WO2006049064A1

WO2006049064A1 - 質量分析方法

Info

Publication number: WO2006049064A1
Application number: PCT/JP2005/019728
Authority: WO
Inventors: Shinichi Yamaguchi; Yusuke Inohana
Original assignee: Shimadzu Corporation
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US7544931B2; JP4324702B2; JPWO2006049064A1; US20080121793A1

Abstract

　或る試料の質量分析に際し、開裂で生じた娘イオンの質量数から組成の候補Ｙを導出し（Ｓ６～Ｓ９）、その候補Ｙの数が所定値を超えている場合には（Ｓ１０でＮｏ）更に開裂操作の段数を１段増加させて（Ｓ１６）再び娘イオンの質量分析を行う。候補数が所定値以下であったならば、各分析の前後の娘イオンの質量数の差を求め（Ｓ１１）、その質量数差から各脱離イオンの組成の候補Ｚを求め（Ｓ１２）、この候補Ｚと候補Ｙとを利用して親イオンの質量数から導出された組成式の候補Ｘを絞り込み（Ｓ１３）、唯一又は所定個数以下に絞り込めたならばその結果を出力する（Ｓ１４、Ｓ１５）。これにより、分子量が大きな試料の分子構造や組成を解析する際に、候補の数をできるだけ絞って有用な情報をユーザーに提供することができる。

Description

明細書

質量分析方法

技術分野

[0001] 本発明は質量分析装置による質量分析方法に関し、更に詳しくは、分析対象であるイオンを開裂させて発生した娘イオンを分析することが可能な質量分析装置を用いた質量分析方法、特に分子の組成や構造を解析する方法に関する。

背景技術

[0002] イオントラップ型質量分析装置などを用いた質量分析にお!ヽては MSZMS分析 ( タンデム分析）という手法が知られている。一般的な MSZMS分析では、まず分析対象物から目的とする特定の質量数 (質量 Z電荷)を有するイオンを前駆イオン (親イオン）として選別し、その選別した前駆イオンを CID (Collision Induced Dissociation ：衝突誘起分解）によって開裂させ、開裂イオンを生成する。その後、開裂によって生成した娘イオンを質量分析することによって、目的とするイオンの質量や化学構造につ!、ての情報を取得することができる。

[0003] 近年、こうした装置で分析しょうとする試料はますます分子量が大きくなり、構造 (組成)も複雑になる傾向にある。そのため、試料の性質によっては、一段階の開裂操作だけでは十分に小さな質量までイオンが開裂しない場合がある。そうした場合には、開裂の操作を複数回 (n—1回)繰り返し、最終的に生成した娘イオンを質量分析する MSⁿ分析が行われることもある（例えば特許文献 1、 2など参照)。なお、上記のような 1回の開裂操作による娘イオンの質量分析は MS²分析である。

[0004] こうした MSⁿ分析では、基本的に、親イオンの質量数力推定される元素の組み合わせによる組成式と娘イオンの質量数力推定される元素の組み合わせとの両方を用いて、元の試料の分子構造や組成の候補を絞る。しかしながら、或る程度の高い精度で質量数を算出することが可能な装置であっても、分子量が大きくなるほど推定される候補の数が多くなり、最終的に目的試料の組成を決定することが非常に困難になるという問題がある。

[0005] 特許文献 1 :特開平 10— 142196号公報特許文献 2：特開 2001— 249114号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 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、特に大きな分子量を持つ試料の分子構造や組成の解析を行う際に、そうした解析を容易に且つ正確に行うことができる質量分析方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために成された本発明の第 1の態様に係る質量分析方法は、分析対象である試料に由来する親イオンを n— l (n≥3)段階に開裂させ、該開裂によって発生した娘イオンを質量分析する MS¹^祈が可能な質量分析装置を用い、前記試料の分子構造や組成の解析を行う質量分析方法であって、

a)開裂操作を行わない MS¹分析により得られた親イオンの質量数に基づき、該親イオンに対応する成分の候補 Xを導出する候補 X導出ステップと、

b) MS^m (2≤m≤n)分析により得られた娘イオンの質量数に基づき、該娘イオンに対応する成分の候補 Yを導出する候補 Y導出ステップと、

c)前記候補 Yの数が所定値以下である場合に、 MS^P(p = 2〜m)分析にょり得られた娘イオンの質量数と MS^P_1分析により得られた親イオン又は娘イオンの質量数との差を算出するとともに、該質量数の差に対応した成分の候補 Zをそれぞれ導出する候補 Z導出ステップと、

d)少なくとも前記候補 Y、候補 Ζを利用して候補 Xの絞り込みを実行する絞り込みステツプと、を有し、

前記候補 Xの数が 1個又は所定の個数以下になるまで mを 2から最大 ηまで順次増カロさせてゆくことを特徴として！/、る。

[0008] また、上記課題を解決するためになされた本発明の第 2の態様のものは、分析対象である試料に由来する親イオンを η— 1 (η≥2)段階に開裂させ、該開裂によって発生した娘イオンを質量分析する MS¹^祈が可能な質量分析装置を用い、前記試料の分子構造や組成の解析を行う質量分析方法であって、

a) MS^m (l≤m≤n— 1)分析により得られた親イオン又は娘イオンの質量数に基づき、該親イオン又は娘イオンに相当する成分の組成候補 Xを導出するステップと、 b)前記親イオン又は娘イオンを 1回又は複数回開裂させる MS^P (p≥m+ 1)分析により得られた娘イオンの質量数に基づき、該娘イオンに対応する成分の候補 Yを導出する候補 Y導出ステップと、

c) MS^q(q = m+ l〜p)分析により得られた娘イオンの質量数と MS^q— ¹分析により得られた親イオン又は娘イオンの質量数との差を算出するとともに、該質量数の差に対応した成分の候補 Zをそれぞれ導出する候補 Z導出ステップと、

