JP4337678B2

JP4337678B2 - クロマトグラフ質量分析装置

Info

Publication number: JP4337678B2
Application number: JP2004218769A
Authority: JP
Inventors: 克行種田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2006038628A

Description

本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置（GC/MS）や液体クロマトグラフ質量分析装置（LC/MS）などのクロマトグラフ質量分析装置に関する。

クロマトグラフ質量分析装置は、試料成分を分離するためのクロマトグラフ部と、該クロマトグラフ部によって分離された各成分をイオン化し、質量数（m/z）に応じて分離・検出する質量分析部とが連結された構成を有している。
試料中の各成分がクロマトグラフカラムを通過する時間（保持時間）は成分により異なるため、カラムを通過した移動相中において試料の各成分は時間的に分離される。カラムから溶出した各試料成分は質量分析部に送り込まれ、所定の時間間隔で分離・検出が行われる。

質量分析部に設けられたイオン検出器による検出結果を基に、イオンの質量数を横軸に、イオン強度を縦軸にとることにより各保持時間におけるマススペクトルが作成される。また、ある質量数に着目し、保持時間を横軸に、イオン強度を縦軸にとることによりマスクロマトグラムが作成され、更には質量数を問わずに、保持時間を横軸に、イオン強度を縦軸にとることによってトータルイオンクロマトグラムが作成される。また、SIM （Selected Ion Monitering：選択イオンモニタリング）法による測定を行う場合には、予め指定された複数の特定の質量数を有するイオンのみが選択的に検出され、該複数の質量数に関するクロマトグラムが作成される。
なお、本発明において単に「クロマトグラム」と記載した場合には、これらのクロマトグラムを含むものとする。

クロマトグラフ質量分析装置では、試料成分中の分析対象分子から生成したイオンのみを検出することが好ましいが、実際には、装置由来のノイズや、試料成分に含まれる夾雑物やクロマトグラフ部で移動相として使用される物質に起因する非測定対象イオン群の影響等により、マススペクトル上に不所望のピークが現れる。これらはバックグラウンドノイズと総称されており、定性分析や定量分析の妨げとなる。そのため、従来は、試料の前処理方法やデータ測定時の装置条件を検討することにより、夾雑成分の影響をできるだけ抑え、測定対象の成分が他の成分と重ならないように分析を実施していた。しかしながら、このような条件検討では十分に試料成分を分離できない場合があり、また、残留農薬の一斉分析等のように多種類の規制成分を短時間で分析する場合には、他の成分との重なりが発生せざるを得ないことがある。

そこで、測定後の信号処理の段階で、こうしたバックグラウンドノイズを測定データから除去することが行われている。このような機能を備えたクロマトグラフ質量分析装置としては、例えば、特許文献１に記載のように、試料成分由来のピークが存在しない時間におけるマススペクトルをバックグラウンドスペクトルとして分析対象となるマススペクトルから減算するものや、夾雑成分として予想される物質のマススペクトルをライブラリから選出し、解析対象スペクトルから減算することによってスペクトルを精製する機能を持つものなどがある。

特開2000-206103号公報（[0015]〜[0019],図1）

しかしながら、従来のスペクトル減算機能を備えたクロマトグラフ質量分析装置は、上述のような減算機能を単独で用いるものであり、バックグラウンドノイズのスペクトル強度が大きかったり、３つ以上の成分が重複して溶出していたりすると、スペクトルを十分に精製することができない場合があった。
本発明が解決しようとする課題は、測定データからバックグラウンドノイズ由来のスペクトルを十分に除去し、正確なマススペクトル及びクロマトグラムを得ることのできるクロマトグラフ質量分析装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置は、a)測定によって得られたクロマトグラム上で分析対象イオンの検出されない時刻におけるマススペクトルをバックグラウンドスペクトルとして指定するバックグラウンドスペクトル指定手段と、b)複数の化合物のマススペクトルを含むスペクトルライブラリを記憶したライブラリ記憶手段と、c)夾雑成分として予想される化合物のスペクトルを上記スペクトルライブラリの中から指定するライブラリスペクトル指定手段と、d)解析対象スペクトルの中から不要なピークを指定するスペクトルピーク指定手段と、e)前記バックグラウンドスペクトル指定手段、ライブラリスペクトル指定手段、及びスペクトルピーク指定手段のいずれかによって指定されたマススペクトル又はスペクトルピークを解析対象スペクトルから減算・除去する減算・除去手段と、f)前記減算・除去手段によって減算・除去処理を施された解析対象スペクトルに対し、更に前記各手段によるマススペクトル又はスペクトルピークの指定、及び減算・除去処理を実行するか否かを決定する再処理決定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置は、更に、g)前記スペクトルライブラリに含まれる複数の化合物のマススペクトルと、解析対象スペクトルとを比較し、該スペクトルライブラリの中から該解析対象スペクトルに存在するマススペクトルと類似度の高いマススペクトルを検索するスペクトル類似度検索手段と、h)解析対象スペクトルに対し、前記ライブラリスペクトル指定手段によるマススペクトルの指定、及び前記減算・除去手段によるマススペクトルの減算を実行するか否かを決定する減算処理決定手段とを備えることを特徴とするものであってもよい。

