JP4161125B2

JP4161125B2 - 質量分析法および質量分析装置

Info

Publication number: JP4161125B2
Application number: JP2002122359A
Authority: JP
Inventors: 滋雄早川
Original assignee: 滋雄早川
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003315313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析法および質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析法は、多くの分析法の中で、物質を構成する分子の質量を決定できると同時にその物質の微量分析が可能であるという特徴を有する。質量分析法では、被測定物を様々なイオン化法を用いてイオン化し、質量／電荷比（ｍ／ｚ）に基づくスペクトルを測定することによって、被測定物の分子量や構造を決定する。
【０００３】
また、質量数が同じ分子でもその組成が異なる場合には、電子イオン化法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ）や高速原子衝撃イオン化法(ＦａｓｔＡｔｏｍＢｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ)などを用いて、試料分子から解離したフラグメントイオンを測定することによって、その識別が可能である場合が多い。
【０００４】
しかしながら、通常用いられているイオン化法では、組成が同じで構造が異なる異性体の識別および構造決定は困難である場合が多い。一方、化学物質では、異性体によって特性が大きく異なるため、異性体の識別は重要な問題である。たとえばダイオキシンでは、塩素原子の置換位置によって毒性が大きく異なる。そのため、質量分析法においても異性体の識別をすることが望まれるが、異性体の識別および構造決定には、試料分子を解離させて得られるフラグメントイオンを測定することが必要である。
【０００５】
異性体の識別が可能な方法としては、衝突活性化解離(ＣｏｌｌｉｓｉｏｎａｌｌｙＡｃｔｉｖａｔｅｄＤｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ:ＣＡＤ)法や、表面誘起解離(ＳｕｒｆａｃｅＩｎｄｕｃｅｄＤｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ:ＳＩＤ)法を用いる質量分析法が挙げられる。ＣＡＤ法では、生成したイオンを希ガス等のターゲットと衝突させて励起解離させ、解離生成したイオンの質量スペクトルを測定することによって、一部の分子についてはその異性体の識別が可能である。また、ＳＩＤ法では、生成したイオンを固体表面と衝突させて励起解離させ、解離生成したイオンの質量スペクトルを測定している。これらの衝突解離方法では、いずれも、元のイオンよりもエネルギーの高い状態に励起することによって試料分子を解離させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の励起方法では、励起状態における内部エネルギー分布が広いために、さまざまな解離機構で解離が生じることになる。その結果、質量分析において、さまざまな解離機構で解離したフラグメントイオンを測定することになるため、それらのスペクトルが重なって異性体の識別が困難になる。
【０００７】
このような状況に鑑み、本発明は、異性体の識別および分析を実現可能とする新たな質量分析法、およびそれに用いる質量分析装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の質量分析法は、（ｉ）被測定物をイオン化してｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを含む複数の正イオンを生成する工程と、（ii）前記複数の正イオンから前記ｎ価の正イオンを分離してターゲットに衝突させ、（ｎ−１）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成する工程と、（iii）前記フラグメントイオンの質量分析を行う工程とを含むことを特徴とする。この質量分析法によれば、内部エネルギーが狭い特定の励起状態から解離したフラグメントイオンを生成できるため、被測定物の構造に敏感な質量分析が可能になる。また、この方法ではイオンの分析を行うため、微量試料の分析と定量が可能であるという質量分析の利点を維持している。
【０００９】
上記質量分析法では、前記ｎが３以上の整数であり、前記（ii）の工程は、（ii−１）前記複数の正イオンから前記ｎ価の正イオンを分離してターゲットに衝突させ、（ｎ−１）価以下の正イオンを生成する工程と、（ii−２）前記（ｎ−１）価以下の正イオンをターゲットに衝突させて（ｎ−２）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成する工程とを含んでもよい。この構成によれば、ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ法による質量分析を行うことができる。
