JP2024002268A - 試料分析装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の試料にわたるイオン強度変化を利用して複数の試料の差異分析を行う。【解決手段】ｍ個の試料それぞれに対してｎ回の質量分析を行うことにより生成されたｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストが作成される（Ｓ１２）。ｍ×ｎ個のピークリストに基づいてテーブル５８が作成される（Ｓ１４）。テーブル５８内の複数のイオン強度ベクトルとテンプレート６６とが比較され、これにより類似度列７２が作成される（Ｓ１８）。類似度列７２に基づいて、ｍ×ｎ個のマススペクトル等から、特定のピーク群が抽出される（Ｓ２２）。【選択図】図２

Description

本発明は、試料分析装置及び方法に関し、特に、複数の試料にわたって量的に変化している成分を特定する技術に関する。

差異分析においては、一般に、分析対象となった複数の試料に対して質量分析が適用され、これにより得られる複数のマススペクトルの比較により、試料間における差異が特定される。例えば、第１試料と第２試料の間において、一方の試料に含まれ他の試料には含まれない成分（化合物）が特定される。差異分析の対象となる複数の試料は、例えば、異なる劣化度を有する複数の材料、異なる製造条件の下で製造された複数の材料、又は、異なる評価を受けた複数の材料、である。

差異分析のためのマススペクトル解析方法として、様々な方法が知られている。例えば、主成分分析法、階層クラスタリング法、等が知られている。それらの方法は、複数の試料にわたるイオン強度変化をマススペクトル解析に利用するものではない。なお、特許文献１、２には、マススペクトル解析技術が開示されている。しかし、それらの特許文献には、複数の試料にわたるイオン強度変化を利用したマススペクトル解析技術は開示されていない。

国際公開２０１８／０２０６５２号公報 特開２０１９－１３２７５１号公報

本発明の目的は、複数の試料にわたるイオン強度変化に着目した新しい試料分析装置及び方法を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、複数の試料の関係を利用した差異分析を実現することにある。

本発明に係る試料分析装置は、差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対してｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析を行うことにより、ｍ×ｎ個のマススペクトルを取得する質量分析部と、前記ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストを作成するリスト作成部と、前記ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルを作成するテーブル作成部であって、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルを定義するテーブル作成部と、前記複数のイオン強度ベクトルと前記差異分析のためのテンプレートとを比較し、これにより複数の評価値を演算する比較部と、前記複数の評価値に基づいて、前記ｍ×ｎ個のマススペクトル、前記ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための処理を適用する処理部と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る試料分析方法は、差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対してｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析を行うことにより、ｍ×ｎ個のマススペクトルを取得する工程と、前記ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストを作成する工程と、前記ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルを作成する工程であって、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルを定義する工程と、前記複数のイオン強度ベクトルと前記差異分析のためのテンプレートとを比較し、これにより複数の評価値を演算する工程と、前記複数の評価値に基づいて、前記ｍ×ｎ個のマススペクトル、前記ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための処理を適用する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の試料にわたるイオン強度変化に着目した新しい試料分析装置及び方法を提供できる。あるいは、本発明によれば、複数の試料の関係を利用した差異分析を実現できる。

実施形態に係る試料分析装置を示すブロック図である。 実施形態に係る試料分析方法を示す説明図である。 ピークリストの作成を示す図である。 テーブルの一例を示す図である。 テンプレートの一例を示す図である。 並び替えを示す図である。 識別処理されたマススペクトルを示す図である。 識別処理されたＫＭＤプロットを示す図である。 チャートを示す図である。 テンプレートの他の例を示す図である。 テンプレートセットの一例を示す図である。 第１マススペクトルを示す図である。 第１ＫＭＤプロットを示す図である。 第２マススペクトルを示す図である。 第２ＫＭＤプロットを示す図である。 第３マススペクトルを示す図である。 第３ＫＭＤプロットを示す図である。 第２実施形態に係る試料分析方法を示す図である。 第３実施形態に係る試料分析方法を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る試料分析装置は、質量分析部、リスト作成部、テーブル作成部、比較部、及び、処理部を有する。質量分析部は、差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対してｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析を行うことにより、ｍ×ｎ個のマススペクトルを取得する。リスト作成部は、ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストを作成する。テーブル作成部は、ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルを作成する。より詳しくは、テーブル作成部は、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルを定義する。比較部は、複数のイオン強度ベクトルと差異分析のためのテンプレートとを比較し、これにより複数の評価値を演算する。処理部は、複数の評価値に基づいて、ｍ×ｎ個のマススペクトル、ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、複数のイオン強度ベクトルに対して、差異分析のための処理を適用する。

注目するイオン強度変化（注目するイオン強度列）がテンプレートとして登録される。テンプレートがテーブル内の複数のイオン強度ベクトルと比較される。これにより得られる複数の評価値に基づいて、テンプレートとの間に一定の関係を有する複数のイオン強度ベクトルが特定され、つまり、テンプレートとの間に一定の関係を有する複数のピーク（特定のピーク群）が特定される。

テンプレートの内容を操作することにより、様々な差異分析を行える。例えば、第１試料に含まれるが第２試料に含まれない成分の情報、時間経過に従って減少する成分の情報、時間経過に従って増加する成分の情報、等を得られる。実施形態に係る試料分析方法は、複数の試料にわたるイオン強度変化に着目した新しい試料分析方法であり、換言すれば、複数の試料についての既知又は既存の関係を利用する新しい試料分析方法である。

