JPH0437542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料走査形質量分析に関し、とりわ
け、二次イオン質量分析（SIMS）および高速原
子衝突法（FAB）における改良に係る。

〔従来技術〕

分離機能と測定機能を併有する既製の質量分析
法には、質量分析にガスクロマトグラフを組み合
わせたGC／MSおよび同じく液体クロマトグラ
フを組み合わせたLC／MSがある。これらは、何
れも複雑で高価な装置を使用する必要があるばか
りでなく対象とする試料によつては適用が全く不
可能なことがある。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

ある種の医薬、医薬の代謝物、生体内物質ある
いは糖類、およびペプチドなどの混合物は、GC
あるいはLCによる分離段階で分解することがあ
る。また、分離手段を連結した質量分析に際して
も、分子がイオン化する前段階の蒸発・昇華にお
いて分解が起こり測定できない場合がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、こうした種々の問題点を解決し、こ
れまで分離・測定が困難であつた不安定な混合物
を容易に各成分ごとに測定出来る改良された試料
走査形の質量分析方法と当該試料の走査装置を提
供することをその目的とする。

すなわち本発明によれば、質量分析計の試料イ
オン化室内において直線変位可能に配置された導
電性クロマトグラフ・シート表面の吸着剤薄層に
各成分を表わすスポツトの列としてクロマトグラ
フ展開された混合物試料に対し、その各スポツト
に順次衝突する一次粒子の連続的な流れを形成す
ること、および該一次粒子との衝突によつて発生
した該試料の各成分を表わす二次イオン粒子を順
次、質量分析計の分析部に送り込むことを特徴と
する試料走査形質量分析方法が提供される。

ここで「導電性クロマトグラフ・シート」と
は、基板がたとえばアルミ箔などの市販の導電性
クロマトグラフ・シート〔たとえば、メルク社
（MerckAG）より得られるTLCアルミシートシ
リカゲル60Art.5583〕はもちろん、吸着剤を絶縁
性基板上に展着したシートであつても、導電性の
溶媒などに浸漬して一時的に導電性としたものを
も含むものとする。

ここで「一次粒子」とは、SIMSの場合におけ
る稀ガスなどの一次イオン粒子ばかりでなく、
FABの場合の非荷電粒子（加速されたのち荷電
を除去されたもの）をも含む。また「試料イオン
化室」は、通常、二次イオン化室をさしている。

前記クロマトグラフ・シートは通常、該混合物
試料の各成分の展開方向に沿つて変位させられ、
該一次粒子の一定の流れが、順次各成分の二次イ
オン粒子を発生させることとなるように構成され
ている。

前記クロマトグラフ・シートに対しては普通、
該一次粒子との衝突直前にマトリツクス剤を供給
するものとする。

本発明の他の側面によれば、試料イオン化部に
隣接し、これと連通可能な試料導入室の末端開口
に、気密且つ非回転的に嵌合し、外部操作によつ
て該開口に対し抜き差し自在に変位するシヤフ
ト、および該シヤフト内側端部に絶縁物を介して
取り付けられ、該試料イオン化室内および試料導
入室内で、該シヤフトの変位に応じて直線変位し
うるブラケツトを含み、該ブラケツトは、導電性
クロマトグラフ・シートを導電状態で、一次粒子
ビームの照射下に保持し、且つ該変位中、二次イ
オン源部との接触導電を維持しうるものであるこ
とを特徴とする二次イオン質量分析計用試料走査
装置が提供される。

ここで、前記シヤフトには、その回転を防止す
るための並行支持棒が取り付けられており、該試
料導入室の末端部には、該並行支持棒を抜き差し
自在に嵌合保持する案内部材が設けられているこ
とが普通である。

また、本発明装置においては、前記抜き差し自
在に変位するシヤフトおよびブラケツトに対応し
て、直線的に変位し得る前記導電性クロマトグラ
フ・シート薄層上の試料に対して、前記一次粒子
ビームとの衝突直前にマトリツクス剤を供給する
必要があり、このため当該装置の試料導入室内
に、例えばインクジエツト・プリンタなどで汎用
されている通常の圧電型ジエツトポンプを利用し
た前記マトリツクス剤の自動供給装置を設備して
おくことが好ましい。

なお、前記マトリツクス剤は試料のイオン化に
役立つ低蒸気圧有機化合物であり、望ましくは、
グリセリン、チオグリセリンおよびエタノールア
ミンよりなる群より選ばれたものである。

