JP2013068444A - Comprehensive two-dimensional chromatograph mass analysis data processing apparatus - Google Patents

Comprehensive two-dimensional chromatograph mass analysis data processing apparatus Download PDF

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恵 廣岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy of component identification by DB search or the like by accurately removing a background superimposed on a mass spectrum which is obtained by comprehensive two-dimensional GC/MS.SOLUTION: A background region is set around a peak region corresponding to a peak detected on a two-dimensional chromatogram, and a background in a position (p, q) of an arbitrary pixel in the peak region is estimated by interpolating a mass spectrum of two pixels positioned within the background region with the position held therebetween. Backgrounds determined, respectively, in directions of two time bases T1 and T2 are averaged and subtracted from the mass spectrum in the pixel of the position (p, q), thereby calculating a mass spectrum from which the background has been removed. Therefore, the background is removed from the mass spectrums in pixels corresponding to a peak, and on the basis of these mass spectrums, a component of the peak is identified.

Description

本発明は、包括的(Comprehensive)2次元ガスクロマトグラフ(GC)と質量分析装置(MS)とを組み合わせたクロマトグラフ質量分析で収集されたデータを処理するデータ処理装置に関し、さらに詳しくは、質量分析装置においてスキャン測定を実行することで得られるマススペクトルデータを処理するデータ処理装置に関する。   The present invention relates to a data processing apparatus for processing data collected by chromatographic mass spectrometry combining a Comprehensive two-dimensional gas chromatograph (GC) and a mass spectrometer (MS), and more particularly, mass spectrometry. The present invention relates to a data processing apparatus that processes mass spectrum data obtained by performing scan measurement in an apparatus.

GC分析手法の1つとして、包括的2次元ガスクロマトグラフ(「GC×GC」とも呼ばれる)という手法が知られている(特許文献1参照)。包括的2次元GCは、試料中の各種成分を1次元目のカラム(以下「1次カラム」という)でまず分離し、その溶出成分をモジュレータに導入する。モジュレータは導入された成分を一定時間間隔(通常、数秒程度)毎に捕集した後にごく狭い時間バンド幅で離脱させ、2次元目のカラム(以下「2次カラム」という)に導入する、という操作を繰り返す。一般に2次カラムは1次カラムとは極性が異なり、1次カラムで十分に分離されなかった複数の成分を高速で分離可能なものが用いられる。これにより、包括的2次元GCでは、1次カラムで分離されずにピークが重なった試料成分を2次カラムで分離することができ、通常のGCに比べて分離性能が大幅に向上する。このため、保持時間が近い成分を多数含むような試料の分析、例えばディーゼル燃料の炭化水素分析などに非常に威力を発揮する。   As one of GC analysis methods, a method called a comprehensive two-dimensional gas chromatograph (also referred to as “GC × GC”) is known (see Patent Document 1). In the comprehensive two-dimensional GC, various components in a sample are first separated by a first-dimensional column (hereinafter referred to as “primary column”), and the eluted components are introduced into a modulator. The modulator collects the introduced components at regular time intervals (usually about several seconds) and then leaves them with a very narrow time bandwidth and introduces them into the second dimension column (hereinafter referred to as “secondary column”). Repeat the operation. In general, the secondary column has a polarity different from that of the primary column, and a column that can separate a plurality of components that were not sufficiently separated by the primary column at high speed is used. As a result, in the comprehensive two-dimensional GC, sample components with peaks that are not separated in the primary column can be separated in the secondary column, and the separation performance is greatly improved as compared with the normal GC. For this reason, it is very effective for the analysis of a sample containing many components having similar retention times, for example, the analysis of hydrocarbons in diesel fuel.

包括的2次元GCでは、複数の検出器を用いるマルチディメンジョナル(MD)GCとは異なり、2次カラムの出口に接続された1個の検出器によって検出信号が得られる。したがって、通常のGCと同様のクロマトグラム、つまりは横軸が時間軸で縦軸が信号強度軸であるクロマトグラムを作成することもできるが、一般的には、極性の相違する2本のカラムそれぞれでの分離状態を分かり易く示すために、1次カラムにおける保持時間と2次カラムにおける保持時間とをそれぞれ直交する2軸とし信号強度を等高線で表した2次元クロマトグラムや、信号強度を第3の軸とした3次元クロマトグラムが作成される。こうしたクロマトグラムを作成するためのデータ処理用のソフトウエアとしては、米国ゾエックス(ZOEX)社が提供している「GC Image」(非特許文献1参照)がよく知られている。   In the comprehensive two-dimensional GC, unlike a multi-dimensional (MD) GC using a plurality of detectors, a detection signal is obtained by one detector connected to the outlet of the secondary column. Therefore, it is possible to create a chromatogram similar to a normal GC, that is, a chromatogram in which the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the signal intensity axis, but in general, two columns with different polarities are used. In order to show the state of separation in an easy-to-understand manner, the retention time in the primary column and the retention time in the secondary column are two axes orthogonal to each other, and the signal intensity is expressed by contour lines. A three-dimensional chromatogram with three axes is created. As data processing software for creating such a chromatogram, “GC Image” (see Non-Patent Document 1) provided by ZOEX (USA) is well known.

図3(b)は、横軸に1次カラムの保持時間、縦軸に2次カラムの保持時間をとった2次元等高線クロマトグラムの一例である。昇温分析の場合には、横軸は沸点順を表し、縦軸は極性順を表しているため、2次元等高線クロマトグラムによれば、各化合物の性質の理解が容易であるとともに、多数の化合物が含まれる場合であってもどのような化合物が含まれているのかを容易に把握できるようになっている。   FIG. 3B is an example of a two-dimensional contour chromatogram in which the horizontal axis represents the retention time of the primary column and the vertical axis represents the retention time of the secondary column. In the temperature rising analysis, the horizontal axis represents the boiling point order and the vertical axis represents the polar order. Therefore, according to the two-dimensional contour chromatogram, it is easy to understand the properties of each compound, and many Even if a compound is contained, it is possible to easily grasp what kind of compound is contained.

包括的2次元GCの検出器としては一般的なGCの検出器と同様のものを利用することができ、多成分の混合試料を分析する場合には、検出器として質量分析装置(MS)を用いた包括的2次元GC/MSが有用である。包括的2次元GC/MSを用いて定性分析を行う場合には、一般的にMSでは所定質量範囲(厳密には質量電荷比範囲)に亘るスキャン測定が行われ、スキャン測定で取得されたマススペクトルのピークパターン(又はピークリスト)をライブラリ(データベース)に収録されている既知物質のマススペクトルデータと比較することで未知物質を同定する。   As a comprehensive two-dimensional GC detector, the same detector as a general GC detector can be used. When analyzing a mixed sample of multiple components, a mass spectrometer (MS) is used as a detector. The comprehensive two-dimensional GC / MS used is useful. When qualitative analysis is performed using comprehensive two-dimensional GC / MS, generally, MS performs scan measurement over a predetermined mass range (strictly, mass-to-charge ratio range), and the mass acquired by the scan measurement is measured. The unknown substance is identified by comparing the peak pattern (or peak list) of the spectrum with the mass spectrum data of the known substance recorded in the library (database).

