WO2015133259A1 - イオン分析装置 - Google Patents

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WO2015133259A1
WO2015133259A1 PCT/JP2015/054214 JP2015054214W WO2015133259A1 WO 2015133259 A1 WO2015133259 A1 WO 2015133259A1 JP 2015054214 W JP2015054214 W JP 2015054214W WO 2015133259 A1 WO2015133259 A1 WO 2015133259A1
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ion
ions
dissociation
hydrogen
hydrogen radicals
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PCT/JP2015/054214
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高橋　秀典
慶 小寺
禎規 関谷
謙一 谷口
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株式会社島津製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/623—Ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/004—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn
    • H01J49/0045—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J49/0045—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction
    • H01J49/0072—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction by ion/ion reaction, e.g. electron transfer dissociation, proton transfer dissociation
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    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/164—Laser desorption/ionisation, e.g. matrix-assisted laser desorption/ionisation [MALDI]

Definitions

  • the present invention relates to an ion analyzer for dissociating ions derived from sample components and analyzing fragment ions generated by the dissociation.
  • the ion analyzer according to the present invention separates and detects the fragment ions generated by dissociation according to the mass-to-charge ratio, and the fragment ions generated by dissociation according to the ion mobility. It is suitable for an ion mobility meter that detects the above, or an ion mobility-mass spectrometer that combines both.
  • ions derived from the compound of interest are dissociated and the resulting fragment ions (or product ions) are separated according to the mass-to-charge ratio.
  • mass spectrometry is widely used.
  • an ion trap time-of-flight mass spectrometer or the like is well known.
  • CID Collision Induced Dissociation
  • ETD Electron Transfer Dissociation
  • ECD Electron Capture Dissociation
  • negative molecular ions are irradiated as reactive ions in an ion trap and collide with ions derived from sample components in the ion trap to cause an interaction. Due to this interaction, the electrons of the reaction ions move to the protons of ions derived from the sample components, and the protons change into hydrogen radicals. Radical species of ions generated by this reaction dissociate specifically in a bond.
  • the reaction at this time can be represented by the following formula.
  • ETD and ECD are unpaired electron-induced dissociation methods unlike collision dissociation methods such as CID, cleavage of the N-C ⁇ bond of the peptide main chain occurs specifically. Therefore, c / z series fragment ions, which are difficult to generate with low energy CID, are actively generated. Further, since the cleavage is carried out while retaining the modified site such as sugar chain, it is easy to identify the modified product and the modified site, which is useful for the structural analysis of the polymer compound.
  • Non-Patent Document 1 disclose a method of dissociating ions by irradiating hydroxyl ions (OH radicals) to ions derived from sample components transported under an atmospheric pressure atmosphere. Yes.
  • the unpaired electron induced dissociation method using a hydroxyl radical has a limitation of dissociation in an atmospheric pressure atmosphere.
  • the above dissociation method cannot be used for dissociation of ions in such an ion trap.
  • Non-patent literatures 2 and 3 report examples of performing unpaired electron induced dissociation using neutral radical particles in a vacuum atmosphere.
  • Non-Patent Document 2 unpaired electrons are induced in the same manner as ECD and ETD by irradiating hydrogen radicals to monovalent peptide ions captured in the cell of a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer (FT-ICR MS). Although an attempt was made to cause mold dissociation, it was concluded that ion dissociation could not be confirmed.
  • Non-Patent Document 3 reports that although the experiment in Non-Patent Document 2 was added, dissociation could not be realized.
  • Non-Patent Document 4 and Patent Document 2 a neutral particle beam or a radical particle beam is accelerated using a FAB (Fast Atom Bombardment) gun and irradiated into the ion trap to be trapped in the ion trap.
  • FAB Flust Atom Bombardment
  • Disclosed is a method for dissociating ions. In these documents, this method is such that particles accelerated at high speed become excited, so that electrons emitted from the irradiated particles adhere to the ions trapped in the ion trap, similar to ETD and ECD. It is explained that dissociation occurs by this mechanism.
  • This dissociation method does not require a charged particle optical system for irradiating neutral particles or radical particles into the ion trap. However, although it uses uncharged particles, it is a dissociation method that induces dissociation by transferring electrons in the same way as ETD and ECD, so that the ion to be dissociated must in principle be divalent or more. And monovalent ions cannot be dissociated.
  • the dissociation method of irradiating ions derived from sample components with hydroxyl radicals can be applied to the dissociation of monovalent ions, but cannot be used in a vacuum atmosphere, so it is not suitable for dissociating ions trapped in an ion trap. Yes, it is not applicable to MS n analysis where n is 3 or more.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 Although dissociation methods for irradiating ions derived from sample components with hydrogen radicals have been proposed in Non-Patent Documents 2 and 3, etc., the attempt has not been successful. Although the dissociation method of irradiating ions with hydrogen radicals is also disclosed in Patent Document 2 as one of a plurality of dissociation methods, the reports in Non-Patent Documents 2 and 3 that dissociation did not succeed were disclosed. No technical improvement has been proposed. Therefore, in the ion dissociation method described in Patent Document 2, it is difficult to actually dissociate peptide molecule ions.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to dissociate monovalent ions derived from peptides captured in an ion trap or the like under a vacuum atmosphere, and to generate with low energy CID. It is an object of the present invention to provide an ion analyzer that performs unpaired electron-induced dissociation, which can generate c / z series fragment ions that are difficult to be generated.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 are methods utilizing the above mechanism, but it is experimentally observed that dissociation occurs in these documents. It is said that it was not confirmed. Also, Patent Document 2 does not propose an effective policy for actually causing dissociation.
  • hydrogen radicals are used as radical particles irradiated to ions.
  • hydrogen radicals are highly reactive, for example, the inner wall of a pipe or chamber wall that guides hydrogen radicals into an ion trap It is conceivable that they easily recombine into hydrogen molecules. Further, when the hydrogen radical collides with the inner wall of the pipe, the chamber wall, etc., the particle temperature immediately decreases to about room temperature. In light of these points, even if an attempt is made to irradiate ions trapped in the ion trap with hydrogen radicals, it is predicted that the efficiency with which the hydrogen radicals contributing to the reaction reach the ions to be dissociated is quite low. If this is the case, the main reason why dissociation does not occur in the above-described conventional attempts is considered to be that a sufficient amount of radicals contributing to the dissociation reaction cannot be secured.
  • the inventor of the present application repeated experiments under such assumptions, particularly changing the introduction method and introduction conditions of hydrogen radicals in the ion trap. As a result, it was confirmed that unpaired electron-induced dissociation of ions can be realized by efficiently introducing hydrogen radicals into the ion trap and ensuring a sufficient amount of hydrogen radicals that contribute to the reaction with ions.
  • the present invention has been made based on such experimental findings.
  • the present invention made to solve the above problems is an ion analyzer for analyzing fragment ions generated by dissociating ions derived from sample components.
  • an ion dissociation part for dissociating ions by introducing hydrogen radicals at a flow rate of 4 ⁇ 10 10 [atoms / s] or more into a space in which ions derived from the target sample component exist;
  • a separation detection unit that separates and detects fragment ions generated in the ion dissociation unit according to at least one of mass to charge ratio or ion mobility; It is characterized by having.
  • the ion dissociation part has a hydrogen density of 3 ⁇ 10 12 [atoms / m 3 ] or more with respect to the space where ions derived from the target sample component exist.
  • a radical may be introduced.
  • the ion dissociation part has a flow rate of 4 ⁇ 10 10 [atoms / s] or more with respect to ions derived from a target sample component captured in the ion trap, for example.
  • hydrogen radicals having a density of 3 ⁇ 10 12 [atoms / m 3 ] or more are introduced for a predetermined time.
  • a fragment ion peak intensity of about 0.1% or more of the peak intensity of the precursor ion can be obtained, which is sufficient in the mass spectrum. It is possible to detect fragment ion peaks.
  • the hydrogen radicals are also introduced into a relatively narrow space where ions are confined.
  • the introduction is more advantageous in terms of dissociation efficiency. Therefore, in the ion analyzer according to the present invention, preferably, the ion dissociation part is a high-frequency electric field such as a three-dimensional quadrupole ion trap, a multipole linear ion trap, or a cell of a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer.
  • Hydrogen radicals are introduced into an ion confinement part that confines ions in a predetermined space by the action of a magnetic field, and the ions derived from a target sample component react with hydrogen radicals inside the ion confinement part to dissociate the ions. It may be configured.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 even if the radical particles are attached to the carbonyl oxygen of the polymer ion, It is conceivable that the particles themselves are non-covalently bonded to other atoms in the ion, and unpaired electron-induced dissociation is not performed. This phenomenon is widely known in ECD and ETD.
  • Non-Patent Document 6 after an ion trapped in an ion trap in ETD is irradiated with a negative ion for dissociation, a voltage is applied to the electrode to cause resonance excitation in the ion. It has been reported that unpaired electron-induced dissociation is promoted by collision with neutral particles such as helium.
  • the excitation of ions by the formation of the auxiliary electric field as described above is effective in improving the dissociation efficiency. That is, in the ion analyzer according to the present invention, when an ion trap is used as the ion confinement part, the ion dissociation part is in the ion trap before or after the introduction of hydrogen radicals. It is preferable to include an auxiliary dissociation promoting unit that promotes ion dissociation by exciting the trapped ions and colliding with neutral particles introduced into the ion trap.
