JP6835210B2 - イオン分析装置及びイオン解離方法 - Google Patents

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Description

本発明は、試料成分由来のイオンをイオントラップ内に捕捉し、その捕捉したイオンを１又は複数段階に解離させ、その解離により生成されたイオンを分析するイオン分析装置及びそのためのイオン解離方法に関する。ここでいうイオン分析装置は、イオントラップ自体を利用して又は外部の質量分離器を利用してイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する質量分析装置、或いは、外部のイオン移動度計を利用してイオンを移動度に応じて分離して検出するイオン移動度分析装置、を含むものとする。
高分子化合物を同定したりその構造を解析したりするために、近年、目的とする化合物由来のイオンをイオントラップの内部に捕捉したあと１又は複数段階に解離させ、それにより生成されたプロダクトイオン（フラグメントイオン）を質量電荷比に応じて分離して検出する質量分析法が広く利用されている。このような質量分析のための装置としては、イオントラップ自体で質量分析を行うイオントラップ型質量分析装置、イオントラップからプロダクトイオンを排出して外部の飛行時間型質量分析計で質量分析を行うイオントラップ飛行時間型質量分析装置などがよく知られている。
こうした質量分析装置において分子量の大きなイオンを解離する手法としては、電場の作用により共鳴励振させたイオンをアルゴンなどのガスに衝突させて解離を誘起する衝突誘起解離（ＣＩＤ＝Collision Induced Dissociation）法が最も一般的であるが、それ以外にも、赤外多光子吸収解離（ＩＲＭＰＤ＝Infrared Multi-Photon Dissociation）法、紫外光解離（ＵＶＰＤ＝UltraViolet Photo Dissociation）法、電子移動解離（ＥＴＤ＝Electron Transfer Dissociation）法、電子捕獲解離（ＥＣＤ＝Electron Capture Dissociation）法などの様々な解離法が知られている。
タンパク質やペプチドなどの、生体試料由来である高分子化合物のイオンを解離させる際には、ＥＴＤ法やＥＣＤ法が広く用いられている。
ＥＴＤ法では、負の分子イオンを反応イオンとしてイオントラップ内に照射し、それをイオントラップ内で試料成分由来のイオンと衝突させ相互作用を生じさせる。この相互作用によって反応イオンの電子が試料成分由来のイオンのプロトンに移動し、該プロトンは水素ラジカルに変化する。この反応により生成されるイオンのラジカル種が結合特異的に解離する。一方、ＥＣＤ法では、１eV程度の低エネルギーの電子をイオントラップ内に照射し、イオントラップ内で試料成分由来のイオンのプロトンに電子を付加させる。それにより、該プロトンは水素ラジカルに変化し、この反応により生成されるイオンのラジカル種が結合特異的に解離する。
ＥＴＤ法やＥＣＤ法はＣＩＤ法などの衝突性解離法とは異なり、不対電子誘導型の解離法であるため、ペプチド主鎖のＮ−Ｃα結合の開裂が特異的に起こる。そのため、ＣＩＤ法では生成されにくい、ｃ／ｚ系列のフラグメントイオンが盛んに生成される。また、糖鎖などの修飾部位が保持されたまま解離が生じるため、修飾物の同定や修飾部位の特定が行い易い。こうしたことから、ＥＴＤ法やＥＣＤ法は生体高分子化合物の網羅的な構造解析に有用である。
また、本発明者らは新規のイオン解離法として水素付着解離法（Hydrogen-Attachment Dissociation、以下ＨＡＤ法と略す）を開発し、特許文献１、非特許文献１等において提案している。簡単にいうとＨＡＤ法は、水素ラジカル（＝水素原子）をイオンに付着させて該イオンを解離させる方法であり、その解離メカニズム自体はＥＣＤ法やＥＴＤ法と類似していると考えられる。即ち、ＨＡＤ法も一種の不対電子誘導型のイオン解離法であり、ＥＴＤ法やＥＣＤ法と同様の有利性がある。
上述したようにＥＴＤ法やＥＣＤ法は生体高分子化合物の構造解析に有利な特徴を有するが、理論的に２価以上の多価イオンの解離しか行うことができない。何故なら、試料成分由来である１価のイオンはラジカル反応後にすぐに中性化してしまうためである。また、価数が２以上であっても低価数（概ね６価程度以下）であるイオンに対しては解離効率が低く、構造解析のために十分な情報が得られないことが知られている。
これに対し、ＨＡＤ法で利用される水素ラジカルは中性であり、解離に伴い分子イオンの価数が減ることはないため、理論的には１価を含む全てのイオンに適用が可能である。しかしながら、実際には、ＨＡＤ法においてもプリカーサイオンの価数が高いほうが解離効率は高く、プリカーサイオンが低価数であると構造解析のために十分な情報が得られにくい。
図１２はユビキチン (Ubiquitin) 由来の１価のイオンをプリカーサイオンとしてＨＡＤ法による解離を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル（プロダクトイオンスペクトル）である。図１２から分かるように、解離により生成される筈のプロダクトイオンは殆ど検出できていない。一方、図１３は、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法を用いて試料成分をイオン化することで生成されたユビキチン由来の１３価のイオンをプリカーサイオンとしてＨＡＤ法による解離を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトルである。図１３では構造解析に有益である各種のプロダクトイオンが明確に確認できている。この結果から、ＨＡＤ法では低価数のプリカーサイオンに対する解離効率が低いことが分かる。
上述したように、ＨＡＤ法、ＥＴＤ法、及びＥＣＤ法を用いたＭＳ／ＭＳ分析では、プリカーサイオンの価数が低いと解離効率が低いため、プリカーサイオンの価数は高いことが望ましい。しかしながら、一般にイオンの価数は、イオン化法の種類、サンプルの塩基性度や質量値などに依存するため、１〜２価程度の低価数のイオンしか生成されないこともよくある。特に、塩基性アミノ酸残基（アルギニン及びリシン）のＮ末端側のペプチド結合を切断するトリプシンによる消化法等の前処理が行われる場合、サンプルの塩基性度が低いために多価イオンは得られにくい。また、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）法などによる特定のイオン化法では、通常、１価のイオンしか得られない。こうしたことから、イオンを解離させるために、ＨＡＤ法、ＥＴＤ法、又はＥＣＤ法を利用しようとすると、サンプルの前処理法やイオン化法が大幅に制約を受けることになる。
こうしたイオン解離法による低価数イオンに対する解離効率を改善する手法として、従来、プリカーサイオンにガスを衝突させたり或いは赤外レーザ光を照射したりすることで該イオンの内部エネルギーを高める手法が知られている（非特許文献２参照）。 しかしながら、こうした手法は印加するエネルギーの調整が難しく、プリカーサイオンの内部エネルギーが高くなり過ぎると翻訳後修飾が脱離するなど、構造解析に必要な情報が失われてしまうおそれがある。
図１４は１価のペプチドイオンをプリカーサイオンとしてＨＡＤ法による解離を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトルである。（ａ）は、ＨＡＤ反応中に外部からイオントラップ内のイオンに対して最適なレーザ強度より約１０％弱い赤外レーザ光を照射した結果である。また、（ｂ）は最適なレーザ強度の赤外レーザ光を照射した結果であり、（ｃ）は最適なレーザ強度より約１０％強い赤外レーザ光を照射した結果である。図１４（ｂ）に示すように、レーザ強度が最適である場合には、構造解析に有用なプロダクトイオンが明確に観測されているが、レーザ強度が弱い場合（（ａ）参照）には有用なプロダクトイオンの強度はかなり低い。一方、レーザ強度が強い場合（（ｃ）参照）には、構造解析に寄与しない別のプロダクトイオン由来のピークが数多く現れてしまう。
このように外部からプリカーサイオンに印加するエネルギーが最適値より僅かに増減しただけで解離効率が顕著に低下する。また、印加するエネルギーの最適値はペプチドのアミノ酸配列やイオントラップ内に導入されるバッファガスの圧力などに依存するため、測定時に印加エネルギーを最適に調整することは難しい。
国際公開第２０１５／１３３２５９号 米国特許出願公開第２００８／００３５８４１号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０２２１６９４号明細書
高橋（H. Takahashi）、ほか６名、「ハイドロゲン・アタッチメント／アブストラクション・ディソシエイション（ＨＡＤ）・オブ・ガス−フェーズ・ペプタイド・イオンズ・フォー・タンデム・マス・スペクトロメトリー（Hydrogen Attachment/Abstraction Dissociation (HAD) of Gas-Phase Peptide Ions for Tandem Mass Spectrometry）」、アナリティカル・ケミストリー（Analytical chemistry）、2016年、Vol.88、No.7、pp.3810-3816 ズバレフ（R. A. Zubarev）、ほか７名、「エレクトロン・キャプチャー・ディソシエイション・フォー・ストラクチュラル・キャラクタリゼイション・オブ・マルチプライ・チャージド・プロテイン・ケイションズ（Electron capture dissociation for structural characterization of multiply charged protein cations）」、アナリティカル・ケミストリー（Analytical chemistry）、2000年、Vol.72、No.3、pp.563-573 ブドニック（B. A. Budnik）、ほか１名、「ＭＨ 2+ イオン・プロダクション・フロム・プロトネイテッド・ポリペプタイズ・バイ・エレクトロン・インパクト：オブザベイション・アンド・デターミネイション・オブ・イオナイゼイション・エナジーズ・アンド・クロス-セクション（MH 2+ ion production from protonated polypeptides by electron impact: observation and determination of ionization energies and a cross-section）」、ケミカル・フィジックス・レターズ（Chemical Physics