包括的2次元GC/MSに限らず通常のGC/MSでも、得られるマススペクトルには様々なノイズピークが含まれ、これが上記のような成分同定の際の障害となる。そこで、通常のGC/MSの場合には、クロマトグラム(トータルイオンクロマトグラム)に現れるピークに対応した時間位置で得られるマススペクトルに対し、クロマトグラム上でピークが存在しない時間位置で得られるマススペクトルをバックグラウンドノイズであるとみなして差し引くようなデータ処理が実施される。   In general GC / MS as well as the comprehensive two-dimensional GC / MS, the obtained mass spectrum includes various noise peaks, which becomes an obstacle to the component identification as described above. Therefore, in the case of normal GC / MS, a mass spectrum obtained at a time position where no peak exists on the chromatogram is compared with a mass spectrum obtained at a time position corresponding to the peak appearing in the chromatogram (total ion chromatogram). Data processing is performed such that the spectrum is regarded as background noise and is subtracted.

一方、包括的2次元GCでは非特許文献2に記載のようなバックグラウンド除去手法が知られている。この手法では、2次元クロマトグラムにおいて1次カラム保持時間方向、2次カラム保持時間方向のそれぞれにおいて最小の信号値を持つ画素(2次元クロマトグラム上の1個のデータの最小単位)を見つけ、その画素の信号値と、該画素の隣接画素の信号値とを用いて平均値等を計算することによりバックグラウンドのレベルを推定し、1個の画素当たりに換算したバックグラウンドを各画素の信号値から差し引くようにしている。この非特許文献2に記載のバックグラウンド除去手法は、クロマトグラムに基づく定量性を向上させることを目的としており、時間的に緩慢に変化するバックグラウンドを想定してピークの形状を適切に求めるようにしている。   On the other hand, a background removal method as described in Non-Patent Document 2 is known for comprehensive two-dimensional GC. In this method, in the two-dimensional chromatogram, the pixel having the minimum signal value in each of the primary column holding time direction and the secondary column holding time direction (the smallest unit of one data on the two-dimensional chromatogram) is found, The background level is estimated by calculating an average value or the like using the signal value of the pixel and the signal value of the adjacent pixel of the pixel, and the background converted into one pixel is used as the signal of each pixel. It is subtracted from the value. The background removal method described in Non-Patent Document 2 aims to improve the quantitativeness based on the chromatogram, and appropriately obtains the peak shape assuming a background that slowly changes over time. I have to.

上述した従来の包括的2次元GCのバックグラウンド除去手法では、時間的に緩慢に変化するバックグラウンドは良好に除去できるものの、2次元クロマトグラム上で目的ピークに対してきわめて近接して別のピークが存在する場合や、目的ピークに別のピークの一部が重なってしまっている場合に、こうした別ピークの影響を除去することはできない。そもそも定量分析を目的とする場合には、クロマトグラムピークの面積等のパラメータが正確に求まることが重要であり、2次元クロマトグラム上でピークが重なるような状況の下での定量分析は一般的には行われない。   Although the background removal method of the conventional comprehensive two-dimensional GC described above can satisfactorily remove the slowly changing background, another peak is very close to the target peak on the two-dimensional chromatogram. If there is a peak, or if another peak overlaps the target peak, the effect of such another peak cannot be removed. In the first place, it is important to obtain parameters such as chromatogram peak area accurately for the purpose of quantitative analysis. Quantitative analysis under conditions where peaks overlap on a two-dimensional chromatogram is common. Is not done.

これに対し、特に試料に多種の成分が含まれる状況で重要なのは定性分析であり、包括的2次元GC/MSで得られる結果に基づく定性性を高めるには、上述したようにマススペクトルに現れるノイズをできるだけ除去することが重要である。この場合、目的成分由来のピークの強度の正確性は重要である。しかしながら、上述した従来の包括的2次元GCのバックグラウンド除去手法では、2次元クロマトグラム上でピークの分離が十分でない場合に、それらピークの出現時刻におけるマススペクトルに重畳しているノイズピークを的確に除去することは難しい。   On the other hand, qualitative analysis is important especially in a situation where a sample contains various components, and it appears in the mass spectrum as described above in order to enhance qualitativeness based on the results obtained by comprehensive two-dimensional GC / MS. It is important to remove as much noise as possible. In this case, the accuracy of the peak intensity derived from the target component is important. However, in the conventional comprehensive two-dimensional GC background removal method described above, when the peaks are not sufficiently separated on the two-dimensional chromatogram, noise peaks superimposed on the mass spectrum at the appearance time of those peaks are accurately detected. It is difficult to remove.

特開2011−122822号公報JP 2011-122822 A

「GC Image GCxGC Software」、[online]、米国ゾエックス(Zoex)社、[平成23年9月1日検索]、インターネット<URL : http://www.gcimage.com/gcxgc/index.html>"GC Image GCxGC Software", [online], US Zoex, [searched on September 1, 2011], Internet <URL: http://www.gcimage.com/gcxgc/index.html> ライヒェンバッハ(S. E. Reichenbach)ほか3名、「イメージ・バックグラウンド・リムーバル・イン・コンプリヘンシブ・トゥ-ディメンジョナル・ガス・クロマトグラフィ(Image background removal in comprehensive two-dimensional gas chromatography)」、ジャーナル・オブ・クロマトグラフィ(Journal of chromatography)A、Vol.985、2003年、p.47-56Reichenbach and three others, “Image background removal in comprehensive two-dimensional gas chromatography”, Journal Journal of Chromatography A, Vol.985, 2003, p.47-56

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、包括的2次元GC/MSで得られるマススペクトルデータに重畳されているノイズを的確に除去することで、例えばマススペクトルデータを用いた定性の性能を向上させることができる包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to accurately remove noise superimposed on mass spectrum data obtained by comprehensive two-dimensional GC / MS, for example, To provide a comprehensive data processing apparatus for two-dimensional chromatograph mass spectrometry capable of improving qualitative performance using mass spectrum data.

上記課題を解決するためになされた本発明は、1次カラム、モジュレータ、及び2次カラムを具備する包括的2次元クロマトグラフで分離された試料を質量分析装置に導入し、該質量分析装置において所定質量範囲を繰り返し走査するスキャン測定を実行することにより収集されたマススペクトルデータを処理する包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置であって、
a)収集されたマススペクトルデータに基づいて総イオン強度の時間的変化を示す2次元クロマトグラムを作成する2次元クトマログラム作成手段と、
b)該2次元クロマトグラムに対しピーク検出を行うピーク検出手段と、
c)前記2次元クロマトグラムの2つの時間軸がなす平面上で、前記ピーク検出手段により検出されたピークに対応するピーク領域と該ピーク領域の周囲のバックグラウンド領域とを決定する領域決定手段と、
d)前記バックグラウンド領域中の複数の測定点におけるマススペクトルデータに基づいて前記ピーク領域中の少なくとも1つの測定点におけるマススペクトルのバックグラウンドを推算し、推算されたバックグラウンドを除去したマススペクトルを求めるバックグラウンド除去手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention introduces a sample separated by a comprehensive two-dimensional chromatograph including a primary column, a modulator, and a secondary column into the mass spectrometer, A comprehensive two-dimensional chromatographic mass spectrometry data processing device for processing mass spectral data collected by performing scan measurements that repeatedly scan a predetermined mass range,
a) a two-dimensional chromatogram creating means for creating a two-dimensional chromatogram showing a temporal change in the total ion intensity based on the collected mass spectrum data;
b) a peak detecting means for detecting a peak for the two-dimensional chromatogram;
c) Area determining means for determining a peak area corresponding to the peak detected by the peak detecting means and a background area around the peak area on a plane formed by two time axes of the two-dimensional chromatogram. ,
d) Based on mass spectrum data at a plurality of measurement points in the background region, a mass spectrum background at at least one measurement point in the peak region is estimated, and a mass spectrum obtained by removing the estimated background is calculated. The background removal means sought,
It is characterized by having.

