JP2013190216A - 質量分析を用いた化合物同定方法及び化合物同定システム - Google Patents

Abstract

【課題】未知化合物に対する質量分析結果に基づく化合物候補の絞り込みを効率的に且つ高い精度で行う。
【解決手段】未知の目的化合物に対する実測のマススペクトルから求まる分子量から組成式候補を抽出し、組成式候補毎に、理論質量値と実測質量値との一致度合いに基づく組成スコアを算出する（S2-S4）。組成式候補毎に、組成式を化合物データベースに供して化学構造式候補を抽出し、化学構造式候補毎に、MS^m（mは2〜n）スペクトル上のピークの帰属結果を利用して、構造式中の部分構造とプロダクトイオンとの一致度合いに基づく部分構造スコアを算出する（S5-S6）。組成スコアと部分構造スコアとから総合スコアを算出し、この総合スコアに基づいて化学構造式候補に対応した化合物候補の取捨選択と順位付けを行い、絞り込まれた化合物候補を総合スコアと共に表示する（S7-S9）。
【選択図】図２

Description

本発明は、質量分析装置、特にＭＳⁿ（ｎは２以上の整数）分析可能な質量分析装置により得られる情報を利用して化合物の同定や構造解析を行う化合物同定方法及び化合物同定システムに関する。

イオントラップ型質量分析装置などを用いた質量分析においてはＭＳ／ＭＳ分析（タンデム分析）という手法が知られている。一般的なＭＳ／ＭＳ（＝ＭＳ²）分析では、まず分析対象である化合物由来の各種イオンから特定の質量電荷比m/zを有するイオンをプリカーサイオンとして選別し、その選別したイオンをＣＩＤ（Collision Induced Dissociation：衝突誘起解離）によって解離させ、質量電荷比が小さなプロダクトイオンを生成する。このときの解離の態様は元の化合物の構造に依存する。そこで、解離によって生じたプロダクトイオンを質量分析してＭＳ²スペクトルを取得し、これを解析することにより目的とする化合物を同定したりその化学構造を把握したりする。また、分子量が大きな化合物や開裂しにくい化合物等、一段階のＣＩＤ操作では充分に小さな質量電荷比のイオンまで解離しない場合には、ＣＩＤ操作を複数回繰り返し、最終的に生じたプロダクトイオンを質量分析するＭＳⁿ分析が行われることもある。

質量分析（ＭＳⁿ分析を含む）により得られたデータから試料に含まれる未知の化合物を同定する場合、取得されたデータを、化合物の名前、組成式、分子量、構造式などが収録された化合物データベースと照合するデータベース検索法が広く利用されている（特許文献１など参照）。こうした方法に使用される化合物データベースに収録される既知の化合物の数は年々増加し、現在では数千万もの化合物が収録されている。そのため、質量分析により得られる目的化合物由来のイオンの質量電荷比情報や推定組成式などを入力してデータベース検索を行うと、数百程度の候補化合物が抽出されるのが一般的である。このような膨大な数の候補化合物の全てについて、ＭＳⁿスペクトル上のピークの帰属を確認することはきわめて困難である。その結果として、化合物同定は困難を極め、同定が可能である場合でも非常に時間が掛かることになる。

こうした課題に対し、非特許文献１では、組成式が利用可能である場合にサイファインダー（SciFinder）を利用したウェブベースのデータベース検索が好適であることが開示されている。また非特許文献２には、論文引用報告数などを利用して化合物を絞り込む方法が提案されている。しかしながら、こうしたいずれの方法によっても、広範な化合物を対象にして質量分析結果から化合物を予測する必要があり、ＭＳⁿスペクトル上のピークの帰属を確認可能な程度の数まで候補を絞り込むのは容易ではない。

また、異なるアプローチによる化合物同定として、化合物由来のＭＳⁿスペクトル上の各ピークの質量電荷比の実測値を収録したデータベースを用い、未知化合物に対する質量分析結果との相同性を判断して該未知化合物を予測する方法も提案されている（非特許文献３参照）。しかしながら、こうしたデータベースは未だ充分に整備されておらず、収録されている化合物数は通常の化合物データベースと比べて格段に少ない（２０１１年１２月現在１４２３８個）。そのため、化合物を同定できない可能性も高い。

