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トリプル四重極質量分析計（TQMS）は、2つの四重極質量分析器を直列に接続し、その間に（質量分解を行わない）無線周波数（RF）専用の四重極を配置したタンデム質量分析計であり、衝突誘起解離のセルとして機能します。この構成はしばしばQqQと略され、ここではQ 1 q 2 Q 3となります。
3 つの四重極の配置は、気相イオンの光解離を研究する目的で、オーストラリアのラ・トローブ大学の JD モリソンによって最初に開発されました。 [ 1 ]モリソンは、クリスティ G. エンケ教授と当時大学院生だったリチャード ヨストと接触した後、3 つの四重極を直線状に配置することで、最初の三重四重極質量分析計の構築を試みました。[ 1 ]その後、 1970 年代後半に、ミシガン州立大学でエンケとヨストによって最初の商用三重四重極質量分析計が開発されました。[ 2 ]後に、三重四重極質量分析計は有機イオンや分子の研究に利用できることがわかり、タンデム MS/MS 技術としての機能が拡張されました。[ 1 ]
トリプル四重極質量分析計は、基本的にシングル四重極質量分析計と同じ原理で動作します。2 つの質量フィルター (Q1 と Q3) のそれぞれには、4 つの平行な円筒形の金属棒が含まれています。Q1 と Q3 は直流 (dc) と高周波(rf) の電位によって制御されますが、衝突セル q は RF 電位のみを受けます。[ 3 ]衝突セル (q) に関連付けられた RF 電位により、選択されたすべてのイオンが通過できます。[ 3 ]一部の装置では、通常の四重極衝突セルが、効率を向上させる六重極または八重極衝突セルに置き換えられています。[ 3 ]
従来の MS 技術とは異なり、MS/MS 技術では、質量分析を装置の異なる領域で順次行うことができます。[ 4 ] TQMS は、イオン化、一次質量選択、衝突誘起解離 (CID)、CID 中に生成されたフラグメントの質量分析、および検出が装置の別々のセグメントで行われるため、空間的にタンデム配置に従います。[ 4 ]セクター装置は、質量分解能と質量範囲で TQMS を上回る傾向があります。[ 3 ]しかし、トリプル四重極は、安価で操作が簡単で、非常に効率的であるという利点があります。[ 3 ]また、選択反応モニタリングモード で操作すると、TQMS は優れた検出感度と定量性を備えています。[ 3 ]トリプル四重極は、低エネルギー低分子反応の研究を可能にし、これは小分子を分析する場合に役立ちます。[ 3 ]
TQMSの構成により、前駆イオンスキャン、中性損失スキャン、生成イオンスキャン、選択反応モニタリングの4種類のスキャンを実行できます。[ 5 ]
プロダクトスキャンでは、まず最初の四重極Q1で既知の質量のイオンを選択し、それをq2でフラグメント化します。次に、 3番目の四重極Q3でm/z範囲全体をスキャンし、生成されたフラグメントのサイズに関する情報を取得します。このイオンフラグメント化情報から、元のイオンの構造を推定できます。この方法は、タンデム質量分析法による定量化に用いられる遷移を特定するためによく用いられます。
前駆体スキャンを使用する場合、 Q3で特定の生成イオンが選択され、Q1で前駆体質量がスキャンされます。この方法は、 q2でのフラグメンテーションによって放出される特定の官能基（例えば、フェニル基）を持つイオンを選択的に検出します。
中性損失スキャン法では、Q1とQ3の両方を同時にスキャンしますが、質量オフセットは一定です。これにより、Q2でのフラグメンテーションによって特定の中性フラグメント（例えば、H2O、NH3）が失われるすべてのイオンを選択的に識別できます。前駆イオンスキャンと同様に、この方法は混合物中の類似化合物を選択的に識別するのに役立ちます。
選択反応モニタリング（SRM）モードまたは多重反応モニタリング（MRM）モードを使用する場合、Q 1とQ 3の両方が特定の質量に設定され、特定のプリカーサーイオンからの明確なフラグメントイオンのみが検出されます。この方法により感度が向上します。Q 1および/またはQ 3が複数の質量に設定されている場合、この構成は多重反応モニタリングと呼ばれます。[ 6 ]
TQMSでは、いくつかのイオン化法を用いることができる。これらの方法には、エレクトロスプレーイオン化、化学イオン化、電子イオン化、大気圧化学イオン化、マトリックス支援レーザー脱離イオン化などがあり、いずれも連続的にイオンを供給する。
最初の質量分析器と衝突セルは、時間に依存しない方法で、イオン源からのイオンに連続的に曝されます。[ 4 ]イオンが3番目の質量分析器に移動すると、時間依存性が問題になります。[ 4 ]最初の四重極質量フィルターQ1は、サンプルがイオン化源を出た後の主要なm/zセレクタです。選択されたもの以外の質量電荷比を持つイオンは、Q1に侵入できません。Q1とQ3の間にある衝突セル（「q」と表記）は、Ar、He、N2などの不活性ガスの存在下でサンプルのフラグメンテーションが発生する場所です。不活性ガスと分析対象物の衝突の結果として、特徴的な娘イオンが生成されます。衝突セルを出ると、フラグメンテーションされたイオンは2番目の四重極質量フィルターQ3に移動し、そこでm/z選択が再び行われます。
トリプル四重極はスキャン装置であるため、使用する検出システムの種類は、1 m/z のイオンを一度に検出できる必要があります。最も一般的な検出器の 1 つは電子増倍管で、トリプル四重極と組み合わせて使用されることがよくあります。電子増倍管は、応答時間の短縮、感度の向上、ゲインの向上を可能にします。ただし、過負荷により寿命が限られています。[ 3 ] TQMS を使用すると、選択性の向上、精度の向上、再現性の向上が実現します。これらはすべて、シングル四重極質量分析計では制限されています。[ 7 ]
トリプル四重極質量分析計は感度と特異性を向上させ、検出限界と定量限界を低下させます。[ 8 ]これらの理由から、TQMS の使用は、薬物代謝、薬物動態、環境研究、および生物学的分析の分野で重要な資産となっています。ほとんどの薬物および薬物動態研究では、ラットなどの動物に新しい薬物を投与して、その物質が体内でどのように代謝されるかを調べます。液体クロマトグラフィーに接続されたトリプル四重極でラットの尿または血漿を分析することにより、新しい薬物の濃度とフラグメンテーションパターンを決定できます。[ 8 ]環境および生物学的研究では、トリプル四重極は、サンプル中に特定の物質が存在するかどうかを特定する定量的研究に役立ちます。[ 9 ]トリプル四重極質量分析計のより一般的な用途の 1 つは、フラグメンテーションパターンに関する情報を提供する構造解明です。 [ 10 ]しかし、質量スペクトルは断片化に関する情報しか提供しないため、分子や化合物の構造を完全に推測するには情報が不十分です。そのため、構造解明の目的で、より正確な分析のために、核磁気共鳴（NMR）分光法や赤外分光法（IR）などの他の分析方法から得られたデータと組み合わせて使用されます。