なお、上記「測定点」とは、所定質量範囲のマススペクトルデータを取得する保持時間を示す、2次元クロマトグラムの2つの時間軸がなす平面上の点である。トータルイオンクロマトグラム(TIC)データに基づいて作成・表示される2次元クロマトグラムにおいて1つの測定点は1つの画素を示すから、以下の説明において測定点と画素は同義である。   The “measurement point” is a point on a plane formed by two time axes of a two-dimensional chromatogram indicating a retention time for acquiring mass spectrum data in a predetermined mass range. In a two-dimensional chromatogram created and displayed based on total ion chromatogram (TIC) data, one measurement point indicates one pixel. Therefore, in the following description, a measurement point and a pixel are synonymous.

本発明に係る包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置では、2次元クロマトグラムに現れるピークの中で、目的とするピーク、より具体的には同定したいピークの周辺にバックグラウンド領域を設定する。即ち、このバックグラウンド領域中の測定点、つまり保持時間は、目的ピークの出現する時間に近接しており、バックグラウンドが比較的短時間に変化する状況であっても、バックグラウンド領域中の測定点におけるバックグラウンドスペクトルと目的ピークに対応する測定点におけるマススペクトルに重畳しているバックグラウンドとは相関性があると推定される。そのため、バックグラウンド除去手段は、目的ピークに対応する測定点におけるマススペクトルに重畳しているバックグラウンドスペクトルを的確に推定することができ、バックグラウンドの影響の少ないマススペクトルを求めることが可能となる。   In the data processing apparatus for comprehensive two-dimensional chromatograph mass spectrometry according to the present invention, a background region is set around a target peak, more specifically, a peak to be identified, among peaks appearing in a two-dimensional chromatogram. To do. That is, the measurement point in this background area, that is, the holding time is close to the time when the target peak appears, and even if the background changes in a relatively short time, the measurement in the background area It is estimated that the background spectrum at the point and the background superimposed on the mass spectrum at the measurement point corresponding to the target peak have a correlation. Therefore, the background removing unit can accurately estimate the background spectrum superimposed on the mass spectrum at the measurement point corresponding to the target peak, and can obtain the mass spectrum with little influence of the background. .

本発明に係る包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置では、好ましくは、前記バックグラウンド除去手段は、前記2次元クロマトグラムの2つの時間軸がなす平面上において、前記バックグラウンド領域中で且つ目的ピークに対応する測定点を含む直線上で該測定点を挟んだ両側にそれぞれバックグラウンド基準測定点を定め、該複数のバックグラウンド基準測定点のマススペクトルデータに基づいて前記目的ピークに対応する測定点におけるマススペクトルのバックグラウンドを推算する構成とするとよい。複数のバックグラウンド基準測定点のマススペクトルデータに基づいてピーク領域中の測定点におけるマススペクトルのバックグラウンドを推算する際には、例えば、質量電荷比毎に複数のバックグラウンド基準測定点における信号強度を内挿するとよい。最も簡単な内挿は直線補間であるが、多項式補間や重み付け補間を行ってもよい。   In the comprehensive data processing apparatus for two-dimensional chromatograph mass spectrometry according to the present invention, preferably, the background removing means is in the background region on a plane formed by two time axes of the two-dimensional chromatogram. A background reference measurement point is defined on both sides of the measurement point on a straight line including the measurement point corresponding to the target peak, and the target peak is supported based on mass spectrum data of the plurality of background reference measurement points. It is preferable that the background of the mass spectrum at the measurement point to be estimated be estimated. When estimating the mass spectrum background at the measurement points in the peak region based on the mass spectrum data at the plurality of background reference measurement points, for example, the signal intensity at the plurality of background reference measurement points for each mass-to-charge ratio. Should be interpolated. The simplest interpolation is linear interpolation, but polynomial interpolation or weighted interpolation may be performed.

さらに好ましくは、上記バックグラウンド基準測定点を定めるための直線は、2次元クロマトグラムの2つの時間軸に沿った2本の直線を含むものとし、その2本以上の直線上で目的ピークに対応する測定点を挟んだ両側にそれぞれ定められた4以上のバックグラウンド基準測定点のマススペクトルデータに基づいて目的ピークに対応する測定点におけるバックグラウンドを推算する構成とするとよい。   More preferably, the straight line for determining the background reference measurement point includes two straight lines along two time axes of the two-dimensional chromatogram, and corresponds to the target peak on the two or more straight lines. A configuration may be adopted in which the background at the measurement point corresponding to the target peak is estimated based on the mass spectrum data of four or more background reference measurement points respectively defined on both sides of the measurement point.

この構成によれば、1次カラムの分離特性上で目的ピークに時間的に近い測定点と、2次カラムの分離特性上で目的ピークに時間的に近い測定点とがバックグラウンド基準測定点として選択され、しかも2つの時間軸に沿った方向で内挿が行われるので、目的ピークに対応する測定点におけるマススペクトルに重畳しているバックグラウンドスペクトルをより的確に推定することが可能となる。それによって、バックグラウンド除去の精度も向上する。   According to this configuration, a measurement point that is close in time to the target peak on the separation characteristic of the primary column and a measurement point that is close in time to the target peak on the separation characteristic of the secondary column are used as background reference measurement points. Since the interpolation is performed in the directions along the two time axes, the background spectrum superimposed on the mass spectrum at the measurement point corresponding to the target peak can be estimated more accurately. Thereby, the accuracy of background removal is also improved.

本発明に係る包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置によれば、時間的に緩慢に変化する要因によるものだけでなく、比較的短時間の間に生じる外乱等に起因するバックグラウンドを的確に除去したマススペクトルを取得することができる。また、2次元クロマトグラムにおいて目的ピークに別のピークの一部が重なっている場合、その別のピークも部分的にバックグラウンド領域に入ることになるため、別のピークの重なり部分もバックグラウンドとして除去し、目的ピークにおけるマススペクトルの純度を高めることができる。それによって、マススペクトルを利用した成分同定などの精度が向上する。   According to the comprehensive data processing apparatus for two-dimensional chromatograph mass spectrometry according to the present invention, the background caused by disturbances generated in a relatively short period of time as well as due to factors that slowly change over time is provided. A properly removed mass spectrum can be acquired. In addition, when a part of another peak overlaps the target peak in the two-dimensional chromatogram, the other peak also partially enters the background region, so the overlapping part of another peak is also used as the background. The purity of the mass spectrum at the target peak can be increased. Thereby, the accuracy of component identification using a mass spectrum is improved.

本発明に係るデータ処理装置を備えた包括的2次元GC/MSの一実施例の概略構成図。The schematic block diagram of one Example of comprehensive two-dimensional GC / MS provided with the data processing apparatus which concerns on this invention. 本実施例の包括的2次元GC/MSにおける定性処理動作のフローチャート。The flowchart of the qualitative process operation | movement in comprehensive two-dimensional GC / MS of a present Example. 本実施例の包括的2次元GC/MSにおいて作成される2次元等高線クロマトグラムの一例を示す図。The figure which shows an example of the two-dimensional contour-line chromatogram created in comprehensive two-dimensional GC / MS of a present Example. 本実施例の包括的2次元GC/MSにおけるマススペクトルのバックグラウンド除去処理の説明図。Explanatory drawing of the background removal process of the mass spectrum in comprehensive two-dimensional GC / MS of a present Example. 本実施例の包括的2次元GC/MSにおけるマススペクトルのバックグラウンド除去処理の説明図。Explanatory drawing of the background removal process of the mass spectrum in comprehensive two-dimensional GC / MS of a present Example. マススペクトルのバックグラウンド除去処理の他の実施例の説明図。Explanatory drawing of the other Example of the background removal process of a mass spectrum.

