JP5541415B2 - 分析データ処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、キャピラリ電気泳動など試料成分を時間方向に分離する広義のクロマトグラフ分析装置により収集されたデータを処理するデータ処理方法及び装置に関し、特に、時間を分離要素とする１次元方向に試料中の成分を分離する手法と、質量分析、赤外分光測定、紫外可視分光測定など、試料に対して時間以外の分離要素により１次元以上の方向に分離した信号強度を取得する検出手法と、を組み合わせた分析装置により収集されたデータを処理するのに好適なデータ処理方法及び装置に関する。

液体クロマトグラフ（ＬＣ）、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、キャピラリ電気泳動（ＣＥ）などの成分分離手法と、質量分析（ＭＳ）手法とを組み合わせた、ＬＣ／ＭＳ、ＧＣ／ＭＳ、ＣＥ／ＭＳなどによる分析では、試料に含まれる多数の成分を時間的に分離した上でその成分毎に質量分析データを取得することができる。そのため、多種多様な化合物が混じっている試料を効率良く分析することができ、近年、幅広い分野で利用されている。その反面、測定によって得られるデータの量はかなり多くなる。特に、多数の類似した試料の分析結果を比較するような評価を行う場合、試料毎に大量の質量分析データが得られるため、処理対象全体のデータ量は膨大なものとなり、網羅的な解析は困難である。この困難さを解決する解析手法の１つとして、従来、大量のデータを比較的簡便に解析可能な、判別分析、主成分分析、クラスター分析などの多変量解析が利用されている。

例えば非特許文献１、特許文献１などには、複数のサンプルについて得られたマススペクトルデータを主成分分析し、その結果をスコアプロット及びローディングプロットで示した例が開示されている。また、上記のように質量分析データを多変量解析するための汎用的なソフトウエアとしては、例えばスウェーデンのユーメトリクス（Umetrics）社製のSIMCA-P+、米国インフォメトリクス（Infometrix）社製のPirouette、などがよく知られており、これらは容易に入手可能である。ただし、測定データを上記のような多変量解析用のソフトウエアに読み込んで処理を行うためには、解析対象の測定データ（ＬＣ／ＭＳであればマススペクトルデータ、クロマトグラムデータ）を予めテーブル形式、つまり１次元又は２次元（縦×横）配置の数値データにまとめる必要がある。

従来一般的に、赤外分光測定装置（ＩＲ）や核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）などを用いた分析では、多数の試料から収集されるデータを多変量解析して評価することがよく行われている。これは、ＩＲやＮＭＲではＬＣ／ＭＳやＧＣ／ＭＳと比較し、試料に対する測定によって得られるデータが単純であるからである。即ち、ＩＲやＮＭＲで得られる簡単な分析結果は１枚のグラフ、つまり、或る物理量（ＩＲであれば波長、ＮＭＲであればケミカルシフト）に対する信号強度という１次元上の数値データとして表すことができる。したがって、複数の試料の分析結果を比較する場合、各試料に割り当てられた連番などの数値を１つの次元方向の変数とし、上記物理量を他の次元方向の変数として、その２次元テーブルの中に信号強度を数値で記載する形式で、測定データを１つのテーブルにまとめることが可能である。

これに対し、ＬＣ／ＭＳやＧＣ／ＭＳなどで得られる測定データは、時間と質量電荷比（m/z）という２つの独立した分離要素の方向にそれぞれ分離された信号強度であり、それ自体が２次元上のデータである。したがって、複数の試料の分析結果を比較する場合には、上記の２次元上のデータを１次元化し、複数の試料に対する測定データを１つのテーブルにまとめる必要がある。

時間方向と質量電荷比方向という２次元上のデータを１次元化するために最も単純な方法は、複数の質量電荷比の中から特定の１つの質量電荷比を選択する、或いは、質量電荷比方向に全ての信号強度を積算する、といった方法である。これは、質量電荷比方向の変数を実質的に１つに固定する、つまり質量電荷比方向という次元を除くことを意味する。また、複数の質量電荷比の中から特定の１つの質量電荷比を選択することは、ＬＣ／ＭＳ（又はＧＣ／ＭＳ）のデータの中から１枚の抽出イオンクロマトグラム（Extracted Ion Chromatogram＝ＸＩＣ）を選択することに相当し、全質量電荷比範囲に亘って質量電荷比方向に信号強度を積算することは、ＬＣ／ＭＳのデータから１枚の全イオン電流クロマトグラム（Total Ion Current Chromatogram＝ＴＩＣ）を求めることに相当する。こうした方法では、後述するような１次元化のためのデータ処理演算における内部パラメータに依存する不確かさを軽減することができ、処理も簡単であるためハードウエアの負荷が軽く、処理に要する時間も短くて済むためにスループットが高い。