米国特許第7197402号明細書

ジェームス・エル・リトル（James L. Little）ほか２名、「アイデンティフィケイション・オブ・『ノウン・アンノウンズ』・ユーティライジング・アキュレイト・マス・データ・アンド・ケミカル・アブストラクツ・サービス・データベーシズ（Identification of "Known Unknowns" Utilizing Accurate Mass Data and Chemical Abstracts Service Databases）」、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ソサイエティ・フォー・マス・スペクトロメトリ（Journal of the American Society for Mass Spectrometry）、2011年、22、p.348-359 ウェンタ・リャオ（Wenta Liao）ほか２名、「アイデンティフィケイション・オブ・アンノウンズ・イン・アトモスフェリック・プレッシャ・イオナイゼイション・マス・スペクトロメトリ・ユージング・ア・マス・トゥー・ストラクチャ・サーチ・エンジン（Identification of Unknowns in Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry Using a Mass to Structure Search Engine）」、アナリティカル・ケミストリ（Analytical Chemistry）、2008年、80(20)、p.7765-7777 ホーライ（Horai H.）ほか３４名、「マス・バンク：ア・パブリック・リポージトリ・フォー・シェアリング・マス・スペクトラル・データ・フォー・ライフ・サイエンシズ（MassBank: a public repository for sharing mass spectral data for life sciences）」、ジャーナル・オブ・マス・スペクトロメトリ（Journal of Mass Spectrometry）、2010年、45、p.703-714

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、質量分析により収集されたデータに基づいて化合物の同定や構造解析を効率的に且つ高い精度で行うことができる化合物同定方法及び化合物同定システムを提供することにある。

上記課題を解決するために成された第１発明は、測定対象の物質に由来するイオンをｎ−１（ｎは２以上の整数）段階に解離させるＭＳⁿ分析を実行してＭＳⁿスペクトルを取得可能な質量分析装置を用い、未知化合物の同定や構造解析を行う化合物同定方法であって、
a)未知化合物に対する質量分析により得られたマススペクトルから求まる該未知化合物の分子量に基づいて組成式候補を求める組成式候補抽出ステップと、
b)前記組成式候補抽出ステップにより抽出された組成式候補毎に、分子量の理論値と実測値との一致性を示す組成スコアを算出する組成スコア計算ステップと、
c)化学構造情報が収録された化合物データベースに対するデータベース検索を利用して、前記組成式候補抽出ステップで抽出された各組成式候補に対応した構造式をそれぞれ推定して構造式候補を抽出する構造式候補抽出ステップと、
d)前記構造式候補抽出ステップにより抽出された構造式候補毎に、未知化合物に対する質量分析により得られたＭＳ^m（ただしｍは２〜ｎの範囲の整数で任意の数の整数）スペクトル上のピークの質量電荷比とその構造式候補の部分構造との一致性を示す部分構造スコアを算出する部分構造スコア計算ステップと、
e)各組成式候補の組成スコアと各構造式候補の部分構造スコアとに基づいて、未知化合物に該当する化合物の候補を絞り込む化合物推定ステップと、
を有することを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された第２発明は、上記第１発明に係る化合物同定方法を実施するためのシステムであって、測定対象の物質に由来するイオンをｎ−１（ｎは２以上の整数）段階に解離させるＭＳⁿ分析を実行してＭＳⁿスペクトルを取得可能な質量分析装置を用い、未知化合物の同定や構造解析を行う化合物同定システムであって、
a)未知化合物に対する質量分析により得られたマススペクトルから求まる該未知化合物の分子量に基づいて組成式候補を求める組成式候補抽出手段と、
b)前記組成式候補抽出手段により抽出された組成式候補毎に、分子量の理論値と実測値との一致性を示す組成スコアを算出する組成スコア計算手段と、
c)化学構造情報が収録された化合物データベースに対するデータベース検索を利用して、前記組成式候補抽出手段で抽出された各組成式候補に対応した構造式をそれぞれ推定して構造式候補を抽出する構造式候補抽出手段と、
d)前記構造式候補抽出手段により抽出された構造式候補毎に、未知化合物に対する質量分析により得られたＭＳ^m（ただしｍは２〜ｎの範囲の整数で任意の数の整数）スペクトル上のピークの質量電荷比とその構造式候補の部分構造との一致性を示す部分構造スコアを算出する部分構造スコア計算手段と、
e)各組成式候補の組成スコアと各構造式候補の部分構造スコアとに基づいて、未知化合物に該当する化合物の候補を絞り込む化合物推定手段と、
を備えることを特徴としている。

