JP4835694B2

JP4835694B2 - 測定物質定量方法

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Publication number: JP4835694B2
Application number: JP2008541943A
Authority: JP
Inventors: 治彦宮川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: US8145438B2; US20100100335A1; JPWO2008053530A1; CN101529239B; WO2008053530A1; CN101529239A

Description

本発明は、測定物質定量方法に関し、特にクロマトグラフ質量分析装置で測定物質を定量する測定物質定量方法に関する。

ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）は、ガスクロマトグラフ装置と質量分析装置とからなる。これにより、まず、ガスクロマトグラフ装置（ＧＣ）によって、分析対象物質（サンプル）に含まれる各測定物質が時間軸で分離される。次に、時間軸で分離された各測定物質を、質量分析装置（ＭＳ）によって測定することにより測定物質が質量数毎に分離されて検出される。この測定を短い時間間隔で繰り返すことにより、横軸に質量数、縦軸にイオン強度とするマススペクトルが複数作成される。また、複数のマススペクトル毎に或る質量数のピークに着目して、その着目したピークを時間軸方向に並べることにより、マスクロマトグラムが作成される。さらに、１つのマススペクトルに現れている全てのピークを積算し、これを時間軸方向に並べることにより、トータルイオンクロマトグラムが作成される。

そして、このようなマスクロマトグラムやトータルイオンクロマトグラムに現れるピークの面積や高さに基づいて、その測定物質の定量を行っている。このとき、定量を行うために、予め既知の濃度の標準物質をＧＣ／ＭＳに導入し、その測定の結果、得られたピーク面積又は高さと濃度との関係に基づいて作成された検量線を利用している。
しかしながら、一定の測定条件下で標準物質を測定し、検量線をそれぞれＧＣ／ＭＳの装置毎に作成する必要があった。そこで、使用するＧＣ／ＭＳに依存することなく、測定物質を定量することができるＧＣ／ＭＳにおける汎用多成分一斉同定・定量方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような汎用多成分一斉同定・定量方法では、標準物質及び内部標準物質のクロマトグラムのピーク面積比と、標準物質及び内部標準物質の濃度比との関係を示す相対検量線（図３参照）が登録されたデータベースを記憶させるデータベース記憶ステップと、既知の濃度の内部標準物質と測定物質とを同時に測定することにより、内部標準物質と測定物質とのマススペクトルを得る測定ステップと、所定の濃度の内部標準物質のマススペクトルと測定物質のマススペクトルとに基づいて、クロマトグラフを作成して測定物質及び内部標準物質のピーク面積比を算出する算出ステップと、相対検量線に基づいて、測定物質の濃度を算出する測定物質濃度算出ステップとを含む。

このような測定物質定量方法によれば、測定物質と同時に測定した内部標準物質とのピーク面積比により、相対検量線を用いて測定物質の濃度を算出することができるため、予め、使用するＧＣ／ＭＳ毎に、一定の測定条件下で標準物質を測定し、検量線を作成する必要がなくなる。
なお、内部標準物質としては、ＧＣ／ＭＳに対する応答が測定物質と類似し、かつ、測定物質と分離測定可能なものであり、安定同位体化合物及び化学的物理的性質が類似した化合物から選択される。例えば、水素原子を重水素原子に置換した重水素体（Ｄ体）等が挙げられる。
また、標準物質としては、例えば、ＰＣＢなどの環境汚染物質、食品中残留農薬や乱用薬物等の化学物質等が挙げられる。

特開２００３−１３９７５５号公報

しかしながら、上述した測定物質定量方法によれば、多数のサンプルの測定を行う場合、各サンプルについて内部標準物質を用意しなければならず、多量の内部標準物質を準備しなければならないとともに、各サンプルについて内部標準物質を添加する手間がかかった。
また、内部標準物質は一般的には高額であったり、種類によっては入手が困難な場合があり上述の定量方法が利用しにくいことがあった。