〔作 用〕

前記したように本発明によれば、通常のLCま
たはGC操作によつては分解し、測定が困難ある
いは不能な混合物試料を薄層クロマトグラフイ
（TLC）で各成分スポツトの列として分離して得
た試料を導電性クロマトグラフ・シートからなる
試料保持体として、質量分析計の試料イオン化室
内で、該スポツトの列に沿つて変位させるもので
あり、かつ、この変位中前記記導電性クロマトグ
ラフ・シートが常時導電状態にあるように二次イ
オン源部との接触導電を維持するものであるの
で、この試料に対し、SIMSの場合、一次イオン
を、またFABの場合は非荷電高速粒子を衝突さ
せることにより、二次イオンすなわち試料の分子
イオンおよび分子のフラグメントイオンを各成分
ごと時系列に沿つて得ることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明を、添付の図面に示した実施例を
参照しながら詳細に説明する。

第１図ａは、一般的な質量分析計の概略系統図
で、１０は試料イオン化部、６０は分析部、また
７０は検出部を示す。同図ｂは、SIMSを例にと
つた試料イオン化部１０の概略で、ａの面ｂ−ｂ
に沿う断面図である。

一次イオン発生部１２（一次イオン源、レン
ズ、ガス衝突室、偏向電極などを含む）で作られ
たアルゴン、キセノン等の一次イオン粒子は矢印
２０に沿うビームとなつて、試料イオン化室（二
次イオン化室）１４に送られ試料保持体２２と衝
突して試料の二次イオンを発生させる。

一次イオン粒子は、試料イオン化室１４のスリ
ツト２８によつて絞られ細いビームとなつて、試
料を保持し、かつ二次イオン加速電圧と等しい電
位が保たれている試料保持体２２の表面に、その
法線に対し約70゜の角度をもつて入射し、試料と
衝突し、ほぼ法線に等しい出射角の二次イオン粒
子を発生させる。該粒子は、レンズ１６、イオン
源スリツト１８を通過し、矢印３０に沿うビーム
として分析部６０、次いで検出部７０に導かれ
る。２６は、粒子加速を補助するリペラーである
が、SIMSには必須でないので第２図では省略し
てある。

ここに試料保持体として本発明においては、導
電性クロマトグラフ・シートを用いているので、
該シートを混合物試料の展開方向に沿つて変位さ
せ、該試料に一次イオン粒子を衝突させれば、含
有各成分の走査に対応して当該試料の二次イオン
が順次発生する。

第２図は、本発明試料走査装置の概略図で、第
１図の面２−２に沿う断面に相当する。ここで、
試料イオン化部１０には、試料導入室３２が隣接
して設けられており、両者間は、任意に遮断、連
通が計りうるように、また両者の減圧状態は、そ
れぞれ個別に制御し得るものとなつている。すな
わち、測定準備の段階で、Ｏリング３６つきの扉
３４を閉じて両室間を遮断して、導入室３２を大
気圧に戻す。この状態で導入室３２を開き（片開
きが普通）、試料保持体２２をブラケツト２４に
装着して導入室３２を復元し、次いで導入室の減
圧を開始し、充分減圧された状態で、扉３４を開
き、両室間の連通を計る（第２図ｂでは扉３４の
図示を省略した）。

ブラケツト２４は、導入室３２の末端開口４０
に、Ｏリング４２によつて気密に嵌合しているシ
ヤフト４４の内側端部に絶縁碍子４６を介して取
り付けられている。該シヤフト４４には、並行支
持棒４８が取り付けられており、一方、該末端開
口４０には、並行支持棒４８を抜き差し自在に嵌
合保持する案内部材５０が設けられている。それ
ゆえ、該シヤフト４４は、その直線変位にさいし
回転しないようになつている。

イオン化部１０と導入室３２との連通および両
室の高真空が保たれた状態で、シヤフト４４を、
図面上左方に、任意の外部手段で変位させると、
試料保持体２２がイオン化部１０のイオン化室１
４に到達する（第２図ｂ）。この状態で、シヤフ
ト４４を、より慎重にかつ一定速度で変位させる
ことにより試料の走査が行なわれる。この変位手
段として、シヤフト４４または並行支持棒４８の
一方に、リニア・モータを取り付けてもよく、ま
た、たとえば、ラツク・ピニオン式またはナツ
ト・スクリユー式の微動装置（図示せず）を介し
てステツプ・モータを装着してもよい。

第３図は、試料保持体２２と、その関連部分の
拡大図（そのうちｂは、ａをシヤフトを中心に
90゜回転させた図面）であつて、試料保持体２２
として吸着剤層２１と基板２３を有する導電性ク
ロマトグラフ・シートが用いられていること、お
よびブラケツト２４には、集電レール２５が取り
付けられていることが示されている。

なお、イオン化室１４は、試料保持体２２およ
び関連部材の側方からの貫通を許容するよう構成
されており、導電スプリング５４は、イオン化室
１４内で、集電レール２５との接触を保つための
ものである。