上記のように、スペクトルを精製する手段を複数設けると共に、一度精製処理を施したスペクトルに対し、必要に応じてスペクトル精製を繰り返し実施できる構成としたことによって、より正確な精製スペクトルを得ることができる。また、ライブラリのスペクトルやバックグラウンドスペクトルを分析対象のスペクトルから減算する機能に加えて、スペクトルピーク指定手段を設けて、明らかにバックグラウンド由来と判断されるスペクトルピークを直接指定して除去できるようにしたことによって、より簡便且つ効果的にスペクトルの精製を行うことができる。

また、スペクトル類似度検索手段を利用した場合、解析対象スペクトルとライブラリ中のスペクトルを比較し、解析対象スペクトル中に存在する可能性の高いスペクトルを検出した上で減算・除去を実施することができ、効率良くバックグラウンドノイズを排除することができる。

以下、本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、ガスクロマトグラフ質量分析装置を例にとるが、液体クロマトグラフ質量分析装置等の他のクロマトグラフ質量分析装置の場合も同様である。

図１は本実施例のクロマトグラフ質量分析装置の要部の構成を示すブロック図である。
本実施例のクロマトグラム質量分析装置は、大きく分けて、試料の分離・検出を行うGC/MS部１１と、GC/MS部１１によって得られた検出信号の解析を行うデータ処理部１２から成る。GC/MS部１１はガスクロマトグラフ部（GC部）１３と質量分析部（MS部）１４から成り、MS部１４にはイオンを検出するためのイオン検出器１５が設けられている。データ処理部１２は、解析処理部１６、減算処理部１７、レポート作成部１８、測定データ記憶部１９、ライブラリ記憶部２０、履歴記憶部２１、及び各部を制御するための制御部２２を備えており、更にキーボードやマウスから成り制御部２２に操作者の指示を入力するための入力部２３と、測定によって得られたマススペクトルやクロマトグラム、その他解析結果等を表示するための表示部２４、及び解析結果のレポート等を出力するためのプリンタ２５が設けられている。なお、図１では、測定データ記憶部１９、ライブラリ記憶部２０、及び履歴記憶部２１がそれぞれ独立に配置されているが、もちろん、これらの記憶部は単一の記憶装置（HDD等）を論理的に分割して構成することも可能である。

GC部１３に導入された測定試料は、クロマトグラフカラムによって時間的に分離された後、質量分析部によって所定の時間間隔で順次イオン化され、質量数に基づいて分離されてイオン検出器１５で検出される。該イオン検出器１５から変換・出力されるデジタルデータは、測定データ記憶部１９に記憶される。該測定データ記憶部１９に記憶されたデータを基に解析処理部１６で各保持時間におけるマススペクトルが作成され、更に、マススペクトルを取得する毎にそのイオン強度の合計を算出し、時間軸方向に展開して描出することにより図３(a)のようなトータルイオンクロマトグラムが作成され、表示部２４に表示される。

操作者が入力部２３のマウス等を操作して表示部２４に表示されたトータルイオンクロマトグラムから解析を行おうとするピークP1を指定すると、測定データ記憶部１９よりピークP1の保持時間t1におけるマススペクトルが解析対象スペクトルとして呼び出され、図３(b)のように表示部２４に表示される。

なお、ここではトータルイオンクロマトグラムを用いて解析対象スペクトルの指定を行う例を示したが、この他に、例えばSIM法による測定を行って複数の質量数に関するクロマトグラムを作成し、該クロマトグラムを用いて解析対象スペクトルの指定を行ってもよい。

以下、上記のようにして得られた解析対象スペクトルの精製方法について説明する。図２は、本実施例のクロマトグラフ質量分析装置におけるスペクトルの精製手順を示すフローチャートである。
操作者が所定の操作を行うことにより、以下のいずれかの方法によるスペクトル精製処理が開始される。