Letters）、2000年、Vol.316、No.1、pp.19-23 ファン（Y. M. Eva Fung）、ほか２名、「エレクトロン・イオナイゼイション・ディソシエイション・オブ・サインリー・アンド・マルチプライ・チャージド・ペプタイズ（Electron ionization dissociation of singly and multiply charged peptides）」、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ（Journal of the American Chemical Society）、2009年、Vol.131、No.29、pp.9977-9985 ラップ（Donald Rapp）、ほか２名、「クロス・セクションズ・フォア・ディソシエイティブ・イオニゼーション・オブ・モルキュールズ・バイ・エレクトロン・インパクト（Cross Sections for Dissociative Ionization of Molecules by Electron Impact）」、ジャーナル・オブ・ケミカル・フィジックス（Journal of Chemical Physics）、1965年、Vol.42、pp.4081 ブルカー（K. Breuker）、ほか４名、「ディテイルド・アンフォールディング・アンド・フォールディング・オブ・ガシアス・ユビキチン・イオンズ・キャラクタライズド・バイ・エレクトロン・キャプチャー・ディソシエイション（Detailed unfolding and folding of gaseous ubiquitin ions characterized by electron capture dissociation）」、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ（Journal of the American Chemical Society）、2002年、Vol.124、No.22、pp.6407-6420 コンツ（Cs Koncz）、ほか１名、「カリキュレイテッド・クロス・セクションズ・フォー・ザ・シングル・イオナイゼイション・オブ・フラーレンズ・バイ・エレクトロン・インパクト（Calculated cross sections for the single ionization of fullerenes by electron impact）」、ニュークリア・インスツルメンツ・アンド・メソッズ・イン・フィジックス・リサーチ・セクション・Ｂ（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B）、1997年、Vol.124、No.2、pp.435-437 ステファノ（Luciano H. Di Stefano）、ほか２名、「サイズ−ディペンデント・ハイドロゲン・アトム・アタッチメント・トゥ・ガス−フェーズ・ハイドロゲン−ディフィシエント・ポリペプチド・ラジカル・カチオンズ（Size-Dependent Hydrogen Atom Attachment to Gas-Phase Hydrogen-Deficient Polypeptide Radical Cations）」、ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ（Journal of the American Chemical Society）、2018年、Vol.140、No.2、pp.531?533、DOI: 10.1021/jacs.7b10318
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、イオンを解離させる際に、目的とする試料成分由来のプリカーサイオンの価数が低い場合であっても高い解離効率を達成することができるイオン分析装置及びイオン解離方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、単にプリカーサイオンの解離効率を高めるのみならず、例えばタンパク質やペプチドといった生体高分子化合物などの構造を推定するのに重要な情報を的確に得ることができるイオン分析装置及びイオン解離方法を提供することである。
上記課題を解決する方策の一つは、目的とする試料成分由来のプリカーサイオンをイオン分析装置内で捕捉し、その価数を増加させてプリカーサイオンの解離効率を高めることである。イオンの価数を増加させる一つの手法として、イオンに電子を照射して電子イオン化法と類似したメカニズムで価数を増加させる方法が従来知られている。非特許文献３、４には、磁場閉込め型のＦＴ−ＩＣＲイオントラップに捕捉されているプリカーサイオンに対し数十eV程度のエネルギーを有する電子を照射することで価数の増加が達成されることが示されている。但し、その価数の増加はせいぜい１、２価程度である上に、価数増加の効率は数％でしかない。本発明者らは、それらの主要な原因が次の二つであると推察した。
（１）電子照射によって価数が増加したイオンは一般にエネルギーが過剰であるが、ＦＴ−ＩＣＲセル内のガス圧は極めて低い（１×１０-5Pa以下）ためガスとの衝突による内部エネルギーの安定化（クーリング）は殆ど行われない。そのため、電子の照射を受けたプリカーサイオンの多くは高価数まで価数が増加する前に過剰な内部エネルギーによって開裂してしまい、高価数のプリカーサイオンとして存在しにくい。
（２）磁場閉込めを用いたＦＴ−ＩＣＲセルではトラップ内の仮想ポテンシャルが低い。そのため、高いエネルギーを有する電子がプリカーサイオンに衝突すると、そのイオンのエネルギーが仮想ポテンシャルを超えてしまうために該イオンはイオントラップから抜け出てしまうことがある。
本発明者は、電子照射によるプリカーサイオンの価数増加効果が低い上記のような要因が、電場による閉込めを利用した四重極型のイオントラップではそれほど問題にならないことに着目した。即ち、一般的な四重極型イオントラップでは捕捉したイオンをクーリングするためにイオントラップ内にクーリングガスを導入するため、イオントラップ内部のガス圧はＦＴ−ＩＣＲセルのようには低くならず、内部エネルギーが増加したイオンは短時間でクーリングされる。また、一般的な四重極型イオントラップの仮想ポテンシャルは磁場閉込め型のＦＴ−ＩＣＲセルに比べてかなり高く、電子照射を受けたイオンがトラップから抜け出すことも考えにくい。本発明者はこうした知見に基づいて電場閉込め型のイオントラップに電子照射による価数増加を導入することに想到し、さらに実験的にその効果を確認し、本発明をなすに至った。
即ち、上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様に係るイオン分析装置は、試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析装置であって、
a) 試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する四重極型のイオントラップと、
b) 前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射する電子照射部と、
c) 前記電子照射部による電子と相互作用を生じたイオンを解離させる解離促進部と、
を備えることを特徴としている。
また上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様に係るイオン解離方法は、イオントラップの内部に捕捉した試料成分由来のイオンを解離させるイオン解離方法であって、
四重極型のイオントラップの内部に高周波電場の作用により捕捉されている解離対象のイオンに、３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射するとともに、その電子の照射と同時に又は該電子の照射の直後に、電子と相互作用を生じたイオンを所定の手法で解離させることを特徴としている。
本発明の第１の態様に係るイオン分析装置及びイオン解離方法では、解離により生成されたイオン、つまりはプロダクトイオンを分析する手法は特に限定されない。即ち、本発明に係るイオン分析装置は、プロダクトイオンを質量分析する質量分析装置、プロダクトイオンのイオン移動度を分析するイオン移動度計などを含む。
また、上記イオントラップは、１個のリング電極と一対（２個）のエンドキャップ電極とから成る３次元四重極型のイオントラップ、又は四本のロッド電極を含む四重極型のリニアイオントラップのいずれでもよい。ただし、イオンを限られた空間内に捕捉しやすく、またイオンを該空間内に捕捉したままに電子を照射することで電子を照射する時間を調整しやすいという点で、３次元四重極型のイオントラップを用いることが好ましい。
本発明に係るイオン分析装置及びイオン解離方法では、高周波電場の作用により四重極型イオントラップ内に捕捉されているプリカーサイオンに対し、電子照射部から３０eV以上の適宜のエネルギーを有する電子を照射する。電子の照射によりプリカーサイオンの内部エネルギーが増加するとともにその価数が増加する。非特許文献５には、電子イオン化法では、３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射することによりイオン化効率が急激に高まることが記載されている。従って、本発明においても３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射することによりプリカーサイオンの価数の増加、及びそれによるプリカーサイオンの解離効率を高めることができる。
例えばイオン解離法としてＨＡＤ法が用いられる場合、解離促進部は、電子と相互作用を生じることで価数が増加した又は内部エネルギーが増加したプリカーサイオンに対し所定流量の水素ラジカルを照射することで、該プリカーサイオンの解離を促進させる。上述したように、プリカーサイオンの価数が増加して多価イオンになると、ＨＡＤ法等の各種の解離法による解離効率が向上する。また、プリカーサイオンの価数が十分には増加しない場合であっても、電子の照射を受けてプリカーサイオンの内部エネルギーが増加すると、電子照射による内部エネルギーの増加がない場合に比べて解離が生じ易くなる。その結果、試料成分の構造解析に有用なプロダクトイオンが観測され易くなる。
本発明に係るイオン分析装置及びイオン解離方法において、解離促進部により実施されるイオンの解離手法は、典型的には、ＨＡＤ法、ＥＣＤ法、ＥＴＤ法などの不対電子誘導型の解離法である。