第１発明に係る化合物同定方法を実施する第２発明に係る化合物同定システムにおいて、組成式候補抽出手段は、マススペクトルから求まる該未知化合物の精密な分子量に基づいて、各種元素の理論質量を利用して組成式候補を複数求める。実測の分子量の精度が高いほど、つまりは質量分析における質量精度が高いほど、組成式候補の数を絞り込むことができる。したがって、質量精度の高い質量分析装置を用いることが好ましい。また、未知化合物の組成式を推定する際に、該未知化合物に含まれる元素の情報や逆に含まれない元素の情報が分かっていれば、組成式候補の絞り込みは容易になる。そこで、例えば、ＭＳⁿスペクトル上のピークとＭＳ^n-1スペクトル上のピークとの質量電荷比差を調べ、特定の部分構造（例えば水酸基）などに特有の質量電荷比差の存在が確認できた場合には、その特定の部分構造が含まれると推定すればよい。

組成スコア計算手段は、抽出された組成式候補毎に、分子量の理論値と実測値との一致性が高いほど大きくなるように所定のアルゴリズムに従って組成スコアを算出する。構造式候補抽出手段は、例えば組成式候補をそれぞれ検索条件の１つとしてデータベース検索を実行することにより、各組成式候補に対応した構造式をそれぞれ推定する。通常、１つの組成式候補に対して複数の構造式がヒットするから、組成式候補毎にそれぞれ複数の構造式候補が挙げられる。化合物データベースは様々な機関から提供されている既存のデータベースを利用できるほか、ユーザが作成したデータベースを利用することもできる。

なお、検索の効率としては組成式候補を検索条件の１つとして供するほうがよいが、分子量のみを検索条件として多数の構造式候補を求めたあとに、その構造式候補が組成式候補に対応付け可能であるか否かを調べ、対応付け可能であるものを残すようにして構造式候補を求めてもよい。

部分構造スコア計算手段は、得られた構造式候補毎に、未知化合物に対する質量分析により得られたＭＳ^mスペクトル上のピークの質量電荷比とその構造式候補の部分構造との一致の程度を調べ、即ち、ＭＳ^mスペクトル上のピークがその構造式候補の部分構造に帰属可能であるか否かを調べ、その帰属結果に基づいて部分構造スコアを算出する。ここで、ｍが２〜ｎの範囲の１つの整数である場合には、例えばＭＳ²スペクトル、ＭＳ³スペクトルなど１種類のプロダクトイオンスペクトルを用いることになる。また、ｍが２〜ｎの範囲の複数の整数である場合には、例えばＭＳ²スペクトル、ＭＳ³スペクトルなど複数のプロダクトイオンスペクトルからそれぞれ収集した全てのピークを含むプロダクトイオンスペクトルを作成し、これを用いればよい。

上記部分構造スコアには帰属できたピークの強度情報が反映されることが望ましい。そこで、部分構造スコア計算手段は例えば、ＭＳ^mスペクトル上のピークのうちの帰属できたピークの強度の総和を計算し、ＭＳ^mスペクトル上の全ピークの強度の総和に対する比を一致度として部分構造スコアを求める構成とすることができる。また、全ての質量電荷比を公平に扱うのではなく、例えば質量電荷比が大きいピークの強度情報が相対的に重視されるように重み付けを行ってもよい。これは、特に質量電荷比が大きなイオンの検出効率が低い場合に有効である。また、強度が小さなピークの強度情報が相対的に軽視されるように重み付けを行ってもよい。これは、特にノイズが多いような状況下でノイズピークを抑制する際に有効である。