イオン強度ベクトルは、ｍ×ｎ個のイオン強度により構成され、あるいは、ｍ個の代表値により構成される。各代表値は、ｎ個のイオン強度の平均値、ｎ個のイオン強度の中央値、等である。上記の質量分析部は、後述する測定部及びマススペクトル作成器に相当する。上記のリスト作成部は、後述するピーク検出器に相当する。上記のテーブル作成部は、後述するテーブル作成器に相当する。上記の比較部は、後述する比較器に相当する。上記の処理部は、後述する処理部に相当する。

実施形態において、ｎは３以上の整数である。各イオン強度ベクトルは、ｍ×ｎ個のイオン強度の並びとして構成され、テンプレートは、ｍ×ｎ個のイオン強度の並びに対応したｍ×ｎ個の係数の並びとして構成される。ｎを３以上の整数とすることにより、ノイズの影響を低減して分析精度を高められる。

実施形態において、ｍ×ｎ個の係数は、ｍ個の試料に対応したｍ個の係数セットにより構成される。各係数セットは、同じ値を有するｎ個の係数により構成される。試料ごとのｎ回の測定において、測定条件の変更等によってイオン強度に変化が生じる場合、その変化をテンプレートに反映させてもよい。すなわち、各係数セットを構成するｎ個の係数の値を異ならせてもよい。

実施形態において、ｍ個の試料には、第１試料及び第２試料が含まれる。評価値は類似度である。第２試料に比べて第１試料により多く含まれる化合物を特定する場合には、テンプレートにおいて、第１試料に対応する各係数が有する値は、第２試料に対応する各係数が有する値よりも大きい。

実施形態において、比較部は、複数のイオン強度ベクトルに対して、差異分析のための複数のテンプレートを並列的に適用する。この構成によれば、複数のピーク群を並列的に抽出できる。実施形態において、比較部は、複数のイオン強度ベクトルに対して、差異分析のための複数のテンプレートを段階的に適用する。この構成によれば、複数のピーク群を段階的に抽出できる。複数のピーク群の段階的な抽出の結果、テーブルが段階的に縮小される。

実施形態において、ｍ個の試料には、第１試料及び第２試料が含まれる。差異分析のための処理には、ｍ×ｎ個のマススペクトル又はｍ×ｎ個のピークリストに含まれる特定のピーク群を抽出する処理が含まれる。特定のピーク群は、例えば、第２試料に比べて第１試料により多く含まれる化合物に対応するピーク群である。

実施形態において、差異分析のための処理には、更に、特定のピーク群を他のピーク群から識別できるように特定のピーク群を表現した画像を生成する処理が含まれる。特定のピーク群を示す表示要素群のみを含む画像が生成されてもよいし、特定のピーク群を示す識別処理された表示要素群を含む画像が生成されてもよい。

実施形態に係る試料分析装置は、ユーザーの指示に基づいてテンプレートを作成する作成部を含む。例えば、差異分析の目的に応じてテンプレートが作成される。あるいは、実施形態に係る試料分析装置は、テーブルにおける特定のイオン強度ベクトルに基づいてテンプレートを作成する作成部を含む。この構成によれば、ある化合物の量的変化と類似する量的変化を有する他の化合物を特定することが可能となる。

実施形態において、ｍ個の試料は、異なる劣化度を有するｍ個の試料、異なる製造条件に従って製造されたｍ個の試料、又は、異なる評価を受けたｍ個の試料、である。良品と評価された試料及び不良品と評価された試料により、ｍ個の試料が構成されてもよい。

実施形態に係る試料分析方法は、質量分析工程、リスト作成工程、テーブル作成工程、及び、処理工程を有する。質量分析工程では、差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対して、ｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析が行われる。これによりｍ×ｎ個のマススペクトルが取得される。リスト作成工程では、ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストが作成される。テーブル作成工程では、ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルが作成される。より詳しくは、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルが定義される。比較工程では、複数のイオン強度ベクトルと差異分析のためのテンプレートとが比較され、これにより複数の評価値が演算される。処理工程では、複数の評価値に基づいて、ｍ×ｎ個のマススペクトル、ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、複数のイオン強度ベクトルに対して、差異分析のための処理が適用される。

上記試料分析方法における、リスト作成工程、テーブル作成工程、及び、処理工程は、ソフトウエアの機能として実現され得る。上記試料分析方法を実行するプログラムが、可搬型記憶媒体又はネットワークを介して、情報処理装置へインストールされる。情報処理装置の概念には、例えば、コンピュータ、マススペクトル処理装置、試料分析装置、等が含まれる。情報処理装置は、上記プログラムを格納した非一時的記憶媒体を有する。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る試料分析装置が示されている。試料分析装置は、複数の試料に対して差異分析を実行する機能を有する。試料分析装置は、大別して、測定部１０及び情報処理部１２により構成される。測定部１０は質量分析装置により構成され、情報処理部１２は情報処理装置により構成される。