以下、本発明に係る包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置を用いた包括的2次元GC/MSの一実施例について、添付図面を参照して説明する。図1は本実施例による包括的2次元GC/MSの概略構成図である。   An embodiment of a comprehensive two-dimensional GC / MS using the comprehensive two-dimensional chromatographic mass spectrometry data processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a comprehensive two-dimensional GC / MS according to this embodiment.

分析部1は、1次カラム12、該1次カラム12に試料ガスを導入する試料気化室などを含む試料導入部11、1次カラム12から溶出する成分(化合物)を一定時間間隔で捕集し時間的に圧縮して送り出すモジュレータ13、1次カラム12とは異なる分離特性(典型的には異なる極性)を有する高速分離可能な2次カラム14、及び、2段階のカラム12、14で分離された各成分を検出する質量分析計15、を備える。質量分析計15は質量分析器として四重極マスフィルタを用いた四重極型質量分析計であり、指定された質量範囲を繰り返し走査するスキャン測定が可能である。   The analysis unit 1 collects a component (compound) eluted from the sample introduction unit 11 and the primary column 12 including a primary column 12 and a sample vaporization chamber for introducing a sample gas into the primary column 12 at regular time intervals. The time-compressed modulator 13 and the primary column 12 are separated by a high-speed separable secondary column 14 having two different separation characteristics (typically different polarities) and the two-stage columns 12 and 14. And a mass spectrometer 15 for detecting each component. The mass spectrometer 15 is a quadrupole mass spectrometer using a quadrupole mass filter as a mass analyzer, and can perform scan measurement that repeatedly scans a specified mass range.

分析部1に含まれる各部の動作は、制御・処理部2に含まれる分析制御部200により制御される。制御・処理部2に含まれるデータ処理部20は、質量分析計15で取得されたデータを処理し試料に含まれる各種成分を同定する(つまり定性分析する)機能を有する。より詳しくは、データ処理部20は、時間経過に伴って順次得られるマススペクトルデータを格納するデータ格納部21、該マススペクトルデータに基づいて2次元クロマトグラムを作成するクロマトグラム作成部22、その2次元クロマトグラム上でピークを検出するピーク検出部23、ピーク検出結果に基づいて2次元クロマトグラム上でピークが存在するピーク領域とバックグラウンド領域とをそれぞれ決定する領域抽出部24、マススペクトルに重畳しているバックグラウンドを除去するバックグラウンド除去部25、バックグラウンドが除去されたマススペクトルデータを保存する処理済みデータ格納部26、化合物毎にマススペクトルのピーク情報などが収録されている同定用データベース28、及び、バックグラウンドが除去されたマススペクトルデータを用い同定用データベース28を参照して成分同定を行う成分同定部27、などの機能ブロックを含む。   The operation of each unit included in the analysis unit 1 is controlled by the analysis control unit 200 included in the control / processing unit 2. The data processing unit 20 included in the control / processing unit 2 has a function of processing data acquired by the mass spectrometer 15 and identifying various components included in the sample (that is, qualitative analysis). More specifically, the data processing unit 20 includes a data storage unit 21 that stores mass spectrum data sequentially obtained with time, a chromatogram creation unit 22 that creates a two-dimensional chromatogram based on the mass spectrum data, A peak detector 23 for detecting a peak on the two-dimensional chromatogram, a region extractor 24 for determining a peak region and a background region on the two-dimensional chromatogram based on the peak detection result, and a mass spectrum A background removal unit 25 for removing the superimposed background, a processed data storage unit 26 for storing the mass spectrum data from which the background has been removed, and identification information in which peak information of the mass spectrum is recorded for each compound. Database 28 and background removed Including functional blocks, such as component identification unit 27 for component identification, with reference to the identification database 28 using mass spectral data.

また制御・処理部2に含まれる主制御部201には、ユーザーインターフェイスとしての操作部3や表示部4が接続されている。この主制御部201、分析制御部200、データ処理部20は、パーソナルコンピュータをハードウエア資源とし、そのパーソナルコンピュータに予めインストールされた専用の制御・処理ソフトウエアを実行することにより実現されるようにすることができる。   An operation unit 3 and a display unit 4 as a user interface are connected to the main control unit 201 included in the control / processing unit 2. The main control unit 201, analysis control unit 200, and data processing unit 20 are realized by using a personal computer as a hardware resource and executing dedicated control / processing software installed in the personal computer in advance. can do.

まず、分析部1における分析動作、つまりデータ収集動作を概略的に説明する。分析部1において、試料導入部11は分析制御部200からの指示に応じて、1次カラム12に略一定流量で送られるキャリアガス中に分析対象である試料を導入する。通常、この試料には多数の成分(化合物)が含まれる。該試料に含まれる各種成分は、所定の昇温プログラムに従って温調された1次カラム12を通過する間に分離されて時間的にずれて溶出する。この時点では全ての成分が十分に分離されるとは限らず、1次カラム12での保持時間が近い成分は重なって(混じった状態で)溶出する。   First, an analysis operation in the analysis unit 1, that is, a data collection operation will be schematically described. In the analysis unit 1, the sample introduction unit 11 introduces a sample to be analyzed into a carrier gas that is sent to the primary column 12 at a substantially constant flow rate in response to an instruction from the analysis control unit 200. This sample usually contains a number of components (compounds). Various components contained in the sample are separated while passing through the primary column 12 that has been temperature-controlled according to a predetermined temperature raising program, and are eluted with a time lag. At this point in time, not all components are sufficiently separated, and the components having similar retention times in the primary column 12 are overlapped (in a mixed state) and eluted.

モジュレータ13は一定時間(=モジュレーション期間t:一般に数秒〜最大でも10秒程度)中に1次カラム12から溶出してくる成分を全て捕集し、時間的に圧縮して2次カラム14に送り込む、という操作を連続的に繰り返す。したがって、1次カラム12からの溶出成分は漏れなく2次カラム14に送り込まれる。モジュレーション期間t毎に送り込まれた複数の試料成分は2次カラム14を通過する際に高い分解能で以て時間方向に分離されて溶出し、溶出した順に質量分析計15に導入される。質量分析計15においてスキャン測定が実行されると、スキャン測定のインターバル間隔毎に所定の質量範囲に亘るマススペクトルデータが得られる。2次カラム14から各成分が溶出している時間幅よりも短いインターバル間隔でスキャン測定を行うことによって、全ての溶出成分を漏れなく検出することができる。こうして質量分析計15で繰り返し取得されたマススペクトルデータはデータ格納部21に保存される。   The modulator 13 collects all the components eluted from the primary column 12 during a certain time (= modulation period t: generally several seconds to at most about 10 seconds), compresses them in time, and sends them to the secondary column 14. , Is repeated continuously. Therefore, the eluted component from the primary column 12 is sent to the secondary column 14 without leakage. A plurality of sample components sent in every modulation period t are separated and eluted in the time direction with high resolution when passing through the secondary column 14, and are introduced into the mass spectrometer 15 in the order of elution. When the scan measurement is executed in the mass spectrometer 15, mass spectrum data over a predetermined mass range is obtained at every interval interval of the scan measurement. By performing scan measurement at intervals shorter than the time width during which each component is eluted from the secondary column 14, all the eluted components can be detected without omission. Thus, the mass spectrum data repeatedly acquired by the mass spectrometer 15 is stored in the data storage unit 21.