＜ライブラリスペクトルの減算＞
試料中に含まれる夾雑成分が予め予想されている場合には、ライブラリ記憶部２０に記憶されている各種化合物のマススペクトルの中から該夾雑成分として予想される化合物のマススペクトルを呼び出して解析対象スペクトルから減算する。
ライブラリには、様々な既知化合物についての情報、すなわち、所定のイオン化法（例えば電子衝撃法）を用いて質量分析を行った時に得られるマススペクトルのデータの他、化合物名などの情報が含まれており、該夾雑成分として予想される化合物名を操作者が表示部２４に表示された一覧の中から選択、又はキーボードで入力することによって減算に用いるライブラリスペクトルを指定する（ステップS1）。これによりライブラリ記憶部２０に記憶されている各種化合物のマススペクトルの中から、指定されたスペクトルが読み出され、解析対象スペクトル（図３(b)）と共に減算処理部１７に読み出される。該ライブラリスペクトルは解析対象スペクトルのベースピークに合わせて正規化（ステップS4）された後、解析対象スペクトルから減算される（ステップS5）。また、減算に使用したスペクトルの情報が履歴記憶部２１に記憶される（ステップS7）。

＜バックグラウンドスペクトルの減算＞
夾雑成分が予想されない場合などには、表示部２４にトータルイオンクロマトグラム（又は、SIM測定等によるクロマトグラム）を表示させ、該クロマトグラム上で分析対象イオンが検出されていない時刻、例えば、図３(a)の保持時間t0のような解析開始直後の未だ試料成分がカラムから溶出されていない時刻を操作者がマウス等を用いて指定することにより、その時刻におけるマススペクトルをバックグラウンドスペクトルとして指定する（ステップS2）。上記保持時間t0では、まだ質量分析装置に流入する移動相に試料の分離成分が含まれていないため、保持時間tOにおけるマススペクトル（図４(a)）は、夾雑物や移動相に用いられる物質に起因する非分析対象イオン群のマススペクトルである。バックグラウンドとして指定された保持時間t0におけるマススペクトルは測定データ記憶部１９から読み出され、解析対象スペクトル（図３(b)）と共に減算処理部１７に送られ、解析対象スペクトルから減算される（ステップS5）。
以上により、解析対象スペクトル（図３(b)）から非分析対象イオン群のマススペクトル（図４(a)）が除去され、分析対象となるイオンのみが現れた精製スペクトル（図４(b)）を得ることができる。また、上記バックグラウンドスペクトルの減算処理と同時に、減算に使用したマススペクトルの情報（例えば該マススペクトルの取得された時刻（保持時間）やスキャン番号）が履歴記憶部２１に記憶される（ステップS7）。

＜スペクトルピークの除去＞
解析対象スペクトル中に明らかに夾雑成分由来であると判断できる不要なピーク（図５(a)の矢印で示したピーク）が存在する場合には、操作者がマウスのクリック操作などによって該ピークを直接指定し（ステップS3）、所定の除去指示操作を行うことにより、減算処理部１７によって該スペクトル上から指定されたピークが除去され（ステップS6、図５(b)）、削除されたピークの情報（質量数など）が履歴記憶部２１に記憶される（ステップS7）。

上記のいずれかのスペクトル精製処理を行った後、操作者は表示部２４に表示された精製後のスペクトルを見て、更にスペクトル精製を行う必要があるか否かを判断する（ステップS8）。再度スペクトル精製を行う必要があると判断した場合は、所定の操作により、精製スペクトルに対して更に上記のいずれかのスペクトル精製処理を実行する。

また、これ以上精製処理を行う必要がないと操作者が判断した場合には、続いて所定の操作を行うことによりスペクトル類似度検索の実行を指示する（ステップS9）。
これにより、該精製スペクトルとライブラリ記憶手段に記憶された多数の化合物のマススペクトルとが解析処理部１６によって比較されて類似度が算出され、類似度の高いスペクトルが精製スペクトル中に存在する可能性の高いスペクトルとして表示部２４に表示される。測定者はその結果を基に、更に減算・除去を行うかどうかを判断する（ステップS10）。更に精製処理を行う必要があると判断した場合には、所定の操作により上記ステップS1に戻り、減算に用いるライブラリスペクトルを指定し（ここでは上記類似度検索により精製スペクトル中に存在する可能性が高いとされた化合物の中からも選択できる）、減算処理部１７によって上記精製スペクトルから減算する。

