Japanese Journal of Pesticide Science 41(2): (2016)

Size: px

Start display at page:

Download "Japanese Journal of Pesticide Science 41(2): (2016)"

えいしろうこびき
5 years ago
Views:

1 Vol. 41, No. 2, (2016) 41(2), (2016) DOI: /jpestics.W , * 2, ** 3 3 3, *** 4, **** New ionization techniques in mass spectrometry Nobutake Sato, 1 Masaaki Ubukata, 2 Noriyuki Iwasaki, 3 Takashi Nirasawa, 3 Toshiji Kudo 3 and Kuniyo Sugitate 4 1 Nihon Waters K.K., Kitashinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo , Japan 2 JEOL Ltd., Musashino, Akishima-shi, Tokyo , Japan 3 Bruker Daltonics K.K., Moriya-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa , Japan 4 Agilent Technologies, Japan, Takakura-machi, Hachioji, Tokyo , Japan Keywords: APGC, PI, REIMS, DART, MALDI. GC-MS MS/MSLC-MS MS/MS MS * Nobutake_Sato@waters.com ** mubukata@jeol.co.jp *** toshiji.kudo@bruker.com **** kuniyo_sugitate@agilent.com MS m/z LC-MS ESI Electrospray Ionization, APCI Atomospheric Pressure Chemical Ionization, APPI Atomospheric Pressure Photo Ionization GC-MS EI Electron Impact Electron Ionization CI Chemical Ionization

224 1. MS APGC GC Tof LC/MS GC PI GC MS EI FI REIMS MS DART MALDI MS 1.

2 MS APGC GC Tof LC/MS GC PI GC MS EI FI REIMS MS DART MALDI MS 1. APGC M + M+H + GC APGC GC-MSPI MS REIMS: Rapid Evaporative Ionization Mass Spectrometry DART Direct Analysis in Real Time MALDI Matrix Assisted Laser Desorption Ionization 1 1.APGC 1.1. APGC EI Pa 70 ev GC APGC GC GC-MSEI 1 APGC LC-MSAPCI APGC GC MS N APGC 1APCI 1

3 Vol. 41, No. 2, (2016) MS Chlorpyrifos MS NIST APGC/Xevo TQ-S MS 3. Xevo TQ-S MS Endosulfan Dieldrin SRM 1 pg N 2 M + M+H + M + M+H + MS 1.3. APGC 2 ChlorpyrifosMS MSNIST APGC 1.4. APGC APGC1 EI 2 MS/MS SRM 3 1 pgsrm 3SRM APGC APGC MSEI EI MS APGC

4 226 Chemical Ionization; CI GC-MS CI Photoionization; PI Field Ionization; FI 4. APGC/Xevo G2-XS Q-Tof MS MS MS/MS Tof MS GC APGC EI LC-MS APGC APCIGC-MS MS/MS 2. GC-MS PI 2.1.PI GC-MS Electron Ionization; EI EI 2.2. PI PI Vaccum Ultra Violet; VUV10 ev FI FI 1 ev EI CIFI EI 2.3. PI GC/ EI GC/PI5 C 19 H 30 O C 13 H 16 F 3 N 3 O p,p -DDT C 14 H 9 C l5 352EI PI 3EI PI

5 Vol. 41, No. 2, (2016) EI PI p,p -DDT 2. Entry Compound Chemical formula Ion species PI + Obs. m/z Mass error mda Ion species EI + Obs. m/z Mass error mda 1 Piperonyl butoxide C 19 H 30 O 5 M M-C 8 H 18 O M-C 14 H 19 O Trifluralin C 13 H 16 F 3 N 3 O 4 M M-C 2 H M-C 5 H p,p -DDT C 14 H 9 Cl 5 M M-CCl M-CCl EIPI 2 p,p -DDT PI m/z mda EI m/z CCl 3 CCl 3 +Cl 2 PI EI CCl 3 Cl 2 PI FIEI 2.4. PIFI 2,3 TOFMS PIFI 3. REIMS 3.1. REIMS REIMS Rapid Evaporative Ionization Mass Spectrometry iknife MS 1 iknife

