トリプル四重極型LC/MS/MSシステム
LCMS-8030
LC/MS/MSで超高速分析を実現するためのポイント（Tecnical Report No.41要約版）
従来と比較して分析時間を10倍以上にスピードアップできることから，分析業務の改善とエコ対応を可能にした超高速分析。コンベンショナルカラムでは分離することが難しかった夾雑物の多い試料でも，同時間内に分離を改善できることから，利用が広がっています。
「サブ2μmカラムさえあれば，従来のLC/MS/MSシステムでも超高速分析できるのでは・・・」と捉えがちですが，はたしてそうでしょうか？
超高速分析用カラムを従来型LC/MS/MSシステムで使った際に，こんなことでお困りになったことはありませんか？
● 分離が悪くなった
● ピーク形状がブロードになった/崩れた
● 面積再現性の悪くなった
では、これらの問題を解決する超高速LC/MS/MSは，どのような機能を装備しているのでしょうか？
● 超高速LC/MS/MSのための7つのポイント
超高速分析に対して従来型LC/MS/MSシステムが抱える問題点と，それを解決するためのポイントについてご紹介します。
● 分離が悪くなった
● ピーク形状がブロードになった/崩れた
● 面積再現性の悪くなった
では、これらの問題を解決する超高速LC/MS/MSは，どのような機能を装備しているのでしょうか？
● 超高速LC/MS/MSのための7つのポイント
超高速分析に対して従来型LC/MS/MSシステムが抱える問題点と，それを解決するためのポイントについてご紹介します。
分離が悪化する問題
充てん剤粒子径を小さくすると理論段高さが小さくなり（理論段数が高くなり），流量を上げても理論段高さが悪化しないため，分離を維持できます。
しかし，超高速対応していないLC装置で超高速分析用カラムを使用すると，理論通りにはならず，分析時間は短縮するものの分離が悪化します。 図1は配管内径が大きい時にサンプル拡散している分析例ですが，超高速分析では，システム配管，検出器セルなどシステム容量を極限まで小さくすることが望ましいです。 超高速分析カラムを使って保持時間が短くなると，表1に見られるように配管をはじめとしたLC装置内部での拡散が相対的に大きくなって，分離の悪化を引き起こします。
また，サブ2μmカラムのように充てん剤粒子径が小さすぎると，移動相送液時の圧力が上昇。 耐圧上も，超高速対応していないLC装置では制限を受けることがあります。
しかし，超高速対応していないLC装置で超高速分析用カラムを使用すると，理論通りにはならず，分析時間は短縮するものの分離が悪化します。 図1は配管内径が大きい時にサンプル拡散している分析例ですが，超高速分析では，システム配管，検出器セルなどシステム容量を極限まで小さくすることが望ましいです。 超高速分析カラムを使って保持時間が短くなると，表1に見られるように配管をはじめとしたLC装置内部での拡散が相対的に大きくなって，分離の悪化を引き起こします。
また，サブ2μmカラムのように充てん剤粒子径が小さすぎると，移動相送液時の圧力が上昇。 耐圧上も，超高速対応していないLC装置では制限を受けることがあります。
図1 内径 0.17mmと内径 0.1mmの各配管を用いて 測定したときのアルキルフェノン類のクロマトグラム
表1 各ピークの理論段数と内径0.1mmでの理論段数を100としたときの内径0.17mmにおける理論段数比(％)
| 理論段数 | 理論段数 比(%) |
||
| 0.1mm ID | 0.17mm ID | ||
| 1 | 2645 | 1116 | 42.2 |
| 2 | 3593 | 1513 | 42.1 |
| 3 | 4502 | 2034 | 45.2 |
| 4 | 5498 | 2824 | 51.4 |
| 5 | 6628 | 3950 | 59.6 |
| 6 | 7181 | 5025 | 70.0 |
| 7 | 7561 | 5964 | 78.9 |
ピーク形状が悪化する問題
