JPS61260149A - 試料走査形質量分析方法および試料走査装置 - Google Patents

試料走査形質量分析方法および試料走査装置

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JPS61260149A
JPS61260149A JP60104883A JP10488385A JPS61260149A JP S61260149 A JPS61260149 A JP S61260149A JP 60104883 A JP60104883 A JP 60104883A JP 10488385 A JP10488385 A JP 10488385A JP S61260149 A JPS61260149 A JP S61260149A
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中川 有造
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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(F
AB)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G C/
M S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
っ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コある種の医薬、
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・測定が困難であっ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方法と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ッ
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、その各スポッ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っ
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っても、導電性
の溶媒などに浸積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r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って変位させられ、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ッ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、外部操作によって該開口に対し抜き差
し自在に変位するシャフト、および該シャフト内側端部
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、該シャフトの変位に応じて直線変
位しうるブラケットを含み、該ブラケットは、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、前記シャフトには、その回転を藺止するための
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。
前記試料導入室内に、マトリックス剤供給装置を設ける
ことが都合よく、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ックス剤が、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ることが
好ましい。
また前記マトリッ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。
さらに、前記マトリックス剤の供給は、通常インクジェ
ット・プリンタなどで汎用されている圧電型ジェット・
ポンプによっておこなうことが好ましい。
[作用コ 前記したように本発明によれば、通常のLCまたはGC
操作によっては分解し、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ィ(TLC)で各成分スポ
ットの列として分離して得た試料の支持体を、質量分析
計の試料イオン化室内で、該スポットの列に沿って変位
させ、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って得
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を例にとった試料イ
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に沿うビームとなっ
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のスリット28
によって絞られ細いビームとなって、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
もって入射し、試料と衝突し、は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
、イオン源スリット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。2
6は、粒子加速を補助するりペラ−であるが、SIMS
には必須でないので第2図では省略しである。
ここに試料保持体として、導電性クロマトグラフ・シー
トを用い、該シートを混合物試料の展開方向に沿って変
位させれば、含有各成分の走査となる。
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っ
ている。すなわち、測定準備の段階で、0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をブラケット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(
(b)では、扉34を省略した)。
ブラケット24は、導入室32の末端開口40に、0リ
ング42によって気密に嵌合しているシャフト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。 
該シャフト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、該シャフト44は、その直線変位にさいし回
転しないようになっている。
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、シャフト44を、図面上左方に、
任意の外部手段で変位きせると、試料保持体22がイオ
ン化部10のイオン化室14に到達する(第2図(b)
)。この状態で、シャフト44を、より慎重にかつ一定
速度で変位き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、シャフト44または並行支持棒4
8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、ラック・ビニオン式またはナツト・スクリ
ュ一式の微動装置(図示せず)を介してステップ・モー
タを装着してもよい。
第3図は、に料保持体22と、その関連部分の拡大図(
そのうち(b)は、(a)をシャフトを中心に90°回
転させた図面)であって、試料保持体22として吸着剤
層21と基板23を有するクロマトグラフ・シートが用
いられていること、およびブラケット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ット・
ディスク56には、前記ビーム・スリット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、マトリックス剤添加用ジェット・ポンプ
で、たとえば、インクジェット・プリンターで汎用され
ているEEtヘッ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
性展開を行なった。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ッ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ット24に装
着した0本測定に用いた日立部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
にしたがって改造した。実施例中の操作にならいマトリ
ックス剤を施した試料保持体22につきSIMSを行な
った結果、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/z 200〜800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
(5can、 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 ) cy> 5can、No、 15−
10、(c)の5can 、No、 32−27、およ
び(d)の5can、 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ッ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
イオン強度をあられす。
(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
に観測きれている。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31MS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/z 185.
277.369.461)は、使用したマトリックス剤
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った。
[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コ 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] イブプロフェ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/酢酸エテル/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/z 3to*to、o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、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
のいずれによっても、分離・測定が困難であった混合物
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を例にとっ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−m−試料イオン化部、12−一−一次イオン発生
部、14−−一試料イオン化室、16−−−レンズ、1
8−m−イオン源スリット、20−−−一次イオンビー
ム、 21−m−吸着剤薄層、22−m−試料保持体、23−
m−基板、24−m−ブラケット、25−m−集電レー
ル、26−−−リペラー、28−m−ビーム・スリット
、30−m−二次イオンビーム、32−m−試料導入室
、34−一一扉、36−−−0−リング、40−一一末
端部、42−一−0−リング、44−m−シャフト、4
6−−−絶縁碍子、4B−m−並行支持棒、50−m−
案内部材、54−m−導電スプリング、56−−−スリ
ツト・ディスク、59−−−ジェット・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ッ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、その各スポットに
    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ッ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)該マトリックス剤が、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ャフ
    ト、および該シャ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
    シャフトの変位に応じて直線変位しうるブラケットを含
    み、該ブラケットは、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)該シャフトに、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、マトリッ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ックス剤が、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)該マトリッ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)該マトリックス剤供給装置が、圧電型ジェット・
    ポンプである特許請求の範囲第6項に記載の装置。
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