d)前記候補 Yと候補 Zの組み合わせ力成る候補 (Y+Z)を作成する候補 (Y+Z) 作成ステップと、

e)前記候補 Xと候補 (Y+Z)を比較することで候補 Xの絞り込みを行う絞り込みステップと、

を有することを特徴として、る。

上記課題を解決するためになされた本発明の第 3の態様のものは、分析対象である試料に由来する親イオンを n— l (n≥2)段階に開裂させ、該開裂によって発生した娘イオンを質量分析する MSⁿ分析が可能な質量分析装置を用い、前記試料の分子構造や組成の解析を行う質量分析方法であって、

a)上記親イオンに含まれ得る各原子の最大数及び最小数を記載した解析条件テ一ブルを作成する解析条件テーブル作成ステップと、

b) MS^m(2≤m≤n)分析により得られた娘イオンの質量数に基づき、該娘イオンに対応する成分の候補 Yを導出する候補 Y導出ステップと、

c) MS^m_1分析により得られた前記娘イオンの前駆イオンに相当するイオンの質量数と該娘イオンの質量数との差を算出するとともに、該質量数の差に対応した成分の候補 Zを導出する候補 Z導出ステップと、

d)候補 Y及び候補 Zに含まれる各原子の最小数を考慮して、上記解析条件テープルに記載された各原子の最小数を増加させる解析条件改定ステップ Aと、

e)前記前駆イオンの質量数に基づき、該前駆イオンに対応する成分の候補 Xを導出する候補 X導出ステップと、を有し、

上記候補 X導出ステップにお、て、解析条件改定ステップ Aにお、て改定された解析条件テーブルに記載された各原子の最小数及び最大数を候補 Xを導出する際の解析条件として利用することを特徴としている。

発明の効果

[0010] 本発明の第 1の態様に係る質量分析方法では、まず MS¹分析として開裂操作を行わずに目的試料に由来する親イオンの質量数を測定する。そして、候補 X導出ステツプにより、質量分析装置の質量精度や構成要素となり得る原子の種類、最大個数などの条件を考慮して、親イオン (つまり元の試料)の成分 (組成)の候補 Xを挙げる。質量分析装置の質量精度がきわめて高ければ、親イオンの成分の候補 Xを容易に絞ることができるが、多くの場合、そこまでの質量精度はないため、多数の候補 Xが挙げられる。そこで、次に n= 2として 1回のみ開裂操作を行う MS²分析を実行し、娘イオンの質量数を測定する。そして、候補 Y導出ステップにより、この娘イオンの質量数から該娘イオンの成分の候補 Yを挙げる。

[0011] 娘イオンは親イオンの開裂により生じたものであるから、その質量数は親イオンの質量数よりも小さくなる。しかしながら、元の試料の分子量が大きい場合、娘イオンの質量数が親イオンの質量数に比べて十分に小さくなるまで候補 Yの数を十分に絞ることは困難である。また、娘イオンに対する候補 Yの数が多い場合、親イオンに対する候補 Xを絞ることも困難である。換言すれば、 m=4、 5、…と大きくしてゆき、娘イオンの質量数自体が或る程度小さくなると、候補 Yの数を力なり絞ることが可能である。そこで、娘イオンに対する候補 Yの数が所定値以下になるまで mを順次増力！]させ、つまりは開裂操作の段数を増加させてゆき、娘イオンに対する候補 Yの数が所定値以下になったならば、候補 Z導出ステップにより、開裂による脱離イオンに対する候補 Zを求め、絞り込みステップにより、候補 Y、候補 Ζを利用して候補 Xの絞り込みを行う。そして、親イオンに対する候補 Xが 1個又は所定個数以下にまで絞り込めたならば、分析を終了して求まった候補 Xをユーザーに提示する。

[0012] mが或る値であるときに候補 Υ導出ステップによる候補 Υの数が所定値を超えてヽた場合、候補 Z導出ステップ及び絞り込みステップを実行してもよいが、上述したように候補 Xを絞り込める可能性は非常に小さいので実質的には実行しても意味がない。そこで、好ましくは、候補 Y導出ステップによる候補 Yの数が所定値を超えていた場合には、候補 Z導出ステップ及び絞り込みステップを実行せずに mを増加させて候補

Y導出ステップを実行するようにするとよい。これにより、無駄な処理動作を省いて結果を迅速に出すことができる。

[0013] このようにして本発明に係る質量分析方法によれば、目的試料の分子量が大き!/、ような場合であっても、その試料の分子構造や組成を推定するために有用な情報をュ一ザ一に確実に且つ迅速に提供することができる。

[0014] また、本発明の第 2の態様に係る質量分析方法は、目的とするイオンを 1回又は複数回開裂させることによって生じた娘イオン及び脱離イオンの組成候補である候補 Y 及び候補

Zを用いた該目的イオンの組成候補 Xの絞り込み方法に関するものである。

[0015] まず、候補 X導出ステップによって、目的とするイオンの質量数力上述のような所定の解析条件の下で該イオンに相当する成分の候補 Xを導出する。ここで、目的とするイオンとは、試料を開裂操作を行わな!/ヽ MS¹分析で分析することで得られたィォン (親イオン)であってもよぐ該親イオンを 1回又は複数回開裂させて得られた娘ィォンであってもよい。次に、候補 Y導出ステップによって、上記目的イオンを 1回又は複数回開裂させて得られた娘イオンの質量数カゝらその組成式候補 Yを導出する。その後、候補 Z導出ステップによって、上記目的イオンから上記娘イオンを得るまでの 1回又は複数回の各開裂操作の前後におけるイオンの質量数差を求め、該質量数差に基づいて各開裂による脱離イオンの候補 Zをそれぞれ導出する。

[0016] 続、て、候補 (Y+Z)作成ステップによって、上記候補 Yに含まれる全ての組成候補と上記候補 Zに含まれる全ての組成候補とを組み合わせることによって候補 (Y+Z )を作成し、その後、絞り込みステップにおいて該候補 (Y+Z)と上記候補 Xとを比較することで候補 Xの絞り込みを行う。

