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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-217836(P2016-217836A)
(43)【公開日】2016年12月22日
(54)【発明の名称】試料断片化装置
(51)【国際特許分類】
G01N 30/06 20060101AFI20161125BHJP
G01N 30/26 20060101ALI20161125BHJP
G01N 30/30 20060101ALI20161125BHJP
G01N 30/32 20060101ALI20161125BHJP
G01N 30/88 20060101ALN20161125BHJP
G01N 27/62 20060101ALN20161125BHJP
【ＦＩ】
G01N30/06 Z
G01N30/26 M
G01N30/30
G01N30/32
G01N30/88 J
G01N27/62 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2015-102037(P2015-102037)
(22)【出願日】2015年5月19日
(71)【出願人】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100091096
【弁理士】
【氏名又は名称】平木 祐輔
(74)【代理人】
【識別番号】100105463
【弁理士】
【氏名又は名称】関谷 三男
(74)【代理人】
【識別番号】100102576
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 敏章
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 英樹
(72)【発明者】
【氏名】熊野 峻
(72)【発明者】
【氏名】橋本 雄一郎
【テーマコード（参考）】
2G041
【Ｆターム（参考）】
2G041EA04
2G041FA12
2G041HA01
2G041JA02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】タンパク質やペプチド等の試料の断片化を高速化し、質量分析計などの検出器への導入効率を向上させる装置を提供する。【解決手段】配管により接続された送液ポンプ２、試料注入部３及び分離カラム６と、試料注入部３と分離カラム６の間の配管を加熱する加熱部４と、加熱部４と分離カラム６の間に設けられ、加熱部４により加熱される配管の内部圧力を調節する圧力調節部５と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
配管により接続された送液ポンプ、試料注入部及び分離カラムと、
前記試料注入部と前記分離カラムの間の配管を加熱する加熱部と、
前記加熱部と前記分離カラムの間に設けられ、前記加熱部により加熱される配管の内部圧力を調節する圧力調節部と、
を有する試料断片化装置。
前記試料注入部と前記分離カラムの間の配管を加熱する加熱部と、
前記加熱部と前記分離カラムの間に設けられ、前記加熱部により加熱される配管の内部圧力を調節する圧力調節部と、
を有する試料断片化装置。
【請求項2】
前記加熱部と前記分離カラムの間の配管を冷却する冷却部を有する、請求項１記載の試料断片化装置。
【請求項3】
前記加熱部は、当該加熱部により加熱された配管を冷却する冷却部を備える、請求項１記載の試料断片化装置。
【請求項4】
前記冷却部は、溶出用溶媒により前記分離カラムに吸着した試料を溶出する際に、前記加熱部により加熱された配管を前記溶出用溶媒の沸点以下の温度に冷却する、請求項３記載の試料断片化装置。
【請求項5】
前記圧力調節部は流路切替バルブとコンダクタンス調節部を備え、前記流路切替バルブは前記加熱部に接続される流路を前記分離カラムと前記コンダクタンス調節部との間で切り替える、請求項１記載の試料断片化装置。
【請求項6】
前記送液ポンプで試料を送り始めてからの経過時間に依存して前記流路切替バルブを切り替える、請求項５記載の試料断片化装置。
【請求項7】
前記加熱部を備える配管を複数有し、前記流路切替バルブは前記複数の加熱部に接続される流路を前記分離カラムと前記コンダクタンス調節部に順次切り替える、請求項５記載の試料断片化装置。
【請求項8】
前記圧力調節部は流路切替バルブとコンダクタンス調節部を備え、前記流路切替バルブは前記分離カラムに接続される流路を前記加熱部を通る流路と前記加熱部を通らない流路との間で切り替える、請求項１記載の試料断片化装置。
【請求項9】
前記送液ポンプで試料を送り始めてからの経過時間に依存して前記流路切替バルブを切り替える、請求項８記載の試料断片化装置。
【請求項10】
前記圧力調節部は、溶出用溶媒により前記分離カラムに吸着した試料を溶出する際に、前記加熱部により加熱された配管の内部圧力を増加させて前記溶出用溶媒の沸騰を防止する、請求項１記載の試料断片化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タンパク質やペプチド等の試料をオンラインで断片化して検出器に導入する試料断片化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
分子量の大きなタンパク質やペプチドを質量分析計で分析する場合、前処理としてトリプシンなどの消化酵素でペプチドに断片化してからイオン化する方法が一般的に用いられる。トリプシン消化は加水分解により、リジンやアルギニンなどの特定のアミノ酸のペプチド結合を選択的に切断するため、非常に重宝されるが、一方で反応時間が半日以上かかる場合があるなどの課題もある。
【0003】
この課題を解決すべく、非特許文献１の方式が知られている。非特許文献１では、ガラス基板上のタンパク質などの試料を加熱して熱分解させ、その後、脱離エレクトロスプレーイオン化法（ＤＥＳＩ）でイオン化している。この方式により、２２０〜２５０℃の条件で１０秒程度の短時間でタンパク質を分解可能としている。
【0004】
熱による分解の別方式として、非特許文献２の方式が知られている。非特許文献２では、高圧かつ高温に保持されたイオン化部にサンプル溶液を導入し、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）でイオン化している（高圧ＥＳＩ）。高圧下では液体の沸点が上昇するので、例えば水の場合では１００℃を超えても沸騰しない。よって、水分が無くならないため加水分解による断片化が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Zhang S et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2007;80:353-359; On-probe pyrolysis desorption electrospray ionization (DESI) mass spectrometry for the analysis of non-volatile pyrolysis products.