イオン解離法としてＥＣＤ法が用いられる場合、上記解離促進部は、プリカーサイオンに対し電子を照射することで該プリカーサイオンの解離を促進させるが、ＥＣＤ法による解離のために照射される電子のエネルギーはたかだか１eV程度であり、上記電子照射部から照射される電子のエネルギー（３０eV以上）とは全く相違する。もちろん、電子を照射するという点では同じであるから、イオントラップ内部に捕捉されているイオンに対し電子を照射する電子照射部での電子のエネルギーを調整可能としておき、相対的に高いエネルギーの電子をイオントラップ内に導入してプリカーサイオンの価数を増加させたあと、相対的に低いエネルギーの電子をプリカーサイオンに照射してＥＣＤ法による解離を促進させてもよい。
上述したように、ＥＣＤ法等の不対電子誘導型の解離法を用いることで、解析対象の試料がタンパク質やペプチドなどの生体高分子化合物である場合に、ｃ／ｚ系列のフラグメントイオンや糖鎖等の修飾物が付加した状態のペプチド断片などの構造解析に有用な情報を得ることができる。
また、不対電子誘導型でない解離法、例えばＣＩＤ法、ＩＲＭＰＤ法、ＵＶＰＤ法などの他の多くの解離法でも、一般的にはプリカーサイオンの価数が高いほうが解離効率が高い。したがって、解離促進部により実施されるイオンの解離手法はこうした解離法でも構わない。特に、前記解離促進部が衝突誘起解離法によりイオンを解離させるものとすれば、ＩＲＭＰＤ法やＵＶＰＤ法のような光学系の構成が不要であるため、装置の構成が簡単になる。
電場閉込め型のイオントラップでは、磁場閉込め型のイオントラップに比べてイオンに対する仮想ポテンシャルは高くイオンの閉込め効果は高いものの、電子に対する閉込め効果は低い。そのため、電子照射部からイオントラップ内に単に電子を導入するだけでは、導入された電子の一部が無駄になり、イオントラップ内の電子密度を十分に高めることが難しい場合がある。イオントラップ内の電子密度が低いとイオンに電子が接触する機会が少なく、イオンの価数増加や内部エネルギー増加の効果が得られにくい傾向にある。
そこで、本発明の第１の態様に係るイオン分析装置及びイオン解離方法では、イオントラップに導入した一次電子を直接イオンに作用させて該イオンの価数増加や内部エネルギーの増加を促すほか、イオントラップを構成する電極の内面に一次電子を照射し、その一次電子に応じて該電極の内面から放出される二次電子をプリカーサイオンに照射するとよい。これによれば、イオントラップ内部の電子密度をプリカーサイオンとの気相反応に十分な程度に高くすることができる。
また、イオントラップに捕捉されているイオンは振動しているが、そのイオントラップの中心付近に存在する確率が高い。したがって、一次電子をイオンとの反応に利用する場合には、該電子をイオントラップの中心部に集束させるように照射するとよい。これにより、イオントラップに導入する電子の量が比較的少ない場合であっても、電子がイオンと接触する機会を増やすことができる。
第１の態様に係るイオン分析装置及びイオン解離方法では、上述したように一次電子を直接イオンに作用させる場合、後述するような理由のため、電子のエネルギーが必要以上に高いことは好ましくない。そこで、電子のエネルギーを概ね３０eV以上で、その上限を２００eV程度以下、さらに好ましくは１００eV以下にするとよい。即ち、電子のエネルギーの範囲を３０〜１００eV程度の範囲に定めておくとよい。一方、二次電子を反応に利用する場合、本発明者らの実験的な検討及び一般に知られている二次電子放射係数に関する知見によれば、十分な価数増加効果を得るために、電子のエネルギーは好ましくは１００eV以上、さらに好ましくは１２５eVとするとよく、その上限は、二次電子放射係数が多くの金属において１を下回る１０keV、好ましくは５keV、さらに好ましくは３keV、さらにより好ましくは２keVとするとよい。
こうした高いエネルギーを有する電子が直接、プリカーサイオンに当たった場合、該イオンの内部エネルギーが高くなり過ぎ、直ぐに過剰なエネルギーによる開裂を生じて高価数のプリカーサイオンが得られないおそれがある。また、イオン捕捉の仮想ポテンシャルが低いと、高エネルギーの電子の衝突を受けたイオンがイオントラップから吐き出されてしまうおそれもある。
これに対し、電場閉込め型のイオントラップでは電場で閉じ込めたイオンをクーリングするためにイオントラップの内部にはクーリングガス（一般に不活性ガス）が導入されるため、一時的に内部エネルギーが過剰になったプリカーサイオンはクーリングガスに接触してエネルギーが減少する。そのため、上述したような過剰なエネルギーによる開裂は生じにくく、電子の照射が価数の増加に繋がり易い。また上述したように、電場閉込め型のイオントラップは磁場閉込め型のイオントラップに比べて、イオンに対する仮想ポテンシャルがかなり高いため、高エネルギーの電子の衝突を受けたイオンもイオントラップ内に捕捉することができる。それにより、プリカーサイオンの減少を回避することができる。
上述したようにイオンが過剰な内部エネルギーを持つことを防止するために、本発明に係るイオン分析装置及びイオン解離方法では、前記イオントラップの内部のガス圧が１×１０-3[Pa]程度以上になるように該イオントラップの内部に所定のガスを導入するとよい。これにより、電子との接触により過剰な内部エネルギーを持ったイオンを迅速にクーリングすることができる。
一般的な四重極型のイオントラップでは、イオンを捕捉する際に、該イオントラップを構成する電極に所定周波数の正弦波高電圧を印加する。その場合、イオン捕捉用の高周波電場の強さが時間経過に伴い時々刻々と変化するため、閉じ込められるイオンの位置エネルギーや二次電子の生成条件が時々刻々と変化する。その結果、二次電子の生成効率やイオンの価数増加反応効率に最適な電位状態が一定にならず、同じエネルギーの電子を照射してもイオンの価数増加や内部エネルギーの増加が安定しないことがある。
そこで、本発明に係るイオン分析装置及びイオン解離方法では、前記イオントラップの内部にイオンを捕捉する電場を形成するために、該イオントラップを構成する電極に矩形波状の高周波電圧を印加する電圧発生部をさらに備える、即ち、イオントラップとしてデジタル駆動方式のイオントラップを用いるとよい（特許文献２参照）。
この構成では、イオントラップを構成する電極に印加される電圧は二値であるので、閉じ込められるイオンの位置エネルギーが二値的な値となる。また、電極から放出される二次電子の生成条件も二値的に変化する状態となる。そのため、二次電子の生成効率やイオンの価数増加反応効率に最適な電位状態は所定の期間ほぼ一定となり、安定的にプリカーサイオンの価数を増加させたうえで或いは安定的にプリカーサイオンの内部エネルギーを増加させたうえで該プリカーサイオンを解離させることができる。
或いは、イオンを捕捉するためにイオントラップを構成する電極に印加される電圧を正弦波電圧としたまま、該イオントラップを構成する電極と電子照射部との電位差が矩形波となるような高周波電圧を電子照射部に印加する構成としてもよい。この構成によっても、上述したようにデジタル駆動方式のイオントラップを用いた場合と同様の効果が得られる。
また本発明に係るイオン分析装置では、前記電子照射部による電子照射時又は電子照射後に前記イオントラップの内部に水素ラジカルを導入するための水素ラジカル供給部をさらに備える構成としてもよい。なお、水素ラジカルは、例えば水素ガスに電子が照射されることによっても生成されうる。従って、水素ラジカル供給部には、イオントラップに直接水素ラジカルを供給するものだけでなく、イオントラップに水素ガスを供給し、それを電子照射によりラジカル化するものも含まれる。また、電子照射部として高温フィラメントからの熱電子を放出するものを用いると、イオントラップあるいはその近傍に導入した水素ガスがイオントラップ外に流出して高温のタングステンフィラメントに接触することにより水素ラジカルが生成される。従って、水素ラジカル供給部には、イオントラップやその近傍に水素ガスを供給し、これをフィラメントに接触させて水素ラジカルを生成するものも含まれる。
本発明者の検討によれば、電子照射によって価数が増加したイオンはラジカル種となるため、そのままの状態では解離のために照射された水素ラジカル（ＨＡＤ法の場合）等が付着し、イオンが非ラジカル種に変化して安定になってしまい解離しにくくなることがある。これに対し、電子照射時又は電子照射後に、イオントラップ内に水素ラジカルを導入しておくと、ラジカル種のイオンが非ラジカル種に変化するため、その後に解離のために照射される水素ラジカル等の作用で解離し易くなる。これにより、上記構成によれば、イオンの解離効率を向上させ、より多くの量のプロダクトイオンを生成することができる。また、ラジカル種のイオンを非ラジカル種に変化させるために水素ラジカルを照射する場合、後述する理由により２０００℃以下の水素ラジカルを照射することが好ましい。
また、上記構成のイオン分析装置であって、前記イオントラップの内部で生成されたプロダクトイオンを質量分析する質量分析装置において、
前記解離促進部は衝突誘起解離法によりイオンを解離させるものであり、前記イオントラップの内部に水素ラジカルを導入したときのプロダクトイオンスペクトルと、該イオントラップの内部に水素ラジカルを導入しないときのプロダクトイオンスペクトルとを取得して、それら複数のプロダクトイオンスペクトルを利用して試料中の成分を解析する構成とするとよい。
イオントラップ内に水素ラジカルを導入したときのプロダクトイオンスペクトルと水素ラジカルを導入しないときのプロダクトイオンスペクトルとでは、生成されるプロダクトイオンの系列が相違する。そのため、上記構成によれば、試料成分、特に翻訳後修飾を受けたペプチドの構造を反映した様々な種類のプロダクトイオンの情報を得ることができ、構造解析を容易に且つ高い精度で進めることができる。
上述第１の態様では、電子照射部によりプリカーサイオンに電子を照射して価数を増加させたあと、続いて解離促進部によりイオンを解離させるが、解離促進部を用いることなくイオンを解離させることもできる。即ち、価数が増加し内部エネルギーが高くなったイオンを、電子の作用によってそのまま解離させることもできる。これは、高エネルギーの電子を照射することにより生じる作用によってイオンを解離させるものであり、電子誘起解離（ＥＩＤ＝Electron-Induced Dissociation）法と呼ばれる（例えば特許文献３）。
本発明者は、ＥＩＤ法によるプリカーサイオンの解離は、ガスクロマトグラフ等で用いられている電子イオン化（ＥＩ＝Electron Ionization）法による試料成分のイオン化と同様に高エネルギーの電子を照射することにより生じさせることから、生成するイオンもＥＩ法により生成されるイオンと類似すると考えた。ＥＩＤ法では、プリカーサイオンの価数を問わず高い効率でイオンを解離させることができる。また、ＥＩＤ法では、試料成分をイオン化するのではなく、イオン源で試料成分から生成された（プリカーサ）イオンを解離させるため、イオン源の種類を問わずＥＩ法により生成されるイオンと類似の系統のイオンを生成することができる。