[0017] このように、本発明の第 2の態様に係る質量分析方法によれば、目的イオンについて多数の候補 Xが得られた場合にも、候補 Yと候補 zとの組み合わせ力あり得なヽ候補を排除することができ、質量分析による測定物質の組成式の決定を容易に行うことがでさるよう〖こなる。

[0018] 一方、上記のように、質量数力イオンの組成式の候補を計算する際には、解析条件として質量分析装置の質量精度や親イオン (すなわち元の試料)の構成要素となり得る原子の種類や各原子の最大数等を利用するが、このような解析条件の幅が広い場合には、多数の候補 Xが挙げられてしまう。そこで、本発明の第 3の態様に係る質量分析方法は、開裂によって生じる娘イオンと脱離イオンの解析結果を利用して、親イオンの組成推定時における解析条件の絞り込みを行うものである。

[0019] まず、解析条件テーブル作成ステップにおヽて、親イオンの構成要素となり得る原子の種類と各原子の最大数及び最小数を記載した解析条件テーブルを作成する。次に、目的試料について、 1回又は複数回の開裂操作を含む MSⁿ分析を行い、各段階におけるマススペクトルを得る。そして、候補 Y導出ステップにより、 MS^m分析（2 ≤m≤n)によって得られた娘イオンの質量数から該娘イオンに対応する成分の組成式の候補 Yを計算すると共に、候補 Z導出ステップにより、開裂による脱離イオンの候補 Zを導出する。このとき、解析条件としては上記解析条件テーブルに記載された各原子の最大数等を利用することが望ましぐ更に、脱離イオンの候補 Zの組成推定にぉ、ては、解析条件テーブルに記載された各原子の最大数から上記娘イオンの候補 Yに含まれる各原子の最小個数を減じることで解析条件を更に絞り込むことが望ましい。これにより、候補 Z導出ステップにおける脱離イオンの候補 Zの数を少なくして、解析効率を更に向上させることができる。

[0020] なお、上記とは逆に、候補 Z導出ステップにおける解析結果を利用して候補 Y導出ステップにおける解析条件の絞り込みを行うようにしてもよい。この場合、上記解析条件テーブルに記載された各原子の最大数等を解析条件として候補 Z導出ステップを実行し、続いて、該解析条件テーブルに記載された各原子の最大数から該候補 Z導出ステップで得られた脱離イオンの候補 Zに含まれる各原子の最小個数を減じることで解析条件の絞り込みを行う。その後、該解析条件を用いて候補 Y導出ステップを実行することにより候補 Y導出ステップにおける娘イオンの候補 Yの数を少なくすることができる。

[0021] このようにして求められた候補 Y及び候補 Zから、上記娘イオンに含まれる各元素の最小数と脱離イオンに含まれる各元素の最小数が明らかになる。該娘イオンの前駆イオンに相当する MS^{m_ 1}分析における娘イオン又は親イオンには、少なくとも MS^m 分析で得られた娘イオンと脱離イオンのそれぞれに含まれる各元素の最小数を足し合わせた数の各原子が含まれることになる。そこで、解析条件改定ステップ Aにおいて、この値を親イオンに含まれ得る各原子の最小個数として解析条件テーブルに記載する。これにより、解析条件が絞り込まれるため、候補 X導出ステップにおいて、改定された解析条件テーブルに記載された各原子の最小数及び最大数を考慮して前記娘イオン及び脱離イオンの前駆イオンに相当する MS^m_1分析における娘イオン又は親イオンの組成候補を計算することで、得られる前駆イオンの組成候補 Xの数を制限することができる。従って、本発明の第 3の態様に係る質量分析方法によれば、より高効率且つ高精度な組成解析を実現することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明の一実施例による質量分析装置の概略構成図。

[図 2]本実施例による質量分析装置を利用した特徴的な解析処理動作の手順の一例を示すフローチャート。

[図 3]本実施例による質量分析装置を利用した特徴的な解析処理動作の手順の別の例を示すフローチャートの前半部分 (ステップ S21〜S30)。

[図 4]同フローチャートの後半部分 (ステップ S31〜S38)。

[図 5]図 2のフローチャートに沿った解析処理動作の具体例を示す模式図。

符号の説明

[0023] 1· ··イオン源

2· ··イオントラップ

21 · ··リング電極

22、 23· ··エンドキャップ電極

24…イオン捕捉空間

25…入射口

26· ··出射口

27…電圧発生部

28· ··ガス供給源

3- --TOFMS 31 · ··飛行空間

32…検出器

4…制御部

5…データ処理部

6…データベース

7…条件記憶部

発明を実施するための最良の形態

[0024] 本発明に係る質量分析方法により分析を実行する質量分析装置の一実施例について、図面を参照しながら説明する。

[0025] 図 1は本実施例の質量分析装置の概略構成図である。図 1におヽて、図示しな!ヽ真空室の内部には、イオン源 1、イオントラップ 2、及び飛行時間型質量分析器 (以下、 TOFMS (=Time Of Flight Mass Spectrometer)という） 3が配設されている。イオントラップ 2は、 1つのリング電極 21と 2つの互いに対向するエンドキャップ電極 22、 23により構成されている。リング電極 21には電圧発生部 27より高周波高電圧が印加され、リング電極 21と一対のエンドキャップ電極 22、 23とで囲まれる空間内に形成される四重極電場によってイオン捕捉空間 24を形成し、そこにイオンを捕捉する。一方、ェンドキャップ電極 22、 23にはそのときの分析モードに応じて適宜の補助交流電圧が電圧発生部 27より印加される。また、イオントラップ 2の内部には、イオン捕捉空間 24 に捕捉されているイオンの開裂を促進するために、ガス供給源 28から CIDガスが導入され得るようになつている。これらイオン源 1、 TOFMS 3,電圧発生部 27、ガス供給源 28等の動作は、 CPUを中心に構成される制御部 4により制御される。