  • a predetermined resonance excitation voltage may be applied to an end cap electrode constituting the ion trap or an electrode corresponding thereto.
  • laser light irradiation may be used as means for exciting ions in order to promote ion dissociation.
  • the ion dissociation unit when introducing hydrogen radicals into the ion confinement part, introduction of hydrogen radicals into a region where ions are present at as high a density as possible increases the dissociation efficiency. It is advantageous. Therefore, in the ion analyzer according to the present invention, when an ion trap is used as the ion confinement unit, the ion dissociation unit cools the ions trapped in the ion trap before introducing hydrogen radicals. Cooling with gas is recommended. Cooling makes it easier for ions to converge near the center of the ion trap. Therefore, by introducing hydrogen radicals near the center of the ion trap, the efficiency of dissociation can be increased.
  • the ion dissociation part is a precursor in at least a part of a period during which hydrogen radicals are introduced into the ion trap. It is preferable that the reaction rate be suppressed by performing resonance excitation on ions included in a mass-to-charge ratio range other than ions.
  • an FNF Frtered Noise Field
  • an ion trap May be applied to the end cap electrode or the electrode corresponding thereto.
  • the ion dissociation unit may be configured to set a long time for introducing hydrogen radicals so as to cause a plurality of dissociations.
  • the ion dissociation part is a hydrogen radical that is a glass tube or a pipe having a glass film formed on at least the inner wall surface for transporting hydrogen radicals to a region where ions are present.
  • a structure including an introduction pipe is preferable.
  • the ion dissociation unit includes a hydrogen radical introduction tube for transporting hydrogen radicals to a region where ions are present, and a heating unit that maintains or heats the hydrogen radical introduction tube at a high temperature. It is good also as a structure containing these. Thus, loss due to recombination of hydrogen radicals during transport of hydrogen radicals can be suppressed, and the temperature of the hydrogen radicals can be kept high, so that ion dissociation efficiency can be increased.
  • an inert gas is caused to flow along the inner wall surface of a hydrogen radical introduction tube for transporting hydrogen radicals to a region where ions are present. It is good also as a structure which transports a hydrogen radical, making it not contact with the inner wall surface of an inlet tube. Even with such a configuration, loss due to recombination of hydrogen radicals can be reduced and dissociation efficiency can be increased.
  • a hydrogen radical flow may be directly introduced into a region where ions exist, such as in an ion trap, without using a gas pipe.
  • the ion dissociation unit may include a flux shaping unit that extracts a hydrogen radical flow having directivity.
  • a hydrogen radical flow having directivity extracted by such a flux shaping unit is introduced into a three-dimensional quadrupole ion trap, an introduction hole is formed in a ring electrode constituting the ion trap, It is preferable to introduce a small diameter hydrogen radical flow through the introduction hole in the vicinity of the center of the ion trap. Thereby, hydrogen radicals can be efficiently introduced into the ion trap while suppressing thermal loss of hydrogen radicals.
  • monovalent ions that could not be dissociated by conventional general unpaired electron induced dissociation methods such as ETD and ECD are also dissociated with high efficiency to generate fragment ions.
  • ETD and ECD are also dissociated with high efficiency to generate fragment ions.
  • monovalent ions such as MALDI are predominantly generated, for example, c / z series fragment ions are generated from peptide molecule ions.
  • This can be subjected to analysis.
  • negative ions can be dissociated in the same manner as positive ions.
  • the ion analyzer according to the present invention uses neutral particles instead of charged particles for unpaired electron-induced dissociation, the flow rate of introduction due to the influence of space charge or the like is also reduced in the region where ions are confined by the action of an electric field. A large amount of neutral particles for dissociation can be introduced without being restricted. Therefore, it is easy to improve the dissociation efficiency.
  • the ion analyzer since the valence of ions is not reduced by ion dissociation, for example, by controlling the irradiation time of hydrogen radicals, it is possible to cause dissociation of the target ion multiple times. . Thereby, immonium ions derived from peptides can be easily generated, which is effective for structural analysis of peptides.
  • the schematic block diagram of the mass spectrometer which is one Example of the ion analyzer which concerns on this invention.
  • the schematic block diagram of the mass spectrometer which is another Example of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the mass spectrometer of the present embodiment.
  • the mass spectrometer of the present embodiment captures an ion source 1 that ionizes a target sample component and ions generated by the ion source 1 by the action of a high-frequency electric field in a vacuum chamber (not shown) maintained in a vacuum atmosphere.
  • An ion trap 2, a time-of-flight mass separation unit 3 that separates ions emitted from the ion trap 2 according to a mass-to-charge ratio, and an ion detector 4 that detects the separated ions are provided.
  • the mass spectrometer of the present embodiment further includes a hydrogen radical irradiation unit 5 for introducing hydrogen radicals into the ion trap 2 in order to dissociate ions trapped in the ion trap 2, and a predetermined amount in the ion trap 2. And a gas supply unit 6 for supplying the gas.
  • a hydrogen radical irradiation unit 5 for introducing hydrogen radicals into the ion trap 2 in order to dissociate ions trapped in the ion trap 2, and a predetermined amount in the ion trap 2.
  • a gas supply unit 6 for supplying the gas.
  • the ion source 1 is, for example, an ion source using an ionization method such as a MALDI method.
  • the ion trap 2 is a three-dimensional quadrupole ion trap that includes an annular ring electrode 21 and a pair of end cap electrodes 22 and 24 arranged to face each other with the ring electrode 21 interposed therebetween.
  • the trap voltage generation unit 7 applies either a high-frequency voltage or a DC voltage to the electrodes 21, 22, 24 at a predetermined timing, or a voltage obtained by combining them.
  • the time-of-flight mass separator 3 is a linear type in this example, but may be a reflectron type, a multi-turn type, or the like, and is not a time-of-flight type mass separator, for example, using the ion separation function of the ion trap 2 itself Thus, a mass separator or an orbitrap may be used.
  • the hydrogen radical irradiation unit 5 includes a hydrogen radical supply source 51 that stores hydrogen radicals or generates hydrogen radicals, a valve 52 that can adjust the flow rate, a nozzle 53 that ejects hydrogen radicals, and an ejection flow from the nozzle 53. And a skimmer 54 that has an opening on the central axis and separates a gas such as diffusing hydrogen molecules to extract a small-diameter hydrogen radical flow.
  • the gas supply unit 6 includes a gas supply source 61 that stores helium, argon, or the like used as a cooling gas or, in some cases, CID gas, and a valve 62 that can adjust the flow rate.
  • Various ions generated from a sample such as a peptide mixture in the ion source 1 are ejected from the ion source 1 in a packet form and introduced into the ion trap 2 through the ion introduction hole 23 formed in the inlet end cap electrode 22. Is done.
  • the peptide-derived ions introduced into the ion trap 2 are captured by a high-frequency electric field formed in the ion trap 2 by a voltage applied to the ring electrode 21 from the trap voltage generator 7.
  • a predetermined voltage is applied from the trap voltage generator 7 to the ring electrode 21 and the like, thereby exciting ions included in a mass-to-charge ratio range other than ions having a specific mass-to-charge ratio. 2 is excluded. Thereby, precursor ions having a specific mass-to-charge ratio are selectively captured in the ion trap 2.
  • the valve 62 is opened in the gas supply unit 6, and an inert gas such as helium is introduced into the ion trap 2 as a cooling gas, whereby the precursor ions are cooled. As a result, the precursor ions are converged near the center of the ion trap 2.
  • the valve 52 of the hydrogen radical irradiation unit 5 is opened, and a gas containing hydrogen radicals (hydrogen atoms) is ejected from the nozzle 53.
  • a gas such as hydrogen gas (hydrogen molecules) is removed by the skimmer 54 positioned in front of the jet flow, and the hydrogen radicals that have passed through the opening of the skimmer 54 are formed into a thin beam and drilled in the ring electrode 21. It passes through the radical particle inlet 26 which is made.
  • This hydrogen radical is introduced into the ion trap 2 and irradiated to the precursor ions trapped in the ion trap 2.
  • the opening degree of the valve 52 and the like are adjusted in advance so that the flow rate of hydrogen radicals irradiated to the ions at this time is equal to or higher than a predetermined flow rate.
  • the irradiation time of hydrogen radicals is also set appropriately in advance.
  • the precursor ion undergoes unpaired electron-induced dissociation, and c / z series fragment ions derived from peptides are mainly generated.
  • the generated various fragment ions are trapped in the ion trap 2 and cooled. Thereafter, a high DC voltage is applied from the trap voltage generator 7 to the end cap electrodes 22 and 24 at a predetermined timing.
  • ions trapped in the ion trap 2 receive acceleration energy, and the ion injection holes 25 It is injected all at once.
  • ions having a constant acceleration energy are introduced into the flight space of the time-of-flight mass separation unit 3 and separated according to the mass-to-charge ratio while flying in the flight space.
  • the ion detector 4 sequentially detects the separated ions, and the data processing unit 9 receiving the detection signal creates a time-of-flight spectrum with the time point of emission of ions from the ion trap 2 being time zero, for example.