そこで、本発明は、多数のサンプルの測定を行う場合に、使用する内部標準物質の量と機会とを少なくすることができる測定物質定量方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の測定物質定量方法は、クロマトグラフ質量分析装置で測定物質を定量する測定物質定量方法であって、標準物質及び登録物質のクロマトグラムのピーク面積比又は高さ比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線が登録されたデータベースを記憶させるデータベース記憶ステップと、内部標準物質として、前記登録物質と同一のもの、又は、前記登録物質は水素原子が重水素原子に置換された重水素体でありかつ当該水素原子が重水素原子に置換されていないものを選択して、既知の濃度の内部標準物質を測定することにより、内部標準物質のマススペクトルを得る内部標準物質測定ステップと、内部標準物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して内部標準物質のピーク面積又は高さを算出する絶対値算出ステップと、未知の濃度の測定物質を測定することにより、測定物質のマススペクトルを得る測定物質測定ステップと、測定物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して測定物質のピーク面積又は高さを算出する測定値算出ステップと、前記登録物質と前記内部標準物質との関係を用いて、前記相対検量線における登録物質に前記内部標準物質を照らすようにして、相対検量線及び内部標準物質のピーク面積又は高さに基づいて、ピーク面積又は高さと濃度との関係を示す絶対検量線を作成することにより、前記絶対検量線におけるピーク面積又は高さに前記測定物質のピーク面積又は高さを代入して、測定物質の濃度を算出する測定物質濃度算出ステップとを含むようにしている。

本発明の測定物質定量方法によれば、まず、標準物質及び登録物質のクロマトグラムのピーク面積比又は高さ比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線を記憶させる。次に、使用するＧＣ／ＭＳにおいて、一定の測定条件下で既知の濃度の内部標準物質のみを測定することにより、使用するＧＣ／ＭＳでの内部標準物質のピーク面積又は高さを算出する。このとき、例えば、登録物質と内部標準物質とは同一であるものを用いる。その後、ＧＣ／ＭＳで、内部標準物質を添加しないサンプルにおいて測定物質を測定することにより、測定物質のピーク面積又は高さを算出する。これにより、相対検量線、内部標準物質のピーク面積又は高さ、並びに、測定物質のピーク面積又は高さに基づいて、測定物質の濃度を算出することができる。したがって、使用する内部標準物質の量と機会とを、サンプル毎でなく、１回又は少数回とすることができる。つまり、使用する内部標準物質の量と機会とを少なくすることができる。
さらに、使用する内部標準物質の量と機会とが少なくてすむので、内部標準物質が人体に悪影響を及ぼすものである場合に、その影響を軽減することができる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記課題を解決するためになされた本発明の測定物質定量方法は、クロマトグラフ質量分析装置で測定物質を定量する測定物質定量方法であって、標準物質及び登録物質のクロマトグラムのピーク面積比又は高さ比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線が登録されたデータベースを記憶させるデータベース記憶ステップと、内部標準物質として、前記登録物質と同一のもの、又は、前記登録物質は水素原子が重水素原子に置換された重水素体でありかつ当該水素原子が重水素原子に置換されていないものを選択して、既知の濃度の内部標準物質を測定することにより、内部標準物質のマススペクトルを得る内部標準物質測定ステップと、内部標準物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して内部標準物質のピーク面積又は高さを算出する絶対値算出ステップと、未知の濃度の測定物質を内部標準物質を添加しないで測定することにより、測定物質のマススペクトルを得る測定物質測定ステップと、測定物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して測定物質のピーク面積又は高さを算出する測定値算出ステップと、前記登録物質と前記内部標準物質との関係を用いて、前記相対検量線における登録物質に前記内部標準物質を照らすようにして、相対検量線、内部標準物質のピーク面積又は高さ、並びに、測定物質のピーク面積又は高さを用いることにより、測定物質の濃度を算出する測定物質濃度算出ステップとを含むようにしている。
本発明の測定物質定量方法によれば、サンプルに内部標準物質を添加しないで、測定物質を測定することができるため、内部標準物質として測定物質と分離測定可能なものを用いる必要はない。つまり、高価な重水素体（Ｄ体）を用いる必要をなくすことができる。

本発明に係る測定物質定量方法が利用されるＧＣ／ＭＳ装置の構成図である。内部標準物質のマススペクトルに基づいて作成されたトータルイオンクロマトグラムである。標準物質及び内部標準物質のクロマトグラフのピーク面積比と、標準物質及び内部標準物質の濃度比との関係を示す相対検量線である。ピーク面積又は高さと濃度との関係を示す絶対検量線である。絶対検量線作成方法の手順を示すフローチャートである。定量方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明に係る測定物質定量方法が利用されるＧＣ／ＭＳ装置の構成図である。ＧＣ／ＭＳ装置は、ＧＣ１と、ＭＳ５と、コンピュータ２０とからなる。
ＧＣ１は、カラムオーブン４と、カラムオーブン４に内装されるカラム３と、カラム３の入口端に接続されるサンプル注入部２とからなる。分析対象物質である試料ガス（サンプル）は、キャリアガスに押されてサンプル注入部２からカラム３内に導入されることになる。これにより、試料ガスに含まれる各測定物質は、カラム３内を通過する間に時間軸方向に分離されて、カラム３の出口端に到達することになる。なお、カラム３の出口端は、ＭＳ５に接続されている。