【非特許文献2】Chen et al., J. AM. Soc. Mass Spectrom. (2014); High pressure super-heated electrospray ionization mass spectrometry for sub-critical aqueous solution.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
非特許文献１の方法では、加熱により水分も気化するため、トリプシン消化のような加水分解ではなく熱に弱い部分からランダムに壊れていくため、分解の再現性が低下する可能性があるので分解物の同定が困難になる。
【0007】
一方、非特許文献２の方法では、質量分析計の導入口となる第一細孔電極の一次側（イオン化部）が高圧であるため、第一細孔電極の穴径を小さくしないと質量分析計内部の圧力を最適値に維持できなくなる。穴径が小さいためイオン導入量が減少し、結果的に感度低下を招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明による試料断片化装置は、配管により接続された送液ポンプ、試料注入部及び分離カラムと、試料注入部と分離カラムの間の配管を加熱する加熱部と、加熱部と分離カラムの間に設けられ、加熱部により加熱される配管の内部圧力を調節する圧力調節部と、を有する。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、質量分析計などの検出器への導入効率を低下させることなく、オンラインかつ短時間でタンパク質やペプチド等の試料を断片化することが可能となる。
【0010】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図2】加熱部の構造例を示す断面模式図。
【図3】溶液の圧力と沸点の関係を示した図。
【図4】カラム種類による流量とカラム上流側圧力の関係を示す図。
【図5】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図6】冷却部の構造例を示す断面模式図。
【図7】サブスタンスＰの分析結果を示す図。
【図8】ユビキチンの分析結果を示す図。
【図9】構造式を用いてタンパク質の加水分解を説明した図。
【図10】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図11】分析のタイムシーケンスを示した図。
【図12】液体クロマトグラフィーで用いられる実験条件の一例を示す図。
【図13】加熱配管の温度とイオン強度の安定性の関係を示す図。
【図14】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図15】分析のタイムシーケンスを示した図。
【図16】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図17】加熱部に冷却部を併設した構造例を示す断面模式図。
【図18】分析のタイムシーケンスを示した図。
【図19】分析のタイムシーケンスを示した図。
【図20】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図21】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図22】分析のタイムシーケンスを示した図。
【図23】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【図24】試料断片化装置の構成例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0013】
［実施例１］図１は、実施例１の試料断片化装置の構成例を示す模式図である。本実施例では、試料断片化装置の流路系内で、加熱配管と分離カラムの間に圧力調節部を有する構成について説明する。ここでは、検出器に質量分析計を用いた例を示す。
【0014】
