JP4324702B2

JP4324702B2 - 質量分析方法

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Publication number: JP4324702B2
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Inventors: 真一山口; 祐介猪鼻
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Description

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。

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いてはＭＳ／ＭＳ分析（タンデム分析）という手法が知られている。一般的なＭＳ／ＭＳ分析では、まず分析対象物から目的とする特定の質量（厳密には質量／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いての情報を取得することができる。

近年、こうした装置で分析しよ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。

こうしたＭＳⁿ分析では、基本的に、親イオンの質量から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から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。

特開平１０−１４２１９６号公報特開２００１−２４９１１４号公報

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。

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−１（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) 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）分析により得られた娘イオンの質量と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との差を算出するとともに、該質量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Ｚを利用して候補Ｘの絞り込みを実行する絞り込みステップと、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ｎまで順次増加させてゆく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ｎ−１（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) ＭＳ^m（１≦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＋１〜ｐ）分析により得られた娘イオンの質量と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との差を算出するとともに、該質量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の組み合わせから成る候補（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いる。

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−１（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ー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と該娘イオンの質量との差を算出するとともに、該質量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、上記解析条件テーブ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導出ステップにおいて、解析条件改定ステップＡ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。

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を測定する。そして、候補Ｘ導出ステップにより、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から該娘イオンの成分の候補Ｙを挙げる。

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、その質量は親イオンの質量よりも小さくなる。しかしながら、元の試料の分子量が大きい場合、娘イオンの質量が親イオンの質量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、娘イオンの質量自体が或る程度小さくなると、候補Ｙの数をか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を順次増加させ、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Ｚ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。

ｍが或る値であるときに候補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、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。

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い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ユーザーに確実に且つ迅速に提供することができる。

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。

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から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いＭＳ¹分析で分析することで得られたイオン（親イオン）であってもよく、該親イオンを１回又は複数回開裂させて得られた娘イオンであってもよい。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からその組成式候補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差を求め、該質量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。

続いて、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。

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との組み合わせからあり得ない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きるようになる。

一方、上記のように、質量から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。

まず、解析条件テーブル作成ステップにおいて、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ＭＳ^ｎ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く、更に、脱離イオンの候補Ｚの組成推定においては、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。

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。

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。

本発明の一実施例による質量分析装置の概略構成図。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。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）。同フローチャートの後半部分（ステップＳ３１〜Ｓ３８）。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。

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

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。

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において、図示しない真空室の内部には、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、エンドキャップ電極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っている。これらイオン源１、ＴＯＦＭＳ３、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。

上記構成の質量分析装置では、イオン源１において目的試料をイオン化し、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イオン捕捉空間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って、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。

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いる。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。

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い通常の質量分析（ＭＳ¹分析）を実行する（ステップＳ１）。即ち、イオン源１で発生したイオンをイオントラップ２内部に一旦捕捉した後、ＣＩＤガスをイオントラップ２内部に導入することなく、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、質量データを取得する（ステップＳ２）。データ処理部５はこの質量データからマススペクトルを作成し、マススペクトル中に現れてい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Ｐを算出する（ステップＳ３）。

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Ｐから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から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、親イオンの質量に基づく候補の数が多くなりすぎることが多い。

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でイオン化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、マススペ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ｄ_n-1を算出する（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ｄ_n-1か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が、過去の分析結果に基づく知見などから解析条件を適宜変更してもよい。

次に上記の候補Ｙの数が所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１０）、所定値を超えている場合には後述するステップＳ１６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の差ｆ_m、つまりｎ＝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Ｐと娘イオンの質量ｄ₁との質量差ｆ₁を計算し（ステップＳ１１）、データベース６を参照して所定の解析条件の下でその質量差ｆ₁に対応した脱離イオンの組成式の候補Ｚを計算する（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か否かを判定する（ステップＳ１４）。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Ｓ１４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Ｓ１５）。

ステップＳ１４で唯一の又は所定個数以下の候補の絞り込みができなかっ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Ｓ１６）ステップＳ６へと戻る。また、上述したようにステップＳ１０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に戻ると、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。

