JP5979306B2 - 質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオントラップ型質量分析装置などの、多段階のイオン解離操作を伴うＭＳⁿ（ｎは３以上の任意の整数）分析が可能である質量分析装置に関し、さらに詳しくは、ガスクロマトグラフや液体クロマトグラフと組み合わせるのに好適なＭＳⁿ型の質量分析装置に関する。

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（＝ＭＳ²）分析では、まず分析対象である化合物由来の各種イオンから特定の質量電荷比m/zを有するイオンをプリカーサイオンとして選別し、その選別したイオンを衝突誘起解離（ＣＩＤ＝Collision Induced Dissociation）などによって解離させ、質量電荷比が小さなプロダクトイオンを生成する。このときの解離の態様は元の化合物の構造に依存する。そこで、解離によって生じたプロダクトイオンを質量分析してＭＳ²スペクトルを取得し、これを解析することにより目的とする化合物を同定したりその化学構造を把握したりする。

ただし、ペプチドなどの特に分子量が大きな化合物や解離しにくい化合物の場合には、一段階のＣＩＤ操作では充分に小さな質量電荷比のイオンまで解離しない。そこで、こうした場合には、プリカーサイオンの選択とＣＩＤ操作とを複数回繰り返し、最終的に生じたプロダクトイオンを質量分析するＭＳⁿ分析が行われる。本明細書では、こうした質量分析装置をＭＳⁿ型質量分析装置という。

液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）とＭＳⁿ型質量分析装置とを組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置では、試料に含まれる成分が既知であれば、その成分の保持時間においてＭＳⁿ分析の対象とするプリカーサイオンの質量電荷比を予め設定しておき、目的成分のＭＳⁿスペクトルを取得することができる。しかしながら、試料に含まれる成分が未知である場合にはＭＳⁿ分析を行うプリカーサイオンを予め設定しておくことはできないし、目的成分以外に試料に含まれる未知成分のＭＳⁿ分析結果を得ることもできない。これに対し、ＣＩＤ操作を伴わないＭＳ¹分析により得られた結果から適切なプリカーサイオンを自動的に選択して略リアルタイムでＭＳⁿ分析を実行する機能（以下、オートＭＳⁿ機能という）を搭載した質量分析装置が従来知られている。

例えば特許文献１に開示されているように、オートＭＳⁿ機能を備えた従来のＭＳⁿ型質量分析装置において、ＭＳ¹分析により得られたＭＳ¹スペクトルに現れる複数のピークの中でプリカーサイオンを自動的に選定する条件としては、例えば信号強度が高いものから順にピークを選択する、信号強度が所定の強度範囲に入るピークを選択する、などの条件が知られている。また、予め除外イオンリストや優先イオンリストを設定しておき、除外イオンリストに登録されている質量電荷比を持つイオンは仮に上記基準に適合するものであってもプリカーサイオンとして選択しないようにし、逆に、優先イオンリストに登録されている質量電荷比を持つイオンはピークが存在してさえいれば上記基準に適合しないものであってもプリカーサイオンとして選択することも可能である。

特に生体試料を対象としてタンパク質や脂質などを同定する際には、夾雑成分を含む膨大な数の成分の中から目的成分に由来するイオンを効率的に探索しつつＭＳⁿ分析を行う必要がある。そのため、ＣＩＤにより解離させたいプリカーサイオンを上記優先イオンリストに登録しておき、該リスト（以下「プリカーサイオンリスト」という）に登録されているイオンが観測されたときに該イオンをプリカーサイオンとしたＣＩＤ操作を実行するという測定手法が従来採られている。

また、試料成分由来のイオンを小さく断片化するために複数段階のＣＩＤ操作を行いたい場合には、そのＣＩＤ操作の各段階に、解離対象とするプリカーサイオンリストが作成される。具体的には、例えばＭＳ³分析を実行する場合には、図７に示すように、１段目のＣＩＤ操作による解離対象であるプリカーサイオンのリスト３３３ａと、２段目のＣＩＤ操作による解離対象であるプリカーサイオンのリスト３３３ｂとが予め作成される。図７において、Ａ１、Ｂ１などは質量電荷比の値である。例えば分析実行中にＭＳ¹スペクトル上でプリカーサイオンリスト３３３ａに登録されているイオンが検出されれば、そのイオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を直ぐに実行し、それにより得られるＭＳ²スペクトル上で今度はプリカーサイオンリスト３３３ｂに登録されているイオンが検出されれば、そのイオンを２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンとしたＭＳ³分析を直ぐに実行してＭＳ³スペクトルを取得する。