[0026] 上記構成の質量分析装置では、イオン源 1にお!/ヽて目的試料をイオンィ匕し、発生したイオンを入射口 25を通してイオントラップ 2内部に導入する。イオントラップ 2では、リング電極 21及びエンドキャップ電極 22、 23により形成される電場によりイオンをィオン捕捉空間 24に一旦捕捉する。その後にガス供給源 28からイオントラップ 2内部に CIDガスを導入し、該ガスの分子にイオンを衝突させることでイオンの開裂を促進する。そして十分に開裂が行われた後に電極 21、 22、 23へ印加する電圧を変更し、イオントラップ 2内部にイオンを排出するような電場を形成してイオンを出射口 26を通して放出させる。イオントラップ 2から出たイオンは TOFMS3の飛行空間 31を飛行し、質量数に応じた飛行時間で以て検出器 32に到達する。検出器 32は順次到達するイオンの量に応じた検出信号を出力する。データ処理部 5はこの検出信号を受け取つて、マススペクトルを作成するとともに、このマススペクトルに現れているピークの質量数に基づきデータベース 6に保存されているライブラリを参照しながら、目的試料の分子構造や組成を推定する解析処理を実行する。

[0027] 本実施例の質量分析装置では、このような解析処理動作に大きな特徴を有して、る。この点について、まず図 2のフローチャートを参照しつつ、解析処理動作の手順の一例について説明する。

[0028] ユーザーの指示により分析が開始されると、制御部 4の制御の下に、まずイオントラップ 2内部での開裂操作を行わなヽ通常の質量分析 (MS¹分析)を実行する (ステツプ Sl)。即ち、イオン源 1で発生したイオンをイオントラップ 2内部にー且捕捉した後、 CIDガスをイオントラップ 2内部に導入することなぐ所定のタイミングでイオンを出射口 26を通して出射させて TOFMS3で質量分析し、質量数データを取得する (ステツプ S2)。データ処理部 5はこの質量数データからマススペクトルを作成し、マススぺクトル中に現れて、るピークの中で目的試料に由来するイオン (親イオン)のピークを見つけてその質量数 Pを算出する (ステップ S3)。

[0029] 次に、データ処理部 5は、データベース 6を参照して親イオンの質量数 P力所定の解析条件の下で組成式の候補 Xを計算する (ステップ S4)。ここで解析条件とは、例えば目的試料の種類などに応じて選択された構成要素となり得る原子 (元素)の種類やその原子の最大個数、質量分析の質量精度などである。この解析条件によって或る程度は候補の数を制限することができる。但し、解析条件を厳しくしすぎると実際の組成式が候補力漏れるおそれがあるため、解析条件は或る程度緩めにしておく必要がある。そのため、特に目的試料の分子量が大きい場合には、親イオンの質量数に基づく候補の数が多くなりすぎることが多、。

[0030] そこで、次に制御部 4の制御の下に、分析繰り返し回数変数 nを 2に設定して MSⁿ 分析を実行する (ステップ S5、 S6)。即ち、上記 MS¹分析時と同じ目的試料をイオン源 1でイオンィ匕してイオントラップ 2内部に導入し、今度はイオントラップ 2の内部で 1 回の開裂操作を実行し、その開裂によって発生した娘イオンを TOFMS3で質量分析する（MS²分析)。これにより、 MS²分析による娘イオンの質量数データが得られるから、データ処理部 5ではこのデータに基づいてマススペクトルを作成し、マススぺクトル中に現れているピークの中で娘イオンのピークを見つけてその質量数 d を算出 n-1 する（ステップ S7、 S8)。そして、データベース 6を参照して娘イオンの質量数 d 力 n-l ら所定の解析条件の下で娘イオンの組成式の候補 Yを計算する (ステップ S9)。ここで解析条件は上記の親イオンに対する処理時と同一とするのが一般的である力過去の分析結果に基づく知見など力解析条件を適宜変更してもよい。

[0031] 次に上記の候補 Yの数が所定値以下である力否かを判定し (ステップ S 10)、所定値を超えている場合には後述するステップ S 16へと進む。他方、候補 Yの数が所定値以下である場合には、これまでの分析の前後で求まった質量数の差 f 、つまり n= m

2であるときには MS¹分析と MS²分析との結果である親イオンの質量数 Pと娘イオンの質量数 dとの質量数差 f を計算し (ステップ SI 1)、データベース 6を参照して所定

1 1

の解析条件の下でその質量数差 f に対応した脱離イオンの組成式の候補 zを計算

1

する (ステップ S12)。その後に、所定のアルゴリズムに従って、上記組成式の候補 Y 、 Zを利用して、親イオンに対する組成式の候補 Xの絞り込みを行い (ステップ S13)、唯一又は所定個数以下の候補に絞られた力否かを判定する (ステップ S 14)。ここで所定個数とは適宜に決めることができるが、ユーザーに適切な情報を提供するという意味では多くても数個程度、通常は 2〜3個程度としておくとよい。ステップ S 14で適切な絞り込みが為されたと判断されると、その結果を表示画面などを通して出力する (ステップ S 15)。

[0032] ステップ S 14で唯一の又は所定個数以下の候補の絞り込みができな力つたと判定された場合には、分析繰り返し回数変数 nをインクリメントして (ステップ S 16)ステップ S6へと戻る。また、上述したようにステップ S 10で候補 Yの数が所定値を超えていた場合にもステップ S16を介してステップ S6へと戻る。ステップ S6〖こ戻ると、制御部 4の制御の下に、上述したようにイオントラップ 2内部での開裂操作の回数を増加し、例えば n= 3であれば 2回の開裂操作を行って、それ結果生成された娘イオンの質量分析を実行する。そして、上述したような手順でそれ以降の処理を遂行する。 [0033] 試料の分子量が大きい場合、開裂操作の回数が少ない間は、その試料に由来する娘イオンの質量数に基づく組成式の候補の数を絞ることは難、が、開裂操作の回数が増カロして来ると、娘イオンの質量数自体が力なり小さくなるため、候補数を絞ることが容易になる。従って、ステップ S10で YESと判定される確率が高くなる。また、その場合には、質量数差 f に基づく脱離イオンの数も増加するため、親イオンの組 m