そして、化合物推定手段は例えば、組成式候補毎に求められた構造式候補毎に、各組成式候補の組成スコアと各構造式候補の部分構造スコアとに基づく最終的なスコアを計算し、このスコアに従って未知化合物に該当する化合物の候補を絞り込む。組成スコアと部分構造スコアとから最終スコアを求める際には、例えば相加平均や相乗平均などの平均値を利用することができる。

本発明に係る化合物同定方法及び化合物同定システムによれば、膨大な数の化合物が収録されている化合物データベースから求まる多数の化合物候補について、解析対象の化合物に対して得られた質量電荷比情報から推定される組成式候補の信頼度を示す組成スコアと、その組成式候補それぞれに対してデータベース検索により抽出される構造式候補の信頼度を示す部分構造スコアとの両方に基づいて、効率的に化合物の絞り込みを行うことができる。それにより、化合物候補が比較的少数に絞り込まれるので、最終的に分析者が未知化合物を同定したり構造解析を行ったりすることが容易になる。また、データベース検索に利用されるデータベース自体は化合物が充実したものを利用できるので、該当する化合物がデータベースに存在せずに同定不可となる状況を少なくすることができる。

本発明の一実施例による化合物同定システムの概略構成図。 本実施例による化合物同定システムにおける化合物同定手順を示すフローチャート。 図２のフローチャートに従った化合物同定処理を説明するための模式図。

以下、本発明に係る化合物同定方法を実施するための化合物同定システムの一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１はこの化合物同定システムの概略構成図である。

本実施例の化合物同定システムにおいて、質量分析部１は、大気圧下で液体試料中の物質をイオン化するＥＳＩ（エレクトロスプレイイオン化）イオン源１０と、生成されたイオン流に混じる溶媒を除去するとともにイオンを真空室（図示せず）内へと導く加熱キャピラリ管１１と、イオンを収束させつつ後段へと送るイオン輸送光学系１２と、３次元四重極型のイオントラップ１３と、該イオントラップ１３から放出された各種イオンをその飛行時間によって質量分離する飛行時間型質量分析器（ＴＯＦＭＳ）１４と、ＴＯＦＭＳ１４により質量分離されたイオンを検出する検出器１５と、を含む。ＥＳＩイオン源１０の入口には通常の液体試料を導入することができるほか、液体クロマトグラフ（ＬＣ）のカラム出口を接続してＬＣで成分分離された液体試料を連続的に導入することもできる。

上記検出器１５による検出信号は処理・制御部２に入力され、図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換された後に所定のデータ処理が実行される。処理・制御部２は、データ収集処理部２０、データ格納部２１、マススペクトル作成部２２、組成推定部２３、組成スコア算出部２４、構造推定部２５、化合物データベース（ＤＢ）２６、部分構造スコア算出部２７、化合物推定部２８などの機能ブロックを含むほか、質量分析部１の各部を制御する分析制御部３１、プリカーサイオン自動選択部３２を含む。処理・制御部２には、ユーザインターフェイスとしての入力部４や表示部５が接続されている。なお、処理・制御部２の機能の大部分は、専用の制御・処理ソフトウエアを搭載したパーソナルコンピュータにより具現化することができる。

また、図示しないが、イオントラップ１３には外部からＣＩＤガスを導入可能であり、イオントラップ１３内に特定の質量電荷比を持つイオンを選択的に捕捉した後にＣＩＤガスを導入し、上記捕捉したイオンを高周波電場により共鳴励起させることによって、該イオンをＣＩＤガスに衝突させて開裂させることが可能である。さらに、イオンの選択とＣＩＤ操作とを繰り返すことにより、イオンを複数段に開裂させて小さな断片とすることができる。即ち、この質量分析装置はＭＳⁿ分析が可能な質量分析装置である。