最初に、測定部１０について説明する。実施形態において、試料セット１４は、ｍ個の試料により構成される。ｍ個の試料が測定対象である。ｍは２以上の整数であり、実施形態においてｍは３である。より多くの試料が測定対象とされてもよい。試料ごとにｎ回の測定（質量分析）が実施される。ｎは１以上の整数であり、実施形態においてｎは３である。試料ごとに、より多くの測定が実施されてもよい。ノイズによる影響や諸々の誤差を低減するために、一般に、ｎは３以上である。図１においては、３つの試料がＡ，Ｂ，Ｃで表現されている。符号１５は、試料を管理する上での試料並び方向を示している。試料並び順と測定順を一致させてもよい。

なお、ｍ個の試料は、ｍ個の劣化度に対応するｍ個の試料、ｍ個の製造条件の下で製造されたｍ個の試料、又は、ｍ個の評価結果に対応するｍ個の試料である。他のｍ個の試料に差異分析が適用されてもよい。

測定部１０は、イオン源１６、質量分析器１８、及び、イオン検出器２０を有する。イオン源１６において、そこに導入された試料がイオン化される。イオン化によって生じたイオンが質量分析器１８へ送り出される。イオン源１６として、電子イオン化法に従うイオン源、化学イオン化法に従うイオン源、等の様々なイオン源を使用し得る。

質量分析器１８は、各イオンが有する質量電荷比に従って各イオンに対して質量分析を適用するものである。質量分析器１８として、飛行時間型質量分析器、四重極型質量分析器、等の各種の質量分析器を使用し得る。

質量分析器１８を通過したイオンがイオン検出器２０で検出される。イオン検出器２０から検出信号が出力される。検出信号は、マススペクトル情報を含む信号である。検出信号は、図示されていない信号処理回路を介して、情報処理部１２へ送られる。

次に、情報処理部１２について説明する。情報処理部１２は、例えば、コンピュータにより構成される。以下、最初に図１を用いて情報処理部１２の構成を簡単に説明し、続いて、図２を用いて当該構成をより詳しく説明する。

マススペクトル作成器２２は、検出信号に基づいてマススペクトル（ＭＳ）を作成する。具体的には、マススペクトル作成器２２は、試料ごとにｎ個のマススペクトルを作成する。ｍ個の試料の質量分析の結果、ｍ×ｎ個のマススペクトルが作成される。各マススペクトルが積算マススペクトルであってもよい。

記憶部２４は、半導体メモリ等により構成される。記憶部２４には、差異分析において生成又は処理される各種の情報が格納される。マススペクトル作成器２２により生成されたｍ×ｎ個のマススペクトル２６が記憶部２４に格納される。

ピーク検出器２８は、ピークリスト作成部として機能する。ピーク検出器２８は、各マススペクトルに対してピーク検出を適用する。これにより、マススペクトルごとにピークリスト（ＰＬ）が生成される。各ピークリストは、ｍ／ｚ軸上に並ぶ複数のイオン強度により構成される。ピーク検出器２８により生成されたｍ×ｎ個のピークリスト３０が記憶部２４に格納される。

テーブル作成器３２は、アライメント機能、規格化機能、等を有する。テーブル作成器３２により、記憶部２４上にテーブル３４が構築される。テーブル３４は、ｋ個のイオン強度列により構成される。ｋは２以上の整数である。各イオン強度列は、ｍ×ｎ個のイオン強度により構成される。個々のイオン強度列はイオン強度ベクトルを構成する。テーブル３４は、ｋ個のイオン強度ベクトルからなる。

記憶部２４には、１又は複数のテンプレートが登録される。図示の構成例では、３つのテンプレートＴ１，Ｔ２，Ｔ３が登録されており、それらによってテンプレートセット３８が構成されている。テンプレート作成器３６は、各テンプレートを作成するものである。ユーザーから入力器４０を介して入力された情報に基づいてテンプレートが作成されてもよい。テーブル３４に含まれるいずれかのイオン強度ベクトルに基づいてテンプレートが作成されてもよい。

比較器４２は、テーブル３４内の複数のイオン強度ベクトルと、選択されたテンプレートとを比較し、複数の評価値としての複数の類似度を演算する。ｋ個のイオン強度ベクトルに対応するｋ個の類似度により、類似度列４４が生成される。類似度列４４が記憶部２４に格納される。３つのテンプレートが使用された場合、３つの類似度列４４が生成及び格納される。

処理部４６は、図示の構成例において、抽出器４８、マススペクトル処理器５０、プロット作成器５２、等を有する。抽出器４８は、類似度列４４に基づいて、複数のマススペクトル又は複数のピークリストの中において、一定の条件を満たす特定のピーク群を識別しその特定のピーク群を抽出する。マススペクトル処理器５０は、特定のピーク群が識別表現されたマススペクトルを作成する。プロット作成器５２は、特定のピーク群が識別表現されたＫＭＤ（Kendrick Mass Defect）プロットを作成する。ＫＭＤプロットに代えてＲＫＭ（Remainder of Kendrick Mass）プロットが作成されてもよい。ＫＭＤプロット及びＲＫＭプロットについては後に詳述する。

表示器５４には、マススペクトル、ＫＭＤプロット、等が表示される。表示器５４は、例えば、ＬＣＤにより構成される。情報処理部１２は、プログラムを実行するプロセッサ（例えばＣＰＵ）を有する。上述したマススペクトル作成器２２，ピーク検出器２８，テーブル作成器３２，比較器４２，テンプレート作成器３６，処理部４６は、プロセッサが発揮する複数の機能に相当する。マススペクトル作成器２２が測定部１０内に設けられてもよい。

