CN115769070A - 质量分析方法和质量分析装置 - Google Patents

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广濑龙介
秋山秀之
坂井范昭
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Abstract

本发明是一种使用了质量分析装置的质量分析方法，包括：通过质量分析装置的控制部，基于分析对象成分的分子式、包含在分析对象成分中的存在多个同位素的元素的同位素存在比，计算分析对象成分的同位素的质量和各质量的分析对象成分的存在比，从而计算理论质谱；通过质量分析装置的预处理部对测定对象物进行电离；通过质量分析装置的质量检测部检测电离后的离子的质量和各质量的离子数量；通过控制部基于质量检测部的检测结果计算第一质谱；由控制部仅针对存在理论质谱的峰的质量，通过比较理论质谱和第一质谱来计算一致度；通过控制部基于一致度判定测定对象物中有无分析对象成分。

Description

质量分析方法和质量分析装置
技术领域
本公开涉及质量分析方法及质量分析装置。
背景技术
用质量分析装置分析测定对象物时，需要对得到的质谱峰是来自分析对象成分的峰，还是来自分析对象成分以外的因素的峰进行切分。特别是，若分析对象成分中存在同位素或同系物时，质谱的峰数增加。例如，氯化石蜡中存在很多碳数及氯数不同的成分，在通过测量得到的质谱中，峰数有时达到数百。
一般来说，同位素存在比是已知的，质谱中也可以得到反映同位素存在比的结果。专利文献1中公开了一种基于分析对象成分的同位素存在比对试料进行定性分析的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-66036号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在存在由分析对象成分以外的因素引起的峰的情况下，由于该峰也作为分析对象，因此在定性分析中会导致误判定。
因此，本公开提供了一种在质量分析中简便地避免分析对象成分之外的成分的影响的技术。
用于解决技术问题的技术手段
为了达到上述目的，本公开的质量分析方法是一种使用了质量分析装置的质量分析方法，包括：通过所述质量分析装置的控制部，基于分析对象成分的分子式、包含在所述分析对象成分中且存在多个同位素的元素的同位素存在比，计算所述分析对象成分的同位素的质量和各质量的所述分析对象成分的存在比，从而计算理论质谱；通过所述质量分析装置的预处理部对测定对象物进行电离；通过所述质量分析装置的质量检测部检测所述电离后的离子的质量和各质量的离子数量；通过所述控制部基于所述质量检测部的检测结果计算第一质谱；由所述控制部仅针对存在所述理论质谱的峰的质量，通过比较所述理论质谱和所述第一质谱来计算一致度；通过所述控制部基于所述一致度判定所述测定对象物中有无所述分析对象成分。
与本公开相关联的其它特征通过本说明书的描述、附图来明确。此外，本公开的方式通过要素和各种要素的组合以及后面的详细描述和所附的权利要求书的方式来达成并实现。
本说明书中的描述仅是典型示例，并非以任何方式限制本公开的权利要求的范围或本公开的应用例。
发明效果
根据本公开的技术，能简便地避免分析对象成分以外的影响。
上述以外的问题、结构及效果通过以下实施方式的说明将变得更为明确。
附图说明
图1是实施方式1的质量分析装置的功能结构图。
图2是实施方式1的质量分析方法的流程图。
图3是示出理论质谱的一个例子的图。
图4是表示通过测量得到的质谱的某峰的一个例子的图。
图5是实施方式2的质量分析方法的流程图。
图6是实施方式3的质量分析方法的流程图。
图7是分离离子强度的方法的概念图。
图8是实施方式4的质量分析方法的流程图。
具体实施方式
[实施方式1]
＜质量分析装置的结构例＞
图1是实施方式1的质量分析装置100的功能结构图。在本实施方式中，以质量分析装置100是加热解吸质量分析装置的情况为例进行说明。加热解吸质量分析装置对测定对象物(试料)进行加热，使其产生气体成分，对该气体成分进行电离并进行质量分析。另外，可应用本公开的技术的质量分析装置不限于加热解吸质量分析装置，可以将本公开的技术应用于通过分离柱分离测定对象物中的化合物的气相色谱质量分析装置或液相色谱质量分析装置等。
如图1所示，质量分析装置100包括加热部101(预处理部)、电离部102(预处理部)、检测部103(质量检测部)和控制部104(运算部)。
加热部101加热测定对象物从而产生气体成分。加热部101例如能由加热炉构成，能通过自动取样器将测定对象物传送到加热炉的加热室。