  • the mass spectrum by a fragment ion is created by converting the flight time into the mass-to-charge ratio using the mass calibration information obtained in advance.
  • the ions trapped in the ion trap 2 are directly irradiated with hydrogen radicals to dissociate the ions and generate fragment ions.
  • dissociation methods have been attempted in Non-Patent Documents 2 and 3 but have not been successful.
  • Patent Document 2 discloses such a dissociation method, it actually does No measures have been proposed for success.
  • the inventor of the present application experimentally investigated the conditions for dissociating the ions by directly irradiating the ions with hydrogen radicals, and confirmed that good dissociation occurs under appropriate conditions. .
  • a detailed configuration and a more preferable configuration of the mass spectrometer of the present embodiment will be described while explaining the experimental results.
  • FIG. 2 shows hydrogen with respect to a monovalent ion of substance P (substance-P, molecular formula: C 63 H 98 N 18 O 13 S, amino acid sequence: RPKPQQFFGLM) trapped in the ion trap 2 in the mass spectrometer of this example. It is an actual measurement example of a mass spectrum of fragment ions generated by irradiation with radicals. In this measurement, the flow rate of hydrogen radicals irradiated to the ions trapped in the ion trap 2 is about 1.3 ⁇ 10 13 [atoms / sec], and the irradiation time is 8 [sec]. As shown in FIG.
  • a CID operation may be performed, and fragment ions obtained by the two-stage dissociation may be captured in the ion trap 2 and subjected to mass spectrometry.
  • FIG. 3 is an actual measurement result of the relationship between the flow rate of hydrogen radicals irradiated to ions in the ion trap 2 and the fragment peak intensity characteristics.
  • the ion to be dissociated is the P substance as in the above experiment, and the ratio between the peak intensity of the c 5 fragment ion obtained from the monovalent ion at the highest SN ratio and the precursor ion peak intensity is taken as the vertical axis.
  • the peak intensity of the precursor ion used for the calculation a value (68 [mV]) obtained in a preliminary experiment conducted without irradiation with hydrogen radicals was used.
  • the horizontal axis of FIG. 3 shows the absolute value of the hydrogen radical flow rate.
  • a quadrupole mass spectrometer was used to measure the absolute value of the hydrogen radical flow rate.
  • the noise component in this measurement was about 0.02 [mV]
  • the SN ratio of the precursor ion was about 3500.
  • FIG. 4 is an actual measurement example of the mass spectrum in which the peak of the fragment ion appears at this time. It can be seen from this mass spectrum that the c 5 fragment ion peak is sufficiently detectable.
  • the irradiation time of hydrogen radicals into the ion trap 2 was set to 60 [sec]. This value was selected because the maximum intensity of the c 5 fragment ion peak was obtained under the conditions of the maximum hydrogen radical flow rate (1.3 ⁇ 10 12 [atoms / s]) in this measurement. In this case, even if the irradiation time of hydrogen radicals was made longer than 60 [sec], the peak intensity of fragment ions was rather lowered. This is because the dissociation of fragment ions already dissociated further than the increase amount of fragment ions newly generated by dissociation, that is, the decrease amount of fragment ions generated by primary dissociation by proceeding in multiple stages. It is estimated that it is because it exceeds. On the contrary, if this phenomenon is utilized and the irradiation time of hydrogen radicals is made sufficiently long, it can be easily estimated that the dissociation finally proceeds to one amino acid residue (immonium ion).
  • the valence of fragment ions decreases each time ions are dissociated, so the technique of finally obtaining immonium ions by repeating dissociation by ETD and ECD is the number of amino acid residues. It can only be applied to ions having a higher valence.
  • the hydrogen radical used in the dissociation method in the present invention is neutral, the valence of the fragment ion does not decrease even when dissociation is repeated, and the irradiation time of the hydrogen radical is sufficiently increased.
  • Monium ions can be generated as needed, and it can be said that the dissociation method used in the present invention is useful when immonium ions are used for structural analysis. Note that the length of irradiation time necessary for generating immonium ions can be experimentally determined in advance.
  • a broad band corresponding to the mass-to-charge ratio range excluding the mass-to-charge ratio of the precursor ion while irradiating the ions with hydrogen radicals may be applied to the end cap electrodes 22 and 24.
  • FNF signal A small amplitude resonance excitation voltage having a frequency component
  • fragment ions generated by dissociation of the precursor ions are excited, and at least a part of them deviates from the region irradiated with hydrogen radicals in the ion trap 2. That is, since the density of fragment ions existing in the region irradiated with hydrogen radicals is reduced, it is possible to suppress the reaction between fragment ions and hydrogen radicals, thereby collecting fragment ions by primary dissociation. Can be improved.
  • the radical particle discharge port 27 is provided on the same straight line as the radical particle introduction port 26 for introducing hydrogen radicals into the ion trap 2, the hydrogen irradiated into the ion trap 2 is irradiated. Most of the radicals pass through the vicinity of the center of the ion trap 2, and most of the radicals are discharged out of the ion trap 2 as they are.
  • the radical particle outlet 27 is provided in this way, the gas introduced together with the hydrogen radical into the ion trap 2 is quickly exhausted to the outside of the ion trap 2 through the outlet 27, so that the residual gas pressure in the ion trap 2 is increased. Can be prevented from rising.
  • the configuration may be changed so that hydrogen radicals easily remain in the ion trap 2 as in the case of normal gas introduction.
  • the ring electrode 21 may not be provided with the radical particle discharge port 27.
  • hydrogen radicals introduced into the ion trap 2 repeatedly collide with the inner wall of the ion trap 2 and are finally discharged to the outside of the ion trap 2. Therefore, since the hydrogen radicals confined in the ion trap 2 can contribute to the reaction many times until they are discharged, the hydrogen radicals are quickly exhausted from the ion trap 2 as in the embodiment shown in FIG.
  • the flow rate of hydrogen radicals necessary for ion dissociation is small. That is, in the configuration shown in FIG. 5, the hydrogen radical flow rate is equal to the hydrogen radical flow rate with a flow rate smaller than the minimum value (4 ⁇ 10 10 [atoms / s]) of the hydrogen radical flow rate obtained from the result of FIG. An effect can be obtained.
  • N A I A / ( ⁇ R 2 ) (1)
  • I A is the hydrogen radical flow rate [atoms / s]
  • ⁇ is the hydrogen radical velocity [m / s]
  • R is the hydrogen radical flux radius [m].
  • hydrogen radicals are generated by heating hydrogen gas, and since the heating temperature was 2000 K, it is estimated that ⁇ is about 7000 [m / s].
  • the radius 0.75 [mm] of the radical particle inlet 26 of the ion trap 2 is used as the value of R, and I A is 4 ⁇ 10 10 [atoms / s, which is the minimum value of the hydrogen radical flow rate.
  • the minimum value of N a in the experiment shown in Figure 3 is found to be 3 ⁇ 10 12 [atoms / m 3]. That is, the density of hydrogen radicals corresponding to the minimum value of the hydrogen radical flow rate obtained from the results of FIG. 3 is 3 ⁇ 10 12 [atoms / m 3 ].
  • ⁇ in the equation (3) is expressed by the following equation (4).
  • ⁇ ⁇ 3 ⁇ 10 -4 / ⁇ (4) This equation (4) shows that when the confinement time ⁇ is longer than 300 [ ⁇ sec], an equivalent dissociation effect can be obtained with a hydrogen radical flow rate (or hydrogen radical density) smaller than that shown in FIG. It shows that it can be obtained with the configuration.
  • the inner wall surfaces of the electrodes 21, 22, 24 of the ion trap 2 are coated with a material that hardly causes recombination of hydrogen radicals, specifically, silicon dioxide (SiO 2 ) or the like. It is good to do.
  • silicon dioxide SiO 2
  • hydrogen radicals easily recombine with hydrogen molecules by colliding with the surfaces of the electrodes 21, 22, 24 of the ion trap 2, but on the inner wall surfaces of the electrodes 21, 22, 24.
  • an appropriate coating layer of silicon dioxide is formed, the probability of recombination of hydrogen radicals can be lowered.
  • the ratio of the area of the exhaust port (the gap between the electrodes 21, 22, 24, the opening of the ion introduction hole 23, and the ion injection hole 25) with respect to the internal surface area of the ion trap 2 is reduced, and the exhaust efficiency of hydrogen radicals It is desirable to reduce
  • the radical electrode inlet 26 is provided in the ring electrode 21 and hydrogen radicals are introduced into the ion trap 2 through the opening.
  • hydrogen is introduced into the ion trap through a gas pipe.
  • a radical may be introduced.
  • hydrogen radicals easily recombine into hydrogen molecules when they come into contact with the inner wall surface of the gas pipe, it is preferable to take measures to avoid such recombination.
  • the material of the gas pipe itself may be a material that hardly causes recombination of hydrogen radicals, specifically, silicon dioxide as described above, or a coating layer made of an appropriate material such as silicon dioxide may be formed on the inner wall surface of the gas pipe.
  • a coating layer made of an appropriate material such as silicon dioxide may be formed on the inner wall surface of the radical particle inlet 26.
