JP6027436B2 - Mass spectrometry data analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、分析対象試料に由来するプリカーサイオンを1回又は複数回開裂させ、該開裂によって発生したフラグメントイオンを質量分析するMSn分析によって得られたデータを解析するための質量分析データ解析方法に関し、特に或る構造既知の物質に類似した未知物質の構造を推定する方法に関するものである。 The present invention is a mass spectrometry data analysis method for analyzing data obtained by MS n analysis in which a precursor ion derived from a sample to be analyzed is cleaved once or a plurality of times, and fragment ions generated by the cleavage are subjected to mass spectrometry In particular, the present invention relates to a method for estimating the structure of an unknown substance similar to a substance having a known structure.

イオントラップ型質量分析装置などを用いた質量分析においてはMS/MS分析という手法が知られている。一般的なMS/MS分析では、まず分析対象物から目的とする特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオン(親イオン)として選別し、その選別したプリカーサイオンをCID(Collision Induced Dissociation:衝突誘起分解)によって開裂させ、開裂イオンを生成する。開裂様式は元の化合物の構造に依存するため、開裂によって生成したフラグメントイオンを質量分析することによって、目的とするイオンの質量や化学構造についての情報を取得することができる。   In mass spectrometry using an ion trap mass spectrometer or the like, a technique called MS / MS analysis is known. In general MS / MS analysis, first, ions having a specific mass-to-charge ratio are selected from the analyte as precursor ions (parent ions), and the selected precursor ions are collided by CID (Collision Induced Dissociation). Cleavage) to produce cleavage ions. Since the cleavage mode depends on the structure of the original compound, information on the mass and chemical structure of the target ion can be obtained by mass analysis of the fragment ions generated by the cleavage.

近年、こうした装置で分析しようとする試料はますます分子量が大きくなり、構造(組成)も複雑になる傾向にある。そのため、試料の性質によっては、一段階の開裂操作だけでは十分に小さな質量までイオンが開裂しない場合がある。そうした場合には、開裂の操作を複数回(n-1回)繰り返し、生成したフラグメントイオンを質量分析するMSn分析が行われることもある(例えば特許文献1、2など参照)。なお、上記のような1回の開裂操作によるフラグメントイオンの質量分析はMS2分析である。 In recent years, a sample to be analyzed with such an apparatus tends to have a higher molecular weight and a complicated structure (composition). Therefore, depending on the properties of the sample, ions may not be cleaved to a sufficiently small mass by only one-step cleavage operation. In such a case, the cleavage operation is repeated a plurality of times (n-1 times), and MS n analysis in which the generated fragment ions are subjected to mass spectrometry may be performed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Note that mass analysis of fragment ions by one cleavage operation as described above is MS 2 analysis.

このようなMSn分析により得られたデータから未知物質の構造を推定するための解析処理としては、マススペクトルデータベースを用いたいわゆるパターンマッチングという処理が挙げられる。マススペクトルデータベースには、様々な既知化合物についての情報、すなわち、所定のイオン化法を用いて質量分析を行ったときに得られるマススペクトルのデータの他、化合物名、分子量、組成式、構造式等の情報が含まれている。このような既知化合物のマススペクトルと未知物質のマススペクトルとを指定された検索条件の下でパターンマッチングすることにより、該未知物質のスペクトルピークパターンに一致する物質を特定することができる。 As an analysis process for estimating the structure of an unknown substance from data obtained by such MS n analysis, there is a so-called pattern matching process using a mass spectrum database. In the mass spectrum database, information on various known compounds, that is, mass spectrum data obtained when mass analysis is performed using a predetermined ionization method, compound name, molecular weight, composition formula, structural formula, etc. Information is included. By pattern matching such a mass spectrum of a known compound and a mass spectrum of an unknown substance under a designated search condition, a substance that matches the spectrum peak pattern of the unknown substance can be specified.

特開平10−142196号公報JP-A-10-142196 特開2001−249114号公報JP 2001-249114 A

しかしながら、データベースが厖大であったとしても分析対象の全ての化合物が登録されている訳ではない。特に、農薬、医薬品等では、化合物の基本骨格が同一であって一部に成分又は置換基を置き換えた(例えばメチル基をエチル基に、塩素を臭素に置換する)ものが多く、これらを全てライブラリに登録しておくことは実際上不可能である。そのため、目的とする未知物質がデータベースに登録されていない場合があり、このような場合には、該未知物質の分子構造を推定することは困難であった。   However, even if the database is enormous, not all compounds to be analyzed are registered. In particular, there are many agricultural chemicals, pharmaceuticals, etc., in which the basic skeleton of the compound is the same and some components or substituents are replaced (for example, a methyl group is replaced with an ethyl group and chlorine is replaced with bromine). It is practically impossible to register in the library. Therefore, the target unknown substance may not be registered in the database. In such a case, it is difficult to estimate the molecular structure of the unknown substance.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、MSn分析によって得られたデータを基に、未知物質の構造推定を容易に行うことのできる質量分析データ解析装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a mass spectrometry data analysis apparatus that can easily estimate the structure of an unknown substance based on data obtained by MS n analysis.