成式の候補を絞る際に利用し得るデータが増える。そのため、親イオンの組成式の候補 Xの絞り込みが容易になる。従って、この方法によれば、試料の分子量が大きい場合であっても開裂操作の回数を増力！]させてゆく過程で、高い確率で以て唯一又はユーザーが容易に判断できる程度の少数の組成式の候補を決定することができる。

[0034] なお、上述のように娘イオンの組成式の候補 Yと脱離イオンの組成式の候補 Zを利用して親イオンの組成式の候補 Xを絞り込む方法としては、例えば、以下のような方法を用いることができる。

[0035] まず、上記ステップ S 9で得られた娘イオンの候補 Yに含まれる全ての組成式候補とステップ S 12で得られた各脱離イオンの候補 Zに含まれる全ての組成式候補力ゝら考えられる組み合わせを作成し、これを候補 (Y+Z)とする。次に、該候補 (Y+Z)とステツプ S4で得られた親イオンの組成候補 Xとを比較し、両者に共通に含まれるものを選び出すことによって候補 Xの絞り込みを行う。これにより、親イオンの候補 Xに多数の組成候補が含まれる場合にも、娘イオンの候補 Yと脱離イオンの候補 Zとの組み合わせ力も不適当と考えられる候補を除外することができ、ユーザーに信頼性の高い組成式候補を示すことができる。

[0036] 次に、本発明の質量分析装置における解析処理動作の別の例について図 3及び図 4のフローチャートを用いて説明する。図 3及び図 4では、分析対象試料について開裂操作を行わない MS¹分析と、 MS²分析及び MS³分析を行い、その結果に基づ V、て親イオンに相当する成分 (すなわち元の試料)の組成推定を行う場合の解析手順を示している。なお、開裂操作を行う回数はユーザーが任意に決定してもよぐあるいは、上述した解析処理動作の場合と同様に、娘イオンの組成式の候補 Yが所定の個数以下になるまで開裂操作を繰り返すようにしてもよヽ。 [0037] ここで、各分析で得られた MS¹スペクトル、 MS²スペクトル、 MS³スペクトルには、それぞれ lmax、 2max、 3max本のピークが含まれているとし、各スペクトル中のピークは、スペクトルの種類（開裂段数）と各スペクトル中におけるピーク番号を用いた記号で示す。例えば、 MS¹スペクトル中の a番目のピークは p(a,0,0)、該ピークを MS²分析して得られたスペクトル中の b番目のピークは p(a,b,0)、更にそのピークを MS³分析して得られたスペクトル中の c番目のピークは p(a,b,c)と表される。

[0038] なお、分析開始前に予め試料由来の親イオンに含まれ得る原子の種類及び各原子の最大数及び最小数（TResult(a,0,0).max(etc)及び TResult(a,0,0).min(etc)、記号の意味については後述する）を記載した条件テーブル Tを作成し、その他の解析条件 (質量分析装置の質量精度等)と共に条件記憶部 7に記憶させておく。なお、該テーブノレ Tは、ユーザーがキーボード等の入力手段を用いて作成してもよぐあるいは所定の方法で試料の種類等を指定することで自動的に作成されるようにしてもょヽ。その後、 MSi MS³までの分析を行い、その結果を基に組成解析を開始する。

[0039] ユーザーの指示により解析が開始されると、データ処理部 5は MS¹スペクトル中に現れているピークの中から目的とするイオン (親イオン）のピーク p(a,0,0)を選択する（ステップ S21)。

[0040] 次に、該ピークに対して MS²分析がなされているかを判定し (ステップ S22)、 MS² 分析がなされていた場合には、 MS²スペクトル中のピーク力も所定の判断基準 (例えばピークの順番や高さ）に従ってピーク p(a,b,0)を選択する (ステップ S23)。なお、 p(a ,0,0)について MS²分析が行われていなかった場合には後述のステップ S36を実行する。

[0041] 続いて、 p(a,b,0)について MS³分析がなされているかが判定され (ステップ S 24)、 MS³分析がなされていた場合には、 MS³スペクトル中のピーク力所定の判断基準に従ってピーク p(a,b,c)を選択する（ステップ S25)。なお、 p(a,b,0)について MS³分析がなされていな力つた場合には、後述のステップ S31を実行する。

[0042] 次に、質量数に基づきデータベース 6を参照して上記 MS³分析における娘イオン p( a,b,c)の組成式の候補 Yを計算する (ステップ S26)。このとき、解析条件として条件

3

テーブル Tに記載された各原子の最大数 (TResult(a,0,0).max(etc))及び質量精度を考慮して候補 Yの絞り込みを行う。組成計算の結果 (Result(_a,b,_C)と表す）は、組成

3

式候補 Y

3のリストとして得られ、該リスト中における各元素の最小原子個数、すなわち該娘イオン p(a,b,c)に少なくとも含まれる各元素の原子個数は、 Result(a,b,c).min(etc) のように表される。なお、 etcは任意の元素を示しており、例えば、 p(a,b,c)に相当するイオンに含まれる炭素原子 C及び水素 Hの最小数はそれぞれ Result(a,b,c).minC、 Re sult(a,b,c).minHと表される。

[0043] 次に、ピーク p(a,b,c)の質量数とその前駆イオンにあたる MS²スペクトル中の娘ィォンのピーク p(a,b,0)の質量数（それぞれ p(a,b,c).ms、 p(a,b,0).msと表す）との差が求められ、データベース 6を参照してその質量数差 (p(a,b,0).ms—p(a,b,c).ms)に対応する脱離イオンの組成式候補 Zを計算する (得られた結果を DR_eSult(a,b,_C)と表す）（ステ