図７に示した例では、例えば分析実行中にＭＳ¹スペクトル上にＡ１で指定されている質量電荷比を持つピークが検出されたならば、このＡ１で指定されている質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を実行し、ＭＳ²スペクトルを得る。そして、そのＭＳ²スペクトル上で、Ａ２、Ｂ２又はＣ２で指定されているいずれかの質量電荷比が検出されれば、Ａ１で指定されている質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとした１段目のＣＩＤ操作を行い、次いでＡ２、Ｂ２又はＣ２で指定されている質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとした２段目のＣＩＤ操作を行い、それにより生成されたプロダクトイオンの質量分析を実行する。これによってＭＳ³スペクトルが得られる。

しかしながら、こうした従来のオートＭＳⁿ機能では、実際には意味のない無駄な分析を実行する場合が少なくなく、ＭＳⁿ分析の効率が悪いという問題があった。何故なら、例えば、Ｃ２で指定されている質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとした２段目のＣＩＤ操作を実行するのはＣ１で指定されている質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとして１段目のＣＩＤ操作を実行したときに初めて意味があるような場合であっても、Ａ１で指定されている質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとして得られたＭＳ²スペクトルに偶然、Ｃ２で指定されている質量電荷比と同一の又はきわめて近い質量電荷比を持つイオンが観測されたときに、そのイオンをプリカーサイオンとした２段目のＣＩＤ操作を実行してしまうからである。クロマトグラフ質量分析では、質量分析装置に導入される試料成分が時間経過に伴って変化するため、或る１つの試料成分が質量分析装置に導入されている時間はかなり限られる。そのため、上記のように実質的に意味のないＭＳ³分析（或いはｎが４以上のＭＳⁿ分析）を実行することになると、本来必要であるＭＳ³分析の実行時間が足りなくなり、同定したい成分を同定するための情報が不足したり、場合によっては成分の検出漏れが起こったりするおそれがある。

特開２０１２−２２５８６２号公報

こうしたことから、特にオートＭＳⁿ機能を利用して自動的にＭＳⁿ分析を実行する際には、意味のないＭＳⁿ分析の実行をできるだけ減らすことが必要である。本発明はこうした課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、自動的にプリカーサイオンを選択して該イオンを解離させるオートＭＳⁿ機能を実施する際に、有用なスペクトル情報が得られない無駄なＭＳⁿ分析が行われることを防止し、成分同定に意味のある情報を効率的に収集することができる質量分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、少なくともｎ−１段階の解離操作を伴うＭＳⁿ分析（ここでｎは３以上の任意の整数）が可能であって、ＭＳ^m分析（ここでｍは整数）により得られたＭＳ^mスペクトルから所定の条件に適合するイオンをＭＳ^m+1分析のプリカーサイオンとして選択し解離させて質量分析するという動作を、ｍの値が１から順にｎ−１になるまで実行する自動ＭＳⁿ分析機能を搭載した質量分析装置において、
a)ＭＳ^m+1分析の際の１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比の情報を関連付けて記憶しておくプリカーサイオン情報記憶部と、
b)分析実行時に得られたＭＳ¹スペクトルに、前記プリカーサイオン情報記憶部に１段目の解離対象であるプリカーサイオンとして記憶されているイオンが存在するか否かを判定し、存在する場合に該イオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を行い、それにより得られたＭＳ²スペクトルに、前記プリカーサイオン情報記憶部に前記１段目の解離対象であるプリカーサイオンと関連付けられている２段目の解離対象であるプリカーサイオンとして記憶されているイオンが存在するか否かを判定し、存在する場合に該イオンをプリカーサイオンとしたＭＳ³分析を行う、という動作をＭＳⁿ分析まで実行することにより、ＭＳⁿスペクトルを取得する分析制御部と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係る質量分析装置は、典型的には、３次元四重極型又はリニア型のイオントラップを有し、該イオントラップに一時的にイオンを捕捉し、特定質量電荷比を有するイオンの選択とＣＩＤ又はその他の手法によるイオンの解離操作とを行うことが可能な質量分析装置である。

本発明に係る質量分析装置の第１の実施態様として、前記プリカーサイオン情報記憶部には、１つのＭＳ^m+1分析のための１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比の情報が集められたリストが記憶される構成とすることができる。

また本発明に係る質量分析装置の第２の実施態様として、前記プリカーサイオン情報記憶部には、１段目からｍ段目までの各段毎に解離対象である複数のプリカーサイオンの質量電荷比の情報がそれぞれ集められたｍ個のリストと、１つのＭＳ^m+1分析のために前記ｍ個のリストのそれぞれから選択されるプリカーサイオンの質量電荷比の組合せを指定する情報と、が記憶される構成とすることができる。

即ち、上記第１の実施態様による質量分析装置では、プリカーサイオン情報記憶部に格納されているリスト自体から、或る１つのＭＳ^m+1分析を実施するために必要な、１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比を直接的に抽出することができる。一方、上記第２の実施態様による質量分析装置では、プリカーサイオン情報記憶部に格納されているｍ個のリストにはそれぞれ複数のプリカーサイオンの質量電荷比が登録されているが、同じ記憶部に格納されている情報を利用することで、或る１つのＭＳ^m+1分析を実施するために必要な、１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比を抽出することができる。