上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析データ解析方法の第1の態様のものは、未知物質に由来するプリカーサイオンをn-1(n≧2)段階に開裂させ、発生したフラグメントイオンを質量分析するMSn分析を行った結果に基づいて前記未知物質の構造を推測する質量分析データ解析方法であって、
a)既知物質と構造が類似する未知物質を選出し、該未知物質と構造が類似する既知物質の情報を得るステップと、
b)前記MSn分析により得られた未知物質のマススペクトルと、前記ステップで得られる未知物質と構造が類似する既知物質のMSn分析により得られるマススペクトル又は該既知物質の構造からMSn分析を行った場合に得られると推定されるマススペクトルとを比較し、両者に共通に存在するフラグメントイオンピークを抽出するステップと、
c)予め記憶された前記既知物質の各フラグメントイオンピークに対応する部分構造の情報を参照して、該共通するフラグメントイオンピークに対応する前記既知物質の部分構造を特定するステップと、
d)前記部分構造を前記未知物質の部分構造として決定するステップと、
を有することを特徴としている。
The first aspect of the mass spectrometric data analysis method according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, is generated by cleaving a precursor ion derived from an unknown substance into n-1 (n ≧ 2) stages. A mass spectrometry data analysis method for estimating the structure of the unknown substance based on the result of performing MS n analysis for mass analysis of the fragment ions,
a) selecting an unknown substance having a structure similar to that of the known substance and obtaining information on the known substance having a structure similar to the unknown substance;
b) wherein the MS n mass spectrum of the unknown material obtained by analysis, MS n analysis the structure of the mass spectra or said known substance obtained by MS n analysis of known substances unknowns and the structure obtained in step is similar Comparing the mass spectrum estimated to be obtained when performing the steps, and extracting fragment ion peaks that are common to both,
c) identifying the partial structure of the known substance corresponding to the common fragment ion peak with reference to the partial structure information corresponding to each fragment ion peak of the known substance stored in advance ;
d) determining the partial structure as a partial structure of the unknown substance;
It is characterized by having.

また、本発明の質量分析データ解析方法の第2の態様のものは、上記構成に加えて更に、
h) 上記未知物質に由来するプリカーサイオンの質量電荷比から該プリカーサイオンの組成式を導出するステップと、
i) 上記既知物質の構造と既知の構造変化パターンとを組み合わせることにより、前記組成式と同様の組成式が得られるような構造候補を作成するステップと、
j) 前記構造候補からMSn分析により発生するフラグメントイオンピークを推定するステップと、
k) 該フラグメントイオンピークを上記未知物質のMSn分析によって得られたフラグメントイオンピークと比較することにより、前記構造候補を該未知物質の構造として蓋然性の高い順にランク付けするステップと、
を有することを特徴としている。
In addition to the above configuration, the second aspect of the mass spectrometry data analysis method of the present invention further includes:
h) deriving a composition formula of the precursor ion from the mass-to-charge ratio of the precursor ion derived from the unknown substance;
i) creating a structure candidate that obtains a composition formula similar to the composition formula by combining the structure of the known substance and a known structure change pattern;
j) estimating fragment ion peaks generated by MS n analysis from the structure candidates;
k) ranking the candidate structure as the structure of the unknown substance in the most probable order by comparing the fragment ion peak with the fragment ion peak obtained by MS n analysis of the unknown substance;
It is characterized by having.

上記構成を有する本発明の第1の態様に係る質量分析データ解析方法は、未知物質について得られたMSn分析のマススペクトルと該未知物質に構造が類似した既知物質のMSn分析により得られるマススペクトルを比較することにより、該未知物質の構造推定を行うものである。既知物質から生じるフラグメントイオンピークは該既知物質の部分構造に帰属させることができるため、該既知物質と前記未知物質の両方から共通して発生するフラグメントイオンピークを特定することにより、該未知物質に含まれる部分構造を推定することができる。このため、データベースに登録されていない物質であってもその構造推定を容易に行うことができるようになり、分析効率を向上させることができる。なお、前記「既知物質のMSn分析により得られるマススペクトル」とは、該既知物質について予めMSn分析を行って測定されたものであってもよく、あるいは該既知物質の構造から推定されたものであってもよい。 Mass spectrometry data analysis method according to the first aspect of the present invention is obtained by MS n analysis of known substances obtained MS mass spectrum of the n analysis and the unknown material structure is similar for the unknown substance having the above configuration The structure of the unknown substance is estimated by comparing mass spectra. Since a fragment ion peak generated from a known substance can be attributed to a partial structure of the known substance, by identifying a fragment ion peak that is generated in common from both the known substance and the unknown substance, the unknown substance is assigned to the unknown substance. The contained partial structure can be estimated. For this reason, even if the substance is not registered in the database, its structure can be easily estimated, and the analysis efficiency can be improved. The “mass spectrum obtained by MS n analysis of a known substance” may be measured by performing MS n analysis on the known substance in advance, or estimated from the structure of the known substance. It may be a thing.