次に、本実施例の包括的2次元GC/MSの特徴であるバックグラウンド除去処理を含む定性処理動作について、図2〜図5を参照して詳細に説明する。図2はこの定性処理動作のフローチャート、図3は2次元クロマトグラムの一例を示す図、図4及び図5はマススペクトルに対するバックグラウンド除去処理の説明図である。   Next, a qualitative processing operation including a background removal process, which is a feature of the comprehensive two-dimensional GC / MS of the present embodiment, will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart of this qualitative processing operation, FIG. 3 is a diagram showing an example of a two-dimensional chromatogram, and FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams of background removal processing for a mass spectrum.

データ処理部20においてクロマトグラム作成部22は、上記のように収集されたマススペクトルデータに対し、質量電荷比に依らない全てのイオンの強度信号をマススペクトル毎に合算し、それを時間経過に従って並べることでトータルイオンクロマトグラム(TIC)データを求める。そして、このTICデータをモジュレーション期間t毎に区切り、図3(a)に示すように、モジュレーション期間t内のデータを縦軸(T2軸)方向に順に並べ、横軸(T1軸)方向にモジュレーション期間tの発生順を並べるようにし、信号強度を等高線(又は色の相違)で表すことにより図3(b)に示すような2次元クロマトグラムを作成する(ステップS1)。この2次元クロマトグラムは主制御部201を介して表示部4の画面上に表示される。   In the data processing unit 20, the chromatogram creation unit 22 adds the intensity signals of all ions that do not depend on the mass-to-charge ratio to the mass spectrum data collected as described above for each mass spectrum. The total ion chromatogram (TIC) data is obtained by arranging them. Then, the TIC data is divided every modulation period t, and as shown in FIG. 3A, the data in the modulation period t are sequentially arranged in the vertical axis (T2 axis) direction and modulated in the horizontal axis (T1 axis) direction. A two-dimensional chromatogram as shown in FIG. 3B is created by arranging the generation order of the periods t and expressing the signal intensity with contour lines (or color differences) (step S1). This two-dimensional chromatogram is displayed on the screen of the display unit 4 via the main control unit 201.

なお、2次元クロマトグラムは、横軸方向がモジュレーション期間t、縦軸方向がスキャン測定のインターバル間隔Tに相当する時間幅をそれぞれもつ矩形状の画素の集合である。画素毎に所定質量範囲のマススペクトルデータが存在し、2次元クロマトグラム上では各画素が1つのTICデータを示す。   The two-dimensional chromatogram is a set of rectangular pixels each having a time width corresponding to the modulation period t in the horizontal axis direction and the interval interval T of the scan measurement in the vertical axis direction. Mass spectrum data of a predetermined mass range exists for each pixel, and each pixel shows one TIC data on the two-dimensional chromatogram.

ピーク検出部23は、2次元クロマトグラムに対し2次元的にピーク検出を実行する(ステップS2)。ピーク検出のアルゴリズムは特に限定されず、例えば通常の1次元的なクロマトグラム上でのピーク検出と同様にすることができる。例えば、時間軸に従って強度値をモニタしてゆき、強度値の上昇カーブの傾きが所定値以上になったときにピーク開始点とみなし、その傾きがゼロからさらに負になりその絶対値が所定値以下になったときにピーク終了点とみなすことによりピークを検出する。これを2つの時間軸それぞれで行うことにより、2次元的なピークの範囲やピークトップの位置を決めることができる。   The peak detection unit 23 performs peak detection two-dimensionally on the two-dimensional chromatogram (step S2). The algorithm for peak detection is not particularly limited, and for example, it can be the same as the peak detection on a normal one-dimensional chromatogram. For example, the intensity value is monitored according to the time axis, and when the slope of the rising curve of the intensity value exceeds a predetermined value, it is regarded as the peak start point, the inclination further decreases from zero, and the absolute value becomes a predetermined value. A peak is detected by regarding it as the peak end point when: By performing this on each of the two time axes, the two-dimensional peak range and peak top position can be determined.

2次元クロマトグラム上でピークが検出されたならば、処理対象つまりは定性対象のピークを選択する(ステップS3)。このピーク選択を自動的に行う場合には、例えば、ピークトップの強度の大きい順に所定個数の又は個数に依らず所定強度以上であるピークを順に選択すればよい。また、自動ではなくユーザーの指定による手動ピーク選択を行うようにすることもできる。その場合には、表示部4に表示した2次元クロマトグラム上で、検出されたピークを明示し、ユーザーが操作部3で定性したいピークをクリック操作等により指示するようにすればよい。   If a peak is detected on the two-dimensional chromatogram, a peak to be processed, that is, a qualitative target is selected (step S3). When this peak selection is performed automatically, for example, a predetermined number of peaks or higher than a predetermined intensity may be selected in order of increasing peak top intensity. It is also possible to perform manual peak selection by user designation instead of automatic. In that case, the detected peak may be clearly indicated on the two-dimensional chromatogram displayed on the display unit 4, and the user may instruct the peak to be qualitated by the operation unit 3 by clicking or the like.

処理対象のピークが決まったならば、領域抽出部24はまず2次元クロマトグラムにおいて、処理対象ピークのうちの1つのピークが存在する範囲を確定し、そのピーク領域の周囲にバックグラウンド領域を設定する(ステップS4)。この例では、図4に示すように、2次元クロマトグラム上で斜線で示す画素がピーク領域であると確定した場合、それを取り囲む最も小さな矩形の額縁状にバックグラウンド領域を設定する。即ち、外側の矩形枠と内側の矩形枠との間の、両時間軸T1、T2に沿う方向の直線状の複数の画素がバックグラウンド領域となる。ただし、バックグラウンド領域の形状はこれに限るものではなく、ピーク領域を囲み(必ずしも全周を囲んでいる必要はない)且つピーク領域の外側に近接している領域であれば任意の形状とすることができる。   When the peak to be processed is determined, the region extraction unit 24 first determines the range where one of the peaks to be processed exists in the two-dimensional chromatogram, and sets a background region around the peak region. (Step S4). In this example, as shown in FIG. 4, when it is determined that a pixel indicated by diagonal lines on the two-dimensional chromatogram is a peak region, the background region is set to the smallest rectangular frame shape surrounding it. That is, a plurality of linear pixels in the direction along both time axes T1 and T2 between the outer rectangular frame and the inner rectangular frame become the background region. However, the shape of the background region is not limited to this, and may be any shape as long as it surrounds the peak region (not necessarily surrounding the entire circumference) and is close to the outside of the peak region. be able to.

上記ピーク領域に含まれる各画素におけるマススペクトルはバックグラウンド除去の対象とされるマススペクトルであり、一方、バックグラウンド領域に含まれる各画素におけるマススペクトルは、バックグラウンド除去に用いられるバックグラウンドスペクトルを算出するための元データとなるマススペクトルである。   The mass spectrum in each pixel included in the peak region is a mass spectrum to be subject to background removal, while the mass spectrum in each pixel included in the background region is the background spectrum used for background removal. It is a mass spectrum which becomes original data for calculation.