いずれにしても、本発明に係る質量分析装置では、プリカーサイオン情報記憶部に格納されている情報を利用することにより、例えば試料成分を同定するために有意なＭＳ^m+1スペクトルを得るためのｍ個のプリカーサイオンの組合せを得ることができる。

分析制御部による制御の下で、試料に対する解離操作を伴わない通常の質量分析が実行され、ＭＳ¹スペクトルが得られると、そのＭＳ¹スペクトル上で、プリカーサイオン情報記憶部に１段目の解離対象であるプリカーサイオンとして記憶されているイオンが観測されるか否かが即座に判定される。そうしたイオンが観測されたならば、該イオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析が実行され、ＭＳ²スペクトルが得られる。次いで、そのＭＳ²スペクトル上で、プリカーサイオン情報記憶部に上記１段目の解離対象であるプリカーサイオンと関連付けられている２段目の解離対象であるプリカーサイオンとして記憶されているイオンが観測されるか否かが即座に判定される。そうしたイオンが観測されたならば、該イオンをプリカーサイオンとしたＭＳ³分析が実行され、ＭＳ³スペクトルが得られる。目的とするプリカーサイオンが観測される限り、これをＭＳⁿ分析まで実行することにより、最終的にＭＳⁿスペクトルを取得する。こうして得られたＭＳ¹スペクトル、ＭＳ²スペクトル、…、ＭＳⁿスペクトルは、例えばデータベース検索などにより試料成分を同定するために利用することができる。

このようにして本発明に係る質量分析装置では、上述したような、試料成分を同定するために有意なＭＳ^m+1スペクトルを得るためのｍ個のプリカーサイオンの組合せ以外の組合せによりＭＳⁿ分析を実行してしまうことを防止することができる。その結果、無意味なＭＳⁿ分析を実行することがなくなるので、有意なＭＳⁿ分析の実行に充分に時間を掛けることが可能となる。

なお、本発明に係る質量分析装置において、好ましくは、当該質量分析装置の前段に試料中の成分を時間方向に分離するクロマトグラフが接続されてなり、
前記プリカーサイオン情報記憶部には、ＭＳ^m+1分析の際の１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比の情報とともに、そのＭＳ^m+1分析を行う時間範囲を示す情報が記憶される構成とするとよい。

ここでいうクロマトグラフは、通常、ガスクロマトグラフ又は液体クロマトグラフである。また、ＭＳ^m+1分析を行う時間範囲は、クロマトグラフにおける目的成分の保持時間に基づいて定めるものである。

この構成によれば、試料に含まれる各種成分がクロマトグラフにより時間方向に分離されたあと、或る成分が現れると推定される時間付近でのみ該成分に対応したプリカーサイオンを対象とするＭＳⁿ分析が実行されることになる。したがって、或る特定のプリカーサイオンの組合せによるＭＳⁿ分析を実行する時間範囲が限定されることとなり、無駄なＭＳⁿ分析だけでなく、ＭＳⁿ分析に至る途中の無駄なＭＳ²分析などの実行も減らすことができる。

また、本発明に係る記載の質量分析装置では、
c)既知化合物についてＭＳ¹スペクトル、ＭＳ²スペクトル、…、ＭＳ^m+1スペクトルが格納された化合物データベースと、
d)該化合物データベースを利用して、ＭＳ^m+1分析の際の１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比を関連付けた情報を作成して前記プリカーサイオン情報記憶部に記憶させるプリカーサイオン情報作成部と、
をさらに備える構成としてもよい。

ここで、化合物データベースは、本装置の製造メーカが提供するデータベース、大学などの各種研究機関などが作成しインターネット等を介して一般に入手可能であるデータベース、或いは、ユーザが実際に行った分析結果などに基づいて作成した私的なデータベース、のいずれでもよい。

この構成によれば、既存のデータベースを利用してプリカーサイオン情報記憶部に格納する情報を自動的に作成することができるので、そうした情報をユーザがキーボード等から手動で入力する手間が不要になる。

本発明に係る質量分析装置によれば、オートＭＳⁿ機能を利用したＭＳⁿ分析を実行する際に、例えば成分の同定に繋がらないような無駄なＭＳⁿ分析を行うことを回避し、成分同定に意味のある情報を効率的に収集することができる。特に、クロマトグラフ質量分析装置では、上述したように１つの試料成分が質量分析装置に導入されている時間がかなり限られるが、無駄なＭＳⁿ分析の実行を排して有意なＭＳⁿ分析を確実に実行できるようにすることにより、成分同定の精度を向上させることができるとともに成分見逃しも防止することができる。