上記本発明の第1の態様のものにおいては、前記未知物質のMSn分析結果と既知物質の情報とを比較する際に、上記のフラグメントイオンピークの情報に加えてプリカーサイオンの質量電荷比とMSn分析の各段階におけるフラグメントイオンの質量電荷比の差の値を用いるようにしてもよい。この場合、予め既知物質について前記のような質量電荷比差の値を求めておき、これを未知物質のMSn分析結果から算出される前記質量電荷比差の値と比較することにより、両者に共通するものを抽出する。該質量電荷比差はプリカーサイオンの開裂によって脱離した要素に起因するものであり、前記既知物質の部分構造に帰属させることができるため、該既知物質と前記未知物質の両方から得られる質量電荷比差の値を求めることにより、該未知物質に含まれる部分構造を推定することができる。更に、前記質量電荷比差としてはプリカーサイオンとフラグメントイオンの質量電荷比差のみならず、多段階の開裂操作を伴うMSn分析の各段階で生じるフラグメントイオンの質量電荷比と該フラグメントイオンの基となった前段のフラグメントイオン又はプリカーサイオンの質量電荷比の差を用いることもできる。 In the first aspect of the present invention, when comparing the MS n analysis result of the unknown substance with the information of the known substance, in addition to the fragment ion peak information, the mass-to-charge ratio of the precursor ion and MS n may be used a value of the difference in mass-to-charge ratio of a fragment ion at each stage of analysis. In this case, the value of the mass-to-charge ratio difference as described above is obtained in advance for the known substance, and this is compared with the value of the mass-to-charge ratio difference calculated from the MS n analysis result of the unknown substance. Extract common things. The mass-to-charge ratio difference is due to the element desorbed by the cleavage of the precursor ion and can be attributed to the partial structure of the known substance, so that the mass charge obtained from both the known substance and the unknown substance By determining the value of the ratio difference, the partial structure contained in the unknown substance can be estimated. Further, as the mass-to-charge ratio difference, not only the mass-to-charge ratio difference between the precursor ion and the fragment ion, but also the mass-to-charge ratio of the fragment ion generated in each stage of MS n analysis involving multi-step cleavage operation and the group of the fragment ion It is also possible to use the difference in mass-to-charge ratio of the preceding fragment ion or precursor ion.

また、上記構成を有する本発明の第2の態様に係る質量分析データ解析方法によれば、分析対象である未知物質に類似した既知物質の構造と既知の構造変化パターンとの組み合わせから該未知物質の全体構造を推定することができる。前記未知物質は前記既知物質の構造の一部が変化したものであると考えられるため、まず未知物質のプリカーサイオンの質量電荷比からその組成式を推定し、上記組み合わせにより該組成式と同じ組成式が得られるような修飾を受けた既知物質の構造を作成し、前記未知物質の構造候補として列挙する。続いて、該構造候補に対してMSn分析を行った場合に発生すると予想されるフラグメントイオンピークを導出し、該フラグメントイオンピークの情報に基づいて前記未知物質のMSn分析により生じたフラグメントイオンをよく説明できる順に前記構造候補をランク付けする。これにより、未知物質の構造をより容易に推定できるようになると共に、上述のような未知物質と既知物質に共通するフラグメントイオンピーク等が見つからない場合であっても該未知物質の構造推定を行うことができるようになる。 Moreover, according to the mass spectrometry data analysis method according to the second aspect of the present invention having the above-described configuration, the unknown substance is obtained from a combination of the structure of the known substance similar to the unknown substance to be analyzed and the known structural change pattern. Can be estimated. Since the unknown substance is considered to be a part of the structure of the known substance, the composition formula is first estimated from the mass-to-charge ratio of the precursor ion of the unknown substance, and the same composition as the composition formula is obtained by the above combination. Structures of known substances that have been modified so as to obtain formulas are created and listed as structure candidates of the unknown substances. Subsequently, a fragment ion peak expected to be generated when MS n analysis is performed on the structure candidate is derived, and fragment ions generated by MS n analysis of the unknown substance based on information on the fragment ion peak The structure candidates are ranked in the order that can be well explained. As a result, the structure of the unknown substance can be estimated more easily, and the structure of the unknown substance can be estimated even when a fragment ion peak or the like common to the unknown substance and the known substance is not found. Will be able to.

なお、本発明の質量分析データ解析方法による未知物質の構造推定を行うためには、該未知物質と類似した構造を有する既知物質の情報が必要となる。従って、例えば構造未知の物質に対してMSn分析を行い、上述のようなデータベースを用いたパターンマッチングによって該未知物質に類似するものとして或る既知物質がヒットしたような場合に、前記未知物質のMSn分析結果と前記データベースに記載された該類似物質の情報を用いて本発明を実施することができる。また、薬物動態試験における代謝物の定量・構造解析や医薬品等の合成における反応副産物や分解生成物等の類縁不純物の同定等のように、多数の成分が混在する試料に対してMSn分析を行い、該混合試料中に含まれる既知物質と類似する成分を該MSn分析のデータから選出した上でその構造解析を行うような場合にも本発明を適用することができる。 Note that in order to estimate the structure of an unknown substance by the mass spectrometry data analysis method of the present invention, information on a known substance having a structure similar to the unknown substance is required. Therefore, for example, when an MS n analysis is performed on a substance having an unknown structure and a certain known substance is hit as being similar to the unknown substance by pattern matching using the database as described above, the unknown substance The present invention can be carried out using the MS n analysis results of the above and information on the similar substances described in the database. In addition, MS n analysis is performed on samples containing many components such as quantification and structural analysis of metabolites in pharmacokinetic studies and identification of related impurities such as reaction byproducts and degradation products in the synthesis of pharmaceuticals, etc. The present invention can also be applied to a case where a component similar to a known substance contained in the mixed sample is selected from the data of the MS n analysis and then subjected to a structural analysis.