試料断片化装置１は、送液ポンプ２、試料注入部３、加熱部４、圧力調節部５、分離カラム６、検出器５２を有し、これらは配管により接続されている。試料注入部３から導入された試料は送液ポンプ２によって分離カラム６の内部に通され、分離カラム６で分離された試料は検出器５２で分析される。本実施例の検出器５２はイオン源７と質量分析計８で構成され、イオン源７によって試料をイオン化し、生成したイオン１１を質量分析計８で検出し、イオンの質量を分析する。分離カラム６に充填された充填剤による液体クロマトグラフィーにより試料が時間的に分離され、その後、イオン１１を質量分析することで、夾雑物の除去や高精度かつ高Ｓ／Ｎ分析が可能となる。液体クロマトグラフィーでは、分離カラム６の充填剤を固定相と呼び、分離カラム６の中に流す溶液を移動相と呼ぶのが一般的である。移動相に含まれた試料と固定相の疎水性相互作用の違いにより、試料を分離することができる。
【0015】
液体クロマトグラフィーの方式の中から、逆相クロマトグラフィーという方式を例に、試料分離の原理について説明する。逆相クロマトグラフィーでは、移動相の方が固定相より極性が高いことが特徴である。例を挙げると、移動相には水、メタノール、アセトニトリルなどの高極性溶媒が用いられ、固定相にはシリカにオクタデシル基を化学結合した疎水性の充填剤（ＯＤＳ又はＣ１８と呼ぶ）などが使用される。ＯＤＳなどの疎水性固定相への試料の吸着は主に水など溶出力が弱い溶液から成る移動相を送液することで行い、固定相からの試料の溶出は主に有機溶媒など溶出力が強い溶液から成る移動相を送液することで行う。また、溶出時に溶出力の高い有機溶媒の濃度を徐々に変化させることで、高極性の試料成分から先に溶出させるグラジエント分析という手法もある。これら吸着や溶出の工程における試料内成分の疎水性相互作用により、成分ごとに分離カラムでの保持時間が異なるため、試料を時間的に分離することが可能になる。
【0016】
図１に示した試料断片化装置１は、試料注入部３と分離カラム６の間に加熱部４で加熱される加熱配管１０を有し、さらに、加熱部４と分離カラム６の間に圧力調節部５を有することが特徴である。
【0017】
また、試料断片化装置１は制御部９を有しており、制御部９では質量分析計８で得られた結果の分析や解析が行われる。実際には、検出したイオンの質量を元に、試料構造の同定や試料内の成分量の定量などを行う。また制御部９は、送液ポンプ２、試料注入部３、加熱部４、圧力調節部５、イオン源７、質量分析計８の動作制御や条件設定なども行っている。また制御部９は、分析に使用した分離カラム６の特性データを保存する機能などを有することも可能である。分離カラム６の特性データを有することで、分離カラム６の保持時間や送液圧力の条件を次回分析やデータ解析に反映することができる。
【0018】
図２は、加熱部４の構造例を示す断面模式図である。加熱配管１０の周りに加熱ブロック５４が配置されている。加熱ブロック５４はヒータ５５で加熱され、熱電対５６で温度測定される。制御部９で、熱電対５６の測定温度を元にヒータ５５の出力を制御することで、加熱ブロック５４の温度制御が可能となる。なお、加熱ブロック５４以外にも、温度調節した液体の中に加熱配管１０を通したウォータージャケットのような構成や、加熱配管１０の周囲に直接電熱線を巻き付ける構成など、加熱配管１０に温度を伝えられる手段であれば、同様の効果を得ることが可能である。ヒータ５５には、カートリッジヒータやプレート状ヒータなど、様々なヒータを用いることが可能である。また、温度測定には、熱電対以外に測温抵抗体などを用いることも可能である。
【0019】
イオン源７には、エレクトロスプレーイオン化方式（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化方式（ＡＰＣＩ）など、様々な方式のイオン源を用いることが可能である。
【0020】
質量分析計８には、三連四重極質量分析計（ＱｑＱ）、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ）など、様々な方式の質量分析計を用いることができる。
【0021】
図１に示した試料断片化装置１においては、送液ポンプ２により、高密度な充填剤が充填された分離カラム６の中に移動相を通過させるため、分離カラム６の上流側は高圧となる。高圧下では液体の沸点が上昇するので、大気圧下での沸点温度（水の場合１００℃）でも沸騰しない。つまり、分離カラム６の上流側の移動相の沸点が上昇する。溶液の蒸気圧は式１で示される。