本発明に係る質量分析装置を用いたＬＣ−ＭＳシステムの一実施例の概略構成図。 本実施例のＬＣ−ＭＳシステムで用いられるプリカーサイオンリストの一例を示す図。 本実施例のＬＣ−ＭＳシステムにおけるオートＭＳⁿ機能を実行したときの動作説明図。 図２に示したプリカーサイオンリストにより実施されるＭＳ³分析のプリカーサイオンの組合せ状態を示す図。 本実施例のＬＣ−ＭＳシステムで用いられるプリカーサイオンリストの他の例を示す図。 本発明に係る質量分析装置を用いたＬＣ−ＭＳシステムの他の実施例の概略構成 従来の質量分析装置で用いられるプリカーサイオンリストの一例を示す図。 図７に示したプリカーサイオンリストにより実施されるＭＳ³分析のプリカーサイオンの組合せ状態を示す図。

以下、本発明に係る質量分析装置を用いたＬＣ−ＭＳシステムの一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＬＣ−ＭＳシステムの概略構成図である。

このシステムは、液体試料中の含有成分を時間的に分離する液体クロマトグラフ（ＬＣ）１と、分離された各成分を質量電荷比m/zに応じて分離して検出するものであって且つＭＳⁿ分析が可能な質量分析計（ＭＳ）２と、質量分析計２で取得されたデータを処理するデータ処理部３と、各部の動作を制御する分析制御部４と、システム全体の統括的な制御を行う中央制御部５と、ユーザインターフェイスである操作部６、表示部７とを含む。データ処理部３、分析制御部４、中央制御部５の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータをハードウエア資源とし、該コンピュータにインストールされた専用のデータ処理・制御用ソフトウエアを実行することにより、それぞれの機能が実現される。

液体クロマトグラフ１は、図示しないものの、送液ポンプ、インジェクタ、カラムなどを含み、試料に含まれる各種成分を時間方向に分離する。質量分析計２は、試料成分をイオン化するエレクトロスプレイイオン化法などの大気圧イオン化法を利用したイオン化部２１と、生成されたイオンを一旦捕捉し、特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別した上でＣＩＤ操作により解離させるイオントラップ２２と、イオントラップ２２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析器（ＴＯＦ）２３と、飛行時間型質量分析器２３により分離されたイオンを検出する検出器２４と、該検出器２４による検出信号をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２５と、を含む。イオントラップ２２は例えば３次元四重極型又はリニア型のイオントラップであり、プリカーサイオンの選別とＣＩＤ操作とを複数回繰り返すことが可能である。なお、ｎが３以上のＭＳⁿ分析が可能でありさえすれば、質量分析計２の構成は問わない。

質量分析計２において、イオントラップ２２から略一斉に射出された各種イオンは、飛行時間型質量分析器２３の飛行空間を飛行する間に質量電荷比に応じた時間差がついて検出器２４に到達する。検出器２４は、イオントラップ２２からイオンが射出される時点を基準とし、時間が経過するに伴って順次到達するイオンの量に応じた強度信号を出力する。この信号をデジタル化したデータは、各イオンの飛行時間に応じて時間経過に伴い強度が変化する飛行時間スペクトルデータとなる。

データ処理部３においてマススペクトル作成部３１は、こうした飛行時間スペクトルデータの飛行時間を質量電荷比に換算し、所定の質量電荷比範囲に亘るマススペクトルを作成する。なお、ここでいうマススペクトルはＭＳ²スペクトル、ＭＳ³スペクトルを含む。プリカーサイオン選択部３２はマススペクトルに対してピーク検出を行ってピーク情報を収集し、プリカーサイオンリスト記憶部３３に格納されている情報に基づいてＭＳ²分析、ＭＳ³分析において解離対象のイオンが、上記収集されたピーク情報の中にあるかどうか探索する。そして、解離対象のイオンが存在すれば、それをプリカーサイオンとして選定する。即ち、プリカーサイオン選択部３２は、本ＬＣ−ＭＳシステムにおいてオートＭＳⁿ機能を実施する上で中心的なデータ処理を実行する機能ブロックである。

分析制御部４は、特にＭＳ²分析、ＭＳ³分析を実行するためにイオントラップ２２の動作を制御するＣＩＤ制御部４１を含む。前述のプリカーサイオン選択部３２において選定されたプリカーサイオンの情報（具体的には質量電荷比）は分析制御部４に送られ、ＣＩＤ制御部４１は、上記選定されたプリカーサイオンがイオントラップ２２において選別されＣＩＤによって解離されるようにイオントラップ２２を駆動する。

プリカーサイオンリスト記憶部３３には、ＭＳ³分析実行時の、１段目のＣＩＤ操作の対象となるプリカーサイオンと２段目のＣＩＤ操作の対象となるプリカーサイオンとが登録されたプリカーサイオンリストが格納されるが、ここで特徴的なことは、このプリカーサイオンリストは、図７に示したような、１段目のＣＩＤ操作、２段目のＣＩＤ操作に対する独立したプリカーサイオンのリストではなく、１段目のＣＩＤ操作に対するプリカーサイオンと２段目のＣＩＤ操作に対するプリカーサイオンとが予め組み合わされたリストであるという点である。このプリカーサイオンリスト３３１の一例を図２に示す。

