JP2666838B2 - Quantitative analysis method using gas chromatography mass spectrometer - Google Patents

Quantitative analysis method using gas chromatography mass spectrometer

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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、ガスクロマトグラフィ質量分析計を用いて
含有量未知の試料の定量分析を行なう方法に関する。 (ロ)従来技術とその問題点 一般に、ガスクロマトグラフィ質量分析計を用いて試
料の定量分析を行なう方法として、従来、マスクロマト
グラフ(MC)を利用した手法がある。これは、コンピュ
ータを利用した分析手法であって、含有量未知の試料に
ついて質量走査を一定時間間隔で繰り返し行なってマス
スペクトルを測定した後、得られた試料についての数百
のマススペクトルから分析対象となる物質の特定の質量
数のイオン強度の時間変化をマスクロマトグラムとして
作成し、そのマスクロマトグラムの各ピークの面積と、
予めその物質について求めておいた検量線とから試料に
含まれる各物質の定量値を算出するものである。 ところで、こうしたマスクロマトグラムに基づく定量
分析を行なうには、まず、試料に含まれる物質を同定す
る必要がある。この同定には、従来、各種の標準物質に
ついて蓄積されている保持時間データから標準保持時間
を設定し、この標準保持時間の許容範囲内に入るピーク
によって物質を一義的に同定する絶対保持時間法と、分
析条件の変動による保持時間のずれを補正して同定を行
なう相対保持時間法とが採用されている。 しかしながら、両方法とも、ガスクロマトグラフに試
料を注入してからの物質のピークが現われるまでの保持
時間を基準にしているので、たとえば、試料に不純物が
混入し、しかも、その不純物が分析対象物質と同じ程度
の保持時間を示す場合には、質量数も互いに類似してい
ることが多いので、両者を識別することができない。そ
のため、分析結果は不純物も含めた定量値となり、分析
の信頼性が乏しくなるなどの不都合を生じていた。しか
も、分析者のガスクロマトグラフへの試料注入の慣れ、
不慣れ等によって保持時間が変動することが多く、ま
た、絶対保持時間法や相対保持時間法では、分析条件の
変更に伴ない同定条件、すなわち、標準保持時間、許容
範囲を変更する必要があり、これらのために分析操作が
煩雑となっていた。さらに、本発明は、このような事情
に鑑みてなされたものであって、試料に分析対象物質と
同じ程度の保持時間をもつ不純物が混入した場合でもそ
の不純物の混入を識別することができ、しかも、保持時
間の変動に影響されずに確実に物質の同定ができるよう
にして、分析結果の信頼性を向上させるとともに、分析
操作の煩雑さも解消することを目的とする。 (ハ)問題点を解決するための手段 本発明は、上記の目的を達成するために、ガスクロマ
トグラフィ質量分析計とコンピュータとを適用し、含有
量未知の試料について質量走査を一定時間間隔で繰り返
し行なってマススペクトルを測定した後、測定された試
料のマススペクトルに基づいて特定の質量数についての
マスクロマトグラムを作成し、作成されたマスクロマト
グラフに基づいて前記試料の定量分析を行なうにあた
り、 前記作成されたマスクロマトグラムの特定の質量数を
示すピークトップの位置に対応するマススペクトルのデ
ータを選定し、選定したマススペクトルのデータを含め
各種の既知物質について得られたマススペクトルのデー
タと照合して両データの類似度を求め、この類似度から
試料に含まれる物質を同定し、同定した物質について定
量分析を行なうようにしている。 (ニ)実施例 第1図は、本発明方法を実施するために適用される分
析装置のブロック図である。同図において、1はガスク
ロマトグラフィ質量分析計(GC/MS)、2はコンピュー
タ、4はコンピュータ2のCPU、6はコンピュータ2を
構成する内部メモリ、8はガスクロマトグラフィ質量分
析計1とコンピュータ2とを結合するインタフェイス、
10は外部記憶装置、12はCRTディスプレイ等の出力装置
である。 次に、上記の分析装置を適用した本発明方法を説明す
る。 まずガスクロマトグラフィ質量分析計1で予め成分と
濃度が既知の物質について、所定の質量範囲に渡って一
定時間間隔で繰り返し質量走査を行なったマススペクト
ルを測定する。そして、測定したこれらのマススペクト
ルのデータを、インタフェイス8、CPU4を介して内部メ
モリ6に一時記憶する。次に、内部メモリ6に記憶され
たマススペクトルのデータをCPU4によって読み出し、物
質の定量に適した質量数を特定してイオン強度の時間変
化の関係を示すマスクロマトグラムを作成する。上記の
操作を各種の既知物質について行なう。こうして作成し
た各既知物質のマスクロマトグラムのデータを出力装置
12に送出した場合には、第2図に示すようなマスクロマ
トグラムが表示される。なお、第2図には3種の既知物
質A、B、Cについてマスクロマトグラムを作成した場
合の表示例を示す。 そして、各既知物質(この例では、物質A、B、C)
について得られたマスクロマトグラムのピークトップの
位置に対応するマススペクトル(第3図参照)のデータ
を選定し、このデータをCPU4を介して内部メモリ6から
外部記憶装置10に転送して記憶させる。 また、各既知物質の濃度を変えて得られたマスクロマ
トグラムのピーク面積と濃度との関係から検量線を作成
し、この検量線のデータを外部記憶装置10に記憶させ
る。 次に、含有未知の試料について、たとえば、物質Cを
対象とした定量分析を行ないたい場合には、既知物質に
ついてマスクロマトグラムを測定した場合と同様に、ガ
スクロマトグラフィ質量分析計1を用いて試料の質量走
査を一定時間間隔で繰り返し行なってマススペクトルを
測定した後、第2図の既知物質のマスクロマトグラムを
参照して質量数を特定し、試料に含まれる物質のマスク
ロマトグラムを作成する。こうして作成した試料のマス
クロマトグラムは、第4図に示すようなプロファイルを
示す。なお、第4図には4種の物質H、I、J、Kにつ
いてマスクロマトグラムを作成した場合の表示例を示
す。 次に、外部記憶装置10に既に記憶されている既知物質
Cのピークトップの位置におけるマススペクトルのデー
タと各物質(上記の例では、物質H、I、J、K)のマ
スクロマトグラムの各ピークトップの位置に対応するマ
ススペクトルのデータとを逐次比較してデータの類似度
を求める。この類似度(SI)は、たとえば、次式によっ
て決定される。 SI=MSW/ASW ここに、ASWは、既知物質のマススペクトルのすべて
のイオン強度に対して質量数に応じた重み付け係数を乗
じて得られる積算値、MSWは、試料に含まれる物質のマ
ススペクトルから既知物質の質量数に対応して存在する
ピークを選択した場合の各イオン強度に、質量数に応じ
た重み付け係数を乗じて得られら積算値である。 そして、たとえば、物質Cのマススペクトルに対して
物質Jのピークトップのマススペクトルの類似度を求め
た場合に、その類似度が基準値以上ならば、物質Jは既
知物質Cと同定される。その場合、試料中に物質Jと同
じ保持時間を示すような不純物が含まれている場合に
は、類似度が基準値以下となるので、不純物を含んで定
量値を算出するといった不都合が回避される。 そして、同定した物質Jについて、そのピーク面積を
求め、この値と外部記憶装置10に記憶されている検量線
とから試料に含まれる物質Jの定量値を得る。 なお、本発明では、GC/MSを適用してマススペクトル
の測定を行なう場合について説明したが、ガスクロマト
グラフと赤外分光分析装置とを結合したGC/FT−IRにつ
いてピーク同定を行なう場合にも本発明方法を適用する
ことが可能である。 (ホ)効果 以上のように本発明によれば、試料に分析対象物質と
同じ保持時間をもつ不純物が混入した場合でもその不純
物の混入を識別することができ、しかも、保持時間の変
動に影響されることがないので、確実に物質の同定がで
きる。このため、分析結果の信頼性が向上するととも
に、分析操作の煩雑さも解消される等の優れた効果が発
揮される。