【0022】
［式１］【0023】
式１はアントワンの式といい、Ｐは蒸気圧（ｍｍＨｇ）、Ｔは温度（℃）、Ａ，Ｂ，Ｃはアントワン定数である。ここで、液体クロマトグラフ質量分析計で一般的に使用されることが多い移動相として、０．１％酢酸水と０．１％酢酸入りメタノールを例に説明する。アントワン定数Ａ，Ｂ，Ｃは物質に依存し、水ではＡ＝８．０２８、Ｂ＝１７０６、Ｃ＝２３１．４であり、メタノールではＡ＝８．０７９、Ｂ＝１５８１、Ｃ＝２３９．７であり、酢酸ではＡ＝７．５６０、Ｂ＝１６４４、Ｃ＝２３３．５である。混合溶液の蒸気圧は式２で示される。
【0024】
［式２］【0025】
式２はラウールの法則により成り立ち、ＰTotalは混合溶液の蒸気圧、Ｐiは各成分の純液体での蒸気圧、ｘiはモル分率である。図３は、式１と式２から得られた、０．１％酢酸水と０．１％酢酸入りメタノールの、圧力と沸点の関係を示す図である。０．１％酢酸水の理論値を実線で示し、０．１％酢酸入りメタノールの理論値を破線で示している。図３から、溶液の圧力を高くすることで沸点が上昇することが理解できる。
【0026】
従って、本実施例では加熱配管１０を大気圧下での移動相の沸点以上の温度に加熱しても沸騰しない。つまり、沸騰による気化が起きず水分がなくならないため、大気圧下での移動相の沸点以上の高温下でも、タンパク質などの試料の加水分解が可能な条件になりうる。加水分解が可能になることで、再現性の高い試料の断片化が実現できる。また、図１に示した装置構成では分離カラム６の下流側は大気圧下になるので、質量分析計８のイオン導入口を小さくしなくても質量分析計８の内部圧力を最適値に維持でき、イオン導入量の低下がない。
【0027】
図４は、２種類の分離カラムに、水１００％を流したときの流量と分離カラムの上流側の圧力の関係の実験結果を示した図である。カラムＡの実験値を四角マーカーで示し、カラムＢの実験値をバツ印マーカーで示している。カラムＡとカラムＢは、各々、長さや充填剤の粒径などの違いでコンダクタンスが異なる。従って、同じ流量の水を流しても、図４のように上流側の圧力が大幅に異なる。例えば、加熱配管１０の内径を０．５ｍｍとし、長さを０．８５ｍとした場合、分解に十分な加熱時間が３０秒程度と仮定すると、０．４ｍＬ／ｍｉｎ程度の流量にする必要がある。０．４ｍＬ／ｍｉｎの流量条件ではカラムＡとカラムＢの上流側圧力は、各々、３０ＭＰａと２．５ＭＰａ程度になる。試料により温度条件を２５０℃程度まで上げることがあると想定すると、図４の結果に対して余裕を見て５ＭＰａ以上に設定した場合、図３と図４からカラムＢでは０．８ｍＬ／ｍｉｎの流量が必要となり、加熱配管１０の通過時間が１０秒程度になってしまい加熱が不十分になる。加熱配管１０の内径を太くしたり加熱配管１０を長くしたりすることで、溶液の滞在時間を長くすることも可能であるが、吸着などの問題が生じてくる。
【0028】
従って、図１に示すようなバルブなどの圧力調節部５を流路に設置し、カラムＢのような分離カラム６を使用したときでも、加熱配管１０の内部の圧力を十分に高くすることが必須となる。使用する分離カラム６に応じて流路のコンダクタンスを可変に調節することで、加熱配管１０の内部の圧力を最適（加水分解可能条件）に保つことができる。なお、圧力調節部５にはニードルバルブなどのバルブ類や分離カラムやキャピラリーなど流路抵抗の高い配管上の部材などを用いることができる。
【0029】
［実施例２］図５は、実施例２による試料断片化装置の構成例を示す模式図である。本実施例では、試料断片化装置の流路系内で、加熱部４と分離カラム６の間に冷却部１８を有する構成について説明する。
【0030】
図１に示した装置構成で、加熱配管１０で加熱された移動相をそのまま分離カラム６に導入するのは、分離カラム内の充填剤に悪影響を与えるだけでなく、分離カラム６の出口で大気圧に開放された瞬間に一気に沸騰してしまい、その後のイオン化の安定化に悪影響を与える恐れもある。従って、図５のように加熱部４で加熱される加熱配管１０の下流側の配管５７を冷却する冷却部１８があることが望ましい。