【００１０】
上記質量分析法では、前記ターゲットが、アルカリ金属の蒸気であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の質量分析装置は、被測定物をイオン化してｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを含む複数の正イオンを生成するためのイオン化手段と、前記複数の正イオンから前記ｎ価の正イオンを質量分離するための分離手段と、質量分離された前記ｎ価の正イオンを衝突させることによって、（ｎ−１）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成するための電子移動反応発生手段と、前記フラグメントイオンの質量分析を行うための分析手段とを備えることを特徴とする。この質量分析装置によれば、本発明の質量分析法を容易に実施できる。
【００１２】
上記質量分析装置では、前記電子移動反応発生手段がアルカリ金属の蒸気であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の質量分析法について説明する。
実施形態１の質量分析法では、まず、被測定物をイオン化してｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを含む複数の正イオンを生成する（工程（ｉ））。すなわち、被測定物のイオン化は、２価以上の多価イオンが含まれるように行う。生成する多価イオンの価数に特に限定はないが、たとえば２価、３価、４価といった価数の正イオンを生成する。被測定物を正イオンにする方法としては、多価イオンを生成するために質量分析法で一般的に用いられているイオン化法を用いることができる。具体的には、たとえば、電子イオン化法（ＥＩ）、化学イオン化法（ＣＩ）、高速原子衝撃法（ＦＡＢ）、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）、マトリックス支援レーザーイオン化法（ＭＡＬＤＩ）や、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）などを用いることができる。
【００１５】
次に、得られた複数の正イオンからｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを分離してターゲットに衝突させ、（ｎ−１）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成する（工程（ii））。工程（ii）では、生成された複数の正イオンから１つのイオン（親イオン）を質量分離し、これをターゲットに衝突させる。なお、質量分離するイオンは、任意に選択することが可能であり、測定する親イオンを変えることによって、被測定物に関するより多くの知見が得られる。
【００１６】
工程（ii）で行われる質量分離は、質量分析法において一般的に使用されている分離装置を用いて行うことができ、たとえば、磁場型（ＳｅｃｔｏｒＴｙｐｅ）の分離装置、四重極型（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）の分離装置、イオントラップ型（ＩｏｎＴｒａｐ）の分離装置、飛行時間型（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）の分離装置、フーリエ変換イオンサイクロトロン型（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）の分離装置を用いて行うことができる。
【００１７】
工程（ii）で用いられるターゲットには、衝突した多価イオンと電子移動反応を起こしてより価数が低い正イオンを生成させるターゲットを用いる。たとえば、イオン化エネルギーが低く且つ電子雲の広がりが大きいアルカリ金属（たとえば、Ｆｒ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉなど）の蒸気は、近共鳴電子移動が効率よく起こりやすいため、ターゲットとして好ましい。なお、多価イオンのイオン化エネルギーは通常かなり高いため、アルカリ金属の蒸気以外のターゲットも可能であると考えられる。
【００１８】
次に、工程（ii）で生成されたフラグメントイオンの質量分析を行う（工程（iii））。フラグメントイオンの質量分析は、従来の質量分析法で用いられている方法を適用できる。具体的には、質量分離装置とイオン検出器とを備える質量分析装置で質量分析を行うことができる。以上の方法では、ＭＳ／ＭＳ法に相当する質量分析を行うことができる。このとき、親イオンとフラグメントイオンの電荷が異なっている。質量分離は、質量／電荷比（ｍ／ｚ）の値に基づいて行われるため、この点を考慮して分析結果を解析する必要がある。