本発明に係る質量分析データ解析方法を実行する質量分析データ解析装置(以下、単に「データ解析装置」とする)の一実施例について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、液体クロマトグラフ質量分析装置による分析結果を利用する場合を例にとるが、ガス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や、試料の直接導入を行う質量分析装置を用いる場合も同様である。   An embodiment of a mass spectrometry data analysis apparatus (hereinafter simply referred to as “data analysis apparatus”) that executes a mass spectrometry data analysis method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the analysis result by the liquid chromatograph mass spectrometer is used is taken as an example, but another chromatograph mass spectrometer such as a gas chromatograph mass spectrometer or a mass spectrometer that directly introduces a sample is used. The same applies when used.

図1は本実施例のデータ解析装置10の構成を示す図である。データ解析装置10は、液体クロマトグラフ質量分析装置(LC/MS)20から送出される検出データを処理するものであり、中央制御部11、スペクトルデータ作成部12、解析処理部13、測定データ記憶部14、参照データ記憶部15、及び構造変化パターン記憶部16を備えている。測定データ記憶部14、参照データ記憶部15、及び構造変化パターン記憶部16は中央制御部11に接続されている。また、中央制御部11には入力装置30及び表示装置40が接続されている。なお中央制御部11は、LC/MS20の各部の動作を制御する機能も兼ね備えている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a data analysis apparatus 10 according to the present embodiment. The data analyzer 10 processes the detection data sent from the liquid chromatograph mass spectrometer (LC / MS) 20, and includes a central controller 11, a spectrum data generator 12, an analysis processor 13, and a measurement data storage. Unit 14, reference data storage unit 15, and structure change pattern storage unit 16. The measurement data storage unit 14, the reference data storage unit 15, and the structure change pattern storage unit 16 are connected to the central control unit 11. An input device 30 and a display device 40 are connected to the central control unit 11. The central control unit 11 also has a function of controlling the operation of each unit of the LC / MS 20.

上記において、中央制御部11、スペクトルデータ作成部12、及び解析処理部13はコンピュータ・プログラムに従って動作するCPUにより構成することができる。測定データ記憶部14にはハードディスク(HD)や光磁気ディスク(MO)等の読出/書込可能な記憶装置が利用できる。参照データ記憶部15及び構造変化パターン記憶部16にもHD等が利用可能であるが、参照データ記憶部15及び構造変化パターン記憶部16へのデータの書込を行わないような構成とする場合は、CD−ROMのような読出専用の装置を用いてもよい。参照データ記憶部15には様々な化合物に関するデータ(構造式、組成式、MSn分析の各段におけるスペクトルデータ、及び該スペクトルデータ中の各フラグメントイオンピークに対応する部分構造の情報など)が格納されており、分析者が入力装置30を操作することにより前記化合物の中から適当な化合物を指定することができるようになっている。構造変化パターン記憶部16には既知の構造変化パターン(例えば、置換基の置き換え、付加、脱離など)に関する情報が格納されている。また、図1では、測定データ記憶部14、参照データ記憶部15、及び構造変化パターン記憶部16がそれぞれ独立に配置されているが、これらの記憶部は、単一の記憶装置(HD等)を論理的に分割して構成することも可能である。なお、入力装置30にはキーボードやマウス等を利用することができ、表示装置40にはCRTやプリンタ等が利用できる。 In the above, the central control unit 11, the spectrum data creation unit 12, and the analysis processing unit 13 can be configured by a CPU that operates according to a computer program. As the measurement data storage unit 14, a readable / writable storage device such as a hard disk (HD) or a magneto-optical disk (MO) can be used. Although HD etc. can be used for the reference data storage unit 15 and the structural change pattern storage unit 16, the data is not written to the reference data storage unit 15 and the structural change pattern storage unit 16. May use a read-only device such as a CD-ROM. The reference data storage unit 15 stores data relating to various compounds (structural formula, composition formula, spectral data at each stage of MS n analysis, and information on partial structures corresponding to each fragment ion peak in the spectral data). Thus, an analyst can designate an appropriate compound from among the compounds by operating the input device 30. The structure change pattern storage unit 16 stores information on known structure change patterns (for example, substitution, addition, desorption, etc. of substituents). In FIG. 1, the measurement data storage unit 14, the reference data storage unit 15, and the structural change pattern storage unit 16 are arranged independently, but these storage units are a single storage device (such as HD). It is also possible to divide and logically. Note that a keyboard, a mouse, or the like can be used for the input device 30, and a CRT, a printer, or the like can be used for the display device 40.

このようなデータ解析装置10は、LC/MS専用の制御・解析ユニットとして具現化してもよく、あるいはパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータに本発明の解解析方法を実行するためのプログラムをインストールすることにより具現化してもよい。   Such a data analysis apparatus 10 may be embodied as a control / analysis unit dedicated to LC / MS, or by installing a program for executing the solution analysis method of the present invention in a general-purpose computer such as a personal computer. It may be embodied.