【0031】
図６は、冷却部１８の構造例を示す断面模式図である。冷却部１８は、配管５７の周りに水などの液体５８を満たすことが可能な容器５９を有している。容器５９の中に冷却用の液体５８を循環させるための入口６０と出口６１を有することで、ウォータージャケットのように配管５７を冷却する。液体５８の温度は熱電対６２で測定される。また、液体５８の温度が下がりすぎるのを防ぐために、ヒータ６３を配置しても良い。制御部９で、熱電対６２による測定温度を元にヒータ６３の出力を制御することで、液体５８の温度制御が可能となる。なお、図示した構造以外にも、冷却ブロック、ペルチェ素子、ファンなど配管５７を冷却できる手段であれば、他の手段を用いても同様の効果を得ることが可能である。ヒータ６３には、カートリッジヒータやプレート状ヒータなど、様々なヒータを用いることが可能である。また、温度測定には、熱電対以外に測温抵抗体などを用いることも可能である。
【0032】
液体クロマトグラフィーでは、分離カラムを室温から数十度の温度範囲で使用するのが一般的であるので、冷却部１８の設定温度も、室温から数十度に設定することが望ましい。但し、分離カラムの設定温度は、分析用途や測定対象により異なることがあるので、各種分析に応じて冷却部１８の設定温度を変更することも可能である。
【0033】
次に、図５に示した試料断片化装置を用いて実際にタンパク質を分解により断片化した結果について説明する。
【0034】
図７は、サブスタンスＰ（分子量１３４７）の分析結果を示す図である。図７（Ａ）はサブスタンスＰの分解前のマススペクトルを示し、図７（Ｂ）はサブスタンスＰの分解後のマススペクトルを示している。図７（Ａ）は加熱配管１０を８０℃に温度調節したときの分析結果であり、図７（Ｂ）は２２０℃に温度調節したときの分析結果である。実験条件は、分離カラム６の上流側圧力が３．５ＭＰａ、加熱配管１０の移動相通過時間が３０秒である。また、分離カラム６への試料吸着時は移動相に０．１％酢酸水を用い、試料溶出時には０．１％酢酸入りメタノールを用いた。本実施例の試料断片化装置を用いることにより、サブスタンスＰ由来のｙ６とｙ７のフラグメントイオンが検出できた。加熱による分解部位はサブスタンスＰのアミノ酸配列２１に示した。
【0035】
図８は、ユビキチン（分子量８５６０）の分析結果を示す図である。図８（Ａ）はユビキチンの分解前のマススペクトルを示し、図８（Ｂ）はユビキチンの分解後のマススペクトルを示している。図８（Ａ）は加熱配管１０を８０℃に温度調節したときの分析結果であり、図８（Ｂ）は１８０℃に温度調節したときの分析結果である。実験条件は、分離カラム６の上流側圧力が１．６ＭＰａ、加熱配管１０の移動相通過時間が３０秒である。また、分離カラム６への試料吸着時は移動相に０．１％酢酸水を用い、試料溶出時には０．１％酢酸入りメタノールを用いた。本実施例の試料断片化装置を用いることにより、ユビキチン由来のｙ１８とｙ２４とｙ３７のフラグメントイオンが検出できた。加熱による分解部位はユビキチンのアミノ酸配列２４に示した。
【0036】
図９は、構造式を用いてタンパク質の加水分解を説明した図である。加水分解前のタンパク質６４は、水（Ｈ2Ｏ）を取り込むことで、ペプチド結合部が切れて、加水分解後のタンパク質６５のように分解される。ペプチド結合部が切れて生成する断片由来のｙ系列イオンが、サブスタンスＰとユビキチンの何れの分析結果でも検出されているので、本実施例により、短時間での加水分解が可能であることが分かった。
【0037】
これらの結果から、本実施例により再現性の高い加水分解が起こり、特定のアミノ酸配列を切断できることがわかった。また、加熱部４により加熱される加熱配管１０の下流側に冷却部１８を有することで、安定した分析が可能となった。
【0038】
［実施例３］図１０は、実施例３の試料断片化装置１の構成例を示す模式図である。本実施例では、試料断片化装置の流路系内で、加熱部４と分離カラム６の間の流路を分岐し、圧力調節を行う構成について説明する。
【0039】