図２には、実施形態に係る試料分析装置の動作が示されている。図２には、実施形態に係る試料分析方法を示すフローチャートが含まれる。

質量分析工程Ｓ１０では、ｍ個の試料それぞれに対してｎ回の質量分析が実行される。これにより、ｍ×ｎ個のマススペクトル（ＭＳ）が生成される。ピークリスト作成工程Ｓ１２では、各マススペクトルに対してピーク検出が適用され、ピークリスト（ＰＬ）が作成される。ｍ×ｎ個のマススペクトルからｍ×ｎ個のピークリストが作成される。各ピークリストは、複数の質量電荷比（複数のｍ／ｚ）に対応付けられた複数のイオン強度からなる。各イオン強度は、一般に、ピークの面積に相当する。

テーブル作成工程Ｓ１４では、ｍ×ｎ個のピークリストに対して、アライメント及び規格化が適用される。これにより、テーブル５８が作成される。具体的には、アライメントは、各ピークリストのｍ／ｚ軸に含まれる誤差を前提としつつ、ｍ×ｎ個のピークリストを統合することにより、テーブル５８を作成する処理である。テーブル５８上において、個々のｍ／ｚに対して、ｍ×ｎ個のイオン強度が対応付けられる。当該ｍ×ｎ個のイオン強度がイオン強度列を構成する。実施形態においては、ｋ個のｍ／ｚに対応するｋ個のイオン強度列が構成される。ｋは２以上の整数であり、ｋは、例えば、数十、数百又は数千である。

規格化は、例えば、横方向の規格化及び縦方向の規格化により構成される。横方向の規格化では、例えば、イオン強度列ごとに、その中の最大イオン強度を１とする条件の下で、各イオン強度が規格化される。イオン強度列ごとにイオン強度の総和を１とする条件の下で、イオン強度列が規格化されてもよい。縦方向の規格化では、例えば、縦方向に並ぶｋ個のイオン強度ごとに、その中の最大イオン強度を１とする条件の下で、各イオン強度が規格化される。縦方向に並ぶｋ個のイオン強度ごとに、イオン強度の総和を１とする条件の下で、ｋ個のイオンが規格化されてもよい。ｋ個のイオン強度列それら全体が一括して規格化されてもよい。

アライメント及び規格化の実行の結果、ｋ個のイオン強度列（ｋ個のイオン強度ベクトル）からなるテーブル５８が構成される。テーブル５８における縦方向６０はｍ／ｚ軸に相当する。テーブル５８における横軸６２は、試料並び方向であり、イオン強度並び方向でもある。個々のイオン強度ベクトルは、規格化後のｍ×ｎ個のイオン強度からなる。符号６４は、各試料に対するｎ回の測定で得られたｎ個のイオン強度の並びを示している。その並びは測位順に相当する。符号６５は、ｋ個のイオン強度ベクトルにおける特定のイオン強度ベクトルを示している。

比較工程Ｓ１８では、ｋ個のイオン強度ベクトルとテンプレート６６とが比較される。これによりｋ個の類似度が演算される。各類似度は、例えば、ベクトル間のユークリッド距離である。ユークリッド距離が０の場合に類似度最大となる。２つのベクトルの関係を評価する他の評価値が演算されてもよい。ｋ個のイオン強度ベクトルに対応するｋ個の類似度により、類似度列７２が構成される。

テンプレート６６は、ｍ×ｎ個の係数により構成される。各係数は例えば０～１の間の値を有する。符号６８が示すように、ユーザーにより各係数の値が指定されてもよい。例えば、試料Ａに含まれ且つ試料Ｂ、Ｃには含まれない成分を特定するためのテンプレートが指定されてもよいし、試料Ａ、Ｂには含まれず且つ試料Ｃに含まれる成分を特定するためのテンプレートが指定されてもよい。符号７０が示すように、いずれかの既存のイオン強度ベクトルがテンプレートとされてもよい。例えば、化合物αのイオン強度変化と同じイオン強度変化を有する化合物βを特定したい場合、化合物αに対応するイオン強度ベクトルをテンプレートにし得る。既存のイオン強度ベクトルの加工又は修正によりテンプレートが作成されてもよい。

並び替え工程Ｓ２０では、類似度列７２に基づいて、ｋ個のイオン強度ベクトルが類似度順で並び変えられる。最大の類似度に対応するイオン強度ベクトルが最上位に配置される。これにより並び替え後のテーブル５８Ａが構成される。符号７２Ａは、並び替え後の類似度列を示している。並び替え工程Ｓ２０を省略してもよい。

ピーク群抽出工程Ｓ２２では、並び替え後のテーブル５８Ａにおいて、符号７４が示すように、閾値以上の類似度を有する複数のイオン強度ベクトルが特定され、それらに対応する複数のピークが特定のピーク群として識別される。例えば、試料Ａだけに含まれる化合物Ｘを特定するためのテンプレートが使用された場合、試料Ａに対応するｎ個のマススペクトル又はｎ個のピークリストに含まれる（化合物Ｘに対応する）特定のピーク群が識別された上で、特定のピーク群（実際には特定のイオン強度群）が抽出される。特定のピーク群は、識別表示対象となるものである。ピーク群の抽出は、ピーク群の分類とも言い得る。