LC/MS20は、混合試料を時間的に分離するためのカラムを有する液体クロマトグラフ装置とMSn分析(少なくともMS2分析)が可能な質量分析装置で構成される。このような質量分析装置としては、例えば、三連四重極型の質量分析装置やイオントラップ型の質量分析装置等を用いることができる。クロマトグラフ装置のカラムから溶出される試料成分は質量分析装置によって順次イオン化されてMSn分析に供される。このとき、各試料成分由来のイオンから適当な質量電荷比を有するイオンがプリカーサイオンとして自動的に選択され、該プリカーサイオンを開裂させて発生したフラグメントイオンの質量分離・検出が行われる。また、必要に応じてこのようなイオンの選択・開裂・検出を複数回繰り返すこともできる。 The LC / MS 20 includes a liquid chromatograph having a column for temporally separating a mixed sample and a mass spectrometer capable of MS n analysis (at least MS 2 analysis). As such a mass spectrometer, for example, a triple quadrupole mass spectrometer or an ion trap mass spectrometer can be used. Sample components eluted from the column of the chromatograph are sequentially ionized by the mass spectrometer and used for MS n analysis. At this time, ions having an appropriate mass-to-charge ratio are automatically selected as precursor ions from ions derived from the respective sample components, and mass separation / detection of fragment ions generated by cleaving the precursor ions is performed. Further, such selection, cleavage, and detection of ions can be repeated a plurality of times as necessary.

試料の測定中は、LC/MS20からデータ解析装置10に対し、各質量電荷比毎に検出されたイオン数に応じた電流による検出データ(デジタル化された検出信号)が送られる。スペクトルデータ作成部12は、所定のアルゴリズムに従って該検出データを処理することにより、質量電荷比と該質量電荷比におけるピーク強度(相対信号強度)とが対となったスペクトルデータを算出し、測定データ記憶部14に格納する。また、開裂操作を行わないMS1分析により得られたスペクトルデータを基にトータルイオンクロマトグラム(Total Ion Chromatogram:TIC)が作成され同様に測定データ記憶部14に格納される。 During the measurement of the sample, detection data (digitized detection signal) based on the current corresponding to the number of ions detected for each mass-to-charge ratio is sent from the LC / MS 20 to the data analysis apparatus 10. The spectrum data creation unit 12 processes the detection data according to a predetermined algorithm to calculate spectrum data in which the mass-to-charge ratio and the peak intensity (relative signal intensity) at the mass-to-charge ratio are paired, and the measurement data Store in the storage unit 14. Further, a total ion chromatogram (TIC) is created based on the spectrum data obtained by the MS 1 analysis without performing the cleavage operation, and is similarly stored in the measurement data storage unit 14.

次に、試料の測定終了後の解析処理について説明する。ここでは、上記LC/MS20及びデータ解析装置10を用いて複数成分を含有する混合試料に対してMS2分析を行い、取得されたデータから所定の既知物質に構造が類似した未知物質を選出した上で、該未知物質に対して本発明の質量分析データ解析方法による構造解析を実施する場合を例に挙げて説明を行う。 Next, an analysis process after the measurement of the sample is described. Here, MS 2 analysis was performed on the mixed sample containing a plurality of components using the LC / MS 20 and the data analysis apparatus 10 and an unknown substance having a structure similar to a predetermined known substance was selected from the acquired data. The case where structural analysis is performed on the unknown substance by the mass spectrometry data analysis method of the present invention will be described as an example.

まず中央制御部11は測定データ記憶部14及び参照データ記憶部15からそれぞれ前記TIC上の各ピークに対応するスペクトルデータ(MSn分析の各段階において得られたスペクトルデータ)及び分析者により指定された既知物質のスペクトルデータを読み出して解析処理部13へ転送する。 First, the central control unit 11 is designated by a spectrum data (spectrum data obtained at each stage of MS n analysis) corresponding to each peak on the TIC and an analyst from the measurement data storage unit 14 and the reference data storage unit 15, respectively. The spectrum data of the known substance is read out and transferred to the analysis processing unit 13.

解析処理部13は、これらのスペクトルデータに基づいて、後述の多変量解析に使用する変数を導出してテーブル化する。ここで、多変量解析に用いられる変数としては、例えば、(1)MSn分析の各段におけるフラグメントイオンの質量電荷比、(2)MSn分析の各段におけるフラグメントイオンの質量電荷比と上記プリカーサイオンの質量電荷比の差、(3)MSn分析の各段におけるフラグメントイオンの質量電荷比と該フラグメントイオンの基となった前段のフラグメントイオン又はプリカーサイオンの質量電荷比の差、(4)プリカーサイオンの同位体分布パターンなどを用いることができる。 Based on these spectral data, the analysis processing unit 13 derives variables used for multivariate analysis, which will be described later, and tabulates them. Here, the variables used in the multivariate analysis, for example, (1) the mass to charge ratio of fragment ions in each stage of MS n analysis, and (2) MS n mass to charge ratio of a fragment ion at each stage of analysis the Difference in mass-to-charge ratio of precursor ions, (3) Difference in mass-to-charge ratio of fragment ions in each stage of MS n analysis and mass-to-charge ratio of fragment ions or precursor ions in the previous stage on which the fragment ions are based, (4 ) Precursor ion isotope distribution patterns can be used.

続いて、解析処理部13において前記テーブルに基づく多変量解析が実行される。ここで用いられる多変量解析の手法としては、例えば、階層的クラスター分析(Hierarchical Cluster Analysis:HCA)、主成分分析(Principal Component Analysis:PCA)、部分最小二乗法(Partial Least Squares:PLS)等が挙げられる。   Subsequently, the analysis processing unit 13 executes multivariate analysis based on the table. Examples of multivariate analysis methods used here include Hierarchical Cluster Analysis (HCA), Principal Component Analysis (PCA), and Partial Least Squares (PLS). Can be mentioned.