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に基づく組成式の候補の数を絞ることは難しいが、開裂操作の回数が増加して来ると、娘イオンの質量自体がか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、質量差ｆ_mに基づく脱離イオンの数も増加するため、親イオンの組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加させてゆく過程で、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。

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。

まず、上記ステップＳ９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Ｓ１２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か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）とステップ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との組み合わせから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。

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ＭＳ^１分析と、ＭＳ^２分析及びＭＳ^３分析を行い、その結果に基づい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く、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い。

ここで、各分析で得られたＭＳ^１スペクトル、ＭＳ^２スペクトル、ＭＳ^３スペクトルには、それぞれ1max、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、ＭＳ^１スペクトル中のａ番目のピークはp(a,0,0)、該ピークをＭＳ^２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ＭＳ^３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。

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、該テーブル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く、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よい。その後、ＭＳ^１〜ＭＳ^３までの分析を行い、その結果を基に組成解析を開始する。

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ＭＳ^１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）。

次に、該ピークに対してＭＳ^２分析がなされているかを判定し（ステップＳ２２）、ＭＳ^２分析がなされていた場合には、ＭＳ^２スペクトル中のピークから所定の判断基準（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ＭＳ^２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。

続いて、p(a,b,0)についてＭＳ^３分析がなされているかが判定され（ステップＳ２４）、ＭＳ^３分析がなされていた場合には、ＭＳ^３スペクトル中のピークから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ＭＳ^３分析がなされていなかった場合には、後述のステップＳ３１を実行する。

次に、質量に基づきデータベース６を参照して上記ＭＳ^３分析における娘イオンp(a,b,c)の組成式の候補Ｙ_３を計算する（ステップＳ２６）。このとき、解析条件として条件テーブル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_３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、Result(a,b,c).minHと表される。

次に、ピークp(a,b,c)の質量とその前駆イオンにあたるＭＳ^２スペクトル中の娘イオンのピークp(a,b,0)の質量（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_３を計算する（得られた結果をDResult(a,b,c)と表す）（ステップ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_３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Ｔに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_３の数を少なくすることができる。

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)を加算する（ステップＳ２８）。ここで、TResult(a,b,c).min(etc)＝Result(a,b,c).min(etc)＋DResult(a,b,c).min(etc)とする。

ＭＳ^３スペクトル中の全てのピークp(a,b,c)、（c＝1〜3max）について上記ステップＳ２５〜２８が実行されたかどうかが判定され（ステップＳ２９）、ＭＳ^３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。

次に、ＭＳ^３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=1〜3max)から各原子の個数が最大のものを選択することで、ＭＳ^２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(etc)（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）。

以上により、ＭＳ^３スペクトル上のピークp(a,b,c)、（c＝1〜3max）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ＭＳ^２スペクトル中の娘イオン（p(a,b,0)に相当）の組成候補Ｘ_２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_２に含まれる各原子の最大数及び最小数として、p(a,b,0)の質量（p(a,b,0).ms）に基づいてその組成式候補Ｘ_２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。

続いて、ピークp(a,b,0)の質量とその前駆イオンにあたるＭＳ^１スペクトル中の親イオンのピークp(a,0,0)の質量との差が求められ、その質量差（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_２を計算する（得られた結果をDResult(a,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からステップＳ３１で求められた候補Ｘ_２に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(etc)）を各原子の最大数として用いる。

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）。

その後、ＭＳ^２スペクトル中の全てのピークp(a,b,0),（b＝1〜2max）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）。ＭＳ^２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＝1〜2max）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（親イオン）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）。

以上により、ＭＳ^２スペクトル上のピークp(a,b,0),（b＝１〜２max）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ＭＳ^１スペクトル中の親イオン（p(a,0,0)に相当）の組成候補Ｘ_１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Ｘ_１に含まれる各原子の最大数及び最小数として、p(a,0,0)の質量に基づいて親イオン組成式候補Ｘ_１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。

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_１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_１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_１の数が変化しなくなった時点で解析を終了するものなどとすることができる。

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)から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TResult(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_１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）。