ピーク群の識別及び抽出に先立って、注目する試料から取得されたｎ個のマススペクトルに基づいて平均マススペクトルが作成されてもよいし、注目する試料に対応するｎ個のピークリストに基づいて平均ピークリストが作成されてもよい。ｎ個のマススペクトルの中から選択された代表マススペクトル、又は、ｎ個のピークリストの中から選択された代表ピークリストから、特定のピーク群が抽出されてもよい。特定のピーク群の抽出後に、ｎ個のピークごとに平均値が演算されてもよい。

画像形成工程Ｓ２４では、差異分析の結果を表す画像が形成される。例えば、特定のピーク群を含むマススペクトルが作成される。その場合、例えば、特定のピーク群が所定の色相で識別表現され、他のピーク群がグレー表現されてもよい。特定のピーク群のみを含むマススペクトルが作成されてもよい。

画像形成工程Ｓ２４において、特定のピーク群を含むＫＭＤプロット７８又はＲＫＭプロット８０が作成されてもよい。その場合、特定のピーク群を表す特定の表示要素群が所定の色相で識別表現され、他のピーク群を表す表示要素群がグレー表現されてもよい。特定のピーク群に対応する特定の表示要素群のみを含むＫＭＤプロット７８又はＲＫＭプロット８０が作成されてもよい。特定されたピーク群を表現する画像として多様な画像を採用し得る。なお、特定されたピーク群に基づく組成分析により、差異分析結果として特定の化合物が特定されてもよい。ピーク群抽出工程Ｓ２２及び画像形成工程Ｓ２４は処理工程に相当する。

本実施形態に係る試料分析方法を、具体例を示しつつ、更に説明する。

図３には、ピークリストの作成が示されている。マススぺクトルＭＳ１に対してピーク検出を適用することにより、ピークリストＰＬ１が作成される。ピークリストＰＬ１は、複数のｍ／ｚに対応付けられた複数のイオン強度により構成される。

図４には、テーブルの一例が示されている。図示されたテーブル５８は、ｋ個のｍ／ｚに対応付けられたｋ個のイオン強度ベクトル９０により構成される。各イオン強度ベクトル９０は、ｍ×ｎ個（具体的には９個）の規格化後のイオン強度９４により構成される。なお、図４において、Ａ，Ｂ，Ｃは試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃを示している。Ａ１，Ａ２，Ａ３は、試料Ａの１回目の測定、試料Ａの２回目の測定、試料Ａの３回目の測定を示している。Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３及びＣ１，Ｃ２，Ｃ３も同様である。

図５には、テンプレートの一例が示されている。図示されたテンプレート６６は、３つの試料Ａ，Ｂ，Ｃに対してそれぞれ３回の質量分析を行う場合において、試料Ａに含まれるが試料Ｂ，Ｃには含まれない（又はあまり含まれない）成分を特定するためのテンプレートである。

具体的には、テンプレート６６は、ｍ×ｎ個（具体的には９個）の係数１００により構成される。係数並び方向９８は、上述したイオン強度並び方向に対応する。別の見方をすると、テンプレート６６は、３つの試料に対応した３つの係数セットにより構成され、各係数セットは３つの係数からなる。各係数セットにおいては、３つの係数に同じ値が与えられている。具体的には、試料Ａに対応する３つの係数にはそれぞれ１が与えられており、試料Ｂに対応する３つの係数及び試料Ｃに対応する３つの係数にはそれぞれ０が与えられている。符号６６Ａは、テンプレート６６を表すグラフを示している。図５に示すテンプレートは一例であり、差異分析の目的に応じて多様なテンプレートを使用し得る。

図６には、並び替えの具体例が示されている。テーブル５８は、既に説明したように、ｋ個のｍ／ｚに対応するｋ個のイオン強度ベクトルにより構成される。類似度列７２は、ｋ個のイオン強度ベクトルについて演算されたｋ個の類似度により構成される。

並び替え後において、テーブル５８Ａ及び類似度列７２Ａが生じる。符号７４は、閾値以上の類似度が演算された複数のイオン強度ベクトルを示している。例えば、図５に示したテンプレートが使用された場合、符号１０２で示すエリアに属する複数のピークが特定のピーク群として抽出される。その抽出に先立って、又は、その抽出後に、ｍ／ｚごとに３つのイオン強度の平均値が演算される。

図７には、識別表現された特定のピーク群を含むマススペクトルが示されている。マススペクトル１０６において、横軸はｍ／ｚ軸であり、縦軸は強度軸である。特定のピーク群に属するピーク１０８が濃く表現されており、特定のピーク群に属しないピーク１１０が薄く表現されている。マススペクトル１０６の観察により、例えば、試料Ａのみに含まれる成分を識別し得る。

ＫＭＤプロットの説明に先立って、ＫＭＤ解析について説明しておく。ＫＭＤ解析は、ポリマー試料のマススペクトルを解析する方法である。ある重合度ｎを有するポリマーの質量（分子量）Ｍは、例えば、以下のように表現される。
M＝Mr×n＋Me＋Mc ・・・(１)