电离部102能由公知的电离装置构成，电离由加热部101生成的气体成分。作为电离部102的电离方式,可举出大气压化学电离法(APCI)、电喷雾电离法(ESI)、大气压光电离法(APPI)、电子电离法(EI)等。其中，大气压化学电离法在电离时很难引起分析对象成分结构的破坏(气体成分的碎片化)，很难产生碎片峰，因此即使不用色谱法等进行分离也能检测出分析对象成分。
检测部103可以由公知的质量分析仪构成，并且检测由电离部102电离的离子的质量和各个质量的离子数(离子强度)。检测部103将离子强度的检测信号输出到控制部104。另外，检测部103也可以将离子电流作为检测信号输出给控制部104。
控制部104基于由检测部103检测的离子的质量和各个质量的离子数计算质谱，并分析测定对象物。此外，控制部104控制质量分析装置100的整体动作。例如，控制部104可以由存储用于使质量分析装置100的各部动作的程序的存储器、执行该程序的处理器(CPU、MPU等)等构成。控制部104可以组装到个人计算机、智能手机等计算机终端中，控制部104连接到用于存储各种数据的存储装置、用于用户向质量分析装置100输入指示的输入装置、用于显示质量分析的结果或各种GUI画面等的显示装置等。
＜质量分析方法＞
图2是示出实施方式1所涉及的质量分析方法的流程图。
(步骤S1)
质量分析装置100的用户决定分析对象成分。具体地，控制部104在显示装置上显示用户用于决定分析对象成分的GUI画面，用户使用输入装置经由GUI画面输入期望的分析对象成分。这里，可以将可能成为分析对象成分的化合物的数据保存作为数据库，并且用户可以从数据库中选择化合物。另外，用户也可以输入分析对象成分的化学式(分子式、结构式等)。输入的分析对象成分的信息被输出到控制部104。在本实施方式中，以分析对象成分是氯化石蜡的情况为例进行说明。
(步骤S2)
控制部104基于分析对象成分的分子式和同位素的存在比，计算各个同位素的质量和存在比来计算理论质谱。可成为分析对象成分的化合物的分子式和同位素的存在比可以存储为数据库，由控制部104读取，或者由控制部104根据用户输入的分析对象成分的化学式计算。
氯化石蜡是烷烃(分子式：CnH2n+1)与氯结合的化合物的总称，是碳数和氯数不同化合物的混合物。因此，如果x为碳数，y为氯数，则氯化石蜡的分子式为CxH2x+2-yCly。氯有35Cl和37Cl两个稳定同位素，其同位素存在比为35Cl(75.77％)和37Cl(24.33％)。因此，即使x和y相同，质量不同的同位素也存在y+1种。
图3是根据对于x＝14，y＝5计算出的质量和存在比，算出的理论质谱。横轴是质量，纵轴是以氯的同位素存在比为基础计算出的存在比，6个峰的合计值为1进行计算。通过对以同样的计算为分析对象的x和y的全部组合进行计算，从而能算出理论质谱。
(步骤S3)
返回到图2，控制部104通过质量分析装置100测量被怀疑为包括分析对象成分的测定对象物，并获得质谱(以下，有时称为“第一质谱”)。具体地，控制部104驱动加热部101和电离部102，使分析对象成分气化和电离，并接受检测部103的检测信号的输入。控制部104以质量(质量电荷比m/z)为横轴，以离子强度为纵轴，获取质谱。
(步骤S4)
控制部104根据电离部102中的电离反应校正在步骤S3中获得的质谱的质量。例如，在电离中附加了氧离子(O2 -)的情况下，控制部104将取得的质谱的横轴向负侧偏移32Da。即，控制部104使横轴为448Da的峰移动到416Da。
(步骤S5)
控制部104通过将在步骤S2中计算出的理论质谱与在步骤S3中获得的质谱进行比较来计算一致度。在一致度的计算中，作为比较对象的峰只有存在理论质谱的峰的质量，除此之外的峰不作为比较对象。因此，即使在步骤S3中获取到的质谱中存在分析对象成分以外的峰，也可以从比较对象中排除该峰。这里，分析对象成分以外的峰是由质量分析装置100本身、测定对象物的容器、以及测定对象物中包含的分析对象成分以外的杂质成分等引起的。
氯化石蜡的理论质谱中存在y+1种峰，但其中没有限定作为比较对象的峰。例如，可以将所有的峰作为比较对象，可以将步骤S3中获得的质谱的峰中强度较强的多个峰作为比较对象，也可以将超过某个规定阈值的峰作为比较对象。
作为一致度的计算方法，没有特别限定，但是例如可以使用相关系数。
图4是表示通过质量分析得到的质谱的某个峰的一个例子的图。如图4所示，质量分析装置中得到的质谱中的各个峰一般都有一定程度的扩散，而不是一条线，例如高斯函数。根据测定的不同，这种扩散方式会随着时间变化，峰的位置会偏移。这会使计算出的一致度的值不稳定。因此，控制部104对于在步骤S3中得到的质谱的峰，在横轴上计算规定宽度W的范围内的离子强度的平均值，并用于一致度的计算，从而能够使一致度的值稳定。
