析装置用プログラム。

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