また、ＥＩ法は他のイオン化法（ＥＳＩ法やＭＡＬＤＩ法）に先駆けて実用化されており、多種の化合物由来のイオンを質量分析することにより得られるマススペクトルデータを収録したライブラリが既に存在し、ガスクロマトグラフ質量分析装置等を用いた試料成分の分析等において広く用いられている。このライブラリを用い、ＥＩＤ法で生成したイオンを質量分析して得られるマススペクトルデータを、ガスクロマトグラフ質量分析装置等を用いた分析用に作成された充実したライブラリと照合することによって、例えば、タンパク質やペプチドのように、ＭＡＬＤＩイオン源等の特定のイオン源でなければイオン化が困難な生体試料由来の化合物の網羅的な構造解析を行うことができる。
即ち、上記課題を解決するためになされた本発明の第２の態様に係るイオン分析装置は、試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析装置であって、
a) 試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する四重極型のイオントラップと、
b) 前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射する電子照射部と、
c) 前記電子の照射により解離したイオンを質量分析してマススペクトルデータを取得する質量分析部と、
d) 複数の既知の化合物について、電子イオン化法により生成したイオンを質量分析することにより得られるマススペクトルデータが収録されたライブラリと、
e) 前記質量分析部で得られたマススペクトルデータを前記ライブラリに収録された前記既知の化合物のマススペクトルデータと照合するマススペクトルデータ照合部と
を備えることを特徴としている。
前記ライブラリに収録されるマススペクトルデータは、前記既知の化合物を実際に電子イオン化によりイオン化して質量分析することにより得られるマススペクトルデータであってもよく、あるいはシミュレーション等により求められたマススペクトルデータであってもよい。
第２の態様に係るイオン分析装置においても、上記イオントラップは、１個のリング電極と一対（２個）のエンドキャップ電極とから成る３次元四重極型のイオントラップ、又は四本のロッド電極を含む四重極型のリニアイオントラップのいずれでもよい。ただし、イオンを限られた空間内に捕捉しやすく、またイオンを該空間内に捕捉したままに電子を照射することで電子を照射する時間を調整しやすいという点で、３次元四重極型のイオントラップを用いることが好ましい。
本発明の第１の態様に係るイオン分析装置に関して上述した好ましい態様のうち、イオントラップに導入した一次電子を直接イオンに作用させて該イオンの価数増加や内部エネルギーの増加を促すほか、イオントラップを構成する電極の内面に一次電子を照射し、その一次電子に応じて該電極の内面から放出される二次電子をプリカーサイオンに照射するものや、電子をイオントラップの中心部に集束させるように照射するもの、デジタル駆動方式のイオントラップを用いるもの等は、第２の態様に係るイオン分析装置においても同様に有効である。
本発明の第１の態様に係るイオン分析装置及びイオン解離方法、並びに第２の態様に係るイオン分析装置によれば、イオントラップでイオンを解離させる際に、目的とする試料成分由来のプリカーサイオンの価数が低い場合であっても、その価数を増加させることで又はイオンの内部エネルギーを増加させることで、高い解離効率を達成することができる。それにより、例えば解離により生成されたプロダクトイオンを質量分析する質量分析装置においては、試料成分の構造解析に有用なプロダクトイオンの情報を十分に収集することができ、正確な構造解析を行うことができる。
また、第１の態様に係るイオン分析装置やイオン解離方法において、特に解離法としてＨＡＤ法、ＥＣＤ法、ＥＴＤ法などを利用した場合には、タンパク質やペプチドといった生体高分子化合物の構造を推定するのに重要なプロダクトイオン情報を高い感度で得ることができる。それによって、そうした生体高分子化合物の網羅的な構造解析を良好に行うことができる。
さらに、第２の態様に係るイオン分析装置では、タンパク質やペプチドといった、ＭＡＬＤＩイオン源等の特定のイオン源でなければイオン化が困難な生体高分子化合物についても、多種の既知の化合物のマススペクトルデータを収録したライブラリと照合することにより網羅的な構造解析を行うことができる。
本発明の第１実施例によるイオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図。 電子密度増加のメカニズムの模式説明図。 イオントラップ内に捕捉したユビキチン由来の１価イオンをプリカーサイオンとして分離した後にイオン解離を行うことなく質量分析することで得られたマススペクトル（ａ）、及び、ユビキチン由来の１価イオンをプリカーサイオンとして分離し電子照射をした後に質量分析することで得られたマススペクトル（ｂ）。 １価のフラーレン（Ｃ６０）及びＰ物質由来のイオンに対し電子を照射した場合の電子のエネルギーとイオンの価数増加効率との関係を実験的に調べた結果を示す図。 １価のペプチドイオンに対し電子照射を行わないでＨＡＤ法によりイオンを解離したあと質量分析を行って得られたＭＳ／ＭＳスペクトル（ａ）、同イオンに対し電子照射をしつつＨＡＤ法によりイオンを解離したあと質量分析を行って得られたＭＳ／ＭＳスペクトル（ｂ）。 １価のペプチド由来のｃ７イオンの信号強度を電子照射の有無で比較した結果を示す図。 本発明の第２実施例によるイオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図。 １価のリン酸ペプチドイオンに対し電子照射を行ったあと質量分析を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル（ａ）、及び１価のクエルセチンイオンに対し電子照射を行ったあと質量分析を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル（ｂ）。 電子を照射することにより価数を増加させたプリカーサイオンのマススペクトル及びその同位体分布の拡大図。 電子照射により価数を増加させたプリカーサイオンの同位体分布（ａ）、及び電子照射によりプリカーサイオンの価数を増加させたあとにイオントラップ内に高温の水素ラジカルを導入した場合におけるプリカーサイオンの同位体分布（ｂ）。 電子照射によりプリカーサイオンの価数が増加したあとにイオントラップ内に低温の水素ラジカルを導入した場合におけるマススペクトル及びプリカーサイオンの同位体分布の拡大図。 ユビキチン由来の１価のイオンをプリカーサイオンとしてＨＡＤ法による解離を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル。 ＥＳＩ法を用いてイオン化することで生成されたユビキチン由来の１３価のイオンをプリカーサイオンとしてＨＡＤ法による解離を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル。 イオンのエネルギー増加のために照射するレーザ強度を変えたときに１価のペプチドイオンをプリカーサイオンとしてＨＡＤ法による解離を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル。
［第１実施例］
本発明の第１実施例であるイオントラップ飛行時間型質量分析装置について、添付図面を参照して構成と動作を説明する。
図１は本実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図である。
本実施例の質量分析装置は、真空雰囲気に維持される図示しない真空チャンバの内部に、目的試料中の成分をイオン化するイオン源１と、イオン源１で生成されたイオンを高周波電場の作用により捕捉するイオントラップ２と、イオントラップ２から射出されたイオンを質量電荷比m/zに応じて分離する飛行時間型質量分離部３と、分離されたイオンを検出するイオン検出器４と、を備える。本実施例の質量分析装置はさらに、イオントラップ２内に捕捉されているイオンをＨＡＤ法により解離させるべく該イオントラップ２内に水素ラジカルを導入するための水素ラジカル照射部５と、イオントラップ２内に所定のガスを供給するガス供給部６と、イオントラップ２内に電子を照射する電子照射部７と、トラップ電圧発生部８と、制御部９と、データ処理部１０と、を備える。
図示しないがイオン源１はＭＡＬＤＩイオン源であり、試料にレーザ光を照射して該試料中の成分をイオン化する。イオントラップ２は、円環状のリング電極２１と、該リング電極２１を挟んで対向配置された一対のエンドキャップ電極２２、２４と、を含む３次元四重極型のイオントラップである。制御部９による指示に応じてトラップ電圧発生部８は、上記電極２１、２２、２４それぞれに対し、所定のタイミングで高周波電圧、直流電圧のいずれか一方又はそれらを合成した電圧を印加する。飛行時間型質量分離部３はこの例ではリニア型であるが、リフレクトロン型やマルチターン型等でもよく、また飛行時間型の質量分離器ではなく、例えばイオントラップ２自体のイオン分離機能を利用して質量分離を行うものやオービトラップなどでもよい。
水素ラジカル照射部５は、水素ガス供給源５１と、その流量を調整可能であるバルブ５２と、水素ガスを噴出するノズル５３と、ノズル５３の先端とスキマー５４の入口の間に配置されたフィラメント（タングステンフィラメント）５５と、ノズル５３からの噴出流の中心軸上に開口を有し、拡散する水素分子等のガスを分離して細径の水素ラジカル流を取り出すスキマー５４とを含む。ガス供給部６は、バッファガスやクーリングガスなどとして使用されるヘリウム、アルゴンなどを貯留したガス供給源６１と、その流量を調整可能であるバルブ６２と、ガス導入管６３とを含む。電子照射部７は電子銃などを含み、エネルギーが調整された電子流をイオントラップ２内に導入可能である。また、トラップ電圧発生部８は高周波電圧として正弦波電圧でなく矩形波電圧を用いている。その理由はあとで詳しく説明する。
本実施例の質量分析装置における基本的な分析動作を簡単に説明する。
イオン源１においてペプチド混合物などの試料から生成された各種イオン（主として１価のイオン）はパケット状にイオン源１から射出され、入口側エンドキャップ電極２２に形成されているイオン導入孔２３を経てイオントラップ２の内部に導入される。イオントラップ２内に導入されたペプチド由来のイオンは、トラップ電圧発生部８からリング電極２１に印加される高周波高電圧によってイオントラップ２内に形成される高周波電場に捕捉される。そのあと、トラップ電圧発生部８からリング電極２１等に所定の電圧が印加され、それによって目的とする特定の質量電荷比を有するイオン以外の質量電荷比範囲に含まれるイオンが励振され、イオントラップ２から排除される。これにより、イオントラップ２内に、特定の質量電荷比を有するプリカーサイオンが選択的に捕捉される。