【００１９】
なお、多価イオンの価数ｎが３以上である場合には、ターゲットへの衝突を複数回行ってもよい。すなわち、工程（ii）として、工程（ｉ）で生成された複数の正イオンからｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを分離してターゲットに衝突させ、（ｎ−１）価以下の正イオンを生成する工程（工程（ii−１））と、生成された（ｎ−１）価以下の正イオンをターゲットに衝突させて（ｎ−２）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成する工程（工程（ii−２））とを行ってもよい。この場合には、ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ法に相当する質量分析を行うことができる。なお、ターゲットへの衝突とフラグメントイオンの分離とは３回以上繰り返してもよい。このように、本発明によればＭＳⁿ法に相当する質量分析を行うことができる。
【００２０】
以下、本発明の質量分析法の原理について説明する。多価イオンは、価数の低いイオンよりもイオン化エネルギー分だけエネルギーが高い。本発明では、ｎ価の多価イオン（親イオン）をターゲットに衝突させ、電子移動反応などによって脱励起し、価数の低い正イオンを生成させる。このとき生成された価数の低い正イオンは、元の多価イオンよりもエネルギー状態が低くなるが、生成した価数のイオンとしては励起状態となることが多い。このため、生成された価数の低いイオンは解離してフラグメントイオンが生成される。
【００２１】
本発明における分子の解離機構と、従来の質量分析法における分子の解離機構とを図１に模式的に示す。なお、図１は模式図であり、実際の分析における分子の解離とは異なる場合がある。図１においてＡおよびＢは、それぞれ原子団を意味し、ＡＢは、ＡおよびＢが結合して形成された分子を意味する。従来のＳＩＤ法やＣＡＤ法などでは、ＡＢ⁺イオンをそれぞれ経路１２や経路１５で励起することによって試料分子の解離が行われていた。しかしながら、この場合には、励起状態における内部エネルギー分布１４または１６（図１のハッチングで示す部分）が広いため、さまざまな解離機構で解離が生じることになる。一方、本発明の方法では、ＡＢ²⁺イオンなどの多価イオンをより価数の低い正イオンに移行させることによって解離を生じさせている。この場合、価数の低い正イオンの励起状態は、エネルギー分布１３（図１のハッチングで示す部分）のように狭いことが多く、特定の解離を生じさせることが可能となる。その結果、本発明の方法では、異性体の識別能を高くすることが可能となる。
【００２２】
以上説明したように、本発明の質量分析法によれば、従来の質量分析法に比べて、被測定物の構造に敏感な質量分析を行うことが可能になる。
【００２３】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の質量分析装置について説明する。
【００２４】
実施形態２の質量分析装置は、被測定物をイオン化してｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを含む複数の正イオンを生成するためのイオン化手段と、イオン化手段で生成された複数の正イオンからｎ価の正イオンを質量分離するための分離手段と、質量分離されたｎ価の正イオンを衝突させることによって、（ｎ−１）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成するための電子移動反応発生手段と、生成されたフラグメントイオンの質量分析を行うための分析手段とを備える。
【００２５】
イオン化手段は、多価イオンを生成可能なイオン化手段であればよく、実施形態１で説明したような従来から用いられているイオン化手段を用いることができる。同様に、分離手段および分析手段には、質量分析法において一般的なものを用いることができる。具体的には、分離手段として、磁場型（ＳｅｃｔｏｒＴｙｐｅ）の分離手段、四重極型（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）の分離手段、イオントラップ型（ＩｏｎＴｒａｐ）の分離手段、飛行時間型（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）の分離手段、フーリエ変換イオンサイクロトロン型（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）の分離手段などを用いることができる。また、分析手段には、分離手段とイオン検出手段とを組み合わせた一般的な分析手段を用いることができる。電子移動反応発生手段には、実施形態１で説明したターゲットを用いることができ、具体的にはアルカリ金属の蒸気を用いることができる。
【００２６】
以下、本発明の質量分析装置の一例を説明する。本発明の質量分析装置２０の構成を図２に模式的に示す。
【００２７】