  • an inert gas such as helium is flowed along the inner wall surface of the gas pipe so that hydrogen radicals do not contact the inner wall surface of the gas pipe, and the hydrogen radical is allowed to flow in the center of the inert gas flow. It may be.
  • the rate of reaction between ions and hydrogen radicals in the ion trap 2 depends on the temperature of the hydrogen radicals. Therefore, when supplying hydrogen radicals into the ion trap 2 through the gas pipe as described above, a heating unit or the like may be provided so as to maintain the gas pipe at a high temperature.
  • the ion trap is a three-dimensional quadrupole ion trap, but may be a multipole linear ion trap.
  • the density of ions trapped in the ion trap should be high.
  • the linear ion trap is less affected by space charge than the three-dimensional quadrupole ion trap, and the surface density of ions can be increased.
  • a linear ion trap is irradiated with hydrogen radicals in the axial direction, the flight distance in which the hydrogen radicals contribute to the reaction is extended. For these reasons, it is more advantageous in terms of dissociation efficiency to use a linear ion trap.
  • the ion trap confines ions by the action of a high-frequency electric field.
  • hydrogen ions are irradiated to ions confined in a cell of a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer that confines ions by the action of a magnetic field. May be.
  • ions confined in such a predetermined space for example, it is possible to dissociate ions by irradiating hydrogen radicals obliquely to the ion flow or in the same direction or in the opposite direction of the flow. Good.
  • the said Example is a mass spectrometer which mass-analyses the fragment ion produced

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Abstract

　イオントラップ（２）内に捕捉したイオンに対し、リング電極（２１）に穿設したラジカル粒子導入口（２６）を通して水素ラジカルを、４×１０10[atoms/s]以上の流量で照射する。これにより、イオントラップ（２）内で電子の授受によらない不対電子誘導型の解離が起こり、ｃ／ｚ系列フラグメントイオンが効率よく生成される。水素ラジカル照射後に、イオントラップ（２）内に不活性ガスを導入するとともにイオンを共鳴励起して補助的な衝突誘起解離を生起させることにより、ｃ／ｚ系列フラグメントイオンの生成をより促進させることもできる。このようにして本発明によれば、ペプチド由来の１価イオンを不対電子誘導型解離させ、それにより生成されたｃ／ｚ系列フラグメントイオンを質量分析に供することが可能となる。

Description

イオン分析装置
　本発明は、試料成分由来のイオンを解離させ、その解離により生成されたフラグメントイオンを分析するイオン分析装置に関する。本発明に係るイオン分析装置は特に、解離により生成された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装置や、解離により生成されたフラグメントイオンをイオン移動度に応じて分離して検出するイオン移動度計、或いはその両者を組み合わせたイオン移動度-質量分析装置などに好適である。
　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解離させ、それにより生成されたフラグメントイオン（又はプロダクトイオン）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イオントラップに捕捉されている分子量の大きなイオンを解離する手法としては低エネルギ衝突誘起解離（ＣＩＤ＝Collision Induced Dissociation）が最も一般的であるが、タンパク質やペプチド由来のイオンの解離には電子移動解離（ＥＴＤ＝Electron Transfer Dissociation）や電子捕獲解離（ＥＣＤ＝Electron Capture Dissociation）なども広く用いられている。
　ＥＴＤ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。このときの反応は以下の式で表すことができる。
　　[Ｍ＋ｎＨ]n+ ＋ Ａ- → {[Ｍ＋ｎＨ](n-1)+}* ＋ Ａ → 解離
ここで、Ｍは目的分子、Ｈはプロトン、Ａ-は反応イオン、ｎは正の整数であり、*はラジカル状態であることを示す。
　一方、ＥＣＤでは、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。このときの反応は以下の式で表すことができる。
　　[Ｍ＋ｎＨ]n+ ＋ ｅ- → {[Ｍ＋ｎＨ](n-1)+}*　→ 解離
　ＥＴＤやＥＣＤはＣＩＤ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、低エネルギＣＩＤ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開裂するため、修飾物の同定や修飾部位の特定がし易く、高分子化合物の構造解析に有用である。
　しかしながら、ＥＴＤやＥＣＤにおいては、上記の反応式を見れば明らかであるように、試料成分由来の１価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、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。また、一般的に正イオンに対してのみ有効であって、負イオンを解離させることは難しい。また、１回の解離毎にイオンの価数が減少するため、アミノ酸の側鎖を含むインモニウムイオンを生成するために複数回の解離を行うという操作は、アミノ酸残基数以上の価数を持つイオンにしか適用することができない。さらにまた、負イオンや電子といった荷電粒子をイオントラップ内に照射するために、アインツェルレンズなどの荷電粒子光学系を用いる必要がある。
　上述したＥＴＤやＥＣＤは荷電粒子を利用した不対電子誘導型解離法であるが、荷電粒子の代わりに、非荷電粒子である中性ラジカル粒子を用いた不対電子誘導型解離法も知られている。例えば非特許文献１、特許文献１などには、大気圧雰囲気の下で輸送される試料成分由来のイオンに対してヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）を照射することでイオンを解離する方法が開示されている。
　しかしながら、ヒドロキシルラジカルを用いた上記不対電子誘導型解離法は大気圧雰囲気中での解離という制約がある。一般的な質量分析装置においてイオントラップは真空雰囲気中に配設されているため、こうしたイオントラップ内でのイオンの解離には上記解離法を利用することができない。
　真空雰囲気の下で、中性ラジカル粒子を用いた不対電子誘導型解離を行う例としては、非特許文献２、３などに報告がある。非特許文献２では、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置（ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ）のセルに捕捉されている１価のペプチドイオンに水素ラジカルを照射することでＥＣＤやＥＴＤと同様に不対電子誘導型の解離を生じさせる試みが行われたものの、イオンの解離は確認できなかったと結論付けられている。また非特許文献３には、非特許文献２における実験の追試を行ったものの、やはり解離は実現できなかったという報告がなされている。
　一方、非特許文献４、特許文献２には、中性粒子ビーム又はラジカル粒子ビームをＦＡＢ（Fast Atom Bombardment）銃を利用して加速してイオントラップ内に照射することで、イオントラップ内に捕捉されているイオンを解離させる方法が開示されている。それら文献には、この方法は、高速に加速された粒子が励起状態になることで、その照射粒子から放出された電子がイオントラップ内に捕捉されているイオンに付着し、ＥＴＤやＥＣＤと同様のメカニズムによって解離が起こると説明されている。
　この解離法によれば、イオントラップ内へ中性粒子やラジカル粒子を照射するために荷電粒子光学系を必要としない。しかしながら、非荷電粒子を利用しているとはいうものの、ＥＴＤやＥＣＤと同様に電子の授受により解離を誘発する解離法であるから、解離対象であるイオンは原理的に２価以上である必要があり、１価イオンを解離させることはできない。
米国特許第７７２３６７６号明細書 米国特許第７４７６８５３号明細書