類似度検索の結果から、これ以上精製処理を行う必要がないと判断した場合には、操作者が所定の操作を行うことによりスペクトル精製処理の完了を指示する。精製処理が完了すると、従来既知の方法で、精製された解析対象スペクトルの定性分析が実施され、その結果がレポート作成部１８においてレポートとして作成されて表示部２４やプリンタ２５に出力される。レポートとして出力される情報としては、解析対象スペクトルの定性分析の結果の他、上記スペクトル精製処理の履歴を出力できるようにしてもよい。

以上、実施例を用いて本発明のクロマトグラフ質量分析装置の詳細な説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が許容されるものである。例えば、上記実施例では、解析対象スペクトルから減算・除去するライブラリスペクトル、バックグラウンドスペクトル及びスペクトルピークの指定や、精製スペクトルに対して再度精製処理を施すか否かの決定、類似度検索後に精製処理を行うか否かの決定などは操作者が入力部を操作することによって行っていたが、これらの指定・決定の全て又は一部を操作者の手を介することなく、装置が自動的に行うようにしてもよい。

また、上記実施例では、スペクトル精製処理の後、これ以上精製処理を施す必要がないと判断された解析対象スペクトルに対してライブラリスペクトルとの類似度検索を行ったが、類似度検索を行うタイミングはこれに限定されるものではなく、例えば、精製処理を施す前の解析対象スペクトルに対して類似度検索を行ってもよい。

以上の構成により、従来のようなライブラリスペクトルやバックグラウンドスペクトルの減算に加え、マススペクトル中の不要なピークを直接指定して除去できるようになると共に、これらのスペクトル精製処理を組み合わせて繰り返し実施することにより、より正確なマススペクトル及びクロマトグラムを得ることができ、精度の高い定性分析が行えるようになる。

本発明の実施例に係るクロマトグラフ質量分析装置の要部の構成を示すブロック図。同実施例のクロマトグラフ質量分析装置におけるスペクトルの精製手順を示すフローチャート。同実施例のクロマトグラフ質量分析装置における、(a)トータルイオンクロマトグラムと、(b)保持時間t1におけるマススペクトル。同実施例のクロマトグラフ質量分析装置における、(a)保持時間t0におけるマススペクトルと、(b)保持時間t1におけるマススペクトルから保持時間t0におけるマススペクトルを減算して得られた精製スペクトル。同実施例のクロマトグラフ質量分析装置における、(a)保持時間t1におけるマススペクトルと、(b)保持時間t1におけるマススペクトルから、(a)の矢印に示したスペクトルピークを除去して得られた精製スペクトル。

符号の説明

１１…GC/MS部
１２…データ処理部
１３…GC部
１４…MS部
１５…イオン検出器
１６…解析処理部
１７…減算処理部
１８…レポート作成部
１９…測定データ記憶部
２０…ライブラリ記憶部
２１…履歴記憶部
２２…制御部
２３…入力部
２４…表示部
２５…プリンタ

Claims

a)測定によって得られたクロマトグラム上で分析対象イオンの検出されない時刻におけるマススペクトルをバックグラウンドスペクトルとして指定するバックグラウンドスペクトル指定手段と、
b)複数の化合物のマススペクトルを含むスペクトルライブラリを記憶したライブラリ記憶手段と、
c)夾雑成分として予想される化合物のスペクトルを上記スペクトルライブラリの中から指定するライブラリスペクトル指定手段と、
d)解析対象スペクトルの中から不要なピークを指定するスペクトルピーク指定手段と、
e)前記バックグラウンドスペクトル指定手段、ライブラリスペクトル指定手段、及びスペクトルピーク指定手段のいずれかによって指定されたマススペクトル又はスペクトルピークを解析対象スペクトルから減算・除去する減算・除去手段と、
f)前記減算・除去手段によって減算・除去処理を施された解析対象スペクトルに対し、更に前記各手段によるマススペクトル又はスペクトルピークの指定、及び減算・除去処理を実行するか否かを決定する再処理決定手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。
更に、
g)前記スペクトルライブラリに含まれる複数の化合物のマススペクトルと、解析対象スペクトルとを比較し、該スペクトルライブラリの中から該解析対象スペクトルに存在するマススペクトルと類似度の高いマススペクトルを検索するスペクトル類似度検索手段と、
h)解析対象スペクトルに対し、前記ライブラリスペクトル指定手段によるマススペクトルの指定、及び前記減算・除去手段によるマススペクトルの減算を実行するか否かを決定する減算処理決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析装置。
更に、
i)前記減算・除去手段によって行われた処理の履歴を記憶する履歴記憶手段
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のクロマトグラフ質量分析装置。