3

ップ S27)。このとき、上記と同様に、解析条件として各原子の最大数、及び質量精度を考慮して候補 Zの絞り込みを行うが、各原子の最大数としては、上記テーブル丁に

3

記載された親イオン p(a,0,0)に含まれ得る各原子の最大数から上記ステップ S26で得られた娘イオン p(a,b,c)に少なくとも含まれる各原子の数を減じたもの（TResult(a,0,0). max(etc)— Result(a,b,c).min(etc))を使用する。これにより、脱離イオンの組成推定における解析条件を絞り込み、得られる候補 Zの

3 数を少なくすることができる。

[0044] 次に、上記ステップ S26で得られた娘イオンに含まれる各原子の最小数 Result(a,b, c).min(etc)とステップ S27で得られた脱離イオンに含まれる各原子の最小数 DResult( a, b,c).min(etc)を力卩算する（ステップ S28)。ここで、 TResult(a,b,c).min(etc) = Result(a, b, c).min(etcノ + DResult(a,b,c).min(etcノとする。

[0045] MS³スペクトル中の全てのピーク p(a,b,c)、（c= l〜3max)について上記ステップ S2 5〜28が実行されたかどうかが判定され (ステップ S29)、 MS³スペクトル中の全ピークについての解析が完了するまで上記ステップ S25〜28が繰り返し実行される。

[0046] 次に、 MS³スペクトル中の各ピークについて求められた TResult(a,b,c).min(etc)、 (c =l〜3max)から各原子の個数が最大のものを選択することで、 MS²スペクトル中のピーク p(a,b,0)に相当するイオンに少なくとも含まれる各原子の数、 TResult(a,b,0).min(e tc) (TResult(a,b,0).minC、 TResult(a,b,0).minH、 TResult(a,b,0).minO等）を決定し、条件テーブル Tに記載する (ステップ S30)。 [0047] 以上により、 MS³スペクトル上のピーク p(a,b,c)、（c= l〜3max)に基づいた解析が終了し、それらの前駆イオンに相当する MS²スペクトル中の娘イオン (p(a,b,0)に相当 )の組成候補 Xを計算するための解析条件が決定されたことになる。そこで、分析開

2

始時に条件テーブル Tに記載された TResult(a，0，0).max(etc)と上記ステップ 30で条件テーブル Tに追加された TResult(a，b，0).min(etc)をそれぞれ候補 Xに含まれる各

2

原子の最大数及び最小数として、 p(a,b,0)の質量数 (p(a,b,0).ms)に基づいてその組成式候補 Xを導出する (ステップ S31)。ここで得られた結果を Result(a,b,0)と表す。

2

[0048] 続いて、ピーク p(a,b,0)の質量数とその前駆イオンにあたる MS¹スペクトル中の親ィオンのピーク p(a,0,0)の質量数との差が求められ、その質量数差（p(a,0,0).ms— p(a,b, 0).ms)に対応する脱離イオンの組成式候補 Zを計算する（得られた結果を DResult(a

2

,b,0)と表す）（ステップ S32)。このときの解析条件としては、条件テーブル Tに記載された親イオンに含まれ得る各原子の最大数力もステップ S31で求められた候補 Xに

2 含まれる各原子の最小数を減じたもの（TResult(a,0,0).max(etc)— Result(a,b,0).min(e tc))を各原子の最大数として用いる。

[0049] 次に、ステップ S28と同様にして、娘イオンに含まれる各原子の最小数 Result(a,b,0) と脱離イオンに含まれる各原子の最小数 DResult(a,b,0)を加算することで、 TResult(a, b,0).min(etc)を算出する（ステップ S33)。

[0050] その後、 MS²スペクトル中の全てのピーク p(a,b,0), (b = l〜2max)について上記ステップ S23〜33が実行されたかどうかが判定される（ステップ S34)。 MS²スペクトル中の全ピークについての解析が完了するまで上記ステップ S23〜33が繰り返し実行された後、各ピークについて得られた TResult(a,b,0).min(etc), (b = l〜2max)の内、各原子の個数が最大のものを選択することで、ピーク p(a,0,0)に相当するイオン (親ィォン）に少なくとも含まれる各原子の数 TResult(a,0,0).min(etc)を決定し、解析条件テーブル Tに記載する（ステップ S35)。

[0051] 以上により、 MS²スペクトル上のピーク p(a,b,0), (b= l〜2max)に基づいた解析が終了し、それらの前駆イオンに相当する MS¹スペクトル中の親イオン (p(a,0,0)に相当 )の組成候補 Xを計算するための解析条件が決定されたことになる。そこで、分析開始時に解析条件テーブル Tに記載された TResult(a,0,0).max(etc)と上記ステップ 35 で解析条件テーブルに記載された TResult(a,0,0).min(etc)をそれぞれ候補に含まれる各原子の最大数及び最小数として、 p(a,0,0)の質量数に基づヽて親イオン組成式候補 Xが導出される（ステップ S36)。ここで得られた結果を Result(a,0,0)と表す。

[0052] 次に、上記ステップ S36で得られた Result(a,0,0)より、所定の基準に基づいて再度組成推定をやり直すか否かを判定する (ステップ S37)。例えば、 Result(a,0,0)に含まれる候補 Xが所定の数以上であった場合に再度解析を行うものとし、候補 Xの個数が所定の数を下回った時点、又は解析を繰り返しても候補 Xの数が変化しなくなつた時点で解析を終了するものなどとすることができる。

[0053] ステップ S37において、再度解析をやり直す必要があると判定された場合には、上記ステップ S36で得られた Result(a,0,0)力も親イオンに含まれる各原子の最小数及び最大数を求め、解析条件テーブル Tに記載された TResult(a,0,0).min(etc)及び TRe sult(a,0,0).max(etc)を上記の値に変更した上で、ステップ S22に戻って S22〜S36の処理を再度実行する。一方、ステップ S37で、これ以上解析を繰り返す必要がないと判定された場合には、 S36で得られた組成式候補 Xを同位体分布や窒素ルール等も考慮して確定する (ステップ S38)。