この例では、１段目のＣＩＤ操作に対するプリカーサイオン（つまりはＭＳ²分析のためのプリカーサイオン）の質量電荷比と２段目のＣＩＤ操作に対するプリカーサイオン（つまりはＭＳ³分析のためのプリカーサイオン）の質量電荷比との組合せが定められており、さらにそれぞれの組合せによるＭＳ³分析が可能な時間範囲が、開始時間及び終了時間で以て定められている。例えば、このプリカーサイオンリスト３３１によれば、ｔ1〜ｔ2の時間範囲において、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＡ１、２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＡ２であるようなＭＳ³分析の実行が可能である。

次に、図２に示したプリカーサイオンリスト３３１がプリカーサイオンリスト記憶部３３に格納されているときの、本実施例のＬＣ−ＭＳシステムにおいて実行される特徴的なＭＳⁿ分析動作について、図３を参照して説明する。

分析開始の指示により分析が開始され、液体クロマトグラフ１に液体試料が導入されると、試料中の含有成分はカラム（図示せず）を通過する間に時間的に分離されて溶出する。質量分析計２では、溶出液中の試料成分に対し、ＣＩＤ操作を伴わない質量分析が一定の時間間隔で繰り返し実行される。マススペクトル作成部３１では、１回の質量分析に対応して１つのマス（ＭＳ¹）スペクトルが作成される。１つのＭＳ¹スペクトルに含まれる全てのイオン強度を合算しこれを時間方向に並べたものが、図３（ａ）に示すトータルイオンクロマトグラム（ＴＩＣ）である。図３（ｂ）では、図３（ａ）中に示されている時刻ｔx及びｔyにおけるＭＳ¹スペクトル３１ａ、３１ｂのみを描いてあるが、実際にはｔx〜ｔyの間でも一定の時間間隔でＭＳ¹スペクトルが得られる。

１回の質量分析が実施され、それに対し１つのＭＳ¹スペクトルが作成されると、プリカーサイオン選択部３２は、プリカーサイオンリスト記憶部３３に格納されている上述したようなプリカーサイオンリスト３３１に従ってＭＳ²分析のためのプリカーサイオンの自動選択を行う。そして、条件を満たすプリカーサイオンが観測される場合には、そのプリカーサイオンの情報を分析制御部４に送る。

図３に示した例で説明すると、時刻ｔxにおいて１つのＭＳ¹スペクトル３１ａが作成されると、プリカーサイオン選択部３２はプリカーサイオンリスト３３１に従ってＭＳ²分析のためのプリカーサイオンの自動選択を行う。即ち、時刻ｔxはｔ1≦ｔx≦ｔ2であり、図２に示したプリカーサイオンリスト３３１によれば、ｔ1〜ｔ2の時間範囲で実施可能であるＭＳ³分析は、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＡ１であって、２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＡ２であるＭＳ³分析のみである。そこで、プリカーサイオン選択部３２は、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンとしてＡ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークが、時刻ｔxにおいて得られたＭＳ¹スペクトル３１ａに存在するか否かを判定する。

ここでは、Ａ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークはＭＳ¹スペクトル３１ａ上で観測されないため、プリカーサイオンは選定されず、その結果、ＭＳ²分析は実行されない。なお、ＭＳ¹スペクトル３１ａには、プリカーサイオンリスト３３１中でＢ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークが存在するものの、このＢ１で指定されている質量電荷比を持つプリカーサイオンはｔ3〜ｔ4の時間範囲でのみ有効であり、時刻ｔxはこの時間範囲に入らないため、Ｂ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークは無視される。

時刻ｔyにおいて１つのＭＳ¹スペクトル３１ｂが作成されると、プリカーサイオン選択部３２は時刻ｔxのときと同様に、プリカーサイオンリスト３３１に従ってＭＳ²分析のためのプリカーサイオンの自動選択を行う。時刻ｔyはｔ1≦ｔy≦ｔ2で且つｔ3≦ｔy≦ｔ4であり、図２に示したプリカーサイオンリスト３３１によれば、これら時間範囲で実施可能であるのは、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＡ１であって、２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＡ２であるＭＳ³分析と、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＢ１であって、２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比がＢ２であるＭＳ³分析と、の２つである。そこで、プリカーサイオン選択部３２は、時刻ｔyにおいて得られたＭＳ¹スペクトル３１ｂにおいて、まず１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンとしてＡ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークが存在するか否かを判定する。

ここでは、Ａ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークがＭＳ¹スペクトル３１ｂ上で観測されている。そこで、そのプリカーサイオンの質量電荷比が分析制御部４に伝えられ、ＣＩＤ制御部４１を含む分析制御部４の制御の下で、Ａ１で指定されている質量電荷比をプリカーサイオンとしたＭＳ²分析が直ぐに実行される。