しかしながら、ＴＩＣでは質量電荷比方向の情報は全て失われており、ＸＩＣでは１つの質量電荷比情報は保存されているが他の質量電荷比に対する情報は全て失われており、いずれも質量電荷比方向の１次元の情報は実質的に欠損していると言える。このように２次元上のデータの一方の次元方向の情報が欠落した場合、その欠落した情報に複数の試料間の差異を特徴付ける重要な情報が含まれていると、多変量解析を行っても複数の試料の類似性や相違性を評価するために適切な結果が得られず、試料の比較を正確に行うことができないという問題がある。

これに対し、非特許文献２、３には、ＬＣ／ＭＳにより収集されたデータに対し、ピーク検出・選択、ノイズ除去、強度計算（ノーマライズなど）等の複雑なデータ処理演算を実行して不要なデータを削除したり統合したりすることにより、２次元上のデータを１次元化し、複数の試料に対しそれぞれ得られた測定データを２次元テーブルに落とし込み、これを主成分分析する例が開示されている。また、カナダのフェノメノム・ディスカバリーズ社（Phenomenome Discoveries Inc.）が提供しているメタボロミクス解析ソフトウエアであるプロファイラ（Profiler^TM）には、ピークピッキング、スムージング、キャリブレイションなどを含むデータ変換処理を行うことにより、ＭＳⁿ分析が可能であるＬＣ／ＭＳで収集されたデータを２次元テーブルの形式にまとめる機能が搭載されている。

しかしながら、このように複雑なデータ処理演算を行おうとするとハードウエアの負荷が重くなるため、高性能のＣＰＵや大容量のＲＡＭを用意する必要があり、処理のスループットも下がる。また、上記のようなデータ処理演算を行う際には予め用意された演算パラメータが使用されるが、そのパラメータによって多変量解析結果に大きな差異が生じる場合がある。また、ピークピッキングなどを行った場合、その処理の過程で元の情報の欠落が生じるため、それにより試料の差異が多変量解析結果に正確に反映されないことがある。そうしたことから、煩雑なデータ処理を行ったにも拘わらず、試料の比較を正確に行うことができない場合がある。

また、ＬＣ、ＧＣといった成分分離手法では、同一物質が溶出する時間が測定条件（分離条件）や装置状態によって変動し易い。測定条件を全く同一にしたとしても、実際に多数回の測定を実行すると、同一物質の溶出時間が変動するということもよく起こる。異なる試料に対する測定結果を比較する際に、上記のような溶出時間のばらつきがあると適切な比較処理が行えないため、同一物質の溶出時間が揃うようにクロマトグラムデータの時間軸調整を行うのが一般的である。時間軸調整は、調整対象のクロマトグラムデータを時間軸方向に移動させたり時間軸を拡大・縮小したりすることで行われる。こうした調整に伴い、クロマトグラムのデータ先頭部分や末端部分がずれてしまうと、データの欠損が発生することになる。

図９はこのデータ欠損を模式的に示した概念図である。図９（ａ）はＡ1、Ａ2なる２つのクロマトグラムデータの先頭部及び末端部が揃っている状態であり、この場合にはデータ欠損はない。図９（ｂ）は一方のデータを移動させたために、先頭部ではＡ1に対応するＡ2が存在せず、末端部ではＡ2に対応するＡ1が存在しない状態である。図９（ｃ）は一方のデータの時間軸を拡大、他方のデータの時間軸を縮小させたために、先頭部、末端部ともにＡ1に対応するＡ2が存在しない状態である。このようなデータ欠損が発生した状態のままで多変量解析処理などを実行してしまうと、データの先頭部や末尾部において試料間に差異があるとして誤認識されるおそれがある。

特開２００９−２５０５６号公報

米久保、ほか２名、「最新の飛行時間型質量分析計LCT PremierTMの特徴と食品メタボロームへの応用」、クロマトグラフィー（Chromatography）、クロマトグラフィー科学会、第２７巻、第２号（２００６年） サンスター（Tim P. Sangster）、ほか４名、「インベスティゲイション・オブ・アナリティカル・バリエイション・イン・メタボノミック・アナリシス・ユージング・リキッド・クロマトグラフィ／マス・スペクトロメトリー（Investigation of analytical variation in metabonomic analysis using liquid chromatography/mass spectrometry）」、ラピッド・コミュニケイション・イン・マス・スペクトロメトリー（Rapid Commun. Mass Spectrom.）、2007、 21、 p.2965-2970 シャヤン（Li Xiayan）、他１名、「アドバンシズ・イン・セパレイション・サイエンス・アプライド・トゥー・メタボノミクス（Advances in separation science applied to metabonomics）」、エレクトロフォレシス（Electrophoresis）、2008、 29、 p.3724-3736