質量分析装置２０は、イオン源２１と、スリット２２ａ〜２２ｄと、静電場２３と、磁場２４と、ターゲットチャンバ２５と、電場２６と、イオン検出器２７とを備える。静電場２３および磁場２４は、分離手段として機能する。また、電場２６およびイオン検出器２７は、分析手段として機能する。
【００２８】
イオン源２１は、被測定物（試料分子）を多価イオンにイオン化するためのイオン化手段であり、具体的には電子イオン化法（ＥＩ）、化学イオン化法（ＣＩ）、高速原子衝撃法（ＦＡＢ）、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）、マトリックス支援レーザーイオン化法（ＭＡＬＤＩ）や、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）で用いられるイオン化手段を適用できる。イオン源で生成された多価イオンは、イオン加速電圧で加速されてスリット２２ａを通過し、静電場２３に導入される。静電場２３に導入された多価イオンは、静電場２３と磁場２４とによって高い精度で質量分離され、分離されたｎ価（ｎは２以上の整数）のイオン（親イオン）がターゲットチャンバ２５に導入される。ターゲットチャンバ２５にはＣｓやＫといったアルカリ金属の蒸気が配置されており、ターゲットチャンバ２５に導入された親イオンは、アルカリ金属の蒸気と衝突する。衝突した親イオンとアルカリ金属ターゲットとは、電子移動反応を起こし、親イオンを（ｎ−１）価の正イオンにする。生成された（ｎ−１）価の正イオンは、解離して、親イオンの構造に関する情報を与えるフラグメントイオンを生成する。このフラグメントイオンを電場２６およびイオン検出器２７で分析することによって、フラグメントイオンの分析および定量を行う。
【００２９】
このようにして、本発明の質量分析装置によれば、本発明の質量分析法を容易に実施できる。なお、図２に示した装置の構成は一例であり、本発明の質量分析装置は図２の構成に限定されない。たとえば、図２ではターゲットが１つである場合を示しているが、電場２６とイオン検出器２７との間にさらにターゲットおよび分離器を配置し、ＭＳ／ＭＳ／ＭＳ型の質量分析装置としてもよい。さらに、同様に、ターゲットおよび分離器を複数配置して、ＭＳⁿ型の質量分析装置としてもよい。また、本発明はイオントラップ型の装置にも適用でき、この場合には、イオントラップが、親イオンを分離するための分離手段と、フラグメントイオンを分離するための分離手段（分析手段の一部）として機能する。そして、フラグメントイオンの生成は、イオントラップ内にアルカリ金属の蒸気などを導入することによって行われる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明の質量分析法によれば、試料分子の構造に敏感な質量分析を行うことができ、従来の質量分析法では困難であった異性体の識別を可能とできる。また、本発明の質量分析装置によれば、本発明の質量分析法を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の質量分析法の概念を模式的に示す図である。
【図２】本発明の質量分析装置について一例の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
２０質量分析装置
２１イオン源
２２ａ〜２２ｄスリット
２３静電場
２４磁場
２６電場
２５ターゲットチャンバ
２７イオン検出器

Claims

（ｉ）被測定物をイオン化してｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを含む複数の正イオンを生成する工程と、
（ｉｉ）前記複数の正イオンから前記ｎ価の正イオンを分離してアルカリ金属の蒸気であるターゲットに衝突させ、（ｎ−１）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成する工程と、
（ｉｉｉ）前記フラグメントイオンの質量分析を行う工程とを含むことを特徴とする質量分析法。
前記ｎが３以上の整数であり、
前記（ｉｉ）の工程は、
（ｉｉ−１）前記複数の正イオンから前記ｎ価の正イオンを分離してアルカリ金属の蒸気であるターゲットに衝突させ、（ｎ−１）価以下の正イオンを生成する工程と、
（ｉｉ−２）前記（ｎ−１）価以下の正イオンをアルカリ金属の蒸気であるターゲットに衝突させて（ｎ−２）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成する工程とを含む請求項１に記載の質量分析法。
被測定物をイオン化してｎ価（ｎは２以上の整数）の正イオンを含む複数の正イオンを生成するためのイオン化手段と、前記複数の正イオンから前記ｎ価の正イオンを質量分離するための分離手段と、
質量分離された前記ｎ価の正イオンを衝突させることによって、（ｎ−１）価以下の正イオンであるフラグメントイオンを生成するための電子移動反応発生手段と、
前記フラグメントイオンの質量分析を行うための分析手段とを備える質量分析装置であって、
当該電子移動反応発生手段が、アルカリ金属の蒸気であることを特徴とする質量分析装置。