図１０に示した装置構成は図１や図５とほぼ同様であるので、相違点のみについて説明する。図１０の構成は、圧力調節部５に流路切替バルブ２５と流路コンダクタンス調節部２６を有することが特徴である。分離カラム６の手前に流路切替バルブ２５を設置することで、加熱部４の後段に接続される流路を分離カラム６側あるいはコンダクタンス調節部２６側に切替えることができる。図４に示したコンダクタンスの異なるカラムを使用する時のように、加熱配管１０の内部圧力を変更する必要がある場合、図１１に示したタイムシーケンスのように制御することが可能になる。領域Ａ（加熱配管１０の内部）を試料が通過するタイミングでは、流路切替バルブ２５はコンダクタンス調節部２６側のポートを開状態にし、矢印３１の方向に移動相を流す。このとき、コンダクタンス調節部２６により加熱配管１０の内部圧力を調節することで、タンパク質などの加水分解に最適な条件に設定できる。矢印３１方向に流れた移動相は、コンダクタンス調節部２６を通過し、廃棄部２７へ廃棄される。
【0040】
その後、試料が領域Ｂ（加熱配管１０と圧力調節部５の間の流路）を通過するタイミングでは、流路切替バルブ２５は分離カラム６側のポートを開状態にし、矢印３０の方向に移動相を流す。矢印３０の方向に流れる移動相の中には、加水分解で断片化されたタンパク質などの試料成分が含まれており、これら試料成分は分離カラム６の固定相に吸着される。吸着した試料成分は、その後の溶出工程で溶出され、イオン源７でイオン化され、生成したイオン１１は質量分析計８で検出される。
【0041】
このように送液ポンプ２で試料を送り始めてからの経過時間に依存して加熱部４に接続される流路、すなわち流路切替バルブ２５の開ポートを分離カラム６とコンダクタンス調整部２６との間に切り替えることにより、領域Ａ（加熱配管１０の内部）を試料が通過するタイミングのみ、加水分解に最適な圧力条件に制御することが可能となる。この方式により、加熱配管１０で加水分解を行う時の圧力は分離カラム６にはかからないため、分離カラム６に対して試料分離に必要な圧力以外の不要な圧力がかからない。そのため、分離カラム６の寿命が長くなる。
【0042】
［実施例４］実施例４では、試料断片化装置の流路系内で、加熱配管と分離カラムの間の流路を切替えて、吸着と溶出の工程で異なる流路から移動相を供給する構成について説明する。
【0043】
図１２は、液体クロマトグラフィーで用いられる実験条件の一例を示す図である。図１２に示した実験条件は、吸着工程では移動相Ａ（０．１％酢酸水）を１００％流し、溶出工程では移動相Ｂ（０．１％酢酸入りメタノール）を１００％流し、洗浄工程では移動相Ａを１００％流す。分析対象となる試料や分離カラムの種類により、移動相Ａと移動相Ｂの比率は適宜変更されるのが一般的である。また、使用する溶媒も同様に、用途によりアセトニトリルなどの別の溶媒を使用したり、酢酸の他、蟻酸など別の物質を添加したりすることもある。
【0044】
次に、図１２に示した実験条件の例のように、０．１％酢酸入りメタノールで分離カラム６から試料を溶出する際の問題について説明する。図３に示した通り、０．１％酢酸水と０．１％酢酸入りメタノールでは、同一圧力条件において大幅に沸点が異なる。例えば、０．８ＭＰａでは各々の沸点は１７０℃と１３０℃程度であることが図３から分かる。これは、同一の圧力と温度条件で、吸着工程と溶出工程を行った場合、図１２の実験条件では、移動相Ｂを使用する溶出工程の方が沸騰しやすいということになる。本実施例による加水分解は分離カラム６への吸着工程の前に起こるので、吸着工程までの移動相の沸騰防止は必須である。一方、溶出工程についての必要性について、以下説明する。
【0045】
図５に示した装置構成で、メタノール溶媒で溶解したレセルピン（濃度１ｐｐｂ）の試料を、連続送液（インフュージョン）で分離カラム６に１００μＬ／ｍｉｎで送液し、イオン源７（ＥＳＩ方式）でイオン化し、生成したイオン１１を質量分析計８で分析した。分析結果を図１３に示す。使用した質量分析計８は三連四重極質量分析計（ＱｑＱ）であり、マルチリアクションモニタリング（ＭＲＭ）モードを使用した。図１３は、ＭＲＭの設定をｍ／ｚ６０９→ｍ／ｚ１９５とした時の実験結果であり、図１３（Ａ）は加熱配管１０の温度が室温のときの実験結果、図１３（Ｂ）は９０℃のときの実験結果、図１３（Ｃ）は１００℃のときの実験結果を示している。