228 佐藤信武ほか日本農薬学会誌用として普及している電気メスの原理を応用している電気メあるため iknife は単極で構成されサンプルを載せる台がもスは高周波電流を流すことによりジュール熱を発生させて表う一方の単極となる iknife がサンプルに触れると iknife 皮を焼き切るものでその時に発生するガスや煙はサンプル組織の重要な情報を有しているため iknife

6 228 佐藤信武ほか日本農薬学会誌用として普及している電気メスの原理を応用している電気メあるため iknife は単極で構成されサンプルを載せる台がもスは高周波電流を流すことによりジュール熱を発生させて表う一方の単極となる iknife がサンプルに触れると iknife 皮を焼き切るものでその時に発生するガスや煙はサンプル組織の重要な情報を有しているため iknife を質量分析計に接続して組織関連情報を質量情報として得る技術である 4,5 の単極とサンプル台の単極間が通電されジュール熱を発生しサンプリングを行うことができる同様にピンセット形のサンプリング装置もありこの場合にはピンセット自体が双極で形成されピンセット先端でサンプルを摘むと通電される図 6 に iknife サンプリングシステムから Q Tof MS 入り口 3.2. iknife および REIMS の原理 REIMS ではサンプル組織のプロファイリングを行うのが主目的のため質量分析計には高分解能 MS を必要とし iknife ジュール熱によるものであるがサンプル中にある水分などや高周波発生装置が必要となるサンプルをジュール熱によにより化学イオン化など様々なメカニズムによりイオンが生り焼き切るためにはサンプルに高周波電流を通電する必要がじる iknife により発生した蒸気はベンチュリポンプの効果の光学輸送系までの概略図を示すイオン化は主に iknife の図 6. iknife サンプリングシステムからイオン導入部までの概略図図 7. 各科の白身魚の多変量解析結果 Score Plot

Vol. 41, No. 2, 223 235 (2016) 229 229 StepWave MS 3.3. REIMS 7 REIMS MS EU 3.4. iknifereims 4. DART Direct Analysis in Real Time 4.1. DART DART Direct Analysis in Real Time; DART2003 2005 6 DART oa-tofms 7 4.

7 Vol. 41, No. 2, (2016) StepWave MS 3.3. REIMS 7 REIMS MS EU 3.4. iknifereims 4. DART Direct Analysis in Real Time 4.1. DART DART Direct Analysis in Real Time; DART DART oa-tofms DART DART DART DART 8 8 DART DART 4.3. DART DART M+H + DART 8. DART

230 DARTポジディブモード He(2S) HO HO He(1S) e HO HO HO O HO HO HO H [( ) 1 O 3 + 1 + 2 2 + + + + 2 + 2 3 + H + + 3 + n 2 [( 2 ) n+ 1+ ] + + H2O n+ 1+ H] + M [M+ H] +( n+ ) H2 DART G O 2 O 2 DART M H M M+O 2

8 230 DARTポジディブモード He(2S) HO HO He(1S) e HO HO HO O HO HO HO H [( ) 1 O H n 2 [( 2 ) n+ 1+ ] + + H2O n+ 1+ H] + M [M+ H] +( n+ ) H2 DART G O 2 O 2 DART M H M M+O 2 DART DARTネガティブモード He(2 S) + G G + He(1 S) + e e + G G + e e + O O 2 2 O + M [M H] + OOH O M M O O M [M O ] DART DART DART 9 DART DART DART Vapur DART Vapur DART Vapur Vapur DART oa-tofms Vapur DART DART 9. DART DART +, DART

9 Vol. 41, No. 2, (2016) DART + DART Entry Compound Chemical formula Ion species Obs. m/z Mass error mda Ion species Obs. m/z Mass error mda 1 Simazine C 7 H 12 ClN 5 M+H M H Diazinon C 12 H 21 N 2 O 3 PS M+H M C 2 H Thiobencarb C 12 H 16 ClNOS M+H Fenobucarb C 12 H 17 NO 2 M+H Isoxathion C 13 H 16 NO 4 PS M+H M C 2 H Dichlorvos C 4 H 7 Cl 2 O 4 P M+H Propyzamide C 12 H 11 NOCl 2 M+H M H Fenitrothion C 9 H 12 NO 5 PS M+H M CH Iprobenfos C 13 H 21 O 3 PS M+H Isoprothiolane C 12 H 18 O 4 S 2 M+H M H EPN C 14 H 14 NO 4 PS M+H Chlornitrofen C 12 H 6 Cl 3 NO 3 M Cl+O Chlorothalonil C 8 Cl 4 N 2 M Cl+O DART 4.4. DART DART DART 1 g 10 ml 0.1 ppm 13 DART DART 9 DART + DART DART 1311 M+H + DART 8 DART 13 1 m/z 1 mda 3 S/N 0.1 ppm 1 ppm ppm 4.5. DART/oa-TOFMS 5. MALDI Matrix Assisted Laser Desorption Ionization 5.1. MALDI MALDI Matrix-Assisted-Laser-Desorption/Ionization: Hillenkamp 10 MALDI