[0054] 以上の様な解析処理動作を行うことにより、開裂によって生じた娘イオンと脱離ィォンの解析結果を利用して、それらの前駆イオンに含まれる各原子の最小数を決定し、その値を用いて該前駆イオンの組成推定の際の条件を絞り込むことができるため、組成計算で得られる候補の数を少なくすることができる。また、 MS²スペクトルや MS³ スペクトル上の全てのピークのデータを解析条件の決定に用いるため、より正確な解析を行うことができる。

[0055] なお、図 4に示す解析処理動作のステップ S31やステップ S36において組成推定を行う際には、前述の解析処理の場合と同様に、該イオンの開裂によって生じた娘ィオンの候補 Yと脱離イオンの候補 Zを利用して候補 Xの絞り込みを行うことが望ましい実施例 1

[0056] 図 2のフローチャートに従って試料の組成を推定することにより親イオンの組成式の候補の絞り込みが容易になることについて、具体例を挙げて説明する。 [0057] いま、目的試料をイオン化することで生成された親イオンの質量数 Pが P= 171. 0 66 (u:原子質量単位)であるとし、 5回の開裂を行う際のその開裂操作毎に生成された娘イオンの質量数力 Sそれぞれ d = 153. 056、 d = 125. 021、 d = 97. 027、 d

1 2 3 4

= 69. 032、 d =41. 038であるちのとする。このとさ、 MS¹¹—¹分析における親ィ才ン

5

又は娘イオンの質量数と MSⁿ分析における娘イオンの質量数との質量数差 f は図 5 m に示すようになる。

[0058] MS¹分析の結果、つまり親イオンの質量数 Pから、原子の種類及び最大個数が炭素 (C)： 14個、水素 (H)： 30個、酸素 (O)： 10個、窒素 (N)： 10個で且つ質量精度： 0. 02uという解析条件の下で組成式の候補を挙げると、次の表 1に示すようになる。

[表 1]

# Mass Diff. Formula

1 171 .068 0.001 C11 H9NO

2 171 .067 0.002 C9H7N4

3 171 .072 0.003 H9N7O4

27 171 .049 0.020 CH3N10O 即ち、組成式の候補 Xが多数出て来ることになる。仮に質量精度がきわめて高ければ、具体的に例えば上記表 1中の [Diff]が 0. 001であるという条件を設定できれば、唯一の候補 (表 1中の # 1のもの）に絞り込むことができる。し力しながら、実際の質量分析装置では ppm程度のレベルの質量精度しカゝ得られず、上記のように多数の候補が出て来ることが避けられな、。

[0059] 次に MS²分析の結果、つまり 1回の開裂操作後の娘イオンの質量数 dから、上記解

1

析条件の下で組成式の候補を挙げると、次の表 2に示すようになる。

[表 2] # Mass Diff. Formula

1 153.055 0.001 C8H903

2 153.058 0.002 C11 H7N

3 153.054 0.002 C6H7N302

24 153.075 0.019 C3H11 304 この場合でも親イオンの質量数 Pから計算したものと同程度の数の候補が出てきてしまい、組成式を決定することは困難である。

[0060] これに対し、 5回の開裂操作を行った後の娘イオンの質量数 d力同様にして組成

5

式の候補を挙げると次の表 3に示すようになり、候補の数が 2個と大幅に減少する。

[表 3]

# Mass Diff. Formula

1 41.039 0.001 C3H5

2 41 .027 0.01 1 C2H3N これは開裂操作の繰り返しによって娘イオンの質量数 dが親イオンの質量数 Pと比

5

ベて格段に小さくなつたためである。また、質量数差がほぼ同一である f 、 f 、 f につ

3 4 5

Vヽて脱離イオンの候補を挙げると、表 4に示すようになる。

[表 4]

# Mass Diff. Formula

1 27.995 0.001 CO

2 28.006 0.012 N2 但し、一般にイオンの開裂現象においては各種の知見により脱離イオンが Nである

2 ことは殆ど考えられない。従って、予めこうした知見に基づく情報を与えておくことにより、 Nという組成式は排除することができ、 COが妥当な結果として求まる。

2

[0061] 同様に、質量数差 f 、 f についてそれぞれ脱離イオンの候補を挙げると、表 5、表 6 に示すようになる。

[表 5]

# Mass Diff. Formula

1 28.031 0.004 C2H4

2 28.019 0.016 CH2N

[表 6]

# Mass Diff. Formula

1 18.01 1 0.000 H20

[0062] 図 2のフローチャートに照らして考えると、ステップ S10中の所定値を例えば 2又は 3 と設定しておくと、 MS⁶分析が実行された後にステップ S 10で YESと判定され、質量数差 f 〜f が算出されて上記のように脱離イオンの各候補が導出される。図 2中の候

1 5

補 Yは表 3に示すものであり、候補 Zは表 4、表 5及び表 6に示すものである。これらから想定される親イオンの組成式の候補は、

(C H 又は C H N) +CO + CO + CO+ (C H 又は CH N) +H O

3 5 2 3 2 4 2 2

=C H O 又は C H NO 又は C H N O

8 11 4 7 9 4 6 7 2 4

となり、当初の 27個の候補の中から 3個まで絞り込むことができる。この絞り込みの結果を例えば表示画面上に表示することで、分析担当者が最終的に組成を決定する重要な情報を提供することができる。

[0063] なお、ここでは行わなかった力ステップ S 10で YESとならなかった MSⁿ分析における娘イオンの組成の候補も利用して、上記のようにして求まった結果との整合性がとれるか否かを検証することにより、結果の信頼性を高めたり更に絞り込みを行ったりすることも可會である。

実施例 2

[0064] 以下、上記本発明の第 2の態様に係る質量分析方法において、娘イオンの組成式候補と脱離イオンの組成式候補との組み合わせを利用して親イオンの組成式候補の絞り込みを行う際の手順について、具体例を挙げて説明する。