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イオ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、ＭＳ^２スペクトルやＭＳ^３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。

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イオンの候補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。

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。

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ＰがＰ＝１７１．０６６（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がそれぞれｄ₁＝１５３．０５６、ｄ₂＝１２５．０２１、ｄ₃＝９７．０２７、ｄ₄＝６９．０３２、ｄ₅＝４１．０３８であるものとする。このとき、ＭＳ^n-1分析における親イオン又は娘イオンの質量とＭＳⁿ分析における娘イオンの質量との質量差ｆ_mは図５に示すようになる。

ＭＳ¹分析の結果、つまり親イオンの質量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。

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。しかしながら、実際の質量分析装置ではｐｐｍ程度のレベルの質量精度しか得られず、上記のように多数の候補が出て来ることが避けられない。

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ｄ₁から、上記解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。

この場合でも親イオンの質量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。

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ｄ₅から同様にして組成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。

これは開裂操作の繰り返しによって娘イオンの質量ｄ₅が親イオンの質量Ｐと比べて格段に小さくなったためである。また、質量差がほぼ同一であるｆ₃、ｆ₄、ｆ₅について脱離イオンの候補を挙げると、表４に示すようになる。

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Ｎ₂である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、Ｎ₂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。

同様に、質量差ｆ₂、ｆ₁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。

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Ｓ１０でＹＥＳと判定され、質量差ｆ₁〜ｆ₅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、
（Ｃ₃Ｈ₅ 又はＣ₂Ｈ₃Ｎ）＋ＣＯ＋ＣＯ＋ＣＯ＋（Ｃ₂Ｈ₄ 又はＣＨ₂Ｎ）＋Ｈ₂Ｏ
＝Ｃ₈Ｈ₁₁Ｏ₄ 又はＣ₇Ｈ₉ＮＯ₄ 又はＣ₆Ｈ₇Ｎ₂Ｏ₄
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。

なお、ここでは行わなかったが、ステップＳ１０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能である。

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。

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ｄ₁が１００．０（ｕ）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差ｆ₁は、Ｐ−ｄ₁＝５０．０１（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（ｄ₁）、ＣＦ（Ｐ−ｄ₁）とし、娘イオンの組成式候補ＣＦ（ｄ₁）と脱離イオンの組成式候補ＣＦ（Ｐ−ｄ₁）との組み合わせをＣＦ（ｄ₁）＊ＣＦ（Ｐ−ｄ₁）と表すものとする。

Ｐ及びｄ₁の許容誤差を０．００３（ｕ）、Ｐ−ｄ₁の許容誤差を０．００６（ｕ）とし、且つ原子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Ｐ、ｄ₁、Ｐ−ｄ₁に合致する組成式候補を導出する。なお、このとき、価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。

以上により得られる組成式の候補ＣＦ（Ｐ）、ＣＦ（ｄ₁）、ＣＦ（Ｐ−ｄ₁）は、それぞれ次の表８〜１０に示すようになる。

上記表９及び表１０から、ＣＦ（ｄ₁）＊ＣＦ（Ｐ−ｄ₁）は次のようになる。
Ｃ₄Ｈ₈ＮＯＳ₂、Ｃ₈Ｈ₆ＯＳ、ＣＨ₄Ｎ₅Ｏ₂Ｓ、Ｃ₅Ｈ₂Ｎ₄Ｏ₂

このとき、上記ＣＦ（ｄ₁）＊ＣＦ（Ｐ−ｄ₁）と表８に示すＣＦ（Ｐ）とに共通に含まれている組成式はＣＨ₄Ｎ₅Ｏ₂Ｓ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できる。

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

分析対象である試料に由来する親イオンをｎ−１（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ー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と該娘イオンの質量との差を算出するとともに、該質量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、上記解析条件テーブ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導出ステップにおいて、解析条件改定ステップＡ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。
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から上記候補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導出ステップにおいて、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１に記載の質量分析方法。
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から上記候補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導出ステップにおいて、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１に記載の質量分析方法。
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１〜３のいずれかに記載の質量分析方法。