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、ＬＣ／ＭＳやＧＣ／ＭＳなどの分析装置を用い多数の試料に対して収集された測定データが持つ情報を有効に利用しつつ、試料間の比較、つまり類似性や相違性などに関する正確な情報を得ることができる分析データ処理方法及び装置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、１つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理方法であって、
a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整ステップと、
b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを削除するデータ整形ステップと、
c)前記データ整形ステップにより先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成ステップと、
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発明に係る分析データ処理方法におけるデータ整形ステップに代えて、時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを無効化するデータ整形ステップを有することを特徴とする。

ここでいう「無効化」とは、例えばデータが無効であることを示すフラグ等の標識を付加しておいて、テーブル中に数値が存在しても該数値を解析等の実効的な処理に使用しないようにすることを意味する。したがって、この「無効化」は解析等の実効的な処理の上では、データの削除と同じである。

また上記課題を解決するために成された第３発明は、上記第１発明に係る分析データ処理方法におけるデータ整形ステップに代えて、時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、データ欠損部と同じ時間範囲であってデータが欠損していない他のクロマトグラムデータを利用して前記欠損部のデータを補う処理を実行するデータ整形ステップを有することを特徴とする。

第３発明に係る分析データ処理方法においてデータ整形ステップは、例えばデータが欠損していない、比較分析対象である他の試料のクロマトグラムデータの平均値を用い、欠損部のデータを埋めるようにすればよい。ただし、こうして補充したデータは分析により取得されたデータではないから、その旨が識別可能であるように別途フラグ等の標識を付しておくことが好ましい。

第４発明に係る分析データ処理装置は、第１発明に係る分析データ処理方法を具現化する装置であり、１つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理装置であって、
a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整手段と、
b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを削除するデータ整形手段と、
c)前記データ整形手段により先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成手段と、
を備えることを特徴としている。

第５発明に係る分析データ処理装置は、第２発明に係る分析データ処理方法を具現化する装置であり、上記第４発明に係る分析データ処理装置におけるデータ整形手段に代えて、時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを無効化するデータ整形手段を備えることを特徴とする。

第６発明に係る分析データ処理装置は、第３発明に係る分析データ処理方法を具現化する装置であり、上記第４発明に係る分析データ処理装置におけるデータ整形手段に代えて、時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、データ欠損部と同じ時間範囲であってデータが欠損していない他のクロマトグラムデータを利用して前記欠損部のデータを補う処理を実行するデータ整形手段を備えることを特徴とする。

第１乃至第６発明において、クロマトグラムデータは、例えば液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、薄膜クロマトグラフ、キャピラリ電気泳動などの分離手段と、質量分析装置、紫外可視分光光度計、フォトダイオードアレイ分光光度計、赤外分光測定装置、核磁気共鳴装置、示差屈折率計などの検出器と、を組み合わせた構成の分析装置から得られたデータである。例えば検出器が質量分析装置である場合、クロマトグラムは、質量電荷比を問わないトータルイオンクロマトグラム、特定の質量電荷比における抽出イオンクロマトグラムのほか、ベースピーククロマトグラム（Base Peak Chromatogram）、マスデフェクトクロマトグラム（Mass Defect Chromatogram）、アイソトピックフィルタードクロマトグラム（Isotopic Filterd Chromatogram）、ニュートラルロスクロマトグラム（Neutral-loss Chromatogram）などが考えられる。

例えば複数の試料からそれぞれ得られたクロマトグラムデータを比較分析する際に、第１乃至第３発明に係る分析データ処理方法において、時間軸調整ステップでは、各試料のクロマトグラムデータに対し同一成分の出現時間（保持時間）ができるだけ一致するように時間軸を調整する。この時間軸調整は時間軸の移動や拡大・縮小であるため、元のクロマトグラムデータの先頭・末尾の時間が一致していたとしても時間軸調整後のクロマトグラムデータの先頭・末尾の時間にはずれが生じる。そのずれのために、一部のクロマトグラムデータの先頭部及び／又は末尾部では、或る時間のデータが存在しない、つまり欠損した状態となる。データ整形ステップでは、こうした欠損部の影響を軽減するために、比較分析対象である全ての試料のクロマトグラムデータについて、データ欠損があるような時間範囲のデータを削除したり無効化することで実質的に削除したりする。或いは、データを削除する代わりに、欠損したデータを有意な他のデータを利用して補充する。