また、イオン化室１４の前面にもうけられたス
リツト・デイスク５６には、前記ビーム・スリツ
ト２８が設けられている。また１６は、二次イオ
ン・ビーム３０を分析部に導くレンズである。

一方、５９は、マトリツクス剤添加用ジエツ
ト・ポンプで、たとえば、インクジエツト・プリ
ンターで汎用されている圧電ヘツドを転用するこ
とが出来る。

測定例 １ ３種のペプチドの混合物を対象試料として、通
常の上昇法展開を行なつた。TLCプレートとし
てメルク・アルミシート（Art.5583）を、展開溶
媒として酢酸エチル／酢酸／水：４／１／１を用
い第４図ａ中程にRf値を示すように分離するこ
とが出来た。

このシートの展開スポツトを有する部分を切断
して試料保持体２２とし、前記実施例装置のブラ
ケツト２４に装着した。本測定に用いた日立製Ｍ
−80シリーズ質量分析計の導入室３２は、本発明
の目的に沿うように実施例にしたがつて改造し
た。実施例中の操作にならいマトリツクス剤を施
した試料保持体２２につきSIMSを行なつた結
果、第４図ａに示すトータルイオンクロマトグラ
ムと同図（ｂ，ｃおよびｄ）に示す個別ペプチド
のマススペクトルを得た。

なお、ａは、ｍ／z200〜800のマススペクトル
範囲で、80回の繰り返し磁場掃引を行ない、トー
タルイオンの強度でクロマトグラムをデータ処理
装置で描いたものである。ここで横軸（下）は、
磁場掃引回数（Scan.No）、同（上）は、磁場掃
引開始からの時間（分）を示す。中程に描かれた
Rf値は、TLCの際の値である。（以後のトータル
イオンクロマトグラムについても同様）。

また、ｂのScan.No.15−10、ｃのScan.No.32−
27、およびｄのScan.No.45−42は、それぞれ掃引
番号15、32、45番目のスペクトルを表示し、減算
に用いた10、27、42は、それぞれ同様にその番号
のスペクトルをバツクグラウンドとして用いたこ
とを示している。なお、横軸は、質量数、縦軸
は、相対イオン強度をあらわす。

ｂ，ｃおよびｄに示された個別のペプチドは、
共に分子イオン領域に水素付加したMH⁺が、明
瞭に観測されている。その他特徴的な開裂イオン
も見られ、それぞれ分離した個別ペプチドの、通
常のSIMS法で測定したものと略同等のスペクト
ルである。

なお、スペクトル中＊を付したもの（ｍ／
z185、277、369、461）は、使用したマトリツク
ス剤由来のイオンであり、それぞれ２、３、４お
よび５量体の水素付加イオンに相当する。

こうしたペプチド混合物は、GCで分離出来な
いのは勿論、LCで分離出来たとしてもイオン化
前に分解することが多く、これまで測定が困難で
あつた。

測定例 ２ 別の３種ペプチド混合物試料について、測定例
１と同様の実験を行ない、第５図に示す分離状態
の良好なトータルイオンクロマトグラムを得た。
ここでは、TLC展開溶媒として、クロロホル
ム／メタノール：39／１を用いた。

測定例 ３ 水溶性ビタミン混合物試料についての、同様な
測定において得られた結果を第６図に示す。
TLC展開溶媒としては、アセトン／水：９／１
を用い良好な分離状態のトータルイオンクロマト
グラムを得た。

測定例 ４ イブプロフエンのメチルベンジルアミド誘導体
の光学異性体混合物試料をベンゼン／酢酸エチ
ル／メタノール混合溶媒でTLC展開し、これを
測定例１と同様に処理して、第７図に示す結果を
得た。

そのうちａは、トータルイオンクロマトグラム
であり、ｍ／z310＊10.0は、水素付加分子イオン
MH⁺のマスクロマトグラム、＊10.0は、10倍の
倍率を掛けたことを示す。また、ｂは、マススペ
クトルであり、上の構造式中の＊は、プロピル基
の根本の炭素が不整炭素であることを示してい
る。