バックグラウンド除去部25は、上記ピーク領域中の任意の画素について、その画素のマススペクトルに重畳しているバックグラウンドを、該画素に対応したバックグラウンド領域中の複数の画素のマススペクトルから推算する(ステップS5)。その推算方法の一例を図5により説明する。なお、図4、図5は説明の理解を容易にするために簡略化した図であり、多くの場合、ピーク領域にはもっと多数の画素が含まれる。   The background removal unit 25 estimates the background superimposed on the mass spectrum of the arbitrary pixel in the peak region from the mass spectra of a plurality of pixels in the background region corresponding to the pixel. (Step S5). An example of the estimation method will be described with reference to FIG. 4 and 5 are simplified diagrams for easy understanding of the description. In many cases, the peak region includes a larger number of pixels.

いま、バックグラウンド領域の外枠で囲まれる矩形状の領域が、T1方向にm個、T2方向にn個の、m×n個の画素を含むものとする。この領域内における画素の位置を(i、j)、ただし、1≦i≦m、1≦j≦n、で表す。また、(j、i)に位置する画素に対するマススペクトルデータの中で、質量電荷比m/z=kの信号強度をIk ijで表す。いま、ピーク領域中の位置(p、q)に存在する任意の1個の画素に対応するマススペクトルのバックグラウンド除去を実行する場合を考える。 Now, it is assumed that the rectangular region surrounded by the outer frame of the background region includes m pixels in the T1 direction and n pixels in the T2 direction. The position of the pixel in this region is represented by (i, j), where 1 ≦ i ≦ m and 1 ≦ j ≦ n. Further, in the mass spectrum data for the pixel located at (j, i), the signal intensity of the mass to charge ratio m / z = k is represented by I k ij . Consider a case where the background removal of the mass spectrum corresponding to any one pixel existing at the position (p, q) in the peak region is executed.

qの位置でT1軸方向に延びる直線、つまり位置(p、q)に存在する画素を含み、T1軸方向に一直線状に並ぶ画素列を考え、その両端、つまりバックグラウンド領域に含まれる2つの画素を抽出する。図5の例では、位置(1、q)と位置(m、q)に存在する2つの画素である。位置(1、q)及び(m、q)に存在する2つの画素と、ピーク領域中の位置(p、q)にある画素とは、1次カラム12の分離特性上では時間的にかなり近い。また、位置(1、q)は位置(p、q)よりも時間的に前であり、位置(m、q)は位置(p、q)よりも時間的に後である。したがって、ピーク領域中の位置(p、q)にある画素に対するマススペクトルデータの中で、m/z=kの信号強度Ik pqには、位置(1、q)と位置(m、q)に存在する画素に対するマススペクトルデータの中でm/z=kの信号強度Ik 1q、Ik mqを内挿して求まる信号強度がバックグラウンドとして重畳していると考えることができる。図5右部に示すように、バックグラウンドの影響が時間的に直線的に変化すると近似すれば、直線補間による内挿によって、(1、q)と(m、q)との間に存在する任意の画素のバックグラウンドを計算できる。即ち、T1軸方向における時間的変化を考慮したときの位置(p、q)にある画素に対するバックグラウンドは、
k pq=(Ik mq−Ik 1q)(p/m)+Ik 1q
である。
Consider a straight line extending in the T1 axis direction at the position of q, that is, a pixel line arranged in a straight line in the T1 axis direction and including two pixels included in both ends thereof, that is, in the background area. Extract pixels. In the example of FIG. 5, the two pixels exist at the position (1, q) and the position (m, q). The two pixels existing at the positions (1, q) and (m, q) and the pixel at the position (p, q) in the peak region are quite close in time on the separation characteristics of the primary column 12. . Further, the position (1, q) is earlier in time than the position (p, q), and the position (m, q) is later in time than the position (p, q). Therefore, in the mass spectrum data for the pixel at the position (p, q) in the peak region, the signal intensity I k pq of m / z = k has the position (1, q) and the position (m, q). It can be considered that the signal intensities obtained by interpolating m / z = k signal intensities I k 1q and I k mq in the mass spectrum data for the pixels existing in are superimposed as a background. As shown in the right part of FIG. 5, if it is approximated that the influence of the background changes linearly with time, it exists between (1, q) and (m, q) by interpolation by linear interpolation. Any pixel background can be calculated. That is, the background for the pixel at the position (p, q) when considering the temporal change in the T1 axis direction is
X k pq = (I k mq -I k 1q) (p / m) + I k 1q
It is.

一方、同様に、pの位置でT2軸方向に延びる直線、つまり位置(p、q)に存在する画素を含み、T2軸方向に一直線状に並ぶ画素列を考え、その両端、つまりバックグラウンド領域に含まれる2つの画素を抽出する。図5の例では、位置(p、1)と位置(p、n)に存在する2つの画素である。位置(p、1)及び(p、n)に存在する2つの画素と、ピーク領域中の位置(p、q)にある画素とは、2次カラム14の分離特性上では時間的にかなり近い。また、位置(p、1)は位置(p、q)よりも時間的に前であり、位置(p、n)は位置(p、q)よりも時間的に後である。したがって、ピーク領域中の位置(p、q)にある画素に対するマススペクトルデータの中で、m/z=kの信号強度Ik pqには、位置(p、1)と位置(p、n)に存在する画素に対するマススペクトルデータの中でm/z=kの信号強度Ik p1、Ik pnを内挿して求まる信号強度がバックグラウンドとして重畳していると考えることができる。この場合も、直線補間による内挿によって、(p、1)と(p、n)との間に存在する任意の画素のバックグラウンドを計算できるから、T2軸方向の時間的変化を考慮したときの位置(p、q)にある画素に対するバックグラウンドは、
k pq=(Ik pn−Ik p1)(q/n)+Ik p1
である。
On the other hand, similarly, consider a pixel line that includes a pixel extending in the T2 axis direction at the position p, that is, a pixel existing at the position (p, q), and is aligned in the T2 axis direction. 2 pixels are extracted. In the example of FIG. 5, the two pixels exist at the position (p, 1) and the position (p, n). The two pixels existing at the positions (p, 1) and (p, n) and the pixel at the position (p, q) in the peak region are quite close in time on the separation characteristics of the secondary column 14. . Further, the position (p, 1) is temporally before the position (p, q), and the position (p, n) is temporally after the position (p, q). Therefore, in the mass spectrum data for the pixel at the position (p, q) in the peak region, the signal intensity I k pq at m / z = k has the position (p, 1) and the position (p, n). It can be considered that the signal intensities obtained by interpolating the signal intensities I k p1 and I k pn of m / z = k in the mass spectrum data for the pixels existing in are superimposed as the background. Also in this case, since the background of an arbitrary pixel existing between (p, 1) and (p, n) can be calculated by interpolation by linear interpolation, when the temporal change in the T2 axis direction is taken into consideration The background for the pixel at position (p, q) is
Y k pq = (I k pn -I k p1) (q / n) + I k p1
It is.

位置(p、q)にある画素にはT1軸方向とT2軸方向の影響が平均的に現れると考えることができるから、位置(p、q)にある画素におけるm/z=kのバックグラウンドの強度は、
k pq=(Xk pq+Yk pq)/2
であると推定する。マススペクトル中の全ての質量電荷比m/zについて同様の推算を行うことにより、位置(p、q)にある画素におけるバックグラウンドスペクトルBpqを求めることができる。
Since it can be considered that the influence of the T1 axis direction and the T2 axis direction appears on average in the pixel at the position (p, q), the background of m / z = k in the pixel at the position (p, q) The strength of
B k pq = (X k pq + Y k pq) / 2
It is estimated that. By performing the same estimation for all the mass-to-charge ratios m / z in the mass spectrum, the background spectrum B pq at the pixel at the position (p, q) can be obtained.