ヴィルコフ（Andrey N. Vilkov）、ほか２名、「ペプタイド・フラグメンテイション・インデュースド・バイ・ラディカルズ・アット・アトモスフェリック・プレッシャー（Peptide Fragmentation Induced by Radicals at Atmospheric Pressure）」、ジャーナル・オブ・マス・スペクトロメトリ（Journal of Mass Spectrometry）、2009年、Vol.44、pp.477-484 デミレフ（Plamen A. Demirev）、「ジェネレイション・オブ・ハイドロジェン・ラディカルズ・フォー・リアクティビティ・スタディーズ・イン・フーリエ・トランスフォーム・イオン・サイクロトロン・リゾナンス・マス・スペクトロメトリ（Generation of hydrogen radicals for reactivity studies in Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry）」、ラピッド・コミュニケイションズ・イン・マス・スペクトロメトリ（Rapid Communications in Mass Spectrometry）、2000年、Vol.14、pp.777-781 ズバレフ（Roman. A. Zubarev）、ほか４名、「トゥワーズ・アン・アンダースタンディング・オブ・ザ・メカニズム・オブ・エレクトロン-キャプチャ・ディソシエイション：ア・ヒストリカル・パースペクティブ・アンド・モダン・アイディアズ（Towards an understanding of the mechanism of electron-capture dissociation: a histrical perspective and modern ideas）」、ジャーナル・オブ・マス・スペクトロメトリ（Journal of Mass Spectrometry）、2002年、Vol.8、pp.337-349 ミシャリン（Alexander S. Misharin）、ほか３名、「ディソシエイション・オブ・ペプタイド・イオンズ・バイ・ファスト・アトム・ボムバードメント・イン・ア・クァドルポール・イオン・トラップ（Dissociation of peptide ions by fast atom bombardment in a quadrupole ion trap）」、ラピッド・コミュニケイションズ・イン・マス・スペクトロメトリ（Rapid Communications in Mass Spectrometry）、2005年、Vol.19、Issue 15、pp.2163-2171 コチャー（T. Kocher）、ほか２名、「フラグメンテイション・オブ・ペプタイズ・イン・マルディ・イン-ソース・ディケイ・メディエイテッド・バイ・ハイドロジェン・ラディカルズ（Fragmentation of peptides in MALDI in-source decay mediated by hydrogen radicals）」、アナリティカル・ケミストリ（Analytical Chemistry）、2005年、Vol.77、pp.172-177 スワニー（Danielle L. Swaney）、ほか５名、「サプリメンタル・アクティベイション・メソッド・フォー・ハイ-エフィシェンシー・エレクトロン-トランスファー・ディソシエイション・オブ・ダブリー・プロトネイテッド・ペプタイド・プリカーサーズ（Supplemental Activation Method for High-Efficiency Electron-Transfer Dissociation of Doubly Protonated Peptide Precursors）」、アナリティカル・ケミストリ（Analytical Chemistry）、2007年、Vol.79、pp.477-485
　上述したように、ペプチド分子イオンを解離させてｃ／ｚ系列のフラグメントイオンを生成するには、不対電子誘導型の解離法が有用であるものの、ＥＴＤやＥＣＤ、或いは、中性粒子ビームやラジカル粒子ビームをＦＡＢ銃を利用してイオントラップ内に照射する解離法（非特許文献４、特許文献２に開示された解離法）では、１価イオンを解離させることはできない。よく知られているように、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）法などのイオン化法により生成されるイオンは、通常、１価のイオンであるため、１価イオンの解離が行えないと分析手法としては大きな制約となる。また、ヒドロキシルラジカルを試料成分由来のイオンに照射する解離法は１価イオンの解離にも適用可能であるが、真空雰囲気の下では利用できないため、イオントラップに捕捉したイオンの解離には不向きであり、ｎが３以上のＭＳn分析には適用できない。
　また、水素ラジカルを試料成分由来のイオンに照射する解離法は非特許文献２、３などで提案されているものの、その試みは成功に至っていない。なお、上記特許文献２には、水素ラジカルをイオンに照射する解離法も複数の解離法の一つとして開示されているものの、解離が成功に至らなかったとされた非特許文献２、３における報告以上の技術的な改良は何ら提案されていない。そのため、特許文献２に記載のイオン解離法では、実際にペプチド分子イオンを解離させることは困難である。
　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、その主たる目的は、真空雰囲気の下でイオントラップなどに捕捉されているペプチド由来の１価イオンを解離させ、低エネルギＣＩＤでは生成されにくいｃ／ｚ系列のフラグメントイオンを生成させることが可能である不対電子誘導型の解離を行うイオン分析装置を提供することである。
　例えばインソース分解（In-Source Decay）法における水素付着反応のメカニズムと同様に、水素ラジカル（水素原子）をペプチド分子イオンに照射すると、該イオン中のカルボニル酸素に水素が付着し、ラジカルイオンとなることが予想される。これにより、ＥＴＤやＥＣＤと同様に、下記式による反応により、イオンの解離が生じる筈である。
　　[Ｍ＋Ｈ]+ ＋ Ｈ* → [Ｍ＋２Ｈ]+ *　→ 解離
非特許文献２、３に開示されている解離法は上記メカニズムを利用した方法であるが、これら文献では解離が起こることは実験的に確認されなかったとされている。また、特許文献２でも実際に解離を起こすための実効的な方策は提案されていない。
　上述した従来の試みではイオンに照射されるラジカル粒子として水素ラジカルが用いられているが、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ことが考えられる。また、水素ラジカルが配管内壁やチャンバ壁等に衝突すると、粒子温度は即座に室温程度にまで低下してしまう。こうした点を踏まえると、水素ラジカルをイオントラップ内に捕捉されているイオンに照射しようとしても、反応に寄与する水素ラジカルが解離対象であるイオンにまで到達する効率はかなり低いことが予測される。そうであるとすると、上記従来の試みにおいて解離が生起されない主たる原因が、解離反応に寄与するラジカル量が十分に確保できないことにある可能性が十分に考えられる。
　そこで、本願発明者はこうした推測の下で、特にイオントラップ内への水素ラジカルの導入方法や導入条件などを変えながら実験を繰り返した。その結果、水素ラジカルを効率よくイオントラップ内に導入しイオンとの反応に寄与する水素ラジカルの量を十分に確保することで、イオンに対する不対電子誘導型の解離が実現できることを確認した。本発明はこうした実験的な知見に基づいてなされたものである。
　即ち、上記課題を解決するためになされた本発明は、試料成分由来のイオンを解離して生成したフラグメントイオンを分析するイオン分析装置であって、
　a)目的とする試料成分由来のイオンが存在する空間に対して４×１０10 [atoms/s]以上の流量で以て水素ラジカルを導入することにより該イオンを解離させるイオン解離部と、
　b)前記イオン解離部で生成されたフラグメントイオンを質量電荷比又はイオン移動度の少なくとも一方に応じて分離して検出する分離検出部と、
　を備えることを特徴としている。
　また、水素ラジカルを流量ではなく密度で捉えれば、イオン解離部は、目的とする試料成分由来のイオンが存在する空間に対して３×１０12[atoms/m3]以上の密度で以て水素ラジカルを導入すればよい。
　即ち、本発明に係るイオン分析装置において、イオン解離部は、例えばイオントラップ内に捕捉されている目的とする試料成分由来のイオンに対して、４×１０10 [atoms/s]以上の流量の、又は３×１０12[atoms/m3]以上の密度の水素ラジカルを所定時間導入する。本願発明者の実験によれば、この程度以上の流量又は密度で水素ラジカルを導入すると、プリカーサイオンのピーク強度の０．１％程度以上のフラグメントイオンピーク強度を得ることができ、マススペクトルにおいて十分にフラグメントイオンピークを検出することが可能である。
　本発明に係るイオン分析装置では、試料成分由来のイオン流に対して水素ラジカルを照射して解離を促進させることも可能ではあるものの、やはりイオンが閉じ込められている比較的狭い空間に水素ラジカルを導入したほうが解離効率の点では有利である。そこで、本発明に係るイオン分析装置において、好ましくは、上記イオン解離部は、３次元四重極型イオントラップ、多重極リニア型イオントラップ、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置のセルなど、高周波電場や磁場の作用によりイオンを所定の空間に閉じ込めるイオン閉じ込め部に水素ラジカルを導入し、該イオン閉じ込め部の内部で目的とする試料成分由来のイオンと水素ラジカルとを反応させて該イオンを解離させる構成とするとよい。
　また、非特許文献２、３に記載された実験においてイオンの解離が確認できなかった他の原因として、ラジカル粒子が高分子イオンのカルボニル酸素に付着したとしても、イオンの立体構造の中でラジカル粒子自身が該イオン内の他の原子と非共有結合してしまい、不対電子誘導型の解離が行われないことが考えられる。この現象は、ＥＣＤやＥＴＤにおいて広く知られている現象である。これに対し、非特許文献６には、ＥＴＤにおいてイオントラップ内に捕捉されたイオンに解離用の負イオンを照射したあとに、電極に補助的に電圧を印加してイオンに共鳴励起を生起させ、ヘリウムなどの中性粒子と衝突させることで不対電子誘導型の解離が促進されることが報告されている。
　本発明に係るイオン分析装置における、ラジカル粒子と閉じ込めイオンとの反応においても、上記のような補助的な電場の形成によるイオンの励振が解離効率の向上に効果的である。即ち、本発明に係るイオン分析装置において、上記イオン閉じ込め部としてイオントラップを用いた場合に、上記イオン解離部は、水素ラジカルを導入する前又は導入した後の少なくとも一方の期間に、イオントラップ内に捕捉したイオンを励振させ、該イオントラップ内に導入した中性粒子に衝突させることでイオンの解離を促進させる補助解離促進部を含む構成とすることが好ましい。