The present invention relates to a method for quantitatively analyzing a sample whose content is unknown using a gas chromatography mass spectrometer. (B) Conventional technology and its problems In general, as a method for performing quantitative analysis of a sample using a gas chromatography mass spectrometer, there is a conventional method using a mass chromatograph (MC). This is a computer-assisted analysis method, in which mass scans are repeated at regular time intervals on a sample with an unknown content to measure mass spectra, and then analyzed from hundreds of mass spectra on the obtained sample. Time variation of the ion intensity of a specific mass number of the substance to be created as a mass chromatogram, and the area of each peak of the mass chromatogram,
A quantitative value of each substance contained in the sample is calculated from a calibration curve previously obtained for the substance. By the way, in order to perform quantitative analysis based on such a mass chromatogram, first, it is necessary to identify a substance contained in a sample. For this identification, an absolute retention time method is used, in which a standard retention time is set from retention time data accumulated for various standard substances, and the substance is uniquely identified by a peak falling within the allowable range of the standard retention time. And a relative retention time method for performing identification by correcting a deviation of the retention time due to a change in analysis conditions. However, in both methods, the retention time from the injection of the sample into the gas chromatograph until the peak of the substance appears is used as a reference.For example, impurities are mixed into the sample, and the impurities are mixed with the analyte. When the same retention time is indicated, the mass numbers are often similar to each other, so that the two cannot be distinguished. For this reason, the analysis result is a quantitative value including impurities, which causes inconvenience such as poor reliability of the analysis. Moreover, analysts are accustomed to injecting samples into the gas chromatograph,
The retention time often fluctuates due to unfamiliarity, etc.In addition, in the absolute retention time method and the relative retention time method, it is necessary to change the identification conditions, that is, the standard retention time, the allowable range, with the change of the analysis conditions, For these reasons, the analysis operation was complicated. Further, the present invention has been made in view of such circumstances, even if impurities having the same retention time as the analyte to be mixed into the sample, it is possible to identify the contamination of the impurities, Moreover, it is an object of the present invention to reliably identify a substance without being affected by a change in retention time, to improve the reliability of an analysis result, and to eliminate the complexity of an analysis operation. (C) Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention applies a gas chromatography mass spectrometer and a computer, and repeats mass scanning for a sample whose content is unknown at regular time intervals. After performing a mass spectrum measurement, a mass chromatogram for a specific mass number is created based on the measured mass spectrum of the sample, and the quantitative analysis of the sample is performed based on the created mass chromatograph. Select the mass spectrum data corresponding to the peak top position indicating the specific mass number of the created mass chromatogram, and compare it with the mass spectrum data obtained for various known substances including the selected mass spectrum data To determine the similarity between the two data, identify the substances contained in the sample from this similarity, and identify And to perform a quantitative analysis of materials. (D) Embodiment FIG. 1 is a block diagram of an analyzer applied to carry out the method of the present invention. In the figure, 1 is a gas chromatography mass spectrometer (GC / MS), 2 is a computer, 4 is a CPU of the computer 2, 6 is an internal memory constituting the computer 2, 8 is a gas chromatography mass spectrometer 1 and the computer 2 Interface to combine