その後、解析処理部13における多変量解析の結果が表示装置40に出力され、該結果に基づいて類似成分候補が選出される。なお、類似成分候補を選出する手段としては、分析者が表示装置40に表示された解析結果を目で確認することにより行うものとしてもよく、あるいは、既知物質との類似度が予め設定された所定の閾値よりも高かったものをデータ解析装置10が自動的に選出して表示装置40に表示するものとしてもよい。   Thereafter, the result of multivariate analysis in the analysis processing unit 13 is output to the display device 40, and similar component candidates are selected based on the result. As a means for selecting similar component candidates, an analyst may check the analysis result displayed on the display device 40 visually, or the degree of similarity with a known substance is set in advance. The data analysis device 10 may automatically select and display on the display device 40 what is higher than the predetermined threshold.

以上により、未知物質のMSnデータと該未知物質に構造が類似した既知物質の情報が得られたことになる。以下、これらの情報に基づいて上記類似成分候補として選出された未知物質の構造推定を行う際の手順について図2のフローチャートを参照しながら説明する。 Thus, so that the structure MS n data and the unknown substance unknowns was obtained information known substance similar. Hereinafter, a procedure for estimating the structure of the unknown substance selected as the similar component candidate based on the above information will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、中央制御部11は測定データ記憶部14から解析対象となる未知物質(類似成分候補)に由来するプリカーサイオンの質量電荷比を読み出して解析処理部13に転送する(ステップS11)。解析処理部13は該プリカーサイオンの質量電荷比から推定される組成式を導出する(ステップS12)。続いて、中央制御部11は参照データ記憶部15から前記既知物質の構造式を読み出して解析処理部13に転送する(ステップS13)。解析処理部13は構造変化パターン記憶部16を参照し、該既知物質の構造式と既知の構造変化パターンとを組み合わせることにより、前記未知物質の組成式と同様の組成式が得られるような構造候補を作成する(ステップS14)。   First, the central control unit 11 reads out the mass-to-charge ratio of precursor ions derived from unknown substances (similar component candidates) to be analyzed from the measurement data storage unit 14 and transfers them to the analysis processing unit 13 (step S11). The analysis processing unit 13 derives a composition formula estimated from the mass-to-charge ratio of the precursor ions (step S12). Subsequently, the central control unit 11 reads the structural formula of the known substance from the reference data storage unit 15 and transfers it to the analysis processing unit 13 (step S13). The analysis processing unit 13 refers to the structure change pattern storage unit 16 and combines the structural formula of the known substance with the known structure change pattern to obtain a composition formula similar to the composition formula of the unknown substance. A candidate is created (step S14).

続いて解析処理部13はステップS14において導出された構造候補のそれぞれについてMS2分析により各構造候補から生じると予想されるフラグメントイオンピークを導出し(ステップS15)、導出された各フラグメントイオンピークの質量電荷比及びピークの高さを考慮して未知物質の構造候補として蓋然性の高い順に各構造候補をランク付けする(ステップS16)。 Subsequently, the analysis processing unit 13 derives a fragment ion peak that is predicted to be generated from each structure candidate by MS 2 analysis for each of the structure candidates derived in step S14 (step S15). In consideration of the mass-to-charge ratio and the height of the peak, the structure candidates are ranked in descending order of probability as structure candidates of unknown substances (step S16).

次に、中央制御部11は上記既知物質のMS2スペクトル及び未知物質のMS2スペクトルをそれぞれ参照データ記憶部15及び測定データ記憶部14から読み出して解析処理部13へと転送する(ステップS17、S18)。解析処理部13は両者を比較して、既知物質のMS2スペクトル及び未知物質のMS2スペクトルに共通して存在するフラグメントイオンピークを探索する(ステップS19)。ステップS19において共通するピークが発見された場合には、該フラグメントイオンピークに対応する既知物質の部分構造が未知物質にも含まれていると推定することができる。 Next, the central control unit 11 is transferred to the known reference substances MS 2 spectra and MS 2 spectra of an unknown substance, respectively the data storage unit 15 and the measurement data storage unit 14 reads from the analysis processing unit 13 (step S17, S18). The analysis processing unit 13 compares the two to search for a fragment ion peak that exists in common in the MS 2 spectrum of the known substance and the MS 2 spectrum of the unknown substance (step S19). If a common peak is found in step S19, it can be estimated that the partial structure of the known substance corresponding to the fragment ion peak is also included in the unknown substance.