　イオントラップ内に捕捉したイオンを励振させるには、例えばイオントラップを構成するエンドキャップ電極又はそれに相当する電極に所定の共鳴励起電圧を印加すればよい。また、イオンの解離を促進させるためにイオンを励起する手段としてレーザ光照射を用いてもよい。
　また、本発明に係るイオン分析装置において、上記イオン閉じ込め部に水素ラジカルを導入する際には、イオンができるだけ高い密度で存在している領域に水素ラジカルを導入したほうが、解離効率を上げるうえで有利である。そこで、本発明に係るイオン分析装置では、上記イオン閉じ込め部としてイオントラップを用いた場合に、上記イオン解離部は、水素ラジカルを導入する前に、イオントラップ内に捕捉しているイオンに対しクーリングガスによるクーリングを行うようにするとよい。
　クーリングによってイオンはイオントラップの中心付近に収束し易くなるから、イオントラップの中心付近に水素ラジカルを導入することにより、解離の効率を高めることができる。
　また、本発明に係るイオン分析装置において、上記イオン閉じ込め部に水素ラジカルを導入してイオンに照射する場合、例えばその照射時間が長くなりすぎると、一度解離したイオンがさらに解離してしまい、観測したいフラグメントイオンが得られなくなることがある。そこで、本発明に係るイオン分析装置の一実施態様では、こうした多次的な解離を抑制するために、上記イオン解離部は、イオントラップ内に水素ラジカルを導入する期間の少なくとも一部で、プリカーサイオン以外の質量電荷比範囲に含まれるイオンに対する共鳴励起を行うことにより反応速度を抑制する構成とするとよい。
　プリカーサイオン以外の質量電荷比範囲に含まれるイオンに対する共鳴励起を行うには、例えば対応する質量電荷比範囲に応じた周波数成分の信号が重畳されたＦＮＦ（Filtered Noise Field）信号を、例えばイオントラップを構成するエンドキャップ電極又はそれに相当する電極に印加すればよい。
　また逆に、単一アミノ酸由来のインモニウムイオンを観測したい場合には、複数回の解離が生起されるようにすればよい。そこで、本発明に係るイオン分析装置の他の実施態様では、上記イオン解離部は、複数回の解離を生起させるように水素ラジカルを導入する時間を長く設定する構成としてもよい。
　また本発明に係るイオン分析装置において、イオンの解離効率を上げるには、イオンが存在する領域、例えばイオントラップ内まで、損失をできるだけ抑えつつ水素ラジカルを輸送することが望ましい。一般に、二酸化珪素の壁面では水素ラジカルの再結合が抑えられることが知られている。そこで、本発明に係るイオン分析装置において、上記イオン解離部は、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送するための、ガラス管又は少なくとも内壁面にガラス被膜が形成されている配管である水素ラジカル導入管を含む構成とするとよい。これにより、水素ラジカルを輸送する間の水素ラジカルの再結合による損失を抑えることができる。
　また一般に、水素ラジカルの温度は反応速度に依存するから、できるだけ高温に保った水素ラジカルをイオンが存在する領域に供給することも、イオンの解離効率を上げるうえで有効である。そこで、本発明に係るイオン分析装置において上記イオン解離部は、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送するための水素ラジカル導入管と、該水素ラジカル導入管を高温に維持する又は加熱する加熱部と、を含む構成としてもよい。これにより、水素ラジカルを輸送する間の水素ラジカルの再結合による損失を抑えることができるとともに、水素ラジカルの温度が高温に保たれるために、イオンの解離効率を高めることができる。
　また本発明に係るイオン分析装置においては、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送するための水素ラジカル導入管の内壁面に沿って不活性ガスを流し、その不活性ガスの流れによって水素ラジカルが導入管内壁面に接触しないようにしつつ、水素ラジカルを輸送する構成としてもよい。こうした構成によっても、水素ラジカルが再結合することによる損失を低減し、解離効率を高めることができる。
　また本発明に係るイオン分析装置においては、ガス配管を用いずに、イオントラップ内などのイオンが存在する領域に直接的に水素ラジカル流を導入する構成としてもよい。そのために、上記イオン解離部は、指向性を有する水素ラジカル流を取り出す流束整形部を含む構成とするとよい。こうした流束整形部により取り出された指向性を有する水素ラジカル流を３次元四重極型のイオントラップの内部に導入する場合には、イオントラップを構成するリング電極に導入孔を穿設し、該導入孔を通してイオントラップの中心付近に細径の水素ラジカル流を導入するとよい。これにより、水素ラジカルの熱的な損失を抑えつつ効率的にイオントラップ内に水素ラジカルを導入することができる。
　本発明に係るイオン分析装置によれば、ＥＴＤ、ＥＣＤ等の従来の一般的な不対電子誘導型解離法ではイオン解離が行えなかった１価のイオンも、高い効率で解離しフラグメントイオンを生成させることができる。これにより、ＭＡＬＤＩ法などの１価イオンが支配的に生成されるイオン化法を利用した質量分析装置やイオン移動度計などにおいても、例えばペプチド分子イオンからｃ／ｚ系列のフラグメントイオンを生成させ、これを分析に供することができる。また、電子の授受による解離ではないため、負イオンについても正イオンと同様に解離させることができる。
　また本発明に係るイオン分析装置では、不対電子誘導型の解離に荷電粒子ではなく中性粒子を用いるため、電場の作用によりイオンを閉じ込めた領域にも、空間電荷等の影響による導入流量の制約などを受けることなく、解離用の中性粒子を多量に導入することができる。そのため、解離効率の改善が容易である。また、解離用の粒子をイオントラップ内などに導入するためにイオン光学系などの荷電粒子光学系を用いる必要がなく、ガス配管などの一般的なガス導入系を利用することができ、コスト的にも有利である。
　さらにまた本発明に係るイオン分析装置では、イオン解離によりイオンの価数は減少しないので、例えば水素ラジカルの照射時間を制御することで、目的とするイオンの複数回の解離を生じさせることもできる。それにより、ペプチド由来のインモニウムイオンも容易に生成することができ、ペプチドの構造解析に有効である。
本発明に係るイオン分析装置の一実施例である質量分析装置の概略構成図。 イオントラップ内に捕捉した１価イオンに対し水素ラジカルを反応させ解離させることで得られたフラグメントイオンのマススペクトルの実測例を示す図。 イオントラップ内に導入する水素ラジカルの流量とフラグメントイオンピーク強度との関係の実測結果を示す図。 フラグメントイオンのピークスペクトルの実測例を示す図。 本発明の他の実施例である質量分析装置の概略構成図。
　本発明に係るイオン分析装置の一実施例である質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。
　図１は本実施例の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、を備える。
　イオン源１は例えば、ＭＡＬＤＩ法などのイオン化法を用いたイオン源である。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８による指示に応じてトラップ電圧発生部７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、水素ラジカルを貯留した又は水素ラジカルを生成する水素ラジカル供給源５１と、流量を調整可能であるバルブ５２と、水素ラジカルを噴出するノズル５３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、クーリングガスや場合によってはＣＩＤガス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、流量を調整可能であるバルブ６２と、を含む。
　本実施例の質量分析装置における分析動作を概略的に説明する。
　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７からリング電極２１に印加される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７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は励振され、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としてヘリウムなどの不活性ガスが導入されることで、プリカーサイオンのクーリングが行われる。これにより、プリカーサイオンはイオントラップ２の中心付近に収束される。その状態で、水素ラジカル照射部５のバルブ５２が開放され、水素ラジカル（水素原子）を含むガスがノズル５３から噴出する。その噴出流の前方に位置するスキマー５４により、水素ガス（水素分子）などのガスは除去され、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。
　後述するように、このときに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の開度などが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ｃ／ｚ系列のフラグメントイオンが主として生成される。生成された各種フラグメントイオンはイオントラップ２内に捕捉され、クーリングが行われたる。そのあと、所定のタイミングでトラップ電圧発生部７からエンドキャップ電極２２、２４に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９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、フラグメントイオンによるマススペクトルを作成する。
　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、イオンを解離させてフラグメントイオンを生成する。すでに述べたように、こうした解離法の試みは非特許文献２、３などで行われているものの成功に至っておらず、また特許文献２にもそうした解離法の開示はあるものの、実際に解離を成功させるための方策は何ら提案されていない。これに対し、本願発明者は、水素ラジカルをイオンに直接的に照射することでそのイオンを解離させるための条件を実験的に調べ、適切な条件の下で良好な解離が起こることを確認した。
　次に、その実験結果を説明しつつ、本実施例の質量分析装置における詳細な構成やより好ましい構成について述べる。
　　［実測１］