UHPLC（超高速LC）を使って超高速分析すると，各化合物はシャープな状態でMS/MS装置へ突入します。ところが，超高速に対応できない従来型MS/MS装置では，「ハイスピードで通過する化合物イオンをとりこぼしてしまう」ために，採取ポイント数の減少を引き起こします。 正負イオン化切替時間やPause timeのような「測定条件を切り替える作業」に時間を浪費するMS/MS装置では，「データ取り込み」という実作業に使える時間が少なくなるからです。
正確なピーク形状を描くためには，データの採取ポイント数が重要になります。 ポイント数が少ないと，粗く，再現性のないピーク形状となります。
正確なピーク形状を描くためには，データの採取ポイント数が重要になります。 ポイント数が少ないと，粗く，再現性のないピーク形状となります。
図2 採取ポイント数とクロマトグラム形状との関係
図2に，採取ポイント数とクロマトグラム形状との関係を示していますが，安定した滑らかなピーク形状を成形するには，1ピークあたり10ポイント以上が必要だといわれています。 右図のように採取ポイント数が4～5点しかない場合，真のピーク形状からの乖離が大きくなります。
面積再現性が悪化する問題
前項で説明したピーク形状の歪みは，面積再現性にも悪影響を及ぼします。右図が，データ処理時間（Pause time，正負イオン化切替時間）の違いが，クロマトグラムや面積再現性にどのような影響をおよぼすか表したものです。下段（LCMS-8030）よりPause Timeや正負イオン化切替時間が長くなるほど，ピークが角ばり，再現性が悪化しているのが分かります。
データ処理時間が短い方が望ましいのですが，安易に短くすると前の化合物がコリジョンセルに残留している状態で，別の化合物の測定が始まってしまうことがあります。 この状態を，クロストークと呼びます。
コリジョンセルの中で不活性ガスとの衝突で生成されたプロダクトイオンは，コリジョンセルの出口に向って進行します。ところが，この過程で失速するため，従来LC/MS/MSではデータ処理時間の短縮に限界があります。
データ処理時間が短い方が望ましいのですが，安易に短くすると前の化合物がコリジョンセルに残留している状態で，別の化合物の測定が始まってしまうことがあります。 この状態を，クロストークと呼びます。
コリジョンセルの中で不活性ガスとの衝突で生成されたプロダクトイオンは，コリジョンセルの出口に向って進行します。ところが，この過程で失速するため，従来LC/MS/MSではデータ処理時間の短縮に限界があります。
図3 データ採取時間のクロマトグラムへの影響
超高速LC/MS/MSのための7つのポイント
従来型LC/MS/MSシステムが抱える問題を解決する超高速LC/MS/MSのための7つのポイントは，(1)超高速グラジエント，(2)ニードル洗浄や注入動作を含めた超高速注入，(3)超高速カラム，(4)化合物分子を正イオンまた負イオンにするためのイオン化の切替を瞬時に行う超高速正負イオン化切替，(5)化合物イオンのスピードを失速させることなくプロダクトイオンを生成するコリジョンセル，(6)超高速Pause Time，(7)超高速スキャンテクノロジーです。
島津UHPLCハイエンド機種NexeraとLCMS-8030とを組み合わせた超高速LC/MS/MSなら，
で従来型LC/MS/MSでは不可能とされた超高速分析を実現します。
(1) 130MPaの超高耐圧送液ポンプと20μLの極低容量ミキサで超高速・高精度グラジエント (2) 注入にかかる時間がわずか10秒の高速インジェクション機構 (3) Shim-pack XRシリーズなど豊富な超高速カラムラインアップ (4) 世界最高クラスの15msec超高速正負イオン化切替 (5) セルに入ってくるイオンを次々とスピーディにsweepingするUFsweeper®コリジョンセル (6) わずか1msecのPause timeでも安定した分析が可能な超高速Pause Time (7) 15000u/secの高速スキャン |
で従来型LC/MS/MSでは不可能とされた超高速分析を実現します。
「LC/MS/MSで超高速分析を実現するためのポイント」の詳細は、Tecnical Report No.41でご紹介しています。WebからPDFファイルをダウンロードして頂けます。