それに続き、ガス供給部６においてバルブ６２が開放され、イオントラップ２内にクーリングガスが導入されることでプリカーサイオンはクーリングされ、イオントラップ２の中心付近に収束される。その状態で、制御部９は水素ラジカル照射部５のバルブ５２を開放し、水素ガスをノズル５３から噴出させる。その噴出流の前方に位置するフィラメント５５に図示しない電源から電流を供給して高温に加熱し、そのフィラメント５５に水素ガスを吹き付けることにより水素ラジカルを生成する。フィラメント５５でラジカル化しなかった水素ガス等のガスは、スキマー５４によって除去され、スキマー５４の開口を通過した水素ラジカルは細径のビーム状となって、リング電極２１に穿設されているラジカル粒子導入口２６を通過する。そして、この水素ラジカルはイオントラップ２内に導入され、イオントラップ２内に捕捉されているプリカーサイオンに照射される。
イオンに照射される水素ラジカルの流量が所定流量以上になるように、バルブ５２の開度などは予め調整されている。また、水素ラジカルの照射時間も予め適宜に設定されている。それによって、プリカーサイオンは不対電子誘導型の解離を生じ、ペプチド由来のプロダクトイオンが生成される。生成された各種プロダクトイオンはイオントラップ２内に捕捉され、クーリングガスと接触することでクーリングされる。そのあと、所定のタイミングでトラップ電圧発生部８からエンドキャップ電極２２、２４に所定の直流高電圧が印加され、これにより、イオントラップ２内に捕捉されていたイオンは加速エネルギーを受け、イオン射出孔２５を通して一斉に射出される。
こうして一定の加速エネルギーを持ったイオンが飛行時間型質量分離部３の飛行空間に導入され、飛行空間を飛行する間に質量電荷比に応じて分離される。イオン検出器４は分離されたイオンを順次検出し、この検出信号を受けたデータ処理部１０は、例えばイオントラップ２からのイオンの射出時点を時刻ゼロとする飛行時間スペクトルを作成する。そして、予め求めておいた質量校正情報を用いて飛行時間を質量電荷比に換算することにより、プロダクトイオンによるマススペクトルを作成する。データ処理部１０ではこのマススペクトルから得られる情報（質量情報）等に基づく所定のデータ処理を行うことで、試料中の成分（ペプチド）を同定する。
本実施例の質量分析装置では、イオントラップ２内に捕捉したプリカーサイオンに対し水素ラジカルを直接的に照射することにより、該プリカーサイオンを解離させてプロダクトイオンを生成する。但し、水素ラジカルの照射によってイオンは解離するものの、該イオンの価数が小さいと解離効率は低い。また、ＭＡＬＤＩ法により生成されるイオンは殆どが１価のイオンである。そこで、本実施例の質量分析装置では、ＨＡＤ法による解離の効率を上げてプロダクトイオンの検出感度を高めるために、イオン解離の直前に電子照射部７からイオントラップ２内に高エネルギー（３０eV以上）の電子を照射し、この電子とイオンとの相互作用によりイオンの価数を増加させるようにしている。
ここで、イオンに電子を照射することによる価数増加の効果について、実験結果を用いて説明する。
図３（ａ）はイオントラップ２内に捕捉したユビキチン由来の１価のイオンをプリカーサイオンとして分離した後にイオン解離を行うことなく質量分析することで得られたマススペクトル、図３（ｂ）は同じユビキチン由来の１価イオンをプリカーサイオンとして分離し５００msの間電子を照射した後に質量分析することで得られたマススペクトルである。図３（ａ）では１価のイオンしか観測できていないのに対し、図３（ｂ）では２価〜６価のイオンが観測されている。これにより、電子照射によってイオンの価数が確実に増加することが確認できる。
非特許文献６によれば、ユビキチンでは６価〜１３価のイオンについてＥＣＤ法による十分な解離が行われると報告されている。ＥＣＤ法とＨＡＤ法とはイオン解離のメカニズムは殆ど同じであるので、ＨＡＤ法においても同様に６価〜１３価のイオンについて十分な解離が行われるものと推測できる。上述したように電子の照射によってイオンの価数は１価から２価〜６価の範囲に増加することから、電子を照射したあとのプリカーサイオンにラジカル水素を照射することで、或いは、電子を照射しながらラジカル水素を照射することで、ＨＡＤ法による解離を十分に良好に行うことができる。
図４は、１価のフラーレン（Ｃ６０）及びＰ物質（Substance P）由来のイオンに対し電子を照射した場合の、電子エネルギーとイオンの価数増加効率（［Ｍ＋Ｈ］2+／［Ｍ＋Ｈ］+）との関係を実験的に調べた結果を示す図である。電子照射の時間は５００msである。電子照射によるフラーレンの価数増加効率（Electron Ionization）の衝突断面積は非特許文献７に記載されており、その効率は５０eV程度の電子エネルギーで飽和することが知られている。それに対し、図４の結果では、それよりも１桁高い５００eVの電子エネルギーで価数増加効率が飽和している。この電子エネルギーの相違から、ここで生じているイオンの価数増加反応は高エネルギーの直接的な電子照射によるものではなく、イオントラップ２を構成するリング電極２１等の電極内表面で生成された二次電子によるものと推測できる。
図２に示すように、高エネルギーを有する一次電子がリング電極２１等の導電体に衝突すると、該導電体から一次電子に比べて多量の二次電子が放出される。こうした二次電子の生成効率は一次電子のエネルギーが増加するに伴い上昇し、その効率は一次電子のエネルギーが数百eV程度になると飽和する。このことから、図４で示した価数増加効率の電子エネルギー依存性は、照射した電子エネルギーに対する二次電子の生成効率に対応していると考えられる。電場閉込め型であるイオントラップ２では電子を効率良く閉じ込めることが難しいが、上述したように高エネルギーの一次電子を電極２１等に当てて二次電子を放出させることで、イオントラップ２の内部空間における電子密度を高め、実用的な反応時間で以てプリカーサイオンの価数増加を達成することができる。もちろん、リング電極２１等から放出される二次電子を利用するのではなく、イオンに３０eV程度以上の高エネルギーの電子を直接的に照射する場合でも、その電子密度を或る程度高くすれば、或いはイオンが高い確率で存在しているイオントラップ２の中心部に電子流を集束させれば、実用的な反応時間で以てプリカーサイオンの価数増加を達成することができる。
なお、上記のように電子照射部７から射出した電子をイオントラップ２のリング電極２１の内面等に当て、それにより生成される二次電子をプリカーサイオンの価数増加に利用する場合には、電子照射部７から照射する電子（一次電子）のエネルギーを例えば３０eV〜２keV程度の範囲にしておくとよい。また、二次電子の放出効果を高めるために、電極自体を仕事関数の低い導電性部材から形成したり電極の表面に仕事関数の低い導電性被膜層を形成したりしてもよい。
また、電子照射によってプリカーサイオンの内部エネルギーが過剰に増大したときにそのエネルギーを減じて開裂を回避するには、電子照射時におけるイオントラップ２内部のガス圧が１×１０-3Pa以上になるようにクーリングガスの供給を制御するとよい。
また、上記のような電子照射によるイオンの価数増加効果は該イオンが持つ位置エネルギーに依存するため、その位置エネルギーが変動すると同じエネルギーの電子を照射し続けても価数増加効果自体が変動し、高い解離効率を安定的に得ることが難しい。これに対し、本実施例の質量分析装置では、イオン捕捉用の高周波電圧として矩形波電圧を利用している。これにより、捕捉されているイオンが持つ位置エネルギーは二値的な値を交互にとるようになり、高周波電圧として正弦波電圧を利用した場合のように時々刻々と連続的に位置エネルギーが変動することを回避することができる。その結果、同じエネルギーの電子を照射し続けても、十分に高い価数増加効果を安定的に達成し、高い解離効率を実現することができる。
上記説明では、電子照射を受けたプリカーサイオンの価数が１価から６価程度まで増加することを前提としていたが、プリカーサイオンの価数が高くならない（又はその増加の程度が小さい）場合でもプリカーサイオンの内部エネルギーが増加することで一部の結合の切断の効率が上昇し、電子を照射しない場合では観測できないプロダクトイオンが観測できるようになることがある。その場合でも、イオンに供給するエネルギーを適切に制御しないと、例えば翻訳後修飾が脱離してしまう等、構造解析に有用な情報が得られなくなるおそれがある。本実施例の質量分析装置では、イオンに照射される電子のエネルギーは電子照射部７において電子を加速する加速電圧によって正確な制御が可能である。また、イオンを捕捉するためにリング電極２１には矩形波である高周波電圧が印加されるので、上述したように、捕捉されるイオンの位置エネルギーは二値的な値をとり、一定のエネルギーの電子を照射することで電子との相互作用によるイオンの内部エネルギーの増加も安定する。それにより、イオンの内部エネルギーが過剰に高くなることを防止することができる。
イオンに電子を照射することによるプロダクトイオンの強度増加の効果について、実験結果を用いて説明する。
図５の（ａ）はイオントラップ２内の１価ペプチドイオン（Acetyl-ＤＲＶＹＩＨＰＦＨＬＬＶＹＳ）に対し電子照射を行わないでＨＡＤ法によりイオンを解離したあと質量分析を行って得られたＭＳ／ＭＳスペクトル、（ｂ）は同イオンに対し電子照射（照射電子エネルギー：５００eV）を行いつつＨＡＤ法によりイオンを解離したあと質量分析を行って得られたＭＳ／ＭＳスペクトルである。
図５（ａ）に示すように、電子照射を行わなくてもｃ１０、ｃ１１、ｃ１２などのプロダクトイオンは十分な強度で観測されている。一方、図５（ｂ）に示すように、電子照射を行うことで、電子非照射時には観測できなかったｃ７以下のプロダクトイオンも観測できていることが分かる。また、電子照射時にはプリカーサイオンの価数が増加したＭＨ2+イオンも観測されている。このとき、イオントラップ２のリング電極２１に印加した高周波電圧の振幅は１kVであることから、イオントラップ２の中心部におけるイオンの位置エネルギーはその１／２の５００Ｖであると考えられ、一次電子のエネルギーも５００Ｖということになる。一方、上記ペプチドイオンにおける電子照射による価数増加反応の最適な電子エネルギーは１００eV程度であることが知られている（非特許文献４参照）。このことから、本反応にも外部から導入された一次電子だけでなく、イオントラップ２を構成するリング電極２１等の表面で生成された低エネルギーの二次電子も関与していることが推測される。ただし、二次電子を利用せずにイオンに直接的に電子を照射しても、実用的には十分な強度のプロダクトイオンが観測されるものと推測できる。