Reference numeral 10 denotes an external storage device, and reference numeral 12 denotes an output device such as a CRT display. Next, a method of the present invention to which the above-described analyzer is applied will be described. First, a mass spectrum of a substance whose components and concentrations are known in advance is repeatedly measured by a gas chromatography mass spectrometer 1 at predetermined time intervals over a predetermined mass range to measure a mass spectrum. Then, the measured mass spectrum data is temporarily stored in the internal memory 6 via the interface 8 and the CPU 4. Next, the mass spectrum data stored in the internal memory 6 is read out by the CPU 4, a mass number suitable for quantification of the substance is specified, and a mass chromatogram showing the relationship of the time change of the ion intensity is created. The above operation is performed for various known substances. Outputs the data of the mass chromatogram of each known substance created in this way.
When it is sent to 12, a mass chromatogram as shown in FIG. 2 is displayed. FIG. 2 shows a display example when a mass chromatogram is created for three types of known substances A, B, and C. And each known substance (substances A, B, C in this example)
The data of the mass spectrum (see FIG. 3) corresponding to the position of the peak top of the mass chromatogram obtained for is selected, and this data is transferred from the internal memory 6 to the external storage device 10 via the CPU 4 and stored. . Further, a calibration curve is created from the relationship between the peak area and the concentration of the mass chromatogram obtained by changing the concentration of each known substance, and the data of the calibration curve is stored in the external storage device 10. Next, when it is desired to perform a quantitative analysis of the sample whose content is unknown, for example, for the substance C, the sample is analyzed using the gas chromatography mass spectrometer 1 in the same manner as when the mass chromatogram is measured for the known substance. The mass scan is repeated at regular intervals to measure the mass spectrum, and then the mass number is specified with reference to the mass chromatogram of the known substance in FIG. 2 to create a mass chromatogram of the substance contained in the sample. . The mass chromatogram of the sample thus prepared shows a profile as shown in FIG. FIG. 4 shows a display example when a mass chromatogram is created for four types of substances H, I, J, and K. Next, the mass spectrum data at the peak top position of the known substance C already stored in the external storage device 10 and each of the mass chromatograms of the substances (in the above example, the substances H, I, J, and K). The similarity of the data is obtained by successively comparing the data of the mass spectrum corresponding to the position of the peak top. This similarity (SI) is determined, for example, by the following equation. SI = MSW / ASW where ASW is the integrated value obtained by multiplying all the ion intensities of the mass spectrum of the known substance by the weighting factor according to the mass number, and MSW is the mass spectrum of the substance contained in the sample Is an integrated value obtained by multiplying each ion intensity when a peak existing corresponding to the mass number of a known substance is selected from the above by a weighting coefficient corresponding to the mass number. For example, when the similarity of the mass spectrum at the peak top of the substance J to the mass spectrum of the substance C is obtained, and the similarity is equal to or more than the reference value, the substance J is identified as the known substance C. In this case, if the sample contains an impurity having the same retention time as that of the substance J, the similarity is equal to or less than the reference value, so that the inconvenience of calculating the quantitative value including the impurity is avoided. You. Then, the peak area of the