テーブル作成ステップでは、比較分析対象の各クロマトグラムデータのデータ値を例えば縦方向に時間順に並べて１次元的なテーブルを作成し、その時間順方向と直交する横方向に比較分析対象のクロマトグラムデータ、つまり上記１次元的なテーブルを並べることにより２次元的なテーブルを作成する。

第１乃至第３発明に係る分析データ処理方法において、好ましくは、試料に含まれる複数の成分を時間方向に分離するクロマトグラフ分離手段と、該クロマトグラフ分離手段により時間方向に成分分離された試料に対して時間以外の別のパラメータの次元方向の信号強度をそれぞれ取得する検出器と、を具備する分析装置を用いて収集された、複数の試料に対するクロマトグラムデータを処理する分析データ処理方法において、
異なる試料に対し同一のパラメータにおけるクロマトグラムデータを比較分析対象として、前記時間軸調整ステップ及び前記データ整形ステップによる処理を実施し、
前記テーブル作成ステップは、試料毎に、前記データ整形ステップにより先頭部及び末尾部の処理が施された後のクロマトグラムデータを、前記パラメータが同一である毎にまとめて、時間方向に連結して１次元的なテーブルを作成する１次元テーブル作成ステップと、該１次元デーブル作成ステップで作成されたそれぞれ異なる試料に対する１次元テーブルを、時間方向と直交する方向に配置することにより、２次元テーブルを作成する２次元テーブル作成ステップと、を含むようにすることができる。

上記「パラメータ」とは検出器の種類に依存するものであり、例えば質量分析装置では質量電荷比、紫外可視分光光度計やフォトダイオードアレイ分光光度計では波長、核磁気共鳴装置ではケミカルシフトがパラメータとなる。上記好ましい方法によれば、例えば１つの試料に対して複数の質量電荷比それぞれに対して取得された抽出イオンクロマトグラムデータが１次元テーブルに整理され、複数の試料に対する抽出イオンクロマトグラムデータが２次元テーブルに整理される。

以上の処理により、例えば分析装置がＬＣ／ＭＳやＧＣ／ＭＳである場合には、複数の試料に対するマススペクトルデータ、クロマトグラムデータが、２次元テーブルの形式に変換されることになる。このように２次元テーブルにまとめられた数値を多変量解析ソフトウエアに読み込ませてデータ処理を行うことにより、時間方向の情報と質量電荷比方向の情報とを共に反映した網羅的な解析結果を得ることができる。もちろん、一般的な多変量解析ソフトウエアで実現される機能を本発明に取り込むことにより、２次元テーブルへのデータ変換処理から多変量解析処理までを連続的に行うことができる。

本発明に係る分析データ処理方法及び装置によれば、比較分析を行いたい複数のクロマトグラムデータの時間軸調整を行った結果、データの先頭部や末尾部に欠損が生じた場合であっても、試料間の差異や類似性、或いは同一試料に対する異なる検出器の結果の差異や類似性を求めるための解析処理の際に、一部のデータが欠損していることに起因する異常な結果の導出を回避することができる。それにより、複数のクロマトグラムの比較分析を高い精度で実施することが可能となる。

本発明に係る分析データ処理装置を備えるＬＣ−ＭＳ分析システムの一実施例の概略ブロック構成図。 本実施例のＬＣ−ＭＳ分析システムにおいて収集されるクロマトグラムデータの説明図。 本実施例のＬＣ−ＭＳ分析システムにおける特徴的なデータ処理の手順を示すフローチャート。 図３に示したデータ処理の具体例を示す模式図。 図３に示したデータ処理の具体例を示す模式図。 図３に示したデータ処理の具体例を示す模式図。 図３に示したデータ処理の具体例を示す模式図。 図３に示したデータ処理の具体例を示す模式図。 クロマトグラムの時間軸調整に伴うデータ欠損を模式的に示した概念図。

本発明に係る分析データ処理方法及び該方法が実施される分析データ処理装置の一形態について、その分析データ処理装置を備えるＬＣ−ＭＳ分析システムを例に挙げて説明する。図１はこのＬＣ−ＭＳ分析システムの概略ブロック構成図である。

図１において、試料チェンジャ１は予め用意された複数の試料を、制御部４による制御の下に順次選択して液体クロマトグラフ（ＬＣ）部２に導入する。ＬＣ部２は分離用のカラムを含み、試料チェンジャ１から与えられた試料をカラムに導入し、カラムを通過する間に試料中の各種成分を時間的に分離させて順次、質量分析（ＭＳ）部３に送り込む。