例えば、上記既知物質に関する情報として、参照データ記憶部15に図3(a)、(b)に示すようなMSスペクトル及びMS2スペクトル(MSスペクトル上のm/z=402.1923のピークを開裂させて得られたもの)が格納されているとする。更に、該既知物質は図3(b)の構造式で示す分子構造を有すると共に、MS2スペクトル上の各フラグメントイオンピークはそれぞれ該構造式において丸で囲まれた領域に由来し、これらの分子構造及び部分構造に関する情報についても参照データ記憶部15に格納されているものとする。このとき、上記未知物質について得られたMSスペクトル及びMS2スペクトルが図4(a)及び図4(b)に示すようなものであった場合、両者を比較するとm/z=227のピークが共通していることが分かる。従って、該未知物質は図3(b)に示すような、m/z=227のフラグメントイオンピークに対応する部分構造を有していると推定することができる。 For example, as information on the known substance, the MS spectrum and the MS 2 spectrum (m / z = 402.1923 peak on the MS spectrum) are cleaved in the reference data storage unit 15 as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). (Obtained) is stored. Further, the known substance has a molecular structure represented by the structural formula of FIG. 3B, and each fragment ion peak on the MS 2 spectrum is derived from a region surrounded by a circle in the structural formula. Information on the structure and the partial structure is also stored in the reference data storage unit 15. At this time, when the MS spectrum and the MS 2 spectrum obtained for the unknown substance were as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), a peak of m / z = 227 was found by comparing the two. You can see that they are common. Therefore, it can be estimated that the unknown substance has a partial structure corresponding to the fragment ion peak of m / z = 227 as shown in FIG.

上記ステップS19において共通するピークが存在していた場合には、中央制御部11は該共通ピークに対応する既知物質の部分構造の情報を参照データ記憶部15から読み出して解析処理部13に転送する(ステップS20)。解析処理部13は該部分構造の情報を用いてステップS16で得られた構造候補の絞り込みを行い(ステップS21)、その結果が蓋然性の高い順に表示装置40に表示される(ステップS22)。一方、ステップS19において共通するピークが発見されなかった場合には、このような絞り込みは行われず、ステップS16の結果が蓋然性の高い順にそのまま表示装置40に表示される(ステップS22)。   If there is a common peak in step S19, the central control unit 11 reads information on the partial structure of the known substance corresponding to the common peak from the reference data storage unit 15 and transfers it to the analysis processing unit 13. (Step S20). The analysis processing unit 13 narrows down the structure candidates obtained in step S16 using the partial structure information (step S21), and the results are displayed on the display device 40 in descending order of probability (step S22). On the other hand, when a common peak is not found in step S19, such narrowing is not performed, and the results of step S16 are displayed on the display device 40 as they are in the descending order of probability (step S22).

なお、本発明に係る質量分析データ解析方法は、上記フローチャートに従った構造推定を行うものとするほか、上記未知物質と既知物質に共通するフラグメントイオンピークの探索及び未知物質の部分構造の推定(上記ステップS17〜S20に相当)のみを行うものとしてもよい。例えば、上述の多変量解析により所定の既知物質に対する類似成分候補として選出された複数の未知物質及び該既知物質について、更に、上記変数を用いた多変量解析を行ってこれらの類似成分候補を特徴別にグループ分けし、各グループに属する未知物質についてそれぞれ上記本発明による共通ピークの探索を行う。これにより各グループ内の未知物質と上記既知物質に共通に存在するピークを特定することができる。該ピークは、該グループに属する未知物質と前記既知物質に共通する構造があることを示すものであり、該ピークに対応する既知物質の部分構造から該共通構造を特定することができる。   The mass spectrometric data analysis method according to the present invention performs structure estimation according to the above flowchart, and also searches for fragment ion peaks common to the unknown substance and the known substance and estimates the partial structure of the unknown substance ( Only steps S17 to S20 described above may be performed. For example, a plurality of unknown substances selected as similar component candidates for a predetermined known substance by the above multivariate analysis and the known substances are further subjected to multivariate analysis using the above variables to characterize these similar component candidates. Separately divided into groups, the common peaks are searched for the unknown substances belonging to each group according to the present invention. As a result, it is possible to identify a peak that exists in common between the unknown substance and the known substance in each group. The peak indicates that there is a structure common to the unknown substance belonging to the group and the known substance, and the common structure can be identified from the partial structure of the known substance corresponding to the peak.

以上、実施例を用いて本発明の質量分析データ解析方法について説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲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MS2分析(MS/MS分析)のデータに基づく解析を例に説明したが、2段階以上の開裂を行うMSn分析に基づく解析を行う場合についても同様に本発明を適用することができる。 As mentioned above, although the mass spectrometry data analysis method of the present invention has been described using the examples, the present invention is not limited to the above examples, and various modifications are allowed within the scope of the gist of the present invention. Is. For example, in the above embodiment has been described as an example an analysis based on the data of the MS 2 analysis (MS / MS analysis), the the present invention is similarly the case of performing analysis based on MS n analysis in two or more stages of cleavage Can be applied.