【0046】
図１３（Ａ）（室温）、図１３（Ｂ）（９０℃）では時間経過に対し安定したイオン強度（変動係数ＣＶ＝数％以下）を示すが、図１３（Ｃ）（１００℃）ではイオン強度の変動が非常に大きい。これはメタノール溶液が沸騰しているのが原因であり、図５の構成で同一の圧力と温度条件で吸着工程と溶出工程を行うことは、測定の安定性を損なう可能性がある。
【0047】
この問題は、試料断片化装置を例えば図１４に示すような構成とすることで解決できる。図１４に示した試料断片化装置１の構成は図１や図５とほぼ同様であるので、相違点のみについて説明する。図１４の構成は、圧力調節部５に流路切替バルブ２５とコンダクタンス調節部２６を有することが特徴であり、流路切替バルブ２５により、吸着と溶出の工程で異なる流路から移動相を供給する。すなわち、流路切替バルブ２５は、分離カラム６の流入側に接続される流路を加熱部４を通る流路と加熱部４を通らない流路との間で切り替える。
【0048】
図１５のタイムシーケンスに示すように、吸着工程では移動相Ａが矢印３７の方向から加熱部４を経て分離カラム６側へ流れるように流路切替バルブ２５を制御し、溶出工程では移動相Ｂが矢印３８の方向から加熱部４を通らずに分離カラム６側へ流れるように流路切替バルブ２５を制御する。このように送液ポンプ２で試料を送り始めてからの経過時間に依存して流路切替バルブ２５を切り替え制御することにより、沸点の低い移動相Ｂを加熱されていない流路から導入できるので、溶出時の動作不安定を防止できる。
【0049】
なお、図１４には流路切替バルブ２５がコンダクタンス調節部２６の前段にある構成を示したが、流路切替バルブ２５はコンダクタンス調節部２６の後段にあっても同様の効果が得られる。
【0052】
図１７は、加熱部４に冷却部４０を併設した構造例を示す断面模式図である。加熱部４の加熱機構に関しては図２とほぼ同様なので説明を省略する。加熱ブロック５４を急冷し、加熱ブロック５４によって加熱された加熱配管１０を冷却するために、ペルチェ素子６７を配置した。ペルチェ素子６７を放熱するためにヒートシンク６８とファン６９を設けるのが好ましい。なお、ペルチェ素子６７以外にも、ウォータージャケットのような構成や、冷却ファンで直接冷却する構成など、加熱配管１０を冷却できる構成であれば、他の構成を用いても同様の効果を得ることが可能である。
【0053】
本実施例によっても実施例４と同様の効果を得ることができる。図１８のタイムシーケンスに示すように、分離カラムに試料を吸着させる吸着工程と分離カラムに吸着した試料を溶出用溶媒により溶出させる溶出工程の間に、加熱部４によって加熱された加熱配管１０の温度を冷却部４０により溶出用溶媒の沸点以下の温度に急冷することで、溶出工程で移動相（溶出用溶媒）が沸騰することを防止できる。
【0054】
［実施例６］実施例６では、試料断片化装置の流路系内で、吸着と溶出の工程の間に、圧力調節部により加熱配管圧力を制御する構成について説明する。装置構成については、これまで述べてきた実施例の全てにおいて適用可能であるので、本実施例の特徴のみを説明する。
【0055】
図１９は、本実施例のタイムシーケンスを示す図である。移動相Ａによる分離カラムへの試料の吸着工程が終了し、移動相Ａよりも沸点が低い溶出用溶媒、すなわち移動相Ｂによって分離カラムに吸着した試料を溶出させる溶出工程を開始する前に、制御部９により圧力調節部５を制御して加熱配管１０の内部圧力を上昇させる。
【0056】
本実施例によっても実施例４や実施例５と同様の効果を得ることができる。図１９のタイムシーケンスに示すように、吸着工程と溶出工程の間に加熱配管１０の内部圧力を圧力調節部５により増加することで、溶出工程での移動相の沸点を上昇させ、移動相が沸騰することを防止できる。
【0057】
［実施例７］図２０、図２１は、実施例７の試料断片化装置１の構成例を示す模式図である。本実施例では、試料断片化装置の流路系内に複数の加熱配管を設け、加水分解による試料の断片化を並列で行う構成例について説明する。
【0058】