図６は上記ｃ７イオンの信号強度を、電子照射の有無で比較した実験結果である。図６から分かるように、電子照射によってＨＡＤ由来のｃ７イオンの信号強度は約２．５倍に増加することが分かる。このことから、電子とプリカーサイオンとの相互作用により、イオンの内部エネルギーが増加したことでＨＡＤの反応効率が増加したものと推測される。
なお、非特許文献８には、インスリンＢ鎖の4価の正イオンに電子を照射した後、水素ラジカルを照射したが、ほとんど付着しなかったとの実験結果が報告されている。この実験結果は、上述した本実施例の実験結果と異なる。非特許文献８には水素ラジカルの供給量や電子照射等の詳細な実験条件が記載されていないが、この文献に記載の実験において水素ラジカルの付着が確認されなかったのは、水素ラジカルの生成量が十分でなかったことが原因ではないかと思われる。特許文献１において本発明者が記載しているように、水素ラジカルは反応性に富むため、例えば水素ラジカルをイオントラップ内にまで案内する配管の内壁やチャンバ壁等において容易に再結合して水素分子になってしまう。解離反応に寄与するラジカル量を十分に確保するには、試料成分由来のイオンが存在する空間に対して、例えば４×１０10 [atoms/s]以上の流量や３×１０12[atoms/m3]以上の密度で水素ラジカルを導入する必要があると考えられるが、非特許文献８では水素ラジカルの量がこれに満たなかったために水素ラジカルの付着が確認されなかったものと考えられる。
［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例であるイオントラップ飛行時間型質量分析装置について、図７、図８を参照して説明する。
図７は第２実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図であり、図１に示した第１実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置と同じ構成要素には同じ符号を付している。図１と図７を比べれば分かるように、この第２実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置はＨＡＤ法によるイオン解離を行うための水素ラジカル照射部５を備えず、電子照射部７からの電子照射により価数を増加させるとともにイオン解離も実施している。
即ち、この第２実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置では、イオントラップ２内に、特定の質量電荷比を有するプリカーサイオンを選択的に捕捉したあと、ガス供給部６からイオントラップ２内にクーリングガスを導入し、プリカーサイオンをクーリングする。そして、電子照射部７からイオントラップ２内に所定時間、高エネルギーの電子を照射することにより、プリカーサイオンの価数を増加させつつ、その価数が増加したイオンを電子の作用によって解離させる。このように、高エネルギーの電子の照射によりプリカーサイオンを解離させる手法は電子誘起解離（ＥＩＤ）法と呼ばれる。
また、第２実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置のデータ処理部１０は、スペクトルライブラリ１２が保存された記憶部１１と、機能ブロックであるスペクトルデータ照合部１３を備えており、入力部１４と表示部１５とが接続されている。スペクトルライブラリ１２には、既知の複数の化合物のそれぞれについて、電子イオン化法により生成されたイオンを質量分析することにより得られるマススペクトルデータが収録されている。
図８（ａ）は、イオントラップ２内の１価のリン酸ペプチドイオン（スレオニン１箇所がリン酸化：ｐＴ）に対し２５０msの期間、電子照射（照射電子エネルギー：５００eV）を行ったあと質量分析を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトルである。図８（ａ）を見れば分かるように、電子イオン化法と同様のメカニズムでプリカーサイオンの価数が増加した２価イオン（ＭＨ+2）が観測されるとともに、多種類のプロダクトイオンが十分な強度で観測されている。プロダクトイオンがａ／ｃ／ｘ／ｚ系列であることから、ＨＡＤ法、ＥＴＤ法、ＥＣＤ法等と同様に不対電子誘導型の解離が生じていると推定される。また、大半のプロダクトイオンはリン酸が結合した状態であり、解離に伴う修飾物の脱離も殆ど生じていない。ただし、上述したように、ＥＣＤ法で使用される照射電子とはエネルギーが大きく相違しており、ＥＣＤ法による解離とは異なるメカニズムであることは明らかであるといえる。
ここでは、プロダクトイオンの収集効率は３０％近くと非常に高く、従来の磁場閉込め型ＦＴ−ＩＣＲイオントラップを用いた場合に報告されている（非特許文献３、４参照）プロダクトイオンの収集効率よりも１桁程度高い。この差は、磁場閉込め型ＦＴ−ＩＣＲイオントラップと電場閉込めを利用したデジタル駆動方式の３次元四重極型イオントラップとの仮想ポテンシャルの差によると考えられる。
このように、プリカーサイオンの価数を増加させたあとのイオン解離は、電子照射によっても行うことができる。この場合、電子照射部７のみで価数増加とイオン解離とを実現することができるので、構成をかなり簡素化することができる。
また、図８（ｂ）は、ＭＡＬＤＩ法によりイオン化しイオントラップ２内に捕捉した、１価の低分子化合物であるクエルセチン（Quercetin）に対して電子照射を行ったあと質量分析を行うことで得られたＭＳ／ＭＳスペクトルである。図８（ｂ）に示すＭＳ／ＭＳスペクトルから、ペプチドイオンのような高分子化合物だけでなく、低分子化合物に対しても多数の開裂イオンピークが検出できており、本実施例の方法が有効であることが分かる。
第２実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置では、図８に示すようなマススペクトルが得られると、スペクトルデータ照合部１３は、記憶部１１内のライブラリ１２に収録された既知の化合物のマススペクトルデータとの一致度（マスピークの位置の質量電荷比やマスピークの強度比等の一致度）を求める。そして、その一致度が高い順に所定数の化合物を抽出し、それらの化合物名とマススペクトルを表示部１５に表示する。なお、スペクトルデータ照合部１３は、イオン検出器４により得られたマススペクトルデータと、ライブラリ１２に収録された既知の化合物のマススペクトルデータとを照合する際に、所定範囲の質量誤差を許容してマスピークの位置（質量電荷比）の一致／不一致を判定する。所定範囲の質量誤差は、予め装置に記憶されている質量誤差の範囲としてもよく、都度、使用者が入力部１４を通じて質量誤差の範囲を入力することにより設定するようにしてもよい。
ＥＩＤ法によるプリカーサイオンの解離は、ガスクロマトグラフ質量分析装置等において広く用いられている電子イオン化（ＥＩ＝Electron Ionization）法による試料成分のイオン化と類似のメカニズムを用いたものである。従って、ＥＩＤ法を用いてプリカーサイオンを解離させるとＥＩ法で生成されるイオンと類似の系統のイオンを生成することができる。また、ＥＩＤ法では、プリカーサイオンの価数を問わず高い効率でイオンを解離させることができる。さらに、試料成分を直接イオン化するのではなく、イオン源で試料成分から生成された（プリカーサ）イオンを開裂させるものであるため、イオン源の種類を問わず、ＥＩ法により生成されるイオンと同様のイオンが高い効率で生成される。
ＥＩ法は古くから実用化されており、そのライブラリには多数の既知の化合物のマススペクトルデータが収録されている。第２実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置では、イオン源１により生成でイオン化された試料成分を解離させて取得したマススペクトルデータを、スペクトルライブラリ１２に収録されたマススペクトルデータと照合する。従って、タンパク質やペプチドのように、ＭＡＬＤＩイオン源等の特定のイオン源でなければイオン化が困難な生体試料由来の化合物についても網羅的な構造解析を行うことができる。
本発明者は、図８(b)に示したクエルセチンのＭＳ／ＭＳスペクトルを、電子イオン化（ＥＩ）法を用いた解析用に作成された市販のスペクトルライブラリ（ＮＩＳＴ １４）に収録されたマススペクトルと照合するスペクトルマッチングを行った。このライブラリには、クエルセチンと精密質量（302.042653Da）が全く同じであり、ヒドロキシル基の結合位置だけが異なる構造異性体のフラボノイドのマススペクトルも収録されているが、図８(b)のＭＳ／ＭＳスペクトルのスペクトルマッチングでは、正しい化合物であるクエルセチンが最大スコアとなった。つまり、本実施例のようにＥＩＤ法を用いてプリカーサイオンを解離させることにより得られるＭＳ／ＭＳスペクトルを、ＥＩ法用に作成されたスペクトルライブラリに収録されたマススペクトルと照合することにより、化合物を正確に同定できることが分かった。
上記実施例はいずれも一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
第１実施例ではＨＡＤ法を用いる例を説明したが、例えば、ＨＡＤ法とイオン解離のメカニズムがほぼ同じであるＥＣＤ法、ＥＴＤ法でも上記と同様の効果が得られることは明らかである。また、ＣＩＤ法、ＩＲＭＰＤ法、ＵＶＰＤ法などの解離法でも一般に、プリカーサイオンの価数が高いほうが解離効率が高い。したがって、こうしたイオン解離法を用いてプリカーサイオンを解離させるイオントラップを搭載した質量分析装置にも本発明を適用できることは当然である。
また、上記の各実施例の質量分析装置においては、クーリングガスとして不活性ガスを使用するのが一般的であるが、第１実施例では、クーリングガスとして水素ガスを利用するか或いは水素ガスを混入させることで付加的な効果を持たせることもできる。
電子照射によって価数が増加したプリカーサイオンはラジカル種［Ｍ＋ｎＨ］(n+1)+*であるため不安定である。本発明者の検討によれば、こうした状態にあるプリカーサイオンが捕捉されているイオントラップ内に水素ラジカルを導入すると、水素ラジカルがプリカーサイオンに付着するという現象が起こることが判明した。その結果、ラジカル種であるプリカーサイオンは化学的に安定な非ラジカル種のイオン［Ｍ＋ｎＨ］(n+1)+になる。ＨＡＤ法、ＥＴＤ法、ＥＣＤ法などによるイオン解離の場合、電子や水素ラジカルがラジカル種であるプリカーサイオンに付着すると、該プリカーサイオンは逆にラジカル種でなくなり解離しにくくなるおそれがある。
それに対し、上述したように価数増加によりラジカル種になったプリカーサイオンを水素ラジカルの作用で一旦安定化させると、イオン解離のための電子や水素ラジカルの作用でラジカル種になり解離が起こり易くなる。それによって、プロダクトイオンの生成効率が向上する。