上記質量Ｍは観測質量とも言い得る。ここで、Ｍｅは末端基の質量（分子に２つの末端基が含まれる場合にはそれらの質量の合計値）であり、Ｍｃはイオン化に先立ってカチオン化剤が添加された場合における付加部分の質量である。ｚ＝１つまり１価を前提とした場合、マススペクトルにおける各ピークのｍ／ｚから各分子の質量が特定される。

ケンドリックマス（ＫＭ）は以下のように定義される。
KM＝M×Mri／Mr ・・・(２)

ここで、Ｍｒｉは、モノマー（繰り返し単位）の整数質量であり、Ｍｒはモノマーの精密質量である。上記（２）式において、ポリマーの質量Ｍに対して乗算される係数（Ｍｒｉ／Ｍｒ）は、モノマーの精密質量（例えば５８．４２）を整数質量（例えば５８）に換算する作用を有する。

上記（２）式中のＭに対して（１）式の右辺を代入すると、以下のようになる。
KM＝（Mr×n＋Me＋Mc） ×Mri／Mr ・・・(３-１)
＝Mri×n＋（Me＋Mc）×Mri／Mr ・・・(３-２)
＝Mri×n＋（B＋b） ・・・(３-３)

ここで、Mri×nは整数値である。大文字Ｂは（Me＋Mc）×Mri／Mrにおける整数部分を示しており、小文字ｂは（Me＋Mc）×Mri／Mrにおける小数部分を示している。

ノミナルケンドリックマス（ＮＫＭ）は、上記ＫＭの小数点以下（つまりｂ）に対して四捨五入を適用することにより得られる整数値である。具体的には、以下のとおりである。
NKM＝Mri×n＋B＋１ （b≧0.5） ・・・(4-１)
＝Mri×n＋B （b＜0.5） ・・・(4-２)

ケンドリックマスディフェクト（ＫＭＤ）は、以下のように定義される。ＫＭＤは、整数値からの不足分又は欠損分に相当する。
KMD＝NKM－KM ・・・(5-１)
＝１－b （b≧0.5） ・・・(5-２)
＝－b （b＜0.5） ・・・(5-３)

ＫＭＤ解析では、ＮＫＭを表す横軸とＫＭＤを表す縦軸とで定義される二次元座標系に対して、ポリマー試料のマススペクトルに含まれる複数のピークに対応する複数の要素（例えば円）が配置される。これにより、ＫＭＤプロットが生成される。例えば、各要素のサイズにより各ピークの強度が表現される。ＫＭＤプロットにおいて、ポリマーシリーズを構成する複数のピークに対応する複数の要素は、横軸に平行に均等間隔で並ぶ。その間隔は繰り返し単位に相当する。ＫＭＤプロットにおいては、重合度の大小は縦軸方向の位置に影響を与えなくなる。なお、幾つかの文献の中には、ＫＭの整数部分がＮＫＭであるとする簡略化された説明も見受けられる。一般に、ＫＭＤは－０．５から＋０．５までの間の値をとる。

ＫＭＤを表す縦軸に代えて、リメインダーオブケンドリックマス（ＲＫＭ）を表す縦軸が採用されることもある。その場合、ＲＫＭプロットが生成される。ＲＫＭは、以下のように定義される。
RKM＝KM／Mri－Floor（KM／Mri） ・・・(6)

ここで、Floor（Ｘ）は、Ｘにおける小数点以下を切り捨てる演算子である。上記（６）式中のＫＭに対して、上記（３－２）式を代入すると、以下のようになる。
RKM＝｛n＋（Me＋Mc）／Mr｝－Floor｛n＋（Me＋Mc）／Mr｝ ・・・(7)

上記のｎは上記（７）式において消去できる。結局、ＲＫＭは以下のように表現される。
RKM＝（Me＋Mc）／Mr－Floor｛（Me＋Mc）／Mr｝ ・・・(8)

ＲＫＭは、末端基の質量とカチオン化剤の質量の合計値を繰り返し単位の質量で除して得られる値における小数である。ＲＫＭも重合度ｎに依存しない値である。一般に、ＲＫＭは、０から１．０までの間の値をとる。

ＲＫＭプロットの横軸はＫＭを示し、その縦軸はＲＫＭを示す。ＲＫＭプロットにおいても、ＫＭＤプロット同様、ポリマーシリーズに相当する複数の要素が横軸と並行に等間隔で並ぶ。

図８には、実施形態において作成されるＫＭＤプロットの具体例が示されている。横軸はＮＫＭ軸であり、縦軸はＫＭＤ軸である。図示されたＫＭＤプロット１１０において、上記の特定のピーク群が複数の黒い円１１２で表現されており、特定のピーク群以外の複数のピークが複数の白い円１１４で表現されている。ＫＭＤプロット１１０によれば、例えば、試料Ａのみに含まれるポリマーを容易に特定し得る。

図９に示すチャートが表示されてもよい。そのチャートには、テンプレートを示すグラフ１１６とイオン強度ベクトルを示すグラフ１１８とが含まれる。横軸は、係数番号及びイオン強度番号を示している。左側の縦軸はイオン強度を示しており、右側の縦軸は係数の値を示している。なお、イオン強度として、最大値を１００％とする相対強度を示してもよい。グラフ１１６を構成する９個の要素１１６ａが９個の係数を示しており、グラフ１１８を構成する９個の要素１１８ａが９個のイオン強度を示している。このチャートの観察により、類似度を視覚的に認識することが可能である。特定のピーク群の中から選択されたピークについて図９に示したチャートが表示される。ピーク群を構成する複数のイオン強度ベクトルから平均ベクトルを演算し、それをチャート上に表現してもよい。