上述のようにしてバックグラウンドスペクトルBpqが得られたならば、位置(p、q)にある画素に対するマススペクトルIpqからバックグラウンドスペクトルBpqを差し引く、つまり質量電荷比毎に信号強度を差し引くことにより、バックグラウンドを除去したマススペクトルSpqを求め、そうして得られたマススペクトルデータを処理済みデータ格納部26に保存する(ステップS6)。 When the background spectrum B pq is obtained as described above, the background spectrum B pq is subtracted from the mass spectrum I pq for the pixel at the position (p, q), that is, the signal intensity is subtracted for each mass to charge ratio. Thus, the mass spectrum S pq from which the background has been removed is obtained, and the mass spectrum data thus obtained is stored in the processed data storage unit 26 (step S6).

処理対象であるピークのピーク領域中で未処理の画素があればステップS7からS5へと戻り、未処理である別の画素に対して上述したステップS5、S6の処理を実行することで、バックグラウンドを除去したマススペクトルを求める。実際には、ピーク領域中の画素について位置(i、j)のi、jが小さい順に処理を進めてゆくことで、ピーク領域に含まれる全ての画素のマススペクトルに対するバックグラウンド除去を効率よく進めることができる。   If there is an unprocessed pixel in the peak region of the peak to be processed, the process returns from step S7 to S5, and the above-described steps S5 and S6 are performed on another unprocessed pixel to obtain the back Find the mass spectrum with the ground removed. Actually, the background removal for the mass spectrum of all the pixels included in the peak region is efficiently advanced by proceeding with the processing in order from the smallest i and j at the position (i, j) for the pixels in the peak region. be able to.

ただし、必ずしもピーク領域に含まれる全ての画素に対するマススペクトルのバックグラウンド除去が必要となるとは限らない。即ち、後述する成分同定のために2次元クロマトグラムに現れるピークトップ付近のマススペクトルのみを利用する場合には、そのピークトップ付近のマススペクトルのみのバックグラウンドを除去すればよい。一方、特定の質量電荷比に対する信号強度に基づいて2次元クロマトグラムを作成する必要がある場合には、少なくともその質量電荷比についてピーク領域中の全ての画素においてバックグラウンド除去を行う必要がある。   However, it is not always necessary to remove the background of the mass spectrum for all the pixels included in the peak region. That is, when only the mass spectrum near the peak top appearing in the two-dimensional chromatogram for component identification described later is used, the background of only the mass spectrum near the peak top may be removed. On the other hand, when it is necessary to create a two-dimensional chromatogram based on the signal intensity for a specific mass-to-charge ratio, it is necessary to perform background removal at least for all pixels in the peak region for that mass-to-charge ratio.

そうして1つのピークのピーク領域中の全ての画素について処理が終了すると、ステップS3で選択された処理対象ピークの中で未処理のピークがあるか否かを判定し(ステップS8)、未処理のピークがあればステップS4へと戻り、別のピークについて上述したステップS4〜S7の処理を繰り返す。これによって、自動的に又は手動で選択された全てのピークについて、マススペクトルに重畳しているバックグラウンドが除去される。   When the processing is completed for all the pixels in the peak area of one peak, it is determined whether or not there is an unprocessed peak among the processing target peaks selected in step S3 (step S8). If there is a processing peak, the process returns to step S4, and the processing in steps S4 to S7 described above for another peak is repeated. This removes the background superimposed on the mass spectrum for all peaks selected either automatically or manually.

その後、成分同定部27は処理済みデータ格納部26からバックグラウンドが除去されたマススペクトルデータを読み出し、このマススペクトルを用いたデータベース検索により成分同定を行う(ステップS9)。具体的には例えば、2次元クロマトグラムから検出された1つのピークについて、そのピーク領域から得られたマススペクトルの平均や積算を求め、この平均又は積算マススペクトルのピークパターンに類似するピークパターンを示す成分を同定用データベース28中で検索することにより、各ピークに対応した成分を同定する。   Thereafter, the component identification unit 27 reads the mass spectrum data from which the background has been removed from the processed data storage unit 26, and performs component identification by database search using this mass spectrum (step S9). Specifically, for example, for one peak detected from a two-dimensional chromatogram, an average or integration of mass spectra obtained from the peak region is obtained, and a peak pattern similar to the average or peak pattern of the integrated mass spectrum is obtained. A component corresponding to each peak is identified by searching the indicated database 28 in the identification database 28.

上述したように、本実施例の包括的2次元GC/MSでは、2次元クロマトグラムに現れるピークに対応したマススペクトルに重畳しているバックグラウンドが、そのピークの出現時刻にきわめて近接した時刻において得られるバックグラウンドスペクトルを利用して除去される。特に、1次カラム12による分離の時間方向と2次カラム14による分離の時間方向との両方で目的ピークの出現時刻に近い、より詳しくはピークの出現時刻の前後のバックグラウンドスペクトルがバックグラウンド除去に反映されるため、時間的に緩慢に変化する要因によるものだけでなく、比較的短時間の間に生じる外乱等に起因するバックグラウンドが的確に除去される。それによって、成分同定の正確性が向上し、同定漏れや誤同定の発生確率を下げることができる。   As described above, in the comprehensive two-dimensional GC / MS of this embodiment, the background superimposed on the mass spectrum corresponding to the peak appearing in the two-dimensional chromatogram is at a time very close to the appearance time of the peak. It is removed using the resulting background spectrum. In particular, a background spectrum that is close to the target peak appearance time in both the time direction of separation by the primary column 12 and the time direction of separation by the secondary column 14, more specifically, the background spectrum before and after the peak appearance time is removed. Therefore, not only due to factors that change slowly over time, but also backgrounds caused by disturbances that occur in a relatively short time are accurately removed. As a result, the accuracy of component identification is improved, and the probability of occurrence of missing or incorrect identification can be reduced.

また、本実施例の包括的2次元GC/MSでは、2次元クロマトグラムにおいて処理対象であるピークと別のピークの一部とが重なっている場合、その別のピークが部分的にバックグラウンド領域に入ることになる。そのため、別のピークが重なった部分の多くはバックグラウンドとして除去される。ただし、こうした隣接ピークの重なりをバックグラウンドとみなして低減するためには、上述したように、T1軸方向、T2軸方向のそれぞれの直線上に位置する画素におけるマススペクトルを利用して或る画素のバックグラウンドスペクトルを推算するだけでなく、それ以外の画素におけるマススペクトルも利用することが望ましい。   Further, in the comprehensive two-dimensional GC / MS of the present embodiment, when a peak to be processed and a part of another peak overlap in the two-dimensional chromatogram, the other peak is partially background region. Will enter. Therefore, most of the overlapping portions of other peaks are removed as background. However, in order to reduce such overlapping of adjacent peaks as a background, as described above, a certain pixel is obtained by using a mass spectrum in pixels located on the respective straight lines in the T1 axis direction and the T2 axis direction. In addition to estimating the background spectrum, it is desirable to use the mass spectrum of other pixels.