(步骤S6)
返回到图2，控制部104基于一致度来判定分析对象成分的有无。尽管判定方法没有限定，但是例如，控制部104可以在一致度为预先设定的阈值以上的情况下判定分析对象成分为“有”，并且在一致度小于阈值的情况下判定分析对象成分为“无”。或者，控制部104可以预先设定第一阈值和大于第一阈值的第二阈值，在一致度为第一阈值以下的情况下判定分析对象成分为“无”，在一致度为第二阈值以上的情况下判定分析对象成分为“有”。
＜实施方式1的总结＞
如上所述，在实施方式1中，仅针对存在分析对象成分的理论质谱的峰的质量，计算通过测定得到的质谱与理论质谱的一致度，基于该一致度判定分析对象成分的有无。由此，在测量中得到的质谱中，即使分析对象成分以外的质量中有峰，也不会用于计算一致度。因此，能避免分析对象成分以外的峰的影响，从而能防止定性分析中的误判定。
本实施方式的质量分析方法并不限于上述氯化石蜡的分析，而是可以应用于包含有同位素存在比不可忽视的存在多个稳定同位素的元素的化合物的分析。本实施方式的质量分析方法可以以例如有机卤化物和有机金属化合物等有机化合物作为分析对象成分。作为有机卤化物，例如可将氯化石蜡和二恶英类等有机氯化物、溴系阻燃剂(例如四溴双酚A)和溴化二恶英类等有机溴化物作为分析对象成分。
[实施方式2]
在实施方式1中，说明了计算分析对象成分的理论质谱和测量测定对象物的质谱，计算一致度的方法。测量测定对象物的质谱不仅包括由测定对象物中包含的化合物引起的峰，还包括由质量分析装置100本身、测定对象物的容器等测定对象物以外的要素引起的峰。在这种测定对象物以外的要素与分析对象成分质量相同的情况下，即测定对象物以外的要素的峰成为与分析对象成分相同的位置的峰的情况下，会对测量造成不良影响(误判定)。因此，在实施方式2中，提出了一种减少测定对象物以外的要素的影响的技术。
本实施方式的质量分析装置可以使用与实施方式1中说明的质量分析装置100相同的质量分析装置。
＜质量分析方法＞
图5是实施方式2的质量分析方法的流程图。步骤S1至S6与实施方式1相同，因此省略其说明。在本实施方式中，在步骤S5之前实施步骤S7。在步骤S7，控制部104从步骤S3中获得的质谱(第一质谱)中减去预先在不存在测定对象物的状态下使质量分析装置100动作而测量到的质谱(以下，有时称为“第二质谱”)。具体地，控制部104从第一质谱的峰的离子强度中减去第二质谱的峰的离子强度。这里，如参照图3说明的那样，可以将各峰的规定宽度W处的离子强度的平均值作为该峰的离子强度，进行本步骤的运算。第二质谱中仅包括由质量分析装置100、测定对象物的容器等测定对象物以外的要素引起的峰。因此，通过步骤S7的处理，能获得仅测定对象物的质谱。利用这样的质谱与理论质谱进行比较，能防止误判定。
步骤S7可以在步骤S3和步骤S5之间实施，不限定步骤S4和步骤S7的顺序。此外，可以在步骤S3中测量测定对象物之前，实施在没有测定对象物的状态下获取质谱。
＜实施方式2的总结＞
如上所述，在实施方式2中，从通过测量测定对象物获得的第一质谱减去在没有测定对象物的状态下获得的第二质谱，计算由此获得的质谱与分析对象成分的理论质谱之间的一致度。由此，能排除由除测定对象物以外的要素引起的峰的影响，因此与实施方式1相比，能进一步提高分析精度。
[实施方式3]
在实施方式1和实施方式2中，说明了考虑分析对象成分中的元素的同位素存在比进行分析的技术。根据分析对象成分的不同，同系物间的峰位置有时会重合，如果不分离各个同系物的峰强度，则会导致误判定。因此，在实施方式3中，提出了分离同系物之间重合的峰的技术。
本实施方式的质量分析装置可以使用与实施方式1中说明的质量分析装置100相同的质量分析装置。
＜质量分析方法＞
图6是实施方式3的质量分析方法的流程图。步骤S1至S6与实施方式1相同，因此省略其说明。在本实施方式中，在步骤S5之前实施步骤S8。在步骤S8，当理论质谱中碳数x和氯数y的组合不同的成分(同系物)之间在质量相同的位置处存在峰时，控制部104分离在步骤S3中获得的质谱中的该峰的离子强度。下面说明分离离子强度(峰的重合)的方法的一个例子。