化合物データベース２６は、様々な化合物の化合物名、分子量、組成式、化学構造式などが収録されたものであり、例えば、米国の国立生物工学情報センターが管理するPubChem（インターネット<http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/>参照）等を用いることができる。もちろん、化合物データベース２６はこれに限るものではなく、一般に提供されているもののほか、ユーザ自身が構築したものでもよく、既存のデータベースとユーザデータベースとを組み合わせたものでもよい。

次に、本実施例の化合物同定システムにおいて質量分析部１を中心に実行される、目的試料に対する質量分析動作及び該分析により得られたデータ収集動作について説明する。

入力部４を通して分析者から分析開始が指示されると、分析制御部３１の制御の下に、質量分析部１では未知化合物を含む被検試料に対する質量分析（ＭＳ¹分析）が略一定時間間隔で実行され、必要に応じてさらにＭＳ²分析〜ＭＳ⁴分析が実行される。データ収集処理部２０はこれら質量分析で得られたデータをデータ格納部２１に格納する。より詳しく説明すると、質量分析部１では被検試料に対する所定質量電荷比範囲のＭＳ¹分析がまず実行され、マススペクトル作成部２２はこのときに得られたデータに基づいてマス（ＭＳ¹）スペクトルを作成する。

プリカーサイオン自動選択部３２はマススペクトル上で予め指定された所定条件を満たすピークを検出し、分析制御部３１の制御の下に質量分析部１は、このピークに対応したイオンをプリカーサイオンに設定したＣＩＤ操作を伴うＭＳ²分析を、先のＭＳ¹分析に引き続いて実行する。ＥＳＩイオン化やＡＰＣＩイオン化はいわゆるソフトなイオン化であるため、分子にプロトンが付加した又はプロトンが脱離したイオンが最も多く生成される傾向にある。このため、通常、或る化合物由来のイオンピークの中で分子イオンピークの信号強度が最大である。したがって、例えば信号強度が所定の閾値以上であり、その信号強度が最大であるピークを検出し、プリカーサイオンとすればよい。

マススペクトル作成部２２は、上記ＭＳ²分析により得られた検出信号に基づいてＭＳ²スペクトルを作成する。さらに、プリカーサイオン自動選択部３２はＭＳ²スペクトル上で予め指定された所定条件を満たすピークを検出し、分析制御部３１の制御の下に質量分析部１は、このピークに対応したイオンを２段目のプリカーサイオンに設定した２段階のＣＩＤ操作を伴うＭＳ³分析を実行する。そして、マススペクトル作成部２２はＭＳ³分析により得られた検出信号に基づいてＭＳ³スペクトルを作成し、上記ＭＳ²分析時と同様にプリカーサイオンに対応したピークを検出する。そして、質量分析部１はＭＳ⁴分析を実行する。

以上のようにして、試料中に有意な化合物の存在が検出されると、該化合物由来のイオンに対するマススペクトルデータやＭＳ²〜ＭＳ⁴スペクトルデータが収集され、これら全てのデータがデータ格納部２１に格納される。なお、ここでは、ＭＳ⁴分析まで実行しているが、時間が許せばＭＳ⁵以上の分析を実行してもよい。また、化合物の分子量が比較的小さい場合や解離し易い化合物である場合には、ＭＳ⁴分析まで行う必要はなくＭＳ³まで又はＭＳ²のみを実行してもよい。

次に、上述したような分析の実行によって目的試料に対する質量分析データがデータ格納部２１に格納されている状態で実施される、特徴的な未知化合物の同定方法について、図２及び図３に従って説明する。図２は化合物同定手順を示すフローチャート、図３は図２のフローチャートに従った化合物同定処理を説明するための模式図である。

分析者は例えば目的試料についてのトータルイオンクロマトグラムを表示部５の画面上で確認して、同定したい未知化合物を入力部４により指定した上で同定実行を指示する。すると、この指示を受けたマススペクトル作成部２２はデータ格納部２１から指定された未知化合物に対応したＭＳ¹〜ＭＳ⁴スペクトルデータを読み出し、それぞれマススペクトルを作成する（ステップＳ１）。