　図２は、本実施例の質量分析装置においてイオントラップ２内に捕捉したＰ物質（substance-P、分子式：Ｃ63Ｈ98Ｎ18Ｏ13Ｓ、アミノ酸配列：ＲＰＫＰＱＱＦＦＧＬＭ）の１価イオンに対し水素ラジカルを照射することで生成されたフラグメントイオンのマススペクトルの実測例である。この実測において、イオントラップ２内に捕捉されているイオンに照射した水素ラジカルの流量は約１．３×１０13[atoms/sec]であり、照射時間は８[sec]である。図２に示すように、一般に中性粒子との衝突解離によってフラグメントイオンが生成されるＣＩＤでは生成されることがないｃ系列のフラグメントピークが明確に現れている。比較のために、水素ラジカルを含まない水素分子のみをイオントラップ２内のイオンに照射する実測も行ったが、図２で見られるようなｃ系列のフラグメントピークは観測されなかった。この実測結果から、図１に示した構成において少なくとも上記条件の下で、水素ラジカルとイオンとの相互作用により不対電子誘導型の解離が実現されたと結論付けることができる。
　ＣＩＤでは通常、塩基性アミノ酸付近で特異的に解離が生じることが多いため、マススペクトルにおいてアミノ酸残基数が１ずつ異なるラダー状のフラグメントイオンピークが得られない場合がある。これに対し、上記実測で得られたマススペクトルでは、イオントラップ２の低質量カットオフよりも大きな質量電荷比範囲において、ｃ4～ｃ10のフラグメントイオンピークが全て得られている。これは、ＥＴＤやＥＣＤと同様に、アミノ酸配列が非特異的に切断されていることを意味している。このようにラダー状のフラグメントイオンピークが得られると、隣接するピーク間の質量電荷比差などに基づくアミノ酸配列の推定が容易になり、ペプチドの構造解析に非常に有用である。
　なお、この実測では、イオントラップ２においてプリカーサイオンを選択する際に同時にイオントラップ２内に残留した（つまりはプリカーサイオン選択では除去しきれなかった）夾雑イオンを、ＦＮＦ信号をエンドキャップ電極２２、２４に印加することで排除し、そのあとにイオントラップ２内に捕捉されているイオンに対する水素ラジカルの照射を開始するようにした。このため、図２に示すマススペクトルには、夾雑イオン由来のフラグメントイオンピークは存在せず、図２において観測されたフラグメントイオンピークは目的のプリカーサイオン由来であるということができる。
　また、ｃ／ｚ系列の解離効率を高めるために、水素ラジカルをイオンに照射して解離を促進した後、ガス供給部６からイオントラップ２内にヘリウム（又はアルゴン）ガスを導入するとともに、トラップ電圧発生部７からエンドキャップ電極２２、２４に所定の共鳴励起電圧を印加し、解離されずにイオントラップ２内に残っているプリカーサイオンを励振させてガスと衝突させる実験も行った。これにより、ｃ／ｚ系列のフラグメントイオンピークの強度が数倍程度増加することが確認された。これは、水素ラジカルの照射によっても解離されずにイオントラップ２内に残っているプリカーサイオンに対し、補助的なＣＩＤ操作を行うことでｃ／ｚ系列のフラグメントイオンの生成を促進させることができることを意味している。この現象のメカニズムは未解明であるが、不対電子誘導型解離に必要である結合状態とは異なる状態で以てイオンに付着した水素原子が外部からのエネルギを受け取ることで、不対電子誘導型の解離が促進されたこと、などが一つの要因として想定される。
　そこで、本実施例の質量分析装置では、イオントラップ２に捕捉しているイオンに対し水素ラジカルを所定時間だけ照射して不対電子誘導型解離を行うのに引き続き、上記のような補助的なＣＩＤ操作を実施し、それら２段階の解離により得られたフラグメントイオンをイオントラップ２に捕捉して質量分析の対象とするようにしてもよい。
　なお、水素ラジカル照射部５においてスキマー５４を設けても、水素ラジカルと同程度の流量の水素分子（Ｈ2）が水素ラジカルとともにイオントラップ２内に供給されることは避けられない。水素分子は解離のための反応には関与せず、イオントラップ２内の真空度の悪化をもたらし、イオントラップ２におけるイオンの捕捉効率を低下させる上に質量分解能も悪化させる可能性がある。ただし、上記実験で用いた流量程度であれば、水素分子がイオントラップ２内に導入されても、真空チャンバ内の真空度には大きな影響を与えない。実際、上記実験においてイオントラップ２周辺の真空度は１×１０-4[Pa]程度に保たれており、イオン捕捉効率及び質量分解能に対する悪影響は確認されなかった。
　　［実測２］
　図３は、イオントラップ２内のイオンに照射する水素ラジカルの流量とフラグメントピーク強度特性との関係の実測結果である。解離対象のイオンは上記実験と同じくＰ物質であり、その１価イオンから最も高いＳＮ比で得られたｃ5フラグメントイオンのピーク強度とプリカーサイオンピーク強度との比率を縦軸とした。計算に用いたプリカーサイオンのピーク強度は、水素ラジカルを照射しない状態で実施した予備実験で得られた値（６８[mV]）を用いた。また、図３の横軸は水素ラジカル流量の絶対値を示している。この水素ラジカル流量の絶対値計測には四重極型質量分析装置を用いた。なお、本実測におけるノイズ成分は約０．０２[mV]であり、プリカーサイオンのＳＮ比は３５００程度であった。
　図３に示した実測結果によれば、水素ラジカル流量が最小である４×１０10[atoms/s]の場合でも、プリカーサイオンピーク強度の０．１％程度のフラグメントイオンピーク強度が得られている。即ち、ＳＮ比が３．５程度のフラグメントイオンピークが得られており、これは十分に検出可能なピーク強度である。図４は、このときのフラグメントイオンのピークが現れたマススペクトルの実測例である。このマススペクトルからも、ｃ5フラグメントイオンピークが十分に検出可能であることが分かる。
　この実測では、イオントラップ２内への水素ラジカルの照射時間を６０[sec]とした。この値を選択したのは、本実測における水素ラジカル最大流量（１．３×１０12[atoms/s]）の条件下で、ｃ5フラグメントイオンピークの最大強度が得られたことからである。この場合、水素ラジカルの照射時間を６０[sec]よりさらに長くしてもフラグメントイオンのピーク強度はむしろ低下した。これは、解離により新たに生成されるフラグメントイオンの増加量よりも、既に解離したフラグメントイオンの解離がさらに、つまり多段階に進むことによる、１次解離で生成されたフラグメントイオンの減少量のほうが上回るためであると推定される。逆に、この現象を利用し、水素ラジカルの照射時間を十分に長くすれば、最終的にはアミノ酸１残基（インモニウムイオン）まで解離が進むことは容易に推測し得る。
　前述のように、ＥＴＤやＥＣＤにおいてはイオンが解離する度にフラグメントイオンの価数が減少するため、ＥＴＤやＥＣＤによる解離を繰り返すことで最終的にインモニウムイオンを得るという手法はアミノ酸残基数よりも価数が大きなイオンに対してしか適用できない。これに対し、本発明における解離法で用いている水素ラジカルは中性であることから、解離を繰り返してもフラグメントイオンの価数は減少せず、水素ラジカルの照射時間を十分に長くしてインモニウムイオンを必要に応じて生成することが可能であり、インモニウムイオンを構造解析に用いる際に本発明で用いている解離法は有用であるということができる。なお、インモニウムイオンを生成するために必要な照射時間の長さは予め実験的に決めておくことが可能である。
　これとは逆に、既に解離したイオンの多段階の解離を抑制したい場合には、水素ラジカルをイオンに照射している間に、プリカーサイオンの質量電荷比を除く質量電荷比範囲に対応した広帯域周波数成分を有する小振幅の共鳴励起電圧（ＦＮＦ信号）をエンドキャップ電極２２、２４に印加するとよい。これにより、プリカーサイオンが解離して生成されたフラグメントイオンが励振され、少なくともその一部が、イオントラップ２内で水素ラジカルが照射されている領域から外れる。即ち、水素ラジカルが照射される領域に存在するフラグメントイオンの密度が低減されるため、フラグメントイオンと水素ラジカルとの反応を抑制することができ、これによって１次的な解離によるフラグメントイオンの収集効率を改善することができる。
　本実施例の質量分析装置では、イオントラップ２内へ水素ラジカルを導入するラジカル粒子導入口２６と同一直線上に、ラジカル粒子排出口２７を設けているため、イオントラップ２内に照射された水素ラジカルは該イオントラップ２の中心付近を通過した後にその多くがそのままイオントラップ２の外部に排出される。このようにラジカル粒子排出口２７を設けると、イオントラップ２内に水素ラジカルとともに導入されたガスが該排出口２７を通してイオントラップ２外部へ速やかに排気されるので、イオントラップ２内の残留ガス圧が上がることを防止することができる。これにより、真空度が悪化した状態で電極２１、２２、２４に高電圧が印加されることで生じる放電のリスクを低減することができる。また、イオントラップ２内のガス圧上昇によるイオンの捕捉効率の低下及び質量電荷比測定時の質量分解能低下を回避することができる。
　一方、通常のガス導入と同様に、イオントラップ２内に水素ラジカルが留まり易いように構成を変更してもよい。具体的には、図５に示すように、リング電極２１にラジカル粒子排出口２７を設けない構成とするとよい。この構成では、イオントラップ２内に導入された水素ラジカルはイオントラップ２の内壁への衝突を繰り返し、最終的にイオントラップ２の外部へと排出される。そのため、イオントラップ２内に閉じ込められた水素ラジカルは排出されるまで何度も反応に寄与し得るため、図１に示した実施例のようにイオントラップ２内から速やかに水素ラジカルが排気される構成に比べると、イオン解離に必要となる水素ラジカルの流量は少なくて済む。即ち、図５に示した構成では、図３の結果から得られた水素ラジカル流量の最小値（４×１０10[atoms/s]）よりも少ない流量で以て、その水素ラジカル流量と同等の効果を得ることができる。
　この点についてより詳しく説明する。
　図１に示した本実施例の質量分析装置において、イオントラップ２内のイオンと反応を起こす水素ラジカルの実質的な密度ＮA[atoms/m3]は次の(1)式で表される。
　　ＮA＝ＩA／（νπＲ2）　　　…(1)
ここでＩAは水素ラジカルの流量[atoms/s]であり、νは水素ラジカルの速度[m/s]、Ｒは水素ラジカル流束の半径[m]である。図３に示した実験では水素ガスを加熱することで水素ラジカルを生成しており、その加熱温度が２０００Kであったことから、νは約７０００[m/s]であると見積もられる。(1)式において、イオントラップ２のラジカル粒子導入口２６の半径 ０．７５[mm]をＲの値として用い、ＩAには水素ラジカル流量の最小値である４×１０10[atoms/s]を代入すると、図３に示した実験においてＮAの最小値は３×１０12[atoms/m3]であることが分かる。即ち、図３の結果から得られた水素ラジカル流量の最小値に相当する水素ラジカルの密度は３×１０12[atoms/m3]である。
　一方、図５に示した別の実施例の質量分析装置では、反応に関与する水素ラジカルの密度ＮB[atoms/m3]の定常解はレート方程式（Rate Equation）を解くことで次の(2)式で表される。