即ち、液体クロマトグラフ１からの溶出液中の試料成分がイオン化部２１でイオン化され、生成されたイオンはイオントラップ２２に一時的に捕捉される。そしてＣＩＤ制御部４１の制御の下に、Ａ１で指定されている質量電荷比を持つイオンのみがイオントラップ２２内に残るように該イオントラップ２２が駆動され、その残されたイオンは外部から導入されたＣＩＤガスに接触することで解離される。解離により生成された各種プロダクトイオンはイオントラップ２２から略同時に射出され、飛行時間型質量分析器２３を通過する間に質量電荷比に応じて分離されて検出器２４に到達する。これにより、マススペクトル作成部３１ではＭＳ²スペクトル３１ｄが作成される。

プリカーサイオン選択部３２は、ＭＳ²スペクトル３１ｄが得られると直ぐに、プリカーサイオンリスト３３１において質量電荷比がＡ１である１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンに対応付けられている質量電荷比がＡ２である２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンが、ＭＳ²スペクトル３１ｄ上に存在するか否かを判定する。ここでは、Ａ２で指定されている質量電荷比を持つイオンピークがＭＳ²スペクトル３１ｄ上で観測されている。そこで、そのプリカーサイオンの質量電荷比が分析制御部４に伝えられ、ＣＩＤ制御部４１を含む分析制御部４の制御の下で、まずＡ１で指定されている質量電荷比をプリカーサイオンとしたＣＩＤ操作が実施され、そうして生成されたプロダクトイオンに対し引き続き、Ａ２で指定されている質量電荷比をプリカーサイオンとした２段目のＣＩＤ操作が実施される。そうした２段階のＣＩＤによる解離により生成されたプロダクトイオンが飛行時間型質量分析器２３に導入され、飛行時間型質量分析器２３で質量分離されて検出器２４により検出される。これにより、マススペクトル作成部３１ではＭＳ³スペクトル３１ｅが作成される。こうして得られたＭＳ¹スペクトル、ＭＳ²スペクトル、ＭＳ³スペクトルを構成するデータは全てスペクトルデータ保存部３４に格納される。

さらに、プリカーサイオン選択部３２は、時刻ｔyにおいて得られたＭＳ¹スペクトル３１ｂにおいて、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンとしてＢ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークが存在するか否かを判定する。ここでは、Ｂ１で指定されている質量電荷比を持つイオンピークがＭＳ¹スペクトル３１ｂ上で観測されている。そこで、そのプリカーサイオンの質量電荷比が分析制御部４に伝えられ、上述したＡ１で指定されている質量電荷比をプリカーサイオンとしたＭＳ²分析と同様に、Ｂ１で指定されている質量電荷比をプリカーサイオンとしたＭＳ²分析が直ぐに実行される。これにより、マススペクトル作成部３１ではＭＳ²スペクトル３１ｃが作成される。

プリカーサイオン選択部３２は、上記ＭＳ²スペクトル３１ｃが得られると直ぐに、プリカーサイオンリスト３３１において質量電荷比がＢ１である１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンに対応付けられている質量電荷比がＢ２である２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンが存在するか否かを判定する。ここでは、Ｂ２で指定されている質量電荷比を持つイオンピークはＭＳ²スペクトル３１ｃ上で観測されないため、プリカーサイオンの選定はなされずＭＳ³分析は実行されない。なお、ＭＳ²スペクトル３１ｃには、プリカーサイオンリスト３３１中でＣ２で指定されている質量電荷比を持つイオンピークは存在するものの、このＣ２で指定されている質量電荷比を持つプリカーサイオンはｔ4〜ｔ5の時間範囲でのみ有効であり、時刻ｔyはこの時間範囲に入らないため、Ｃ２で指定されている質量電荷比を持つイオンピークは無視される。

このように、時刻ｔyにおいて得られたＭＳ¹スペクトル３１ｂに基づいて、ＭＳ²スペクトル３１ｄ及びＭＳ³スペクトル３１ｅが得られることになる。こうした或る時刻におけるＭＳ¹スペクトルに基づくプリカーサイオンの自動選択とＭＳ²分析、ＭＳ³分析は、通常、ＣＩＤ操作を伴わない質量分析が繰り返される一定の時間間隔の間に実行される。この場合、通常の質量分析に引き続き、ＭＳ²分析、ＭＳ³分析が行えるように、質量分析を実行する時間間隔自体を予め広めにしておけばよい。或いは、質量分析に引き続き、ＭＳ²分析、ＭＳ³分析を実行する場合に、それら分析が終了するまで待って、次の質量分析を実行するようにしてもよい。この場合には、通常の質量分析を実行する時間間隔が一定ではなく、動的に変更されることになる。