上述したように、通常、ＭＳ¹スペクトル上には未知である目的化合物の分子イオンピークが明瞭に現れる。そこで組成推定部２３は、ＭＳ¹スペクトル上の目的化合物の分子イオンピークの質量電荷比の精密値から、目的化合物の実測分子量を算出する（ステップＳ２）。次いで組成推定部２３は、各種元素の既知である理論質量を利用し、目的化合物の実測分子量に対して所定の許容誤差を見込んだ分子量範囲に収まるような、元素種類及び元素数の組み合わせを探索することにより、目的化合物の組成式候補を抽出する（ステップＳ３）。図３の例では、炭素Ｃ、水素Ｈなどの元素の組み合わせにより、Ａ、Ｂ、Ｃなる３つの組成式候補が抽出されている。

組成式推定にあたっては基本的には分子量のみを手掛かりにすればよいが、他の情報を付加的に利用することにより、組成式推定が容易になったり（つまりは短時間で行えたり）組成式候補の数を少なくしたりすることができる場合がある。具体的には、例えばＭＳ²スペクトル上において目的化合物由来の脱水イオンが検出されれば、目的化合物は水酸基（−ＯＨ）を含んでいることが分かるから、例えば酸素、水素をそれぞれ１個も含まないような組成式ははじめから除外することができる。それ以外にも、既知である特徴的な部分構造が脱離したイオンが検出されれば、その部分構造を構成する元素が必ず含まれるものとして組成式候補を限定することができる。なお、当然のことながら、組成式推定の際には、各元素の同位体も考慮に入れることが望ましい。

次に組成スコア算出部２４は、ステップＳ３で抽出された複数の組成式候補のそれぞれについて、その組成式に含まれる元素の理論質量から計算される理論質量値と目的化合物の実測分子量との差を求め、その差に基づいて理論質量値と実測質量値との一致度合いを示す組成スコアを計算する（ステップＳ４）。理論質量値と実測質量値との一致度が高いほど、つまり両者の差が小さいほど、組成スコアが大きな値となるように、組成スコア算出式は定められている。図３の例では、互いに異なる組成式候補Ａ、Ｂ、Ｃに対しそれぞれ組成スコアＰ１、Ｐ２、Ｐ３が得られている。この組成スコアがこの化合物同定で利用される１つの指標値である。

次に構造推定部２５は、ステップＳ３で抽出された複数の組成式候補のそれぞれについて、目的化合物の分子量（これは全ての組成式候補に共通）や組成式を検索条件に設定して化合物データベース２６に対するデータベース検索を実行することにより、化学構造式の候補を抽出する（ステップＳ５）。一般に、化合物には多くの異性体が存在するから、分子量や組成式が決まっても、データベース検索により導出される化学構造式は複数存在する。図３の例では、組成式候補Ａに対しＡ１、Ａ２、Ａ３なる３つの構造式候補が抽出され、組成式候補Ｂに対しＢ１、Ｂ２、Ｂ３なる３つの構造式候補が抽出され、組成式候補Ｃに対しＣ１、Ｃ２、Ｃ３なる３つの構造式候補が抽出されている。

続いて、部分構造スコア算出部２７は、ステップＳ５で組成式候補毎にそれぞれ複数抽出された化学構造式候補それぞれについて、ＭＳ²〜ＭＳ⁴スペクトル上のピークの帰属を試行し、その帰属結果に基づいて、その化学構造式と実測で観測されたプロダクトイオンとの一致の度合いを示す部分構造スコアを計算する（ステップＳ６）。

具体的には、例えば次のようなデータ処理を実行する。まず、ＭＳ²〜ＭＳ⁴スペクトル上でそれぞれ観測されるピークの情報（ピークの質量電荷比及び信号強度）を収集し、それらを統合した統合マススペクトルを作成する。例えば、ＭＳ²〜ＭＳ⁴スペクトル上で同じ質量電荷比にピークが観測される場合には、その同一質量電荷比に対する複数のピークの強度を加算して統合マススペクトル上の該ピークの強度とすればよい。そして、統合マススペクトル上に存在する各ピーク、つまりはプロダクトイオンが、与えられた化学構造式中の部分構造に帰属可能であるか否かを調べる。この帰属の可否は、各ピークの質量電荷比と化学構造式から得られる部分構造の質量との差が所定の許容誤差の範囲に収まるか否かで判定すればよい。