具体的には、図6(a)で示すように2次元クロマトグラム上で処理対象ピークと隣接ピークとの一部が重なっている場合には、図6(b)に示すように、T1(T2)軸に対して45°の角度を有して斜め方向に延伸する線上に位置する画素におけるマススペクトルも利用して、上述したようにバックグラウンドを推算するとよい。こうして推算したバックグラウンドも上記Bpqに反映させると、図6(a)に示したピーク重なり部分もバックグラウンドとみなして適切に除去されることになる。 Specifically, as shown in FIG. 6A, when a peak to be processed and an adjacent peak partially overlap on the two-dimensional chromatogram, as shown in FIG. T2) The background may be estimated as described above using a mass spectrum of pixels located on a line extending at an angle of 45 ° with respect to the axis and extending in an oblique direction. When the background thus estimated is also reflected in the B pq , the peak overlap portion shown in FIG. 6A is regarded as the background and appropriately removed.

なお、上記実施例の説明では、バックグラウンド領域中の画素のマススペクトルを利用して直線補間により、目的ピークに対応した画素の位置におけるバックグラウンドを推算していたが、より正確にバックグラウンドを推定するために多項式補間や重み付き補間を行ってもよい。また、2次元クロマトグラム上でピークが孤立して存在している場合と、図6(a)に示したように隣接ピークが重なっている場合、或いは、或るピーク領域中に別のピークが完全に含まれている場合(様々な要因によって大きく拡がったピークのテーリングに他のシャープなピークが重畳しているような場合)とで、バックグラウンドの推算方法を適宜変えるようにしてもよい。また、バックグラウンド領域の設定の仕方についても同様に、ピークの状況に応じて適宜変えるようにしてもよい。   In the description of the above embodiment, the background at the pixel position corresponding to the target peak is estimated by linear interpolation using the mass spectrum of the pixels in the background region. Polynomial interpolation or weighted interpolation may be performed for estimation. In addition, when a peak exists in isolation on the two-dimensional chromatogram, when adjacent peaks overlap as shown in FIG. 6A, or when another peak is present in a certain peak region. The background estimation method may be changed as appropriate when it is completely included (when another sharp peak is superimposed on the tailing of a peak greatly expanded due to various factors). Similarly, the background region setting method may be changed as appropriate according to the peak situation.

また、上記実施例は本発明の一例にすぎず、上記各種の変形例以外にも、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。   Further, the above-described embodiment is merely an example of the present invention, and other than the above-described various modifications, any appropriate modification, correction, or addition within the spirit of the present invention is included in the scope of the claims of the present application. Is clear.

1…分析部
11…試料導入部
12…1次カラム
13…モジュレータ
14…2次カラム
15…質量分析計
2…制御・処理部
200…分析制御部
201…主制御部
20…データ処理部
21…データ格納部
22…クロマトグラム作成部
23…ピーク検出部
24…領域抽出部
25…バックグラウンド除去部
26…処理済みデータ格納部
27…成分同定部
28…同定用データベース
3…操作部
4…表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Analysis part 11 ... Sample introduction part 12 ... Primary column 13 ... Modulator 14 ... Secondary column 15 ... Mass spectrometer 2 ... Control and processing part 200 ... Analysis control part 201 ... Main control part 20 ... Data processing part 21 ... Data storage unit 22 ... chromatogram creation unit 23 ... peak detection unit 24 ... area extraction unit 25 ... background removal unit 26 ... processed data storage unit 27 ... component identification unit 28 ... identification database 3 ... operation unit 4 ... display unit

Claims (3)

1次カラム、モジュレータ、及び2次カラムを具備する包括的2次元クロマトグラフで分離された試料を質量分析装置に導入し、該質量分析装置において所定質量範囲を繰り返し走査するスキャン測定を実行することにより収集されたマススペクトルデータを処理する包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置であって、
a)収集されたマススペクトルデータに基づいて総イオン強度の時間的変化を示す2次元クロマトグラムを作成する2次元クトマログラム作成手段と、
b)該2次元クロマトグラムに対しピーク検出を行うピーク検出手段と、
c)前記2次元クロマトグラムの2つの時間軸がなす平面上で、前記ピーク検出手段により検出されたピークに対応するピーク領域と該ピーク領域の周囲のバックグラウンド領域とを決定する領域決定手段と、
d)前記バックグラウンド領域中の複数の位置におけるマススペクトルデータに基づいて前記ピーク領域中の少なくとも1つの位置におけるマススペクトルのバックグラウンドを推算し、推算されたバックグラウンドを除去したマススペクトルを求めるバックグラウンド除去手段と、
を備えることを特徴とする包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置。
A sample separated by a comprehensive two-dimensional chromatograph including a primary column, a modulator, and a secondary column is introduced into a mass spectrometer, and scan measurement is performed by repeatedly scanning a predetermined mass range in the mass spectrometer. Comprehensive two-dimensional chromatographic mass spectrometry data processing device for processing mass spectral data collected by
a) a two-dimensional chromatogram creating means for creating a two-dimensional chromatogram showing a temporal change in the total ion intensity based on the collected mass spectrum data;
b) a peak detecting means for detecting a peak for the two-dimensional chromatogram;
c) Area determining means for determining a peak area corresponding to the peak detected by the peak detecting means and a background area around the peak area on a plane formed by two time axes of the two-dimensional chromatogram. ,
d) Based on mass spectrum data at a plurality of positions in the background region, a background of a mass spectrum at at least one position in the peak region is estimated, and a mass spectrum from which the estimated background is removed is obtained. Ground removal means,
A data processing apparatus for comprehensive two-dimensional chromatograph mass spectrometry, comprising:
請求項1に記載の包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置であって、
前記バックグラウンド除去手段は、前記2次元クロマトグラムの2つの時間軸がなす平面上において、前記バックグラウンド領域中で且つ目的ピークに対応する測定点を含む直線上で該測定点を挟んだ両側にそれぞれバックグラウンド基準測定点を定め、該複数のバックグラウンド基準測定点のマススペクトルデータに基づいて前記目的ピークに対応する測定点におけるマススペクトルのバックグラウンドを推算することを特徴とする包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置。
A comprehensive data processing apparatus for two-dimensional chromatograph mass spectrometry according to claim 1,
The background removal means is arranged on both sides of the measurement point on a straight line including a measurement point corresponding to a target peak in the background region on a plane formed by two time axes of the two-dimensional chromatogram. A comprehensive two-dimensional system characterized in that a background reference measurement point is defined, and a mass spectrum background at a measurement point corresponding to the target peak is estimated based on mass spectrum data of the plurality of background reference measurement points. Data processing device for chromatographic mass spectrometry.
請求項2に記載の包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置であって、
前記バックグラウンド基準測定点を定めるための直線は、2次元クロマトグラムの2つの時間軸に沿った2本の直線を含むものとし、その2本以上の直線上で目的ピークに対応する測定点を挟んだ両側にそれぞれ定められた4以上のバックグラウンド基準測定点のマススペクトルデータに基づいて目的ピークに対応する測定点におけるバックグラウンドを推算することを特徴とする包括的2次元クロマトグラフ質量分析用データ処理装置。
A comprehensive data processing apparatus for two-dimensional chromatograph mass spectrometry according to claim 2,
The straight line for defining the background reference measurement point includes two straight lines along two time axes of the two-dimensional chromatogram, and sandwiches the measurement point corresponding to the target peak on the two or more straight lines. Comprehensive two-dimensional chromatographic mass analysis data characterized by estimating the background at the measurement point corresponding to the target peak based on the mass spectrum data of four or more background reference measurement points respectively defined on both sides Processing equipment.
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