ＭＳ５には、真空排気される分析室６内に、カラム３の出口端と接続されるイオン源７と、イオンレンズ８と、電圧が印加される四重極フィルタ９と、検出器１０とが配設されている。カラム３から順次流出する各測定物質は、イオン源７にて電子との衝突や化学反応等によってイオン化されることになる。その結果、発生したイオンは、イオン源７から飛び出し、イオンレンズ８により収束されるとともに適度に加速され、その後、四重極フィルタ９の長手方向の空間に導入されることになる。

直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加された四重極フィルタ９では、印加電圧に応じた質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみが選択的に通過するので、選択されたイオンが検出器１０に到達することになる。このとき、四重極フィルタ９を通過するイオンの質量数は印加電圧に依存するので、印加電圧を走査することにより、所定の質量数を有するイオンについてのイオン強度信号を検出器１０で得ることができることになる。なお、検出器１０の出力は、コンピュータ２０に入力されることになる。

コンピュータ２０は、ＣＰＵ（データ処理装置）１１を備え、さらに、メモリ（外部記憶装置）１２と、入力装置であるキーボード１３ａやマウス１３ｂと、モニタ画面１４ａ等を有する表示装置１４とが連結されている。
ＣＰＵ１１が処理する機能をブロック化して説明すると、測定部２１と、面積算出部２２と、絶対検量線作成部２３と、測定物質算出部２４とを有する。測定部２１は、検出器１０で取得したイオン強度信号をメモリ１２のイオン強度信号記憶領域３４に蓄積させるとともに、イオン強度信号に基づいて演算処理を実行し、その結果をモニタ画面１４ａに出力するものである。
また、メモリ１２は、標準物質及び登録物質のトータルイオンクロマトグラムのピーク面積比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線を登録する相対検量線記憶領域３１と、絶対検量線を記憶する絶対検量線記憶領域３３と、イオン強度信号記憶領域３４とを有する。

測定部２１では、例えば、或る保持時間で質量走査を行った際のイオン強度を縦軸に、質量数を横軸にとることにより、マススペクトルを作成する。一定間隔あけて間欠的に連続して繰り返し質量走査を行うと、カラム３から順次流出する各測定物質に対応する多数のマススペクトルを取得することができる。また、このようなマススペクトルを取得した後、或る質量数に着目して時間軸方向にイオン強度を展開して描出することにより、マスクロマトグラムを得ることができる。さらに、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、トータルイオンクロマトグラムを得ることができる。

面積算出部２２は、このようなマスクロマトグラム又はトータルイオンクロマトグラム中から測定物質又は内部標準物質のピークを見つけ出し、測定物質又は内部標準物質のピーク面積を算出する制御を行うものである。このとき、例えば、トータルイオンクロマトグラムの曲線の傾斜量を順次調べてゆき、その傾斜量が所定値以上になったときにピークの開始点であると判断し、傾斜量が零から負に転じたときにピークトップであると判断し、傾斜量が所定値以上になったときにピークの終点であると判断することになる。このようにしてトータルイオンクロマトグラムでピークが特定されれば、そのピーク面積が算出されることになる（図２参照）。

絶対検量線作成部２３は、相対検量線及び内部標準物質のピーク面積に基づいて、測定物質を定量する際に利用される絶対検量線を作成して、絶対検量線記憶領域３３に記憶させる制御を行うものである。ここで、「相対検量線」は、内部標準物質と測定物質とのマススペクトルの関係により、あらゆるＧＣ／ＭＳに使用することができるものである。一方、「絶対検量線」は、測定物質のみのマススペクトルにより、ＧＣ／ＭＳ装置１００のみに使用することができるものである。そこで、絶対検量線作成方法については後述するが、標準物質及び登録物質のトータルイオンクロマトグラムのピーク面積比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線（図３参照）から、使用するＧＣ／ＭＳ装置１００におけるピーク面積と濃度との関係を示す絶対検量線（図４参照）を作成することになる。これにより、サンプル毎に内部標準物質を添加しないで、測定物質を定量することができるようになる。
測定物質算出部２４は、絶対検量線及び測定物質のピーク面積に基づいて測定物質を定量する制御を行うものである。