232 佐藤信武ほか日本農薬学会誌 MALDI の大きな特徴であるその原理の概略を図 10 に示す MALDI ではサンプル溶液その過程はいくつか種類が存在するが多くの場合はマトリックス分子から解離したプロトンがサンプル分子に付加しとマトリックス溶液の混合物をターゲットプレートに滴下て見かけ上イオン化された状態になる擬分子イオン化図乾燥することによって混合結晶を作成図 10

の基本概念であるただしよりているサンプルマトリックスの混合結晶に高密度なレー詳細厳密なイオン化のメカニズムについては議論が難しザー光が照射されるとまずはマトリックスがレーザーの光く未だに不明な部分も多いことには注意されたいそれと同時に子を吸収して励起状態に達する図 10 中央結晶の温度が上昇して蒸発点に達するとサンプルもろとも昇華脱離と呼ばれるする

10 232 佐藤信武ほか日本農薬学会誌 MALDI の大きな特徴であるその原理の概略を図 10 に示す MALDI ではサンプル溶液その過程はいくつか種類が存在するが多くの場合はマトリックス分子から解離したプロトンがサンプル分子に付加しとマトリックス溶液の混合物をターゲットプレートに滴下て見かけ上イオン化された状態になる擬分子イオン化図乾燥することによって混合結晶を作成図 10 左しそれ 10 右ただしプロトンが付加するためにはサンプル分子にある程度の極性が必要であり MALDI といえどもあらゆにレーザー光を照射することでイオン化を行う一般的には紫外レーザーが使用されており市販の装置では窒素レーザー 337 nm や YAG レーザー 355 nm が多く採用される種類の分子をイオン化できる万能なものではないことを示しているこれが MALDI の基本概念であるただしよりているサンプルマトリックスの混合結晶に高密度なレー詳細厳密なイオン化のメカニズムについては議論が難しザー光が照射されるとまずはマトリックスがレーザーの光く未だに不明な部分も多いことには注意されたいそれと同時に子を吸収して励起状態に達する図 10 中央結晶の温度が上昇して蒸発点に達するとサンプルもろとも昇華脱離と呼ばれるするこれによってサンプル単体では 5.2. 新しい技術 MALDI 用レーザー MALDI に関する新しい技術としてここではイオン化に良好に脱離しないものでもマトリックス支援によって脱使用されるレーザーについて紹介するイオン化レーザーと状態にあるマトリックスによって化学的イオン化を受けるよる利点もあるが一般に広く使用されているのは主に測定離され得ることになる次に脱離したサンプルは高い励起して赤外レーザーを用いた例 IR-MALDI もありそれに図 10. MALDI によるイオン化の原理図 11. レーザービーム形状比較上と Smartbeam の構造下