図示しないが、ＭＳ部３は例えば、エレクトロスプレイイオン源等の大気圧イオン源と、イオントラップと、飛行時間型質量分析器と、イオン検出器とを備えるイオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）である。このＭＳ部３において、ＬＣ部２から導入された溶出液中の試料成分はイオン化され、生成されたイオンは一旦イオントラップに保持される。保持されたイオンはイオントラップにおいて一定の運動エネルギーを付与されて飛行時間型質量分析器に送り込まれ、飛行空間を飛行する間に質量電荷比に応じてイオンは分離され、イオン検出器において順に検出される。

ＭＳ部３で得られた検出信号はデータ処理部７に入力されてデジタルデータに変換され、データ記憶部を含むデータ収集部７１に全て保存される。その後、制御部４の指示の下に、データ収集部７１から所定のデータが読み出されてクロマトグラム作成部７２において抽出イオンクロマトグラム（以下「ＸＩＣ」と略す）等の各種クロマトグラムが作成され、クロマトグラム修正部７３において時間軸補正及びそれに伴い発生するデータ欠損の補正がなされる。さらに、テーブル作成処理部７４により、複数の試料に対して取得されたマススペクトルデータ、クロマトグラムデータが１枚のテーブル（２次元上のデータ）にまとめられる。このテーブルが制御部４を介して表示部６の表示画面上に表示されるとともに、解析処理部７５に取り込まれ、差異解析等のデータ処理が実行されて解析結果が得られ、この結果が制御部４を介して表示部６の表示画面上に表示される。

制御部４は試料チェンジャ１、ＬＣ部２、ＭＳ部３、及びデータ処理部７の動作を制御するとともに、ユーザインターフェイスとしての操作部５や表示部６を介して、分析者の操作を受け付ける一方、上述したスコアプロット等の分析結果を出力する。なお、制御部４及びデータ処理部７の機能の大部分は、所定の制御／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。

本実施例のＬＣ−ＭＳシステムにおいて、測定対象である複数の試料はほぼ同じ成分を含んだ類似した試料である。また、含まれる成分の種類は基本的に既知である。質量電荷比は分析条件などに影響を受けない物質固有の情報であるから、含有成分の種類が既知であることは、観測対象の質量電荷比も既知であることを意味する。そこで、分析者は予め複数の測定対象の質量電荷比を測定条件の１つとして操作部５から入力した上で、測定実行を指示する。ここでは、測定対象の質量電荷比として、m/z100,101,120,130,…が設定されたものとする。これにより、制御部４の制御の下にＭＳ部３では、m/z100,101,120,130,…のＳＩＭ（選択イオンモニタリング）測定が繰り返し実行される。

測定が開始されると、試料チェンジャ１は決められた順序で試料を選択し、該試料をＬＣ部２に送り込む。ＬＣ部２は試料中の成分を時間的に分離し、ＭＳ部３は上記設定された複数の質量電荷比に対するＳＩＭ測定を繰り返す。１つの試料に対するＬＣ／ＭＳ測定が終了したならば、試料チェンジャ１は次の試料を選択してＬＣ部２に送り込み、ＬＣ部２及びＭＳ部３は上記と同様に測定を実行する。こうして複数の試料の全てについてＬＣ／ＭＳ測定を実行し、データ収集部７１はそれらデータを一旦格納する（ステップＳ１）。

次に、クロマトグラム作成部７２は、試料毎に、観測対象の質量電荷比に対するＸＩＣを作成する（ステップＳ２）。例えば、観測対象の質量電荷比の数が８であれば、１つの試料当たり８枚のＸＩＣが作成される（図２参照）。クロマトグラム修正部７３は異なる試料に対する同一質量電荷比のＸＩＣに現れるピーク波形を比較し、その類似性から同一成分の由来のピークを識別する。そして、同一成分の保持時間ずれを算出し、このずれを修正するようにＸＩＣの時間軸を補正する（ステップＳ３）。この保持時間ずれは、ＬＣ部２における移動相の流速のばらつき、カラムの温度のばらつき、など成分分離特性に影響を与える要因のばらつきにより生じるものであり、任意の１つの試料に対するＸＩＣを基準として他のＸＩＣの時間軸を移動させたり拡大・縮小したりすることにより、クロマトグラム上に現れる各成分の保持時間がほぼ揃うようにする。

クロマトグラム修正部７３では続いて、各試料の複数のＸＩＣに対し、測定目的等に応じた波形処理を実行する。例えばＸＩＣのベースラインを求めて該ベースラインを除去したり、ＸＩＣ上の信号強度をノーマライズしたりする（ステップＳ４）。ノーマライズする場合には、例えば各ＸＩＣにおいて信号強度の最大値や分散、標準偏差などを求め、それを基準として各信号強度値をノーマライズ（規格化）すればよい。