本実施例の動作原理は図１０に示した動作原理とほぼ同様であるので、相違点のみについて説明する。本実施例の構成は、圧力調節部５に六方バルブ４５とコンダクタンス調節部２６を有することが特徴である。図２０と図２１は、六方バルブ４５を切替えたときの各々の流路の接続状態を表している。六方バルブ４５は、流路を切替えるという機能面では図１０の流路切替バルブ２５と同様であるが、六方バルブ４５を使用することで、複数の加熱配管（加熱配管Ａ４３と加熱配管Ｂ４４）に対応可能になる。
【0060】
２系列の加熱配管Ａと加熱配管Ｂには、各々、送液ポンプ２と試料注入部３により試料が導入される。図２０は、六方バルブ４５によって加熱配管Ａが分離カラム６側に接続され、加熱配管Ａ側の移動相が矢印Ａのように流れる状態を示している。一方、加熱配管Ｂは六方バルブ４５によってコンダクタンス調節部２６側に接続され、加熱配管Ｂ側の移動相は矢印Ｂのように流れる。この時、コンダクタンス調節部２６によって加熱配管Ｂは最適な圧力条件に制御され、圧力制御された加熱部の加熱配管Ｂで試料の加水分解が行われる。
【0061】
試料が加熱配管Ｂを過ぎた後に、六方バルブ４５を切替える。六方バルブ４５の切替えにより、図２１のように加熱配管Ｂは分離カラム６側に接続され、加熱配管Ｂ側の移動相は矢印Ａのように分離カラム６に流れる。一方、今度は加熱配管Ａがコンダクタンス調節部２６側に接続され、加熱配管Ａ側の移動相は矢印Ｂのように流れる。この時、コンダクタンス調節部２６によって加熱配管Ａは最適な圧力条件に制御され、圧力制御された加熱部の加熱配管Ａで試料の加水分解が行われる。
【0062】
つまり、試料が加熱配管Ａを通過しているときは加熱配管Ａからの移動相は矢印Ｂのようにコンダクタンス調節部２６へ流れ、加熱配管Ｂからの移動相は矢印Ａのように分離カラム６へ流れる。一方、試料が加熱配管Ｂを通過しているときは加熱配管Ｂからの移動相矢印Ｂのようにコンダクタンス調節部２６へ流れ、加熱配管Ａからの移動相は矢印Ａのように分離カラム６へ流れる（図２２）。この六方バルブ４５によって複数の加熱部４に接続される流路を分離カラム６とコンダクタンス調節部２６に順次切り替える操作により、試料の断片化処理を複数の加熱配管によって並列的に行うことが可能となる。
【0063】
なお、本実施例では複数の送液ポンプ２と複数の試料注入部３を用いる例で説明したが、１つの送液ポンプ２と１つの試料注入部３を複数の流路系統で共用し、試料注入部から流路を分岐して、加熱配管Ａと加熱配管Ｂに試料を導入するようにしても良い。
【0066】
タンパク質やペプチドの断片化においては、変性により不溶性物質が生成される場合がある。不溶性物質は移動相に溶解されにくいため、分離カラム６の充填剤を通過できずに目詰まりを起こす恐れがある。分離カラム６の目詰まりは流路圧力を異常に上昇させるだけでなく、分離カラム６の寿命を早めてしまう恐れもある。
【0067】
本実施例では、フィルタ５１を分離カラム６の前段に配置することで、加熱配管１０で生成する可能性がある不溶性物質が分離カラム６に導入されるのを抑止できる。フィルタ５１には、ガードカラムやプレカラムフィルタなどを用いることができる。また、フィルタ５１は、圧力調節部５やコンダクタンス調節部２６と兼用することも可能である。
【0070】
紫外可視光検出器５３を使用することで、質量分析方式での分析においてイオンサプレッションが大きい試料やイオン化効率が低い試料などにも対応可能である。
【0071】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、検出器には、質量分析方式や紫外可視光検出方式の他、フォトダイオードアレイ検出器、蛍光検出器など、様々な検出方式を用いることが可能である。
【符号の説明】
【0072】
１ 試料断片化装置２ 送液ポンプ
３ 試料注入部
４ 加熱部
５ 圧力調節部
６ 分離カラム
７ イオン源
８ 質量分析計
９ 制御部
１０ 加熱配管
１１ イオン
１８ 冷却部
２５ 流路切替バルブ
２６ コンダクタンス調節部
２７ 廃棄部
４０ 冷却部
４５ 六方バルブ
５１ フィルタ
５２ 検出器
５３ 紫外可視光検出器
５４ 加熱ブロック
５５ ヒータ
５６ 熱電対
５７ 配管
５８ 液体
５９ 容器
６２ 熱電対
６３ ヒータ
６７ ペルチェ素子
６８ ヒートシンク
６９ ファン