また、上記実施例では、ステップS19〜S21において既知物質と未知物質に共通するフラグメントイオンピークを探索し、その結果を基に構造候補の絞り込みを行うものとしたが、このほかに、各フラグメントイオンの質量電荷比mdとプリカーサイオンの質量電荷比mpとの差を利用するものとしてもよい。この場合、予め既知物質に関する情報としてMS2分析のスペクトルデータや該スペクトルデータ中の各フラグメントイオンピークに対応する部分構造の情報の他に、各フラグメントイオンピークに関する前記質量電荷比差(mp-md)の値、及び該質量差に対応する部分構造の情報を参照データ記憶部15に格納して
おく。該質量電荷比差(mp-md)は開裂によってプリカーサイオンから脱離した要素に相当するものであり、フラグメントイオンピークと同様に既知物質の部分構造に帰属させることができる。従って、未知物質の測定結果からMSnスペクトルの各フラグメントイオンピークについて上記質量電荷比差(mp-md)を算出し、未知物質と既知物質とで共通する質量電荷比差が発見された場合、該質量電荷比差に対応する既知物質の部分構造が未知物質にも含まれていると推定することができる。なお、ここで2段階以上の開裂を行うMSn分析の結果を用いる場合には、上記プリカーサイオンの質量電荷比と各段におけるフラグメントイオンとの質量電荷比差の他に、各段におけるフラグメントイオンとその基になった前段のフラグメントイオン又はプリカーサイオンの質量電荷比差の情報を用いることもできる。
In the above embodiment, the fragment ion peak common to the known substance and the unknown substance is searched in steps S19 to S21, and the structure candidates are narrowed down based on the result. The difference between the mass-to-charge ratio md of the precursor and the mass-to-charge ratio mp of the precursor ion may be used. In this case, the mass-to-charge ratio difference (mp-md) for each fragment ion peak, in addition to the spectral data of MS 2 analysis and the partial structure information corresponding to each fragment ion peak in the spectrum data as information about the known substance in advance. ) And information on the partial structure corresponding to the mass difference are stored in the reference data storage unit 15. The mass-to-charge difference (mp-md) corresponds to an element desorbed from the precursor ion by cleavage, and can be attributed to a partial structure of a known substance in the same manner as the fragment ion peak. Therefore, the mass-to-charge ratio difference (mp-md) is calculated for each fragment ion peak of the MS n spectrum from the measurement result of the unknown substance, and when a mass-to-charge ratio difference common to the unknown substance and the known substance is found, It can be estimated that the partial structure of the known substance corresponding to the mass-to-charge difference is also included in the unknown substance. In addition, when using the result of MS n analysis in which two or more stages of cleavage are used here, in addition to the mass-to-charge ratio of the precursor ion and the mass-to-charge ratio difference between the fragment ions in each stage, the fragment ions in each stage And the information on the mass-to-charge ratio difference of the previous fragment ion or precursor ion that is the basis thereof.

本発明に係る質量分析データ解析方法を実施するための装置の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the apparatus for enforcing the mass spectrometry data analysis method which concerns on this invention. 本発明に係る質量分析データ解析方法による未知物質の構造解析の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the structural analysis of the unknown substance by the mass spectrometry data analysis method concerning this invention. 本発明の質量分析データ解析方法に用いられる既知物質の(a)MSスペクトル、及び(b)MS2スペクトルの一例を示す図。It illustrates an example of a mass spectrometry data analysis of known substances used in the method (a) MS spectrum, and (b) MS 2 spectra of the present invention. 本発明の質量分析データ解析方法に用いられる未知物質の(a)MSスペクトル、及び(b)MS2スペクトルの一例を示す図。It illustrates an example of a mass spectrometry data analysis of an unknown substance to be used in method (a) MS spectrum, and (b) MS 2 spectra of the present invention.

10...データ解析装置
11...中央制御部
12...スペクトルデータ作成部
13...解析処理部
14...測定データ記憶部
15...参照データ記憶部
16...構造変化パターン記憶部
20...LC/MS
30...入力装置
40...表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Data analysis apparatus 11 ... Central control part 12 ... Spectral data creation part 13 ... Analysis processing part 14 ... Measurement data storage part 15 ... Reference data storage part 16 ... Structure Change pattern memory 20 ... LC / MS
30 ... Input device 40 ... Display device

Claims (1)

未知物質に由来するプリカーサイオンをn-1(n≧2)段階に開裂させ、発生したフラグメントイオンを質量分析するMSn分析を行った結果に基づいて前記未知物質の構造を推測する質量分析データ解析方法であって、
a)既知物質と構造が類似する未知物質を選出し、該未知物質と構造が類似する既知物質の情報を得るステップと、
b)前記MSn分析により得られた未知物質のマススペクトルと、前記ステップで得られる未知物質と構造が類似する既知物質のMSn分析により得られるマススペクトル又は該既知物質の構造からMSn分析を行った場合に得られると推定されるマススペクトルとを比較し、両者に共通に存在するフラグメントイオンピークを抽出するステップと、
c)予め記憶された前記既知物質の各フラグメントイオンピークに対応する部分構造の情報を参照して、該共通するフラグメントイオンピークに対応する前記既知物質の部分構造を特定するステップと、
d)前記部分構造を前記未知物質の部分構造として決定するステップと、
を有することを特徴とする質量分析データ解析方法。
Mass spectrometric data that estimates the structure of unknown substances based on the results of MS n analysis in which precursor ions derived from unknown substances are cleaved into n-1 (n ≧ 2) stages and the generated fragment ions are subjected to mass spectrometry. An analysis method,
a) selecting an unknown substance having a structure similar to that of the known substance and obtaining information on the known substance having a structure similar to the unknown substance;
b) wherein the MS n mass spectrum of the unknown material obtained by analysis, MS n analysis the structure of the mass spectra or said known substance obtained by MS n analysis of known substances unknowns and the structure obtained in step is similar Comparing the mass spectrum estimated to be obtained when performing the steps, and extracting fragment ion peaks that are common to both,
c) identifying the partial structure of the known substance corresponding to the common fragment ion peak with reference to the partial structure information corresponding to each fragment ion peak of the known substance stored in advance ;
d) determining the partial structure as a partial structure of the unknown substance;
A method for analyzing mass spectrometry data, comprising:
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