图7是分离离子强度的方法的概念图。在此，以碳数x和氯数y的组合不同的成分A和成分B(氯化石蜡)为例进行说明。图7中示出了根据成分A(成分A-1～A-5)和成分B(成分B-1～B-5)的质量和存在比计算出的质谱，分别出现5个峰。另外，各个成分的字母后面的数字是各个成分中包含的37Cl的数量。因此，若数字增加1，则质量就会增加2。在图7的例子中，成分A-5和成分B-1的质量相同，即峰位置重合这种情况下，没有重合的峰(例如成分A-2)和有重合的峰(成分A-5)的存在比(纵轴)的比率可以从理论质谱算出。因此，步骤S3中得到的质谱的成分A-5的离子强度可以根据成分A-2的离子强度和上述比率来计算。从成分A-5的离子强度的计算结果可以获得成分B-1的离子强度。这样，即使成分A和成分B之间存在质量相同的峰，也可以分离离子强度。这里，如参照图3说明的那样，可以将各峰的规定宽度W处的离子强度的平均值作为该峰的离子强度，进行本步骤的比率的计算。
另外，对本步骤的处理中使用的峰(同系物间没有重合的峰)没有限定，可以使用离子强度最大的峰，也可以使用多个峰。步骤S8可以在步骤S3和步骤S5之间实施，不限定步骤S4和步骤S8的顺序。
＜实施方式3的总结＞
如上所述，在实施方式3中，当碳数x和氯数y的组合不同的同系物之间存在质量相同的成分时，从通过测量测定对象物获得的质谱中分离质量相同的成分的离子强度。由此，即使存在相同质量(峰相同的位置)的同系物，也能分别与理论质谱进行比较，从而抑制了误判定。
[实施方式4]
在实施方式4中，对实施方式2以及实施方式3的组合进行说明。
图8是实施方式4的质量分析方法的流程图。步骤S1～S8的各处理的内容如上所述。如图8所示，可以在步骤S4和S5之间执行步骤S7和S8。步骤S7可以在步骤S3和步骤S5之间实施，可以在步骤S4之前实施，也可以在步骤S8之后实施。
[变形例]
本公开不限于上述的实施方式，并且包括各种变型例。例如，上述的实施方式是为了便于理解地说明本发明而进行的详细说明，本发明不必限定于要包括所说明的所有结构。另外，可以将某个实施方式的一部分替换为其它实施方式的结构。另外，还可以将其它实施方式的结构加入某个实施方式的结构。另外，对于各个实施方式的结构的一部分，可以添加、删除或替换其他实施方式的结构的一部分。
标号说明
100 质量分析装置
101 加热部
102 电离部
103 检测部
104 控制部。

Claims (23)

1.一种使用了质量分析装置的质量分析方法，其特征在于，包括：
通过所述质量分析装置的控制部，基于分析对象成分的分子式、包含在所述分析对象成分中且存在多个同位素的元素的同位素存在比，计算所述分析对象成分的同位素的质量和各质量的所述分析对象成分的存在比，从而计算理论质谱；
通过所述质量分析装置的预处理部对测定对象物进行电离；
通过所述质量分析装置的质量检测部检测所述电离后的离子的质量和各质量的离子数量；
通过所述控制部基于所述质量检测部的检测结果计算第一质谱；
通过所述控制部仅针对存在所述理论质谱的峰的质量，比较所述理论质谱和所述第一质谱来计算一致度；以及
通过所述控制部基于所述一致度判定所述测定对象物中有无所述分析对象成分。
2.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
所述分析对象成分是有机卤化物，
在计算所述理论质谱时，所述控制部针对所述有机卤化物的碳数x和卤素数y的组合中的每一个，基于所述有机卤化物的分子式和卤素的同位素存在比，计算y+1种所述有机卤化物的同位素的质量和各质量的所述有机卤化物的存在比。
3.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，还包括：
通过所述控制部在没有所述测定对象物的状态下使所述预处理部和所述质量检测部动作；
通过所述控制部基于所述质量检测部的检测结果计算在没有所述测定对象物时的第二质谱；以及
通过所述控制部在计算所述一致度之前从所述第一质谱中减去所述第二质谱。
4.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，还包括：
通过所述控制部在计算所述一致度之前，在所述分析对象成分的同系物之间存在质量相同的成分的情况下，从所述第一质谱中分离质量相同的成分的离子强度。
5.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
所述控制部基于在所述第一质谱的规定宽度的范围内取平均后的离子强度来计算所述一致度。
6.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
所述控制部使用存在所述峰的质量的所述离子数量的相关系数来计算所述一致度。
7.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
在所述判定中，所述控制部将所述一致度与阈值进行比较，当所述一致度为所述阈值以上的情况下，判定为存在所述分析对象成分。