identified substance J is determined, and the quantitative value of the substance J contained in the sample is obtained from this value and the calibration curve stored in the external storage device 10. Note that, in the present invention, the case where the mass spectrum is measured by applying GC / MS has been described.However, even when peak identification is performed for a GC / FT-IR in which a gas chromatograph and an infrared spectroscopic analyzer are combined, It is possible to apply the method of the present invention. (E) Effect As described above, according to the present invention, even when an impurity having the same retention time as the substance to be analyzed is mixed in the sample, the contamination of the impurity can be identified, and the variation in the retention time is affected. Since it is not performed, the substance can be identified reliably. Therefore, excellent effects such as improvement in reliability of the analysis result and elimination of complexity of the analysis operation are exhibited.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明方法を実施するために適用される分析装
置のブロック図、第2は既知物質についてのマスクロマ
トグラムを示す説明図、第3図は既知物質のマスクロマ
トグラムの各ピークトップにおけるマススペクトルを示
す説明図、第4図は含有量未知試料のマスクロマトグラ
ムを示す説明図である。 1……ガスクロマトグラフィ質量分析計、2……コンピ
ュータ、10……外部記憶装置。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an analyzer applied to carry out the method of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a mass chromatogram of a known substance, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a mass spectrum at each peak top of the mass chromatogram, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a mass chromatogram of a sample whose content is unknown. 1 ... gas chromatography mass spectrometer, 2 ... computer, 10 ... external storage device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 「Chromatographia」 7〔9〕 (1974) P.502 「Analytical Chemi stry」 45〔7〕 (1973) P. 1083   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (56) Reference "Chromatographia"                 7 [9] (1974) 502                 "Analytical Chemi               story "45 [7] (1973)               1083

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.ガスクロマトグラフィ質量分析計とコンピュータと
を適用し、含有量未知の試料について質量走査を一定時
間間隔で繰り返し行って、マススペクトルを測定した
後、測定された試料のマススペクトルに基づいて特定の
質量数についてのマスクロマトグラムを作成し、作成さ
れたマスクロマトグラムに基づいて前記試料の定量分析
を行うにあたり、 予め各種の既知物質について、前記含有量未知の試料と
同様の方法で作成したマスクロマトグラムにおけるピー
クトップの位置に対応するマススペクトルのデータを得
ておき、 前記含有量未知の試料について作成されたマスクロマト
グラムの各ピークトップの位置に対応するマススペクト
ルのデータを選定し、 選定したこのマススペクトルのデータを、予め各種の既
知物質について得られたマススペクトルのデータと照合
して両データの類似度を求め、 この類似度から試料に含まれる物質を同定し、 同定した物質について定量分析を行うことを特徴とする
ガスクロマトグラフィ質量分析計を用いた定量分析方
法。
(57) [Claims] Applying a gas chromatography mass spectrometer and a computer, repeatedly performing mass scanning on a sample whose content is unknown at regular time intervals, measuring a mass spectrum, and then determining a specific mass number based on the measured mass spectrum of the sample. In preparing a mass chromatogram and performing quantitative analysis of the sample based on the mass chromatogram prepared, a mass chromatogram prepared in advance in the same manner as the sample whose content is unknown for various known substances in advance The mass spectrum data corresponding to the position of the peak top is obtained in advance, and the mass spectrum data corresponding to each peak top position of the mass chromatogram created for the sample whose content is unknown is selected. The mass spectrum data is obtained from mass spectra obtained for various known substances in advance. Quantitative analysis using a gas chromatography mass spectrometer characterized by determining the similarity between the two data by comparing it with the spectrum data, identifying the substance contained in the sample from this similarity, and performing quantitative analysis on the identified substance. Analysis method.
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「Analytical Chemistry」 45〔7〕 (1973) P.1083
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