　　ｄＮB／ｄｔ＝（ＩB／Ｖ）－（ＮB／τ）＝０　→　ＮB＝τ（ＩB／Ｖ）　　…(2)
ここでＩBは水素ラジカルの流量[atoms/s]であり、Ｖはイオントラップ２の内部の体積[m3]であり、τは水素ラジカルの排気及び再結合の両者を考慮した閉じ込め時間[sec]である。ここで、反応に対する水素ラジカルの粒子温度の影響を無視すると、図１の構成と図５の構成とで同一の解離効果を得るためには、密度ＮAとＮBとが等しければよい。この場合、それぞれの構成で必要となる水素ラジカルの流量の比αは次の(3)式で表される。
　　ＩA／（νπＲ2）＝τ（ＩB／Ｖ）　→　α≡ＩB／ＩA＝（１／τ）Ｖ／（νπＲ2）　　…(3)
　イオントラップ２の内部領域の形状が球で近似可能であり、その球の半径が１０[mm]、Ｒ＝０．７５[mm]、ν＝７０００[m/s] (２０００K相当）であると仮定すると、(3)式中のαは次の(4)式で表される。
　　α≒３×１０-4／τ　　…(4)
この(4)式は、閉じ込め時間τを３００[μsec]よりも長くした場合には、図１の構成よりも少ない水素ラジカル流量（又は水素ラジカル密度）で以て同等の解離効果が図５の構成で得られることを示している。閉じ込め時間τを長くするためには、イオントラップ２の電極２１、２２、２４の内壁面に、水素ラジカルの再結合を生じにくい材料、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ2）などによるコーティングを行うとよい。一般に知られているように、水素ラジカルはイオントラップ２の電極２１、２２、２４の表面に衝突することで水素分子に容易に再結合してしまうが、電極２１、２２、２４の内壁面に適宜の二酸化珪素の被膜層を形成すると、水素ラジカルの再結合の確率を下げることができる。また併せて、イオントラップ２の内部表面積に対する排気口（電極２１、２２、２４間の間隙やイオン導入孔２３、イオン射出孔２５の開口）の面積の比率を小さくして、水素ラジカルの排気効率を低減することが望ましい。
　もちろん、このようにイオントラップ２を構成する電極２１、２２、２４の内壁面に適宜の被膜層を形成することは、図１に示した実施例の構成でも有効である。
　なお、上記実施例ではリング電極２１にラジカル粒子導入口２６を設け、該開口を通してイオントラップ２内に水素ラジカルを導入していたが、クーリングガス等と同様に、ガス配管を通してイオントラップ内に水素ラジカルを導入してもよい。ただし、水素ラジカルがガス配管の内壁面などに接触すると容易に再結合して水素分子になってしまうため、こうした再結合を回避する対策を施しておくことが好ましい。
　例えばガス配管の材料自体を水素ラジカルの再結合が生じにくい材料、具体的には上述した二酸化珪素としたり、ガス配管の内壁面に二酸化珪素などの適宜の材料による被膜層を形成したりするとよい。もちろん、図１、図５の構成でも、ラジカル粒子導入口２６の内壁面に二酸化珪素などの適宜の材料による被膜層を形成しておくとよい。これにより、水素ラジカルをイオントラップ２内にまで輸送する間の該水素ラジカルの損失を低減することができる。
　また、ガス配管の内部で水素ラジカルが配管内壁面に接触しないように、ガス配管の内壁面に沿ってヘリウムなどの不活性ガスを流し、その不活性ガス流の中央部に水素ラジカルを流すようにしてもよい。
　また一般に、イオントラップ２内でのイオンと水素ラジカルとの反応の速度は水素ラジカルの温度に依存する。そのため、上述したようにガス配管を通して水素ラジカルをイオントラップ２内に供給する場合、該ガス配管を高温に維持するように加熱部などを設けるとよい。
　また、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。
　例えば、上記実施例の質量分析装置ではイオントラップは３次元四重極型のイオントラップであるが、多重極リニア型イオントラップでもよい。イオントラップ内でイオンを効率よく解離させるには、イオントラップ内で捕捉されているイオンの密度が高いほうよい。一般的に、３次元四重極型イオントラップよりもリニア型イオントラップのほうが空間電荷の影響が少なく、イオンの面密度を高くすることができる。また、リニア型イオントラップにおいて、その軸方向に水素ラジカルを照射すれば水素ラジカルが反応に寄与する飛行距離が延びる。こうしたことから、リニア型イオントラップを用いたほうが解離効率のうえで有利である。
　また、イオントラップは高周波電場の作用によりイオンを閉じ込めるものであるが、磁場の作用によりイオンを閉じ込めるフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置のセルなどに閉じ込めたイオンに対して水素ラジカルを照射するようにしてもよい。もちろん、そうした所定の空間に閉じ込められたイオンではなく、例えばイオン流に対してそれに斜交するように又はその流れと同方向若しくは逆方向に水素ラジカルを照射し、イオンを解離させるようにしてもよい。
　さらにまた、上記実施例は解離により生成したフラグメントイオンを質量分析する質量分析装置であるが、フラグメントイオンをイオン移動度に応じて分離して検出するイオン移動度計や、フラグメントイオンをイオン移動度に応じて分離したうえで、さらに質量電荷比に応じて分離して検出するイオン移動度-質量分析装置に本発明を適用可能であることは明らかである。
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
２７…ラジカル粒子排出口
３…質量分離部
４…イオン検出器
５…水素ラジカル照射部
５１…水素ラジカル供給源
５２、６２…バルブ
５３…ノズル
５４…スキマー
６…ガス供給部
６１…ガス供給源
７…トラップ電圧発生部
８…制御部

Claims (12)

  1. 　試料成分由来のイオンを解離して生成したフラグメントイオンを分析するイオン分析装置であって、
    　a)目的とする試料成分由来のイオンが存在する空間に対して４×１０10 [atoms/s]以上の流量で以て水素ラジカルを導入することにより該イオンを解離させるイオン解離部と、
    　b)前記イオン解離部で生成されたフラグメントイオンを質量電荷比又はイオン移動度の少なくとも一方に応じて分離して検出する分離検出部と、
    　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解離して生成したフラグメントイオンを分析するイオン分析装置であって、
    　a)目的とする試料成分由来のイオンが存在する空間に対して３×１０12[atoms/m3]以上の密度で以て水素ラジカルを導入することにより該イオンを解離させるイオン解離部と、
    　b)前記イオン解離部で生成されたフラグメントイオンを質量電荷比又はイオン移動度の少なくとも一方に応じて分離して検出する分離検出部と、
    　を備え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、
    　前記イオン解離部は、電場又は磁場の作用によりイオンを所定の空間に閉じ込めるイオン閉じ込め部に水素ラジカルを導入し、該イオン閉じ込め部の内部で目的とする試料成分由来のイオンと水素ラジカルとを反応させて該イオンを解離させ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、
    　前記イオン閉じ込め部はイオントラップであり、前記イオン解離部は、水素ラジカルを導入する前又は導入した後の少なくとも一方の期間に、前記イオントラップ内に捕捉したイオンを励振させ、該イオントラップ内に導入した中性粒子に衝突させることでイオンの解離を促進させる補助解離促進部を含む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、
    　前記イオン閉じ込め部はイオントラップであり、前記イオン解離部は、水素ラジカルを導入する前又導入した後の少なくとも一方の期間に、前記イオントラップ内に捕捉したイオンにレーザ光を照射することで該イオンの解離を促進させる補助解離促進部を含むことを特徴とするイオン分析装置。
  6. 　請求項３～５のいずれか１項に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン閉じ込め部はイオントラップであり、前記イオン解離部は、水素ラジカルを導入する前に、前記イオントラップ内に捕捉しているイオンに対しクーリングガスによるクーリングを行うことを特徴とするイオン分析装置。
  7. 　請求項３～５のいずれか１項に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン閉じ込め部はイオントラップであり、前記イオン解離部は、水素ラジカルを導入する期間の少なくとも一部で、プリカーサイオン以外の質量電荷比範囲に含まれるイオンに対する共鳴励起を行うことによりイオンと水素ラジカルとの反応速度を抑制することを特徴とするイオン分析装置。
  8. 　請求項３に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン解離部は、複数回の解離を生起させるように水素ラジカルを導入する時間を長く設定することを特徴とするイオン分析装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン解離部は、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送するための、ガラス管又は少なくとも内壁面にガラス被膜が形成されている配管である水素ラジカル導入管を含むことを特徴とするイオン分析装置。
  10. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン解離部は、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送するための水素ラジカル導入管と、該水素ラジカル導入管を高温に維持する又は加熱する加熱部と、を含むことを特徴とするイオン分析装置。
  11. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン解離部は、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送するための水素ラジカル導入管の内壁面に沿って不活性ガスを流し、その不活性ガスの流れによって水素ラジカルが導入管内壁面に接触しないようにしつつ、イオンが存在する領域まで水素ラジカルを輸送することを特徴とするイオン分析装置。
  12. 　請求項１～８のいずれか１項に記載のイオン分析装置であって、
    　前記イオン解離部は、指向性を有する水素ラジカル流を取り出す流束整形部を含むことを特徴とするイオン分析装置。
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