TLCプレート上で非常に接近した両者を互い
に混同することなく、良く分離して観測すること
が出来た。

このほか、シリル化あるいは過メチル化しなけ
ればGCで分離しがたい糖類を直接分離・測定す
ることが出来た。

〔効 果〕

上記したように本発明によれば、その吸着剤薄
層に各成分を表わすスポツトの列としてクロマト
グラフ展開された導電性クロマトグラフ・シート
を試料保持体とし、該試料保持体を導電状態のま
ま前記スポツトの列に沿つて変位させ得るもので
あるので、この変位中該試料に対して一次イオン
粒子または非荷電高速粒子を衝突させることによ
つて二次イオン、すなわち当該試料の分子イオン
および／または該分子のフラグメントイオンを各
成分ごとに順次効率よく、しかも高精度に得るこ
とができる。従つて、本発明によれば、これまで
分離機能と測定機能を併有する既製の質量分析
法、すなわち高価かつ複雑な装置を必要とする
GC／MSおよびLC／MSのいずれによつても、
分離・測定が困難であつた混合物試料の分析を、
在来のSIMS装置に簡単な付加装置を設けるだけ
で、容易に実施できるという大きな工業的効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、一般的な質量分析計の概略系統
図、同ｂは、SIMSを例にとつた試料イオン化部
のａのｂ〜ｂに沿う断面に相当する概略図、第２
図は、本発明試料走査装置の一実施例の第１図ｂ
の２〜２に沿う断面に相当する概略図、第３図
は、第２図中の試料保持体及び関連部分の拡大
図、および第４〜７図は、種々の試料についての
測定例のトータルイオンクロマトグラムおよび／
またはマススペクトラムである。 １０……試料イオン化部、１２……一次イオン
発生部、１４……試料イオン化室、１６……レン
ズ、１８……イオン源スリツト、２０……一次イ
オンビーム、２１……吸着剤薄層、２２……試料
保持体、２３……基板、２４……ブラケツト、２
５……集電レール、２６……リペラー、２８……
ビーム・スリツト、３０……二次イオンビーム、
３２……試料導入室、３４……扉、３６……Ｏリ
ング、４０……末端部、４２……Ｏリング、４４
……シヤフト、４６……絶縁碍子、４８……並行
支持棒、５０……案内部材、５４……導電スプリ
ング、５６……スリツト・デイスク、５９……ジ
エツト・ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 質量分析計の試料イオン化室内において直線
   変位可能に配置された導電性クロマトグラフ・シ
   ート表面の吸着剤薄層に各成分を表わすスポツト
   の列としてクロマトグラフ展開された混合物試料
   に対し、その各スポツトに順次衝突する一次粒子
   の連続的な流れを形成すること、および該一次粒
   子との衝突によつて発生した該試料の各成分を表
   わす二次イオン粒子を順次、質量分析計の分析部
   に送り込むことを特徴とする試料走査形質量分析
   方法。 ２ 該クロマトグラフ・シートを、該混合物試料
   の各成分の展開方向に沿つて変位させ、該一次粒
   子の一定の流れが、順次各成分の二次イオン粒子
   を発生させることとなるように構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 該クロマトグラフ・シートに対し、該一次イ
   オンとの衝突直前にマトリツクス剤を供給するも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ４ 該マトリツクス剤が、試料のイオン化に役立
   つ低蒸気圧有機化合物であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 該低蒸気圧有機化合物が、グリセリン、チオ
   グリセリンおよびエタノールアミンよりなる群よ
   り選ばれたものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載の方法。 ６ 試料イオン化部に隣接し、これと連通可能な
   試料導入室の末端開口に、気密且つ非回転的に嵌
   合し、外部操作によつて該開口に対し抜き差し自
   在に変位するシヤフト、および該シヤフト内側端
   部に絶縁物を介して取り付けられ、該試料イオン
   化部内および試料導入室内で、該シヤフトの変位
   に応じて直線変位しうるブラケツトを含み、該ブ
   ラケツトは、導電性クロマトグラフ・シートを導
   電状態で、一次粒子ビームの照射下に保持し、且
   つ該変位中、二次イオン源部との接触導電を維持
   しうるものであることを特徴とする試料走査形質
   量分析計用試料走査装置。 ７ 該シヤフトに、その回転を防止するための並
   行支持棒が取り付けられており、該試料導入室の
   末端部に、該並行支持棒を抜き差し自在に嵌合保
   持する案内部材が設けられている特許請求の範囲
   第６項に記載の装置。 ８ 該試料導入室内に、マトリツクス剤供給装置
   が設けられており、該変位に応じて該クロマトグ
   ラフ・シート薄層上の試料に対してマトリツクス
   剤が、該一次粒子ビームとの衝突直前に供給され
   るようにされた特許請求の範囲第６項に記載の装
   置。 ９ 該マトリツクス剤が試料のイオン化に役立つ
   低蒸気圧有機化合物である特許請求の範囲第８項
   に記載の装置。 １０ 該低蒸気圧有機化合物が、グリセリン、チ
   オグリセリンおよびエタノールアミンよりなる群
   より選ばれたものである特許請求の範囲第８項に
   記載の装置。 １１ 該マトリツクス剤供給装置が、圧電型ジエ
   ツト・ポンプである特許請求の範囲第６項に記載
   の装置。