図９は、第１実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置において、イオントラップ２に保持したペプチドイオンに高エネルギーの電子を照射して得られた結果であり、価数が増加したラジカルイオン［Ｍ＋Ｈ］2+*が生成されていることが分かる。
図１０（ｂ）は、電子イオン化して得たラジカル価数増加イオン［Ｍ＋Ｈ］2+*に対して、特許文献１に記載の指向性を持つ高温の水素ラジカル（２３００Ｋ）を照射して得られた結果である。図１０（ａ）に示す、電子照射のみにより得られた結果との比較から分かるとおり、通常のＨＡＤ測定と同様に、水素ラジカルの付着と引き抜きによって複雑にイオンが分布していることが分かる。図１０（ｂ）では非ラジカルイオンとラジカルイオンが混在しており、これをＣＩＤなどで開裂するとラジカル誘起解離と熱的な解離の複雑な開裂ピークが生じるため解析が困難である。
通常、水素ラジカルを非ラジカルイオンに付着もしくはイオンから引き抜くためには、上記のような高温の水素ラジカルを用いる必要がある。しかし、本発明者は、ラジカルイオンに対しては低温の水素ラジカルであっても十分に付着することを実験的に見出した。
図１１は、第１実施例のイオントラップ飛行時間型質量分析装置において、イオントラップ２に保持したペプチドイオンに電子を照射することにより得られた価数増加ラジカルイオン［Ｍ＋Ｈ］2+*に、室温程度の低温の水素ラジカルを照射した結果であり、明確な+1Daの非ラジカルの価数増加イオンが得られていることが分かる。このように、低温の水素ラジカルを照射することで、非ラジカルの価数増加イオンを選択的に生成することができる。
この測定では、特許文献１に記載のような熱解離源で生成される、指向性を持つ高温の水素ラジカルを照射する代わりに、図１に示すように、タングステンフィラメント５５をイオントラップ２の近傍に設置し、当該フィラメント５５に電流を印加して加熱することによりフィラメント５５の表面近傍で生成した指向性のない水素ラジカルを照射した。このような指向性のない水素ラジカルはイオントラップ２の中心に輸送されるまでにイオントラップ２の壁面などに接触して冷却され、室温程度に低下する。水素ラジカルは、それ自身が供給される流路の壁面等との接触などによっても冷却されうる。水素ラジカルの温度は、特許文献１に記載のものよりも低い温度（例えば２０００℃以下）であればよく、これにより従来よりも解析が容易なスペクトルを得ることができる。
また、発明者らが別途行った検証では、水蒸気や水素ガスを高周波放電することにより生成される水素ラジカルの温度は、熱解離源により生成される水素ラジカル温度よりも低く、高周波放電により生成したラジカルを直接照射することによっても上記同様の効果が得られることが分かった。一般に、高周波放電の周波数が高くなるほどラジカル温度は低下するため、RF周波数以上の周波数の高周波放電により放電させることにより水素ラジカルを生成することが好ましく、マイクロ波帯域以上の周波数の高周波放電により水素ラジカルを生成することがより好ましい。また、容量結合型の高周波放電よりも誘導結合型の高周波放電の方が、生成されるラジカル温度が低いことから、誘導結合型の高周波放電を用いると良い。
また、イオントラップ２に保持したイオンに電子を照射することによってプリカーサイオンの価数を増加させたあとにＣＩＤ法によるイオン解離を行う構成としたとき、次のような解析を行うこともできる。
クーリングガスとして通常の、つまりはＨ2ガスを含まない不活性ガスを用いた場合、図９に示したように、電子の照射により価数が増加したプリカーサイオンはラジカル種であり、これをＣＩＤ法により解離させると、主としてａ／ｘ、ｃ／ｚ系列のプロダクトイオンが生成される。一方、クーリングガスとしてＨ2ガスを用い（又はＨ2ガスを含む不活性ガスを用い）、これを上述のようにフィラメントに接触させる等の方法でラジカル化して生成した低温の水素ラジカルをイオントラップ２内に導入すると、図１１に示したように、価数が増加したプリカーサイオンは非ラジカル種となり、これをＣＩＤ法により解離させると、主としてｂ／ｙ系列のプロダクトイオンが生成される。即ち、水素ラジカルの照射の有無で、解離により得られるプロダクトイオンの系列が相違する。そこで、水素ラジカルを照射したＭＳ／ＭＳスペクトルと水素ラジカルを照射しないＭＳ／ＭＳスペクトルとの両方を取得し、その二つのＭＳ／ＭＳスペクトルを相補的に利用して（例えばマージして）構造解析を行うとよい。これにより、得られるプロダクトイオンの種類が増えるので、ペプチドの構造解析が容易になる。
なお、上記の各実施例の質量分析装置ではＭＡＬＤＩイオン源を用いていたが、イオン化法の方式を問わないことは当然である。また、イオントラップは３次元四重極型の構成でなく、リニアイオントラップでもよい。
さらにまた、上記の各実施例は本発明の一例にすぎないから、上記記載の点以外で、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。
１…イオン源
２…イオントラップ
２１…リング電極
２２、２４…エンドキャップ電極
２３…イオン導入孔
２５…イオン射出孔
２６…ラジカル粒子導入口
３…飛行時間型質量分離部
４…イオン検出器
５…水素ラジカル照射部
５１…水素ガス供給源
５２…バルブ
５３…ノズル
５４…スキマー
５５…フィラメント
６…ガス供給部
６１…ガス供給源
６２…バルブ
６３…ガス導入管
７…電子照射部
８…トラップ電圧発生部
９…制御部
１０…データ処理部

Claims (19)

  1. 試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析装置であって、
    a)試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する四重極型のイオントラップと、
    b)前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、１００eV以上のエネルギーを有する電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させる電子照射部と、
    c)前記電子照射部による電子の照射を行った後に、電子と相互作用を生じたイオンを解離させる解離促進部と、
    を備えることを特徴とするイオン分析装置。
  2. 試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析装置であって、
    a)試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する四重極型のイオントラップと、
    b)前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させる電子照射部と、
    c)前記電子照射部による電子の照射を行った後に、電子と相互作用を生じたイオンを解離させる解離促進部と、
    を備えることを特徴とするイオン分析装置であって、
    前記解離促進部は不対電子誘導型の解離法によりイオンを解離させるものであることを特徴とするイオン分析装置。
  3. 請求項１又は２に記載のイオン分析装置であって、
    前記電子照射部による電子照射時又は電子照射後に前記イオントラップに水素ラジカルを導入するための水素ラジカル供給部をさらに備えることを特徴とするイオン分析装置。
  4. 請求項３に記載のイオン分析装置であって、
    前記水素ラジカル供給部が、マイクロ波放電により水素ラジカルを生成するものであることを特徴とするイオン分析装置。
  5. 請求項３に記載のイオン分析装置であって、
    前記水素ラジカル供給部が、誘導結合型の高周波放電により水素ラジカルを生成するものであることを特徴とするイオン分析装置。
  6. 請求項３に記載のイオン分析装置であって、
    前記水素ラジカルを、該水素ラジカルが供給される流路、あるいは前記イオントラップの壁面に衝突させることにより冷却することを特徴とするイオン分析装置。
  7. 請求項３に記載のイオン分析装置であって、
    前記水素ラジカルの温度が２０００℃以下であることを特徴とするイオン分析装置。
  8. 請求項１に記載のイオン分析装置であって、
    前記解離促進部は不対電子誘導型の解離法又は衝突誘起解離法によりイオンを解離させるものであることを特徴とするイオン分析装置。
  9. 請求項１又は２に記載のイオン分析装置であって、
    前記イオントラップの内部のガス圧が１×１０-3[Pa]以上になるように該イオントラップの内部に所定のガスを導入するガス供給部をさらに備えることを特徴とするイオン分析装置。
  10. 請求項１に記載のイオン分析装置であって、
    前記イオントラップで生成されたプロダクトイオンを質量分析する質量分析装置において、
    前記解離促進部は衝突誘起解離法によりイオンを解離させるものであり、前記イオントラップの内部に水素ラジカルを導入したときのプロダクトイオンスペクトルと、該イオントラップの内部に水素ラジカルを導入しないときのプロダクトイオンスペクトルとを取得し、それらのプロダクトイオンスペクトルを利用して試料中の成分を解析することを特徴とするイオン分析装置。
  11. 試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析装置であって、
    a)試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する四重極型のイオントラップと、
    b)前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、１００eV以上のエネルギーを有する電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させる電子照射部と、
    c)前記電子の照射により解離したイオンを質量分析してマススペクトルデータを取得する質量分析部と、
    d)複数の既知の化合物について、電子イオン化法により生成したイオンを質量分析することにより得られるマススペクトルデータが収録されたライブラリと、
    e)前記質量分析部で得られたマススペクトルデータを前記ライブラリに収録された前記既知の化合物のマススペクトルデータと照合するマススペクトルデータ照合部と
    を備えることを特徴とするイオン分析装置。
  12. 請求項１１に記載のイオン分析装置であって、
    前記マススペクトルデータ照合部が、質量分析部で得られたマススペクトルデータを前記ライブラリに収録された前記既知の化合物のマススペクトルデータと照合する際に、予め決められた範囲の質量誤差を許容してマスピークの位置の一致／不一致を判定する