上記のＸＩＣの時間軸補正の結果、図９（ｂ）、（ｃ）に示したように、各クロマトグラムデータの先頭や末尾が不揃いになる場合がある。その場合、クロマトグラムデータの先頭部、末尾部の一方又は両方で、対応する時間に他のクロマトグラムデータが存在しないデータ欠損が発生する。そこで、クロマトグラム修正部７３ではクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部におけるデータ欠損を補正する処理を実施する（ステップＳ５）。具体的な処理手法については後述する。

続いて、テーブル作成処理部７４は、複数の試料についての時間軸補正・ＸＩＣデータを２次元テーブル形式にまとめる。具体的には次の手順で処理を行う。

図４（ａ）に示したような、或る１つの試料における１つの質量電荷比に対するＸＩＣを構成するデータは、時間軸上の各時間（保持時間）毎の信号強度値を示すデータである。そこで、１つの試料において各ＸＩＣ毎に、時間の変化に対してデータ値（信号強度値）を１次元方向に並べた１次元のテーブルを作成する。図４（ｂ）はm/z100のＸＩＣについて１次元テーブルを作成した例である。

他の質量電荷比（m/z101,120,130,…）のＸＩＣについても同様の１次元のテーブルが作成されるから、これら複数の１次元テーブルを質量電荷比の小さい順（又は大きい順）でテーブル中の信号強度値の並びの方向（つまり時間軸方向）に連結する（ステップＳ６）。図４（ｃ）は試料１についての異なる質量電荷比に対する１次元テーブルを連結した例である。このとき、１次元方向（図４（ｃ）の縦方向）において、信号強度値は測定条件等によって変動し得る情報である保持時間ではなく、物質に固有の情報である質量電荷比毎に集約されている。

同様に、試料毎にそれぞれ複数のＸＩＣを構成する信号強度値が１次元方向に配置された１次元のテーブルを作成する。そして、全ての試料について、試料に付された番号の順に、上記の１次元テーブルを他方の次元方向に並べることで、図４（ｄ）に示したような２次元テーブルの形式にまとめる（ステップＳ７）。即ち、図４（ｄ）に示した２次元テーブルは、縦方向の１つの列が、１つの試料における全てのＸＩＣの信号強度データである。また、その１つの列の中では、同じ質量電荷比に対する信号強度値が隣接してかためられている。一方、横方向の１つの行は、或る１つの質量電荷比で且つ或る１つの時間における全試料の信号強度データである。

ここで、上記ステップＳ５で実施されるデータ欠損補正処理を具体的に説明する。いま、データ欠損補正処理を行わずにステップＳ６、Ｓ７のテーブル作成処理を実行したとすると、２次元テーブルは図５に示すようになる。図５では、試料１については保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータ（信号強度値）が存在するが、試料２については保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータが欠損しており、それを埋めるために便宜的に「０」データが挿入されている。また、試料３については保持時間1.1〜1.2の時間範囲のデータが欠損しており、それを埋めるために便宜的に「０」データが挿入されている。即ち、図５において太点線で囲んだ範囲がデータ欠損部分である。これは、クロマトグラムデータの先頭部であるが、末尾部においても同様にデータ欠損は発生し得る。

そこで、ステップＳ５では次の３つの処理のいずれかを行うことによって、後述する差異解析などの結果に影響が出ないようにデータ欠損部を補正する。
（１）データ欠損がある時間範囲のデータを、全ての試料のクロマトグラムデータにおいて削除する。
図５に示した例でいえば、試料２について保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータが欠損しているから、全ての試料のクロマトグラムデータにおいて保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータを削除する。即ち、データの先頭の保持時間は1.1でなく1.5となる。図６は、ステップＳ５において上記（１）のデータ欠損部補正処理がなされたＸＩＣに対し２次元テーブルを作成した結果を示す図である。図６から分かるように、この場合には、データ欠損部が存在したこと自体が２次元テーブル上に現れない。

（２）データ欠損がある時間範囲のデータを、全ての試料のクロマトグラムデータにおいて無効化する。具体的には、データとしては削除しないものの、通常の数値の代わりに実際上起こり得ない数値や特殊記号を挿入したり、或いは、無効データであることを示すフラグを付加したりすることによって、それらを自動解析又は分析者による解析に利用できないようにする。
図５に示した例でいえば、試料２について保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータが欠損しているから、全ての試料のクロマトグラムデータにおいて保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータを図７に示すように特殊記号＊に変更する。図７から分かるように、この場合には、データ欠損部が存在したことが２次元テーブルから把握可能である。