本実施例のＬＣ−ＭＳシステムでは、１つの試料が液体クロマトグラフ１に導入された時点（又はそれよりも所定時間遅れた時点）から該試料中の成分が溶出し終わってから適宜遅れた時点までの間、上述のようにＭＳ¹スペクトルデータが繰り返し収集され、ＭＳ²分析、ＭＳ³分析が実行された場合にはＭＳ²スペクトルデータ、ＭＳ³スペクトルデータも繰り返し収集され、それらがスペクトルデータ保存部３４に格納される。

図３（ｂ）で分かるように、ＭＳ²スペクトル３１ｄは質量電荷比がＡ１である目的成分に由来するイオンを解離して生成されたプロダクトイオンの情報を含み、ＭＳ³スペクトルは質量電荷比がＡ１である目的成分に由来するイオンを２段階に解離して生成されたプロダクトイオンの情報を含む。これらプロダクトイオンは全て目的成分の断片であるから、これら情報に基づいて、例えば後述するような化合物データベースを利用したデータベース検索を行うことにより、試料に含まれる成分を同定することができる。

図４は、図２に示したプリカーサイオンリストを用いて実施されるＭＳ³分析のプリカーサイオンの組合せ状態を示す図である。図４中に○印で示した組合せのみが、ＭＳ³分析の実施の可能性のあるプリカーサイオンの組合せである。これに対し、図８は図７に示した従来のプリカーサイオンリストを用いて実施されるＭＳ³分析のプリカーサイオンの組合せを状態を示す図である。この図８中に○印又は●印で示した組合せがＭＳ³分析の実施の可能性のあるプリカーサイオンの組合せであり、○印は成分同定に有意なＭＳ³スペクトルを取得することができるプリカーサイオンの組合せ、●印は成分同定に有意なＭＳ³スペクトルを取得することができない、つまりは無駄なＭＳ³分析のプリカーサイオンの組合せである。図４と図８とを比較すれば明らかなように、従来のオートＭＳⁿ機能では無駄なＭＳ³分析を行ってしまう確率が高いのに対し、本実施例のＬＣ−ＭＳシステムにおけるオートＭＳⁿ機能によれば、無駄なＭＳ³分析を実行することがなくなり、有意な分析に割り当てられる時間をそれだけ長く確保することができる。

上記実施例では、プリカーサイオンリスト記憶部３３に格納されるプリカーサイオンリスト３３１の中に、１段目のＣＩＤ操作の対象であるイオンと２段目のＣＩＤ操作の対象であるイオンとの組合わせを示す情報が含まれている。これに対し、各段階におけるプリカーサイオンのリストとイオンの組合せ情報とを別々のリストとしてもよい。図５は、図２に示したプリカーサイオンリスト３３１と同じ情報を、２つのプリカーサイオンリスト３３２ａ、３３２ｂと、イオン組合せ情報リスト３３２ｃとに分けた場合の例である。このように、情報自体が複数のリストに分けられていても、これにより１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンと２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンとの組合せを求め、上記実施例と同様の制御・処理を実行することができる。

プリカーサイオンリスト記憶部３３に格納される情報は、例えば本装置の製造メーカが予め作成しておくようにすることもできるし、或いは、ユーザが操作部６から入力するようにしてもよい。後者の場合、ユーザが自ら取得したマススペクトルを利用して、目的成分を同定するのに最も適したプリカーサイオンリストを作成することができる。ただし、多くの成分について１つずつプリカーサイオンの組合せを指定するのはかなり手間の掛かる作業であるし、特にｎが４以上のＭＳⁿ分析まで実行するとなるとその手間はさらに煩雑である。そこで、図２や図５に示したプリカーサイオンリストを自動的に作成する機能を本システム自体に持たせるようにしてもよい。

図６はこうした機能を内蔵した他の実施例によるＬＣ−ＭＳシステムの概略構成図である。データ処理部３は、上記実施例のシステムが備えていないプリカーサイオンリスト自動作成部３５及びスペクトルデータベース３６を備えている。スペクトルデータベース３６は、同定したい様々な化合物のマススペクトル（ＭＳ¹スペクトル、ＭＳ²スペクトル、ＭＳ³スペクトル、…）が格納されているデータベースでありさえすればよく、例えば本装置の製造メーカが提供するデータベース、大学などの各種研究機関などが作成しインターネット等を介して一般に入手可能であるデータベース、或いは、ユーザが実際に行った分析結果などに基づいて作成した私的なデータベース、などのいずれでもよい。これらデータベースは、通常、上述したようにマススペクトルを利用して成分同定する際に用いられるものである。