そして、統合マススペクトル上の全てのピークについて帰属の可否が判定されたならば、帰属できたピークの強度を合算した帰属可ピーク合算値Ｉidentを求めるとともに、帰属の可否に依らない統合マススペクトル上の全てのピークの強度を合算した全ピーク合算値Ｉtotalを求める。そして、帰属可ピーク合算値と全ピーク合算値との比、つまりはＩident／Ｉtotalを化学構造式と実測で観測されたプロダクトイオンとの一致度と定義し、この一致度に所定定数を乗じることで部分構造スコアを求める。図３の例では、構造式Ａ１、Ａ２、…に対して部分構造スコアＱ１、Ｑ２、…が得られている。この部分構造スコアがこの化合物同定で利用される他の１つの指標値である。

前述したように、部分構造スコアを求める際には帰属できたピークの信号強度を用いるが、帰属できた全てのピークを公平に扱うのではなく、質量電荷比の大小や強度の高低に基づいた重み付けを行うことで一部のピークを偏重してもよい。例えば、一般に、分子量が大きなイオンと分子量が小さなイオンとを比べると前者はイオン源１０から検出器１５までのイオンの通過効率が相対的に低いため、マススペクトル上で信号強度が低くなる傾向にある。そのため、全ての質量電荷比のピークを公平に扱うと、質量電荷比が大きなプロダクトイオンの寄与が小さくなる。そこで、質量電荷比が大きなピークほど大きな重みを付与するように重み付けを行うとよい。また、強度が小さなピークに対して小さな重みを付与するように重み付けを行うことで、強度が小さなノイズピークを実質的に除去する効果が得られる。

即ち、ステップＳ１〜Ｓ６の処理では、目的化合物に対する質量分析結果に基づいて推定された複数の組成式候補に対しそれぞれ組成スコアが算出され、さらに各組成式候補についてそれぞれ推定された化学構造式候補に対しそれぞれ部分構造スコアが算出される。図３の例では、例えば、組成式候補Ａに対して推定された化学構造式候補がＡ１である化合物候補の組成スコアはＰ１、部分構造スコアはＱ１である。

化合物推定部２８は、或る１つの組成式候補から求まる１つの化学構造式候補について、ステップＳ４で得られた組成スコアとステップＳ６で得られた部分構造スコアとを取得し、その相加平均又は相乗平均による平均値を計算してこれを総合スコアとする。そして、全ての化学構造式候補に対して、つまりは化合物候補に対して同様に総合スコアを再計算する（ステップＳ７）。

化合物推定部２８はこの総合スコアを利用して化合物候補を絞り込む。即ち、例えば総合スコアに予め閾値を設定しておき、該閾値よりも総合スコアが低い化合物候補を除外した上で、残った化合物候補を総合スコアに従って順位付けする（ステップＳ８）。そして、順位付けされた化合物候補を表示部５の画面上に総合スコアと共に表示する（ステップＳ９）。総合スコアで有意な差がつかない場合には、必ずしも総合スコアが高い化合物候補が正解であるとは限らない。そこで、分析者は表示部５の画面上に表示された化合物候補及び総合スコアを確認し、他の要素を勘案して目的化合物を同定する。もちろん、複数の化合物候補が残っても、総合スコアで圧倒的に高い値を示す候補があれば、その候補が目的化合物であるとして確定的に表示するようにしてもよい。

以上のように、本実施例の化合物同定システムでは、推定された組成式候補に与えられた組成式スコアと、組成式候補に対応して推定された化学構造式候補に与えられた部分構造スコアとの両方を用いることで、化合物候補を効率良く絞り込むとともに、漏れのない正確性の高い化合物同定が可能である。