（３）欠損している部分のデータ（図５において太点線で囲まれている部分のデータ）を、欠損していないデータから計算等により求めたデータに置き換える。例えば、同保持時間の他の試料に対するデータの平均値を求め、欠損した部分の「０」データに代えてこの平均値データを挿入する。
図５に示した例でいえば、試料２について保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータが欠損しているから、図８に示すように、保持時間1.1〜1.4の時間範囲のデータが欠損していない他の試料のクロマトグラムデータから平均値を求め、これを欠損したデータに代えて挿入する。なお、こうして求めたデータと元のデータとの識別が可能であるように、前者には特定のフラグを付加するとよい。図８では特殊記号＊をデータに付加している。

テーブル作成処理部７４において上記のような２次元テーブル形式にまとめられた信号強度データが解析処理部７５に入力されると、解析処理部７５は予め決められた差異解析や多変量解析を実行し、試料の類似性や相違性を示す結果を表示部６に出力する（ステップＳ８）。解析処理部７５が主成分分析を行うものである場合には、読み込んだ信号強度データに基づいて試料毎にスコアとローディングとを求め、それぞれの分散図を作成してこれを出力する。これにより、分析者は複数の試料の類似性や相違性の評価を行うことができる。

解析処理部７５において差異解析を行う際には、異なる試料に対する同保持時間のデータ同士の差分を利用するが、図６や図７に示した例では、データ欠損がある時間範囲についての差異解析は行われないので、データ欠損が解析結果に影響することはない。また、図８に示した例では、データ欠損がある時間範囲についての差異解析も行われるが、欠損部が０データではなく他の試料に対するデータに近い値となるので、解析結果への影響を抑制することができる。

なお、上記実施例では、図４（ｂ）に示したクロマトグラムデータは或る１つの質量電荷比に対するＸＩＣの信号強度データで、多数の質量電荷比に対するＸＩＣの信号強度データを用いることで図４（ｃ）に示す１次元テーブルを作成するようにしていたが、そのクロマトグラムの一部又は全部をＸＩＣではない他の態様のクロマトグラムに置き換えることができる。

例えば、複数の質量電荷比に対するＸＩＣの差分をとった差分クロマトグラム、複数の質量電荷比に対するＸＩＣを加算した又は所定の質量電荷比範囲に亘る全てのＸＩＣを加算した加算クロマトグラムなどとしてもよい。例えば、図４（ｃ）の例においてm/z100、m/z101の２つのＸＩＣを示すデータに代えて、両方のＸＩＣを加算した、つまりm/z＝100＋101に対するクロマトグラムを示すデータとしてもよい。このような変換を行っても、質量電荷比という次元の情報は欠損しない。

また、質量分析装置において作成されるクロマトグラムとしてはＴＩＣやＸＩＣが一般的であるが、そのほかに、様々な態様のクロマトグラムが作成されるから、そうしたクロマトグラムを構成するデータを図４（ｃ）に示した１次元テーブルに含むようにしてもよい。こうしたクロマトグラムとして、例えばイオン量が最大のピークを集めたベースピーククロマトグラム、マスデフェクトクロマトグラム、アイソトピックフィルタードクロマトグラム、ニュートラルロスクロマトグラムなどが含まれる。なお、これらクロマトグラムの一部は、ＭＳ部３においてイオンを開裂させることで生成されるプリカーサイオンの質量分析を行うことにより収集されるデータに基づくものであることは当然である。

また上記実施例は本発明をＬＣ−ＭＳ分析システムに適用したものであるが、ＬＣの代わりに、同様に時間方向に成分分離が可能なＧＣ、ＣＥを用いてもよいことは明らかである。

また、試料に対する測定データを取得する検出器としてＭＳ以外の様々な分析装置を用いることができることも明らかである。例えば、検出器として紫外可視分光光度計やフォトダイオードアレイ検出器を用いた場合には、複数の波長毎に信号強度の時間的変化を測定することができるから、波長毎にクロマトグラムを作成することができ、複数の試料に対する複数の波長のクロマトグラムデータを上記と同様の方法で２次元テーブル化することができる。