ユーザが操作部６から所定の操作を行うと、データ処理部３においてプリカーサイオンリスト自動作成部３５はスペクトルデータベース３６から適宜のデータを読み出し、それぞれの成分を特徴付けるのに適当な、つまりは各成分に特徴的な部分構造の情報が現れているマススペクトルを取得できるようなプリカーサイオンの情報を収集する。図３（ｂ）に示した例でいえば、既知の或る成分について、１段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比Ａ１、２段目のＣＩＤ操作のプリカーサイオンの質量電荷比Ａ２、が求まる。ただし、１つの成分についてプリカーサイオンの組合せは１種類のみであるとは限らない。そして、プリカーサイオンリスト自動作成部３５はスペクトルデータベース３６に登録されている全ての又は一部の成分について収集したプリカーサイオン情報に基づいて、図２又は図４に示したようなプリカーサイオンリストを作成してプリカーサイオンリスト記憶部３３に格納する。これにより、煩雑な手間を掛けることなく、ユーザ自身が構築した化合物データベースに基づくプリカーサイオンリストを作成することができる。

なお、上記実施例は本発明に係る質量分析装置をＬＣ−ＭＳに適用したものであるが、ＧＣ−ＭＳに適用することができることは明らかである。また、本発明に係る質量分析装置は、質量分析装置に導入される試料成分が時間的に変化する場合に特に有効であるという点で、クロマトグラフと組み合わせた構成において有用であるものの、クロマトグラフと組み合わせることは必須ではない。

さらにまた、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨に沿った範囲で適宜変形や修正、追加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。

１…液体クロマトグラフ
２…質量分析計
２１…イオン化部
２２…イオントラップ
２３…飛行時間型質量分析器（ＴＯＦ）
２４…検出器
３…データ処理部
３１…マススペクトル作成部
３２…プリカーサイオン選択部
３３…プリカーサイオンリスト記憶部
３４…スペクトルデータ保存部
３５…プリカーサイオンリスト自動作成部
３６…スペクトルデータベース
３３１、３３２ａ、３３２ｂ…プリカーサイオンリスト
３３２ｃ…イオン組合せ情報リスト
４…分析制御部
４１…ＣＩＤ制御部
５…中央制御部
６…操作部
７…表示部

Claims (5)

1. 少なくともｎ−１段階の解離操作を伴うＭＳⁿ分析（ここでｎは３以上の任意の整数）が可能であって、ＭＳ^m分析（ここでｍは整数）により得られたＭＳ^mスペクトルから所定の条件に適合するイオンをＭＳ^m+1分析のプリカーサイオンとして選択し解離させて質量分析するという動作を、ｍの値が１から順にｎ−１になるまで実行する自動ＭＳⁿ分析機能を搭載した質量分析装置において、
   a)ＭＳ^m+1分析の際の１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比の情報を関連付けて記憶しておくプリカーサイオン情報記憶部と、
   b)分析実行時に得られたＭＳ¹スペクトルに、前記プリカーサイオン情報記憶部に１段目の解離対象であるプリカーサイオンとして記憶されているイオンが存在するか否かを判定し、存在する場合に該イオンをプリカーサイオンとしたＭＳ²分析を行い、それにより得られたＭＳ²スペクトルに、前記プリカーサイオン情報記憶部に前記１段目の解離対象であるプリカーサイオンと関連付けられている２段目の解離対象であるプリカーサイオンとして記憶されているイオンが存在するか否かを判定し、存在する場合に該イオンをプリカーサイオンとしたＭＳ³分析を行う、という動作をＭＳⁿ分析まで実行することにより、ＭＳⁿスペクトルを取得する分析制御部と、
   を備えることを特徴とする質量分析装置。
2. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記プリカーサイオン情報記憶部には、１つのＭＳ^m+1分析のための１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比の情報が集められたリストが記憶されることを特徴とする質量分析装置。
3. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記プリカーサイオン情報記憶部には、１段目からｍ段目までの各段毎に解離対象である複数のプリカーサイオンの質量電荷比の情報がそれぞれ集められたｍ個のリストと、１つのＭＳ^m+1分析のために前記ｍ個のリストのそれぞれから選択されるプリカーサイオンの質量電荷比の組合せを指定する情報と、が記憶されることを特徴とする質量分析装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置であって、該質量分析装置の前段に試料中の成分を時間方向に分離するクロマトグラフが接続されてなり、
   前記プリカーサイオン情報記憶部には、ＭＳ^m+1分析の際の１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比の情報とともに、そのＭＳ^m+1分析を行う時間範囲を示す情報が記憶されることを特徴とする質量分析装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析装置であって、
   c)既知化合物についてＭＳ¹スペクトル、ＭＳ²スペクトル、…、ＭＳ^m+1スペクトルが格納された化合物データベースと、
   d)該化合物データベースを利用して、ＭＳ^m+1分析の際の１段目からｍ段目までの各段階の解離対象であるプリカーサイオンの質量電荷比を関連付けた情報を作成して前記プリカーサイオン情報記憶部に記憶させるプリカーサイオン情報作成部と、
   をさらに備えることを特徴とする質量分析装置。

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