[0065] いま、目的試料をイオン化することで生成された親イオンの質量数 Pが 150. 01 (u) であるとし、該親イオンを 1回開裂させて生成された娘イオンの質量数 d力 SlOO. 0 (u

1

)であるものとする。このとき該親イオンと娘イオンとの質量数差 f は、 P— d = 50. 01

1 1

(u)である。ここで、親イオン、娘イオン、及び脱離イオンの組成候補をそれぞれ、 CF (P)、 CF (d )、 CF (P— d )とし、娘イオンの組成式候補 CF (d )と脱離イオンの組成

1 1 1 式候補 CF (P— d )との組み合わせを CF (d ) * CF (P— d )と表すものとする。

1 1 1

[0066] P及び dの許容誤差を 0· 003 (u)、 P— dの許容誤差を 0· 006 (u)とし、且つ原子

1 1

の種類及び最小個数、最大個数を表 7に示すように設定し、これらの解析条件の下で上記の質量数 P、 d、 P— dに合致する組成式候補を導出する。なお、このとき、価

1 1

電子数を考慮して結合数が不自然になるものは排除する。

[表 7]

以上により得られる組成式の候補 CF (P)、 CF (d )、 CF (P-d )は、それぞれ次の

1 1

表 8〜10に示すようになる。

[表 8]

# Mass Diff. Formula

1 150.0099 0.00009 C3H6N2O3S

2 150.0106 0.00056 C11 H2O

3 150.0092 0.00078 C9N3

4 150.0086 0.00143 CH4N5O2S

5 150.0126 0.00259 C6H4N3S [表 9]

# Mass Diff. Formula

1 99.9983 0.00171 C4H40S

2 100.0021 0.00213 CN402

[表 10]

# Mass Diff. Formula

1 50.0064 0.00356 H4NS

2 50.0157 0.00565 C4H2

[0067] 上記表 9及び表 10から、 CF(d) *CF(P— d)は次のようになる。

1 1

C H NOS、 C H OSゝ CH N O Sゝ C H N O

4 8 2 8 6 4 5 2 5 2 4 2

[0068] このとき、上記 CF(d) *CF(P— d)と表 8に示す CF(P)とに共通に含まれている

1 1

組成式は CH N O Sであるので、これを親イオンの組成式候補として決定することが

4 5 2

できる。

[0069] 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に修正、変更、追加などを行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] 分析対象である試料に由来する親イオンを n—l (n≥3)段階に開裂させ、該開裂によって発生した娘イオンを質量分析する MS¹^祈が可能な質量分析装置を用い、前記試料の分子構造や組成の解析を行う質量分析方法であって、

前記候補 Xの数が 1個又は所定の個数以下になるまで mを 2から最大 ηまで順次増加させてゆくことを特徴とする質量分析方法。

[2] mが或る値であるときに候補 Υ導出ステップによる候補 Υの数が所定値を超えてヽた場合には、前記候補 Z導出ステップ及び絞り込みステップを実行せずに mを増加させて候補 Y導出ステップを実行することを特徴とする請求項 1に記載の質量分析方法。

[3] 分析対象である試料に由来する親イオンを n—l (n≥2)段階に開裂させ、該開裂によって発生した娘イオンを質量分析する MS¹^祈が可能な質量分析装置を用い、前記試料の分子構造や組成の解析を行う質量分析方法であって、

a) MS^m (l≤m≤n— 1)分析により得られた親イオン又は娘イオンの質量数に基づき、該親イオン又は娘イオンに相当する成分の組成候補 Xを導出するステップと、 b)前記親イオン又は娘イオンを 1回又は複数回開裂させる MS^P (p≥m+ 1)分析により得られた娘イオンの質量数に基づき、該娘イオンに対応する成分の候補 Yを導出する候補 Y導出ステップと、 c) MS^q(q = m+ l〜p)分析により得られた娘イオンの質量数と MS^q— ¹分析により得られた親イオン又は娘イオンの質量数との差を算出するとともに、該質量数の差に対応した成分の候補 Zをそれぞれ導出する候補 Z導出ステップと、

を有することを特徴とする質量分析方法。

[4] 分析対象である試料に由来する親イオンを n—l (n≥2)段階に開裂させ、該開裂によって発生した娘イオンを質量分析する MS¹^祈が可能な質量分析装置を用い、前記試料の分子構造や組成の解析を行う質量分析方法であって、

上記候補 X導出ステップにお、て、解析条件改定ステップ Aにお、て改定された解析条件テーブルに記載された各原子の最小数及び最大数を候補 Xを導出する際の解析条件として利用することを特徴とする質量分析方法。

[5] 更に、上記解析条件テーブルに記載された親イオンに含まれ得る各原子の最大数カゝら上記候補 Yに含まれる各原子の最小数を減じる解析条件改定ステップ Bを有し、上記候補 Z導出ステップにお、て、解析条件改定ステップ Bによって改定された解析条件テーブルに記載された各原子の最大数を候補 zを導出する際の解析条件として利用することを特徴とする請求項 4に記載の質量分析方法。

[6] 更に、上記解析条件テーブルに記載された親イオンに含まれ得る各原子の最大数力上記候補 Zに含まれる各原子の最小数を減じる解析条件改定ステップ Cを有し、上記候補 Y導出ステップにお、て、解析条件改定ステップ Cによって改定された解析条件テーブルに記載された各原子の最大数を候補 Yを導出する際の解析条件として利用することを特徴とする請求項 4に記載の質量分析方法。

[7] 上記候補 X導出ステップによって導出された親イオンに対応する成分の候補 Xに含まれる各原子の最小数及び最大数を考慮して、上記解析条件テーブルの各原子の最小数を増加及び最大数を減少させ、改定された該解析条件テーブルを用いて上記 b)〜e)の各ステップを再度実行することを特徴とする請求項 4〜6のいずれかに記載の質量分析方法。