図１０には、テンプレートの他の例が示されている。図１０の上段には劣化曲線１２０が示されている。横軸は時間軸であり、縦軸は劣化度を示している。例えば、３つのタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３において３つの試料がサンプリングされる。それらの試料に対して差異分析が適用される。

例えば、時間の経過に伴って徐々に減少する成分を特定したい場合、図１０の下段に示されているテンプレート１２２を使用し得る。テンプレート１２２は、３つの試料に対応する３つの係数セットにより構成される。第１試料に対応する第１係数セットを構成する３つの係数には１が与えられており、第２試料に対応する第２係数セットを構成する３つの係数には０．５が与えられており、第３試料に対応する第３係数セットを構成する３つの係数には０が与えられている。グラフ１２２Ａはテンプレートを示すグラフである。

図１１には、テンプレートセットの一例が示されている。図示されたテンプレートセット１２４は、第１テンプレート１２４－１、第２テンプレート１２４－２、及び、第３テンプレート１２４－３により構成される。測定対象は、試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃである。符号１２６Ａは試料Ａに対応する区間を示しており、符号１２６Ｂは試料Ｂに対応する区間を示しており、符号１２６Ｃは試料Ｃに対応する区間を示している。第１テンプレート１２４－１は、もっぱら試料Ａのみに含まれる成分を特定するためのものである。第２テンプレート１２４－２は、もっぱら試料Ｂのみに含まれる成分を特定するためのものである。第３テンプレート１２４－３は、もっぱら試料Ｃのみに含まれる成分を特定するためのものである。３つのテンプレート１２４－１，１２４－２，１２４－３が並列的に適用される。

第１テンプレートを使用した場合、例えば、図１２に示されるマススペクトル１２６や図１３に示されるＫＭＤプロット１２８が作成及び表示される。マススペクトル１２６及びＫＭＤプロット１２８は、第１テンプレートの使用により抽出された第１のピーク群のみを示している。

第２テンプレートを使用した場合、例えば、図１４に示されるマススペクトル１３０や図１５に示されるＫＭＤプロット１３２が作成及び表示される。マススペクトル１３０及びＫＭＤプロット１３２は、第２テンプレートの使用により抽出された第２のピーク群のみを示している。

第３テンプレートを使用した場合、例えば、図１６に示されるマススペクトル１３４や図１７に示されるＫＭＤプロット１３６が作成及び表示される。マススペクトル１３４及びＫＭＤプロット１３６は、第３テンプレートの使用により抽出された第３のピーク群のみを示している。

図１８には、第２実施形態に係る試料分析方法が示されている。３つの試料それぞれに対して３回の質量分析が実施される。つまり、ｍ＝３，ｎ＝３である。テーブル１３７は、ｋ個のｍ／ｚに対応するｋ個のイオン強度ベクトルにより構成される。第２実施形態では、個々のイオン強度ベクトルが３つのイオン強度により構成される。各イオン強度１４０は、３つのイオン強度の平均値である。すなわち、ｍ／ｚごとに、且つ、試料ごとに、３つのイオン強度の平均値が演算される。

テンプレート１３８は、３つの試料に対応する３つの係数１４２により構成される。テンプレート１３８がｋ個のイオン強度ベクトルと比較される。これによりｋ個の類似度が求められる。ｋ個の類似度に基づいて、特定のピーク群が特定される。

図１９には、第３実施形態に係る試料分析方法が示されている。３つの試料それぞれに対して３つの質量分析が実施される。つまり、ｍ＝３，ｎ＝３である。テーブル１４４は、図６に示したテーブルと同様の構成を有する。比較工程は、複数のサブ工程により構成される。以下に説明するように複数にテンプレートが段階的に適用される。

具体的には、第１サブ工程（Ａ）において、第１テンプレート１４６が利用され、これにより第１類似度列１５２が生成される。第１類似度列１５２に基づいて、第１のピーク群が特定される。第１テンプレート１４６は、ユーザーの指示に基づいて作成され（符号１５０を参照）、あるいは、テーブル１４４内の特定のイオン強度ベクトルに基づいて作成される（符号１５２を参照）。

第２サブ工程（Ｂ）においては、テーブル１４４から第１のピーク群に相当する複数のイオン強度ベクトルを除外することによりテーブル１４４Ａが作成され、それが使用される。その場合、例えば、テーブル１４４Ａに含まれる特定の残留イオン強度ベクトルが第２テンプレート１５４として用いられる（符号１５８を参照）。第２サブ工程（Ｂ）において、ユーザーの指示に基づいて第２テンプレートが作成されてもよい。

テーブル１４４Ａ内の複数のイオン強度ベクトルと第２テンプレート１５４とが比較され、第２類似度列１５２Ａが作成される。第２類似度列１５２Ａに基づいて第２のピーク群が特定される。必要に応じて、更に、第３サブ工程等が実行される。第３実施形態によれば、複数のピーク群を精度良く段階的に抽出できる。