ここで、絶対検量線を作成する絶対検量線作成方法について説明する。図５は、絶対検量線作成方法の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、標準物質及び登録物質のトータルイオンクロマトグラムのピーク面積比（Ｐ’’／Ｐ’）と、標準物質及び登録物質の濃度比（Ｃ’’／Ｃ’）との関係を示す相対検量線（図３参照）が登録されたデータベースを相対検量線記憶領域３１に記憶させる（データベース記憶ステップ）。なお、Ｐ’’は、標準物質のピーク面積であり、Ｐ’は、登録物質のピーク面積であり、Ｃ’’は、標準物質の濃度であり、Ｃ’は、登録物質の濃度である。

次に、ステップＳ１０２の処理において、既知の濃度（ｃ’）の内部標準物質を含む試料ガス（サンプル）をサンプル注入部２から一定量でカラム３に導入する。このとき、登録物質と内部標準物質とは、同一であるものを用いる。
次に、ステップＳ１０３の処理において、一定間隔あけて間欠的に連続して繰り返し質量走査を行うことにより、内部標準物質のマススペクトルを得る（内部標準物質測定ステップ）。

次に、ステップＳ１０４の処理において、内部標準物質のマススペクトルに基づいて、トータルイオンクロマトグラムを作成して、内部標準物質のピーク面積（ｐ’）を算出する（絶対値算出ステップ）。例えば、図２に示すように、濃度（ｃ’）の内部標準物質のピーク面積（ｐ’）が得られる。

次に、ステップＳ１０５の処理において、相対検量線及び内部標準物質のピーク面積（ｐ’）に基づいて、使用するＧＣ／ＭＳ装置１００におけるピーク面積（Ｐ）と濃度（Ｄ）との関係を示す絶対検量線を作成して絶対検量線記憶領域３３に記憶させる。例えば、まず、相対検量線の縦軸は、標準物質及び登録物質のピーク面積比（Ｐ’’／Ｐ’）であるので、ピーク面積（Ｐ）に変換する。例えば、Ｐ’’／Ｐ’＝１をｐ’に変換し、Ｐ’’／Ｐ’＝２を２ｐ’に変換する。次に、相対検量線の横軸は、標準物質及び登録物質の濃度比（Ｃ’’／Ｃ’）であるので、濃度（Ｄ）に変換する。例えば、変換後の縦軸がｐ’であるときに、変換前のＰ’’／Ｐ’＝１のときの標準物質の濃度であるｃ’’となるように変換する。
その後、ステップＳ１０５の処理を終了すれば、本フローチャートを終了させることになる。

次に、測定物質を定量する定量方法について説明する。図６は、定量方法の手順を示すフローチャートである。ここでは、Ｓｍａｘ個のサンプルの検査を行うものとする。
まず、ステップＳ２０１の処理において、カウンタＳｎを用いてＳｎ＝Ｓ１と記憶させる。

次に、ステップＳ２０２の処理において、分析対象物質である試料ガス（サンプル）をサンプル注入部２から一定量でカラム３に導入する。このとき、サンプル中には、内部標準物質を添加しない。
次に、ステップＳ２０３の処理において、一定間隔あけて間欠的に連続して繰り返し質量走査を行うことにより、各測定物質のマススペクトルを得る（測定物質測定ステップ）。

次に、ステップＳ２０４の処理において、各測定物質のマススペクトルに基づいて、トータルイオンクロマトグラムを作成して、各測定物質のピーク面積（ｐ）を算出する（測定値算出ステップ）。
次に、ステップＳ２０５の処理において、絶対検量線に基づいて、測定物質の濃度（ｃ）を算出する（測定物質濃度算出ステップ）。

次に、ステップＳ２０６の処理において、Ｓｎ＝Ｓｍａｘであるか否かを判定する。Ｓｎ＝Ｓｍａｘでないと判定したときには、ステップＳ２０７の処理において、Ｓｎ＝Ｓｎ＋１と記憶させ、ステップＳ２０２の処理に戻る。つまり、Ｓｎ＝Ｓｍａｘであると判定されるときまで、ステップＳ２０２〜ステップＳ２０５の処理は繰り返される。
一方、Ｓｎ＝Ｓｍａｘであると判定した場合には、本フローチャートを終了させることになる。