なお、上記実施例では、ステップＳ５において組成式候補を検索条件の１つとしてデータベース検索を行うことで、組成式候補に該当しない化合物候補がヒットすることを回避している。しかしながら、ステップＳ５では別の手法により、組成式候補に対応した化学構造式候補（化合物候補）のみを抽出することができる。例えば、化合物データベース２６に対するデータベース検索の際には、組成式を検索条件とせずに例えば目的化合物の分子量のみを検索条件とすることで、組成式候補に対応しないものも含む多数の化学構造式候補を一旦抽出する。その後に、抽出された化学構造式候補と組成式候補との対応付けを試み、いずれの組成式候補にも該当しない化学構造式候補を除外してゆくことで絞り込む。こうした処理によっても最終的に上記実施例と同じ化学構造式候補を抽出することが可能である。

また、上記実施例は本発明の一例であって、上記記載の各種変形例のほかに、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加など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。

１…質量分析部
１０…ＥＳＩイオン源
１１…加熱キャピラリ管
１２…イオン輸送光学系
１３…イオントラップ
１４…ＴＯＦＭＳ
１５…検出器
２…処理・制御部
２０…データ収集処理部
２１…データ格納部
２２…マススペクトル作成部
２３…組成推定部
２４…組成スコア算出部
２５…構造推定部
２６…化合物データベース
２７…部分構造スコア算出部
２８…化合物推定部
３１…分析制御部
３２…プリカーサイオン自動選択部
４…入力部
５…表示部

Claims (2)

1. 測定対象の物質に由来するイオンをｎ−１（ｎは２以上の整数）段階に解離させるＭＳⁿ分析を実行してＭＳⁿスペクトルを取得可能な質量分析装置を用い、未知化合物の同定や構造解析を行う化合物同定方法であって、
   a)未知化合物に対する質量分析により得られたマススペクトルから求まる該未知化合物の分子量に基づいて組成式候補を求める組成式候補抽出ステップと、
   b)前記組成式候補抽出ステップにより抽出された組成式候補毎に、分子量の理論値と実測値との一致性を示す組成スコアを算出する組成スコア計算ステップと、
   c)化学構造情報が収録された化合物データベースに対するデータベース検索を利用して、前記組成式候補抽出ステップで抽出された各組成式候補に対応した構造式をそれぞれ推定して構造式候補を抽出する構造式候補抽出ステップと、
   d)前記構造式候補抽出ステップにより抽出された構造式候補毎に、未知化合物に対する質量分析により得られたＭＳ^m（ただしｍは２〜ｎの範囲の整数で任意の数の整数）スペクトル上のピークの質量電荷比とその構造式候補の部分構造との一致性を示す部分構造スコアを算出する部分構造スコア計算ステップと、
   e)各組成式候補の組成スコアと各構造式候補の部分構造スコアとに基づいて、未知化合物に該当する化合物の候補を絞り込む化合物推定ステップと、
   を有することを特徴とする化合物同定方法。
2. 測定対象の物質に由来するイオンをｎ−１（ｎは２以上の整数）段階に解離させるＭＳⁿ分析を実行してＭＳⁿスペクトルを取得可能な質量分析装置を用い、未知化合物の同定や構造解析を行う化合物同定システムであって、
   a)未知化合物に対する質量分析により得られたマススペクトルから求まる該未知化合物の分子量に基づいて組成式候補を求める組成式候補抽出手段と、
   b)前記組成式候補抽出手段により抽出された組成式候補毎に、分子量の理論値と実測値との一致性を示す組成スコアを算出する組成スコア計算手段と、
   c)化学構造情報が収録された化合物データベースに対するデータベース検索を利用して、前記組成式候補抽出手段で抽出された各組成式候補に対応した構造式をそれぞれ推定して構造式候補を抽出する構造式候補抽出手段と、
   d)前記構造式候補抽出手段により抽出された構造式候補毎に、未知化合物に対する質量分析により得られたＭＳ^m（ただしｍは２〜ｎの範囲の整数で任意の数の整数）スペクトル上のピークの質量電荷比とその構造式候補の部分構造との一致性を示す部分構造スコアを算出する部分構造スコア計算手段と、
   e)各組成式候補の組成スコアと各構造式候補の部分構造スコアとに基づいて、未知化合物に該当する化合物の候補を絞り込む化合物推定手段と、
   を備えることを特徴とする化合物同定システム。

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