8.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
在所述判定中，所述控制部将所述一致度与第一阈值以及大于所述第一阈值的第二阈值进行比较，在所述一致度低于所述第一阈值的情况下判定为不存在所述分析对象成分，在所述一致度为所述第二阈值以上的情况下判定为存在所述分析对象成分。
9.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，还包括：
由所述控制部根据所述预处理部中的电离反应，校正所述第一质谱的质量。
10.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
所述分析对象成分是有机氯化物。
11.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
所述分析对象成分是有机溴化物。
12.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，
所述预处理部的电离方法是大气压化学电离方式。
13.一种质量分析装置，其特征在于，包括：
对测定对象物进行电离的预处理部；
对经过所述预处理部电离后的离子的质量和各个质量的离子数量进行检测的质量检测部；以及
控制所述预处理部和所述质量检测部的控制部，
所述控制部执行以下处理：
通过基于分析对象成分的分子式、包含在所述分析对象成分中且存在多个同位素的元素的同位素存在比，计算所述分析对象成分的同位素的质量和各质量的所述分析对象成分的存在比，从而计算理论质谱的处理；
基于所述质量检测部的检测结果计算第一质谱的处理；
仅对于存在所述理论质谱的峰的质量，通过比较所述理论质谱和所述第一质谱来计算一致度的处理；以及
基于所述一致度执行用于判定所述测定对象物中有无所述分析对象成分的处理。
14.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述分析对象成分是有机卤化物，
在计算所述理论质谱的处理中，所述控制部针对所述有机卤化物的碳数x和卤素数y的组合中的每一个，基于所述有机卤化物的分子式和卤素的同位素存在比，计算y+1种所述有机卤化物的同位素的质量和各质量的所述有机卤化物的存在比。
15.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部还执行以下处理：
在没有所述测定所述对象物的状态下使所述预处理部和所述质量检测部动作的处理；
基于所述质量检测部的检测结果，在没有所述测定对象物的情况下计算第二质谱的处理；以及
在计算所述一致度之前从所述第一质谱中减去所述第二质谱的处理。
16.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部还执行以下处理：
在计算所述一致度之前，在所述分析对象成分的同系物之间存在质量相同的成分的情况下，从所述第一质谱中分离质量相同的成分的离子强度的处理。
17.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部基于在所述第一质谱的规定宽度的范围内取平均后的离子强度来计算所述一致度。
18.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部使用存在所述峰的质量的所述离子数量的相关系数来计算所述一致度。
19.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部在所述判定的处理中，将所述一致度与阈值进行比较，在所述一致度为所述阈值以上的情况下，判定存在所述分析对象成分。
20.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部在所述判定中，将所述一致度与第一阈值以及大于所述第一阈值的第二阈值进行比较，在所述一致度低于所述第一阈值的情况下判定为不存在所述分析对象成分，在所述一致度为所述第二阈值以上的情况下判定为存在所述分析对象成分。
21.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述控制部还执行根据所述预处理部中的电离反应来校正所述第一质谱的质量的处理。
22.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述分析对象成分是有机氯化物。
23.如权利要求13所述的质量分析装置，其特征在于，
所述分析对象成分是有机溴化物。
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