以上のように、本発明の測定物質定量方法によれば、まず、標準物質及び内部標準物質のクロマトグラムのピーク面積比（Ｐ’’／Ｐ’）と、標準物質及び内部標準物質の濃度比（Ｃ’’／Ｃ’）との関係を示す相対検量線を記憶させる。次に、ＧＣ／ＭＳ装置１００において、一定の測定条件下で既知の濃度（ｃ’）の内部標準物質のみを測定することにより、ＧＣ／ＭＳ装置１００での内部標準物質のピーク面積（ｐ’）を算出する。その後、ＧＣ／ＭＳ装置１００で、内部標準物質を添加しないサンプルにおいて測定物質を測定することにより、測定物質のピーク面積（ｐ）を算出する。これにより、相対検量線、内部標準物質のピーク面積（ｐ’）、並びに、測定物質のピーク面積（ｐ）に基づいて、測定物質の濃度（ｃ）を算出することができる。したがって、使用する内部標準物質の量と機会とを、サンプル毎でなく、１回とすることができる。つまり、使用する内部標準物質の量と機会とを少なくすることができ、内部標準物質が高額な場合や、種類によっては入手が困難な場合でも容易に定量作業が可能となる。
さらに、使用する内部標準物質の量と機会とが少なくてすむので、内部標準物質が人体に悪影響を及ぼすものである場合に、その影響を軽減することができる。

（他の実施形態）
（１）上述したＧＣ／ＭＳ装置１００において、登録物質と内部標準物質とは、同一であるものを用いる構成としたが、登録物質は、水素原子を重水素原子に置換された重水素体であり、かつ、内部標準物質は、水素原子を重水素原子に置換されていないものとする構成としてもよい。このとき、内部標準物質のピーク面積＝登録物質のピーク面積×Ａとなり、Ａは定数である。
（２）上述したＧＣ／ＭＳ装置１００において、内部標準物質の測定回数は１回としたが、サンプルの測定を１０回行う毎に、内部標準物質の測定を１回行う構成としてもよい。

本発明は、ＧＣ／ＭＳで測定物質を定量する測定物質定量方法に利用することができる。

１ガスクロマトグラフ装置（ＧＣ）
５質量分析装置（ＭＳ）
１１ＣＰＵ（データ処理装置）
１２メモリ（外部記憶装置）
２０コンピュータ
２１測定部
２２面積算出部
２３絶対検量線作成部
２４測定物質算出部
１００ガスクロマトグラフ質量分析装置

Claims

クロマトグラフ質量分析装置で測定物質を定量する測定物質定量方法であって、
標準物質及び登録物質のクロマトグラムのピーク面積比又は高さ比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線が登録されたデータベースを記憶させるデータベース記憶ステップと、
内部標準物質として、前記登録物質と同一のもの、又は、前記登録物質は水素原子が重水素原子に置換された重水素体でありかつ当該水素原子が重水素原子に置換されていないものを選択して、既知の濃度の内部標準物質を測定することにより、内部標準物質のマススペクトルを得る内部標準物質測定ステップと、
内部標準物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して内部標準物質のピーク面積又は高さを算出する絶対値算出ステップと、
未知の濃度の測定物質を測定することにより、測定物質のマススペクトルを得る測定物質測定ステップと、
測定物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して測定物質のピーク面積又は高さを算出する測定値算出ステップと、
前記登録物質と前記内部標準物質との関係を用いて、前記相対検量線における登録物質に前記内部標準物質を照らすようにして、相対検量線及び内部標準物質のピーク面積又は高さに基づいて、ピーク面積又は高さと濃度との関係を示す絶対検量線を作成することにより、前記絶対検量線におけるピーク面積又は高さに前記測定物質のピーク面積又は高さを代入して、測定物質の濃度を算出する測定物質濃度算出ステップとを含むことを特徴とする測定物質定量方法。
クロマトグラフ質量分析装置で測定物質を定量する測定物質定量方法であって、
標準物質及び登録物質のクロマトグラムのピーク面積比又は高さ比と、標準物質及び登録物質の濃度比との関係を示す相対検量線が登録されたデータベースを記憶させるデータベース記憶ステップと、
内部標準物質として、前記登録物質と同一のもの、又は、前記登録物質は水素原子が重水素原子に置換された重水素体でありかつ当該水素原子が重水素原子に置換されていないものを選択して、既知の濃度の内部標準物質を測定することにより、内部標準物質のマススペクトルを得る内部標準物質測定ステップと、
内部標準物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して内部標準物質のピーク面積又は高さを算出する絶対値算出ステップと、
未知の濃度の測定物質を内部標準物質を添加しないで測定することにより、測定物質のマススペクトルを得る測定物質測定ステップと、
測定物質のマススペクトルに基づいて、クロマトグラムを作成して測定物質のピーク面積又は高さを算出する測定値算出ステップと、
前記登録物質と前記内部標準物質との関係を用いて、前記相対検量線における登録物質に前記内部標準物質を照らすようにして、相対検量線、内部標準物質のピーク面積又は高さ、並びに、測定物質のピーク面積又は高さを用いることにより、測定物質の濃度を算出する測定物質濃度算出ステップとを含むことを特徴とする測定物質定量方法。