11 タイトル実験技術講座 Vol. 41, No. 2, (2016) 感度面で有利な紫外レーザーである従前広く使われてきたのは窒素レーザー波長 337 nm である MALDI レーザーのゴールドスタンダードとされ幅広い種類のマトリックスを使用した場合で高い性能が得られ市販の MALDI 装 233 づけかつショットごとに変化させることで Nd:YAG レーザーの測定スピードや寿命と窒素レーザーの性能を併せ持つレーザーとなるよう工夫されている図 11 下段窒素レーザーでは最大で Hz 程度であるが Smart- 置の多くに搭載されてきたしかし多検体のハイスルー beam では 2,000 Hz での測定も可能であり特にハイスプット測定や MALDI Imaging と呼ばれる新しい測定手法がループットを目的とする測定には非常に重要であるまた数やレーザーユニットの寿命が不十分である場合が増えて MALDI Imaging を行う際にもその測定スピードは非常に重要であるが特に MALDI Imaging での利用を追及した別の広まるにつれ窒素レーザーでは測定スピード繰返し周波きたそこで従来のものとは異なる MALDI でのイオン化に特化したレーザーが開発されるようになった Smartbeam 繰返し周波数が高く寿命が長いレーザーで窒素レーザーの代替として使用されることが多いのは Nd:YAG レーザー波長 355 nm 三倍波であるただ MALDI 用として検討すると窒素レーザーの方が幅広いマトリックスへの対応や設計のレーザーも登場している Smartbeam 3D MALDI Imaging は例えばマウス脳のような生体組織の薄切切片をサンプルとしそれをスキャンするようにレーザー照射しながら各位置でのスペクトルを取得することで結果的にサンプル内にどのような質量の分子がどこに存在していたのかを可視化する手法であるその際に取得するスペクトル得られるスペクトルのクオリティの面で有利であったそこで窒素レーザーと Nd:YAG レーザーの長所を併せ持つレーザー Smartbeam が開発されている 11 図 11 上段は 3 種類のレーザーについてビーム形状を調べたものである Nd:YAG レーザーのビーム形状がおおむね整ったガウシアン状であるのに対し窒素レーザーは崩れた形状になっているまた Nd:YAG レーザーはショットごとに同じビーム形状が得られるのに対して窒素レーザーでは毎回異なるビーム形状でショットされるこれが MALDI において窒素レーザーが優れた特性を示す要因であるということで Smartbeam では Nd:YAG レーザーにモジュレータ変調器を加えることでビーム形状を窒素レーザーに近図 12. レーザー照射の図 13. Smartbeam 3D の構造とレーザー照射の様子間

12 234 Smartbeam 10 µm 10 µm 10 µm 12 2 MALDI Imaging Smartbeam 3D 5 µm MALDI Smartbeam 3D 13 10,000 Hz MALDILDI 12 1) L. Cherta, T. Portolés, J. Beltran, E. Pitarch, J. G. J. Mol and F. Hemández: J. Chromatogr. A 1314, (2013). 2) (14) (1960). 3) M. G. Inghram and R. Gomer: J. Chem. Phys. 22, (1954). 4) J. Balog, T. Szaniszlo, K. Schaefer, J. Denes, A. Lopata, L. Godorhazy, D. Szalay, L. Balogh, L. Sasi-Szabó, M. Toth and Z. Takáts: Anal. Chem. 82, (2010). 5) J. Balog, L. Sasi-Szabó, J. Kinross, M. R. Lewis, L. J. Muirhead, K. Veselkov, R. Mirnezami, B. Dezsó, L. Damjanovich, A. Dazi, J. K. Nicholson and Z. Takáts: Sci. Transl. Med. 5, 194ra93 (2013). 6) R. B. Cody, J. A. Laramée and H. D. Durst: Anal. Chem. 77, (2005). 7) R. B. Cody, J. A. Laramée, J. M. Nilles and H. D. Durst: JEOL News 40, 8 12 (2005). 8) R. B. Cody: Anal. Chem. 81, (2009). 9) (2009). 10) M. Karas and F. Hillenkamp: Anal. Chem. 60, (1988). 11) A. Holle, A. Haase, M. Kayser and J. Höhndorf: J. Mass Spectrom. 41, (2006). 12) e.g., N. C. Fenner and N. R. Daly: Rev. Sci. Instrum. 37, (1966) LCMS JEOL USA, Inc MALDI MS TV

13 Vol. 41, No. 2, (2016) GC/MS GC/MS 1, 2) GC/MS MRM 2 GC/MS 1) 49, (1985). 2) 2003 pp ,

Japanese Journal of Pesticide Science 42(1): (2017)

Japanese Journal of Pesticide Science 42(1): (2017) 42(1), 203 203 215 (2017) DOI: 10.1584/jpestics.W17-54 1, * 2, ** 3, *** 4, **** 4 1 2 3 4 2017 1 6 Recent data analysis technique in mass spectrometry Takaya Satoh, 1 Kentaro Takahara, 2 Tomoaki Kondo,