    ことを特徴とするイオン分析装置。
  13. 請求項１、２又は１１に記載のイオン分析装置であって、
    前記イオントラップの内部にイオンを捕捉する電場を形成するために、該イオントラップを構成する少なくとも一つの電極に矩形波状の高周波電圧を印加する電圧発生部をさらに備えることを特徴とするイオン分析装置。
  14. 請求項１、２又は１１に記載のイオン分析装置であって、
    前記イオントラップの内部にイオンを捕捉するための電圧が印加される、該イオントラップを構成する電極と前記電子照射部との電位差が矩形波状となるような高周波電圧を、該電子照射部に印加する電圧発生部をさらに備えることを特徴とするイオン分析装置。
  15. 請求項１、２又は１１に記載のイオン分析装置であって、
    前記電子照射部は、前記イオントラップを構成する少なくとも一つの電極の内面に電子を照射し、その電子に応じて該電極の内面から放出される二次電子をイオンに照射するものであることを特徴とするイオン分析装置。
  16. イオントラップの内部に捕捉した試料成分由来のイオンを解離させるイオン解離方法であって、
    四重極型のイオントラップの内部に高周波電場の作用により捕捉されている解離対象のイオンに１００eV以上のエネルギーを有する電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させるとともに、その電子の照射と同時に又は該電子の照射の直後に、電子と相互作用を生じたイオンを所定の手法で解離させることを特徴とするイオン解離方法。
  17. イオントラップの内部に捕捉した試料成分由来のイオンを解離させるイオン解離方法であって、
    四重極型のイオントラップの内部に高周波電場の作用により捕捉されている解離対象のイオンに電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させるとともに、該電子の照射の直後に、電子と相互作用を生じたイオンを不対電子誘導型の解離法で解離させることを特徴とするイオン解離方法。
  18. 試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析方法であって、
    a)四重極型のイオントラップに試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する捕捉ステップと、
    b)前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、１００eV以上のエネルギーを有する電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させる電子照射ステップと、
    c)前記電子照射ステップ後に、電子と相互作用を生じたイオンを解離させる解離促進ステップと、
    を備えることを特徴とするイオン分析方法。
  19. 試料成分由来のイオンをイオントラップの内部で解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを分析するイオン分析方法であって、
    a)四重極型のイオントラップに試料成分由来のイオンを高周波電場の作用により捕捉する捕捉ステップと、
    b)前記イオントラップに捕捉されている解離対象であるイオンに、３０eV以上のエネルギーを有する電子を照射することにより前記イオンの価数を増加させる電子照射ステップと、
    c)前記電子照射ステップ後に、電子と相互作用を生じたイオンを不対電子誘導型の解離法により解離させる解離促進ステップと、
    を備えることを特徴とするイオン分析方法。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201802917D0 (en) 2018-02-22 2018-04-11 Micromass Ltd Charge detection mass spectrometry
US11882438B2 (en) * 2018-10-29 2024-01-23 Zorday IP, LLC Network-enabled electronic cigarette
WO2020202455A1 (ja) * 2019-04-02 2020-10-08 株式会社島津製作所 イオン分析装置
JP7109026B2 (ja) * 2019-04-17 2022-07-29 株式会社島津製作所 イオン分析装置
JP7142867B2 (ja) * 2019-07-19 2022-09-28 株式会社島津製作所 イオン分析装置
JP7215589B2 (ja) * 2019-09-27 2023-01-31 株式会社島津製作所 イオントラップ質量分析計、質量分析方法および制御プログラム
WO2021181628A1 (ja) * 2020-03-12 2021-09-16 株式会社島津製作所 イオン分析装置
US11842891B2 (en) 2020-04-09 2023-12-12 Waters Technologies Corporation Ion detector
JP7409260B2 (ja) * 2020-08-19 2024-01-09 株式会社島津製作所 質量分析方法及び質量分析装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511575B1 (en) * 1998-11-12 2003-01-28 Canon Kabushiki Kaisha Treatment apparatus and method utilizing negative hydrogen ion
JP3536029B2 (ja) * 1999-12-02 2004-06-07 株式会社日立製作所 イオントラップ質量分析方法およびイオントラップ質量分析計
CA2340150C (en) * 2000-06-09 2005-11-22 Micromass Limited Methods and apparatus for mass spectrometry
CA2441776A1 (en) * 2001-03-22 2002-10-03 Syddansk Universitet Mass spectrometry methods using electron capture by ions
DE10213652B4 (de) * 2002-03-27 2008-02-21 Bruker Daltonik Gmbh Verfahren zur Bestrahlung von Ionen in einer Ionenzyklotronresonanz-Falle mit Elektronen und/oder Photonen
US7202473B2 (en) * 2003-04-10 2007-04-10 Micromass Uk Limited Mass spectrometer
US7550718B2 (en) * 2003-05-30 2009-06-23 Purdue Research Foundation Process for increasing ionic charge in mass spectrometry
JP4275545B2 (ja) * 2004-02-17 2009-06-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置
GB0404106D0 (en) * 2004-02-24 2004-03-31 Shimadzu Res Lab Europe Ltd An ion trap and a method for dissociating ions in an ion trap
GB2414855A (en) 2004-03-30 2005-12-07 Thermo Finnigan Llc Ion fragmentation by electron capture
DE102005005743B4 (de) * 2005-02-07 2007-06-06 Bruker Daltonik Gmbh Ionenfragmentierung durch Beschuss mit Neutralteilchen
DE102008023693A1 (de) * 2008-05-15 2009-11-19 Bruker Daltonik Gmbh 3D-Ionenfalle als Fragmentierungszelle
EP2309531B1 (en) * 2008-06-20 2017-08-09 Shimadzu Corporation Mass spectrometer
JP5039656B2 (ja) * 2008-07-25 2012-10-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置および質量分析方法
US8158934B2 (en) * 2009-08-25 2012-04-17 Agilent Technologies, Inc. Electron capture dissociation apparatus and related methods
JPWO2012124020A1 (ja) * 2011-03-11 2014-07-17 株式会社島津製作所 質量分析装置
US9595426B2 (en) 2011-10-07 2017-03-14 Shimadzu Corporation Method and system for mass spectrometry data analysis
JP5831347B2 (ja) * 2012-04-24 2015-12-09 株式会社島津製作所 質量分析装置及び質量分析方法
FR3007524B1 (fr) * 2013-06-24 2017-12-29 Institut National De La Rech Agronomique - Inra Systeme et procede de detection et de quantification par spectrometrie de masse et par activation d'especes moleculaires ionisees
JP6229790B2 (ja) 2014-03-04 2017-11-15 株式会社島津製作所 イオン分析装置
CN106415260B (zh) * 2014-06-13 2021-04-06 Dh科技发展私人贸易有限公司 使用质谱分析法分析脂质的方法
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