１０ 測定部、１２ 情報処理部、１４ 試料セット、２２ マススペクトル作成器、２４ 記憶部、３２ テーブル作成器、３６ テンプレート作成器、４２ 比較器、４６ 処理部、４８ 抽出器、５０ マススペクトル処理器、５２ プロット作成器。

Claims (13)

1. 差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対してｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析を行うことにより、ｍ×ｎ個のマススペクトルを取得する質量分析部と、
   前記ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストを作成するリスト作成部と、
   前記ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルを作成するテーブル作成部であって、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルを定義するテーブル作成部と、
   前記複数のイオン強度ベクトルと前記差異分析のためのテンプレートとを比較し、これにより複数の評価値を演算する比較部と、
   前記複数の評価値に基づいて、前記ｍ×ｎ個のマススペクトル、前記ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための処理を適用する処理部と、
   を含むことを特徴とする試料分析装置。
2. 請求項１記載の試料分析装置において、
   前記ｎは３以上の整数であり、
   前記各イオン強度ベクトルは、前記ｍ×ｎ個のイオン強度の並びとして構成され、
   前記テンプレートは、前記ｍ×ｎ個のイオン強度の並びに対応したｍ×ｎ個の係数の並びとして構成された、
   ことを特徴とする試料分析装置。
3. 請求項２記載の試料分析装置において、
   前記ｍ×ｎ個の係数は、前記ｍ個の試料に対応したｍ個の係数セットにより構成され、
   前記各係数セットは、同じ値を有するｎ個の係数により構成された、
   ことを特徴とする試料分析装置。
4. 請求項３記載の試料分析装置において、
   前記ｍ個の試料には、第１試料及び第２試料が含まれ、
   前記評価値は類似度であり、
   前記第２試料に比べて前記第１試料により多く含まれる化合物を特定する場合には、前記テンプレートにおいて、前記第１試料に対応する各係数が有する値は、前記第２試料に対応する各係数が有する値よりも大きい、
   ことを特徴とする試料分析装置。
5. 請求項１記載の試料分析装置において、
   前記比較部は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための複数のテンプレートを並列的に適用する、
   ことを特徴とする試料分析装置。
6. 請求項１記載の試料分析装置において、
   前記比較部は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための複数のテンプレートを段階的に適用する、
   ことを特徴とする試料分析装置。
7. 請求項１記載の試料分析装置において、
   前記ｍ個の試料には、第１試料及び第２試料が含まれ、
   前記差異分析のための処理には、前記ｍ×ｎ個のマススペクトル又は前記ｍ×ｎ個のピークリストに含まれる特定のピーク群を抽出する処理が含まれ、
   前記特定のピーク群は、前記第２試料に比べて前記第１試料により多く含まれる化合物に対応するピーク群である、
   ことを特徴とする試料分析装置。
8. 請求項７記載の試料分析装置において、
   前記差異分析のための処理には、更に、前記特定のピーク群を他のピーク群から識別できるように前記特定のピーク群を表現した画像を生成する処理が含まれる、
   ことを特徴とする試料分析装置。
9. 請求項１記載の試料分析装置において、
   ユーザーの指示に基づいて前記テンプレートを作成する作成部を含む、
   ことを特徴とする試料分析装置。
10. 請求項１記載の試料分析装置において、
    前記テーブルにおける特定のイオン強度ベクトルに基づいて前記テンプレートを作成する作成部を含む、
    ことを特徴とする試料分析装置。
11. 請求項１記載の試料分析装置において、
    前記ｍ個の試料は、異なる劣化度を有するｍ個の試料、異なる製造条件に従って製造されたｍ個の試料、又は、異なる評価を受けたｍ個の試料、である、
    ことを特徴とする試料分析装置。
12. 差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対してｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析を行うことにより、ｍ×ｎ個のマススペクトルを取得する工程と、
    前記ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストを作成する工程と、
    前記ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルを作成する工程であって、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルを定義する工程と、
    前記複数のイオン強度ベクトルと前記差異分析のためのテンプレートとを比較し、これにより複数の評価値を演算する工程と、
    前記複数の評価値に基づいて、前記ｍ×ｎ個のマススペクトル、前記ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための処理を適用する工程と、
    を含むことを特徴とする試料分析方法。
13. 差異分析の対象となったｍ個（但しｍは２以上の整数）の試料それぞれに対してｎ回（但しｎは１以上の整数）の質量分析を行うことにより生成されたｍ×ｎ個のマススペクトルを処理する情報処理装置において実行されるプログラムであって、
    前記ｍ×ｎ個のマススペクトルに基づいて、ｍ×ｎ個のピークリストを作成する機能と、
    前記ｍ×ｎ個のピークリストに基づいて、複数の質量電荷比に対応する複数のイオン強度ベクトルからなるテーブルを作成する機能であって、質量電荷比ごとに、ｍ×ｎ個のイオン強度に基づいてイオン強度ベクトルを定義する機能と、
    前記複数のイオン強度ベクトルと前記差異分析のためのテンプレートとを比較し、これにより複数の評価値を演算する機能と、
    前記複数の評価値に基づいて、前記ｍ×ｎ個のマススペクトル、前記ｍ×ｎ個のピークリスト、又は、前記複数のイオン強度ベクトルに対して、前記差異分析のための処理を適用する機能と、
    を含むことを特徴とするプログラム。
    

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