また、上記説明では、複数の試料に対するクロマトグラムデータを比較するために、異なる試料に対するクロマトグラムデータをテーブルの横方向に並べたが、同一試料に対し異なる検出器でそれぞれ取得したクロマトグラムを比較するために本発明を用いることもできる。具体的には、例えば、同一試料に対し質量分析装置で取得したＴＩＣと紫外可視分光光度計で取得した各波長におけるクロマトグラムとを比較するために、これらクロマトグラムデータが配列された１次元テーブルを横方向に並べて２次元化するようにしてもよい。このように、比較対象のクロマトグラムの種類はユーザが任意に選ぶことができるが、どのようなクロマトグラムが選ばれた場合でも、本発明によれば、時間軸調整の結果生じたデータ欠損の影響をなくすような処理が行われ、クロマトグラムの正確な比較が可能となる。

また、上記実施例は本発明の一例にすぎず、上記記載以外でも、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは当然である。

１…試料チェンジャ
２…液体クロマトグラフ（ＬＣ）部
３…質量分析（ＭＳ）部
４…制御部
５…操作部
６…表示部
７…データ処理部
７１…データ収集部
７２…クロマトグラム作成部
７３…クロマトグラム修正部
７４…テーブル作成処理部
７５…解析処理部

Claims (8)

1. １つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理方法であって、
   a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整ステップと、
   b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを削除するデータ整形ステップと、
   c)前記データ整形ステップにより先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成ステップと、
   を有することを特徴とする分析データ処理方法。
2. １つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理方法であって、
   a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整ステップと、
   b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを無効化するデータ整形ステップと、
   c)前記データ整形ステップにより先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成ステップと、
   を有することを特徴とする分析データ処理方法。
3. １つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理方法であって、
   a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整ステップと、
   b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、データ欠損部と同じ時間範囲であってデータが欠損していない他のクロマトグラムデータを利用して前記欠損部のデータを補う処理を実行するデータ整形ステップと、
   c)前記データ整形ステップにより先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成ステップと、
   を有することを特徴とする分析データ処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の分析データ処理方法であって、
   試料に含まれる複数の成分を時間方向に分離するクロマトグラフ分離手段と、該クロマトグラフ分離手段により時間方向に成分分離された試料に対して時間以外の別のパラメータの次元方向の信号強度をそれぞれ取得する検出器と、を具備する分析装置を用いて収集された、複数の試料に対するクロマトグラムデータを処理する分析データ処理方法において、
   異なる試料に対し同一のパラメータにおけるクロマトグラムデータを比較分析対象として、前記時間軸調整ステップ及び前記データ整形ステップによる処理を実施し、
   前記テーブル作成ステップは、試料毎に、前記データ整形ステップにより先頭部及び末尾部の処理が施された後のクロマトグラムデータを、前記パラメータが同一である毎にまとめて、時間方向に連結して１次元的なテーブルを作成する１次元テーブル作成ステップと、該１次元デーブル作成ステップで作成されたそれぞれ異なる試料に対する１次元テーブルを、時間方向と直交する方向に配置することにより、２次元テーブルを作成する２次元テーブル作成ステップと、を含むことを特徴とする分析データ処理方法。
5. 請求項４に記載の分析データ処理方法であって、
   前記検出器は質量分析装置であり、前記パラメータは質量電荷比であることを特徴とする分析データ処理方法。
6. １つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理装置であって、
   a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整手段と、
   b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを削除するデータ整形手段と、
   c)前記データ整形手段により先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成手段と、
   を備えることを特徴とする分析データ処理装置。
7. １つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理装置であって、
   a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整手段と、
   b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、その比較分析対象である複数のクロマトグラムデータについてデータ欠損がある時間範囲のデータを無効化するデータ整形手段と、
   c)前記データ整形手段により先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成手段と、
   を備えることを特徴とする分析データ処理装置。
8. １つの試料に対して得られた複数のクロマトグラムデータ又は複数の試料に対しそれぞれ得られた複数のクロマトグラムデータを処理する分析データ処理装置であって、
   a)前記複数のクロマトグラムデータの中で比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、同一成分の出現時間が揃うように時間軸を調整する時間軸調整手段と、
   b)時間軸調整済みの比較分析対象である複数のクロマトグラムデータの先頭部及び末尾部において同一時間に対するデータが欠損しているクロマトグラムデータが存在する場合に、データ欠損部と同じ時間範囲であってデータが欠損していない他のクロマトグラムデータを利用して前記欠損部のデータを補う処理を実行するデータ整形手段と、
   c)前記データ整形手段により先頭部及び末尾部の処理が施された後の比較分析対象である複数のクロマトグラムデータに対し、各クロマトグラムデータのデータ値を縦方向又は横方向に時間順に並べ、その時間順方向と直交する横方向又は縦方向に比較分析対象のクロマトグラムデータを並べるように２次元的なテーブルを作成するテーブル作成手段と、
   を備えることを特徴とする分析データ処理装置。

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