JP6028875B2 - タンデム質量分析データ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオンを開裂させそれにより生成されたイオンを質量分析することが可能であるタンデム質量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装置に関する。

質量分析の一手法として、タンデム分析或いはＭＳⁿ分析と呼ばれる手法が知られている。タンデム分析は、試料中の化合物から生成された各種イオンの中でターゲットとなる特定の質量電荷比を持つイオンをまず選択し、該イオン（通常、プリカーサイオンと呼ばれる）を衝突誘起解離（ＣＩＤ＝Collision-Induced Dissociation）などの解離操作により開裂させ、それにより生成されたイオン（通常、プロダクトイオンと呼ばれる）を質量分析する分析手法であり、主として分子量が大きな物質の同定やその構造の解析を行うために、近年、広く利用されている。また、化合物によっては、１回の解離操作では十分に小さな断片にまで開裂しないため、プリカーサイオンの選択とそのプリカーサイオンに対する解離操作とが複数回繰り返される（つまりｎが３以上であるＭＳⁿ分析が行われる）場合もある。

タンデム分析を行うための質量分析装置としては、例えば、コリジョンセルを挟んでその前後に四重極マスフィルタを配置した三連四重極型質量分析装置（タンデム四重極型質量分析装置などとも呼ばれる）や、三連四重極型質量分析装置において後段の四重極マスフィルタに代えて飛行時間型質量分析計を用いたＱ−ＴＯＦ型質量分析装置などが知られている。これら質量分析装置では、プリカーサイオン選択と解離操作とが１回しか行えないので、ＭＳ²（＝ＭＳ／ＭＳ）分析までのタンデム分析しか行えない。一方、イオンの選択と解離操作とを複数回繰り返し実行可能であるイオントラップを用いたイオントラップ型質量分析装置や、イオントラップと飛行時間型質量分析装置とを組み合わせたイオントラップ飛行時間型質量分析装置では、原理的には、ｎの値の制限のないＭＳⁿ分析が可能である（ただし、実際には感度の点からｎは５程度に制限される）。

このようなタンデム分析を利用して試料中の化合物を同定する際には、一般に、その化合物由来の特定の質量電荷比を有するイオンを開裂させ、それにより生成されたプロダクトイオンを質量分析することでＭＳ²スペクトルを取得する。そして、その実測のＭＳ²スペクトルのピークパターンを化合物データベースに格納されている既知化合物のＭＳ²スペクトルと照合してパターンの類似度を計算し、その類似度を参照して化合物を特定する。そのため、正確な化合物同定を行うには、マススペクトルで観測されるピーク情報（主として質量電荷比値）の精度が高いことが重要である。近年の質量分析装置の性能の向上は顕著であり、従来装置ではマススペクトル上で１本のピークとしてしか観測できなかったものが、高質量分解能の装置では、複数本のピークとして分離されて観測できることもよくある。このような質量分解能、質量精度の改善に伴い、上記のようなデータベース検索による化合物の同定の信頼度も大幅に向上している。

上述したように装置の質量分解能は向上しているものの、プリカーサイオンを選択する際の質量電荷比幅を極端に狭くすることは難しい。これは、特定の質量電荷比を持つイオンを抜き出すためのウインドウ（質量窓）の端部の選択特性は比較的なだらかである（つまりは透過率が徐々に悪くなる）ため、ウインドウの選択質量電荷比幅を狭くすると解離操作の対象となるプリカーサイオンの量が少なくなってしまい、十分に高い感度でプロダクトイオンを検出することが難しくなるからである（例えば特許文献１等参照）。こうしたことから、一般的な質量分析装置におけるプリカーサイオンの選択質量電荷比幅は０．５〜２Da程度に定められている。そのため、質量電荷比の差が小さい（例えば０．５Da以下）複数種類のイオンが存在すると、得られるＭＳ²スペクトルには、複数の異なるイオン種が解離して生成されたプロダクトイオンのピークが混在して現れることになる。こうしたＭＳ²スペクトルから求まるピーク情報を単純にデータベース検索に供しても、十分に高い精度で以て化合物を同定することは難しい。

特開２０１２−１２２８７１号公報

上述したように従来は、マススペクトル（ＭＳ¹スペクトル）上で狭い質量電荷比範囲内に複数のイオン種由来のピークが存在していることが判明している場合であっても、多くの場合、それら複数のイオンピーク全体に対して解離操作を行わざるを得ず、その結果、異なる複数のイオン種から生成されたプロダクトイオンのピークが混在したＭＳ²スペクトルしか得られなかった。こうしたＭＳ²スペクトルにおいて異なるイオン種由来のプロダクトイオンピークを識別することは困難であるため、データベース検索による化合物の同定精度を高めることが困難であった。
なお、こうした問題は、典型的にはＭＳ²スペクトルにおいて起こるものであるが、ｎが３以上であるＭＳⁿスペクトルにおいても事情は同じである。

本発明はこうした課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の異なる化合物由来のイオンを解離して得られたプロダクトイオンのピークが混在しているｎが２以上であるＭＳⁿスペクトルを用いながら、複数の化合物を同定することができるタンデム質量分析データ処理装置を提供することである。

上記目的を達成するためになされた本発明に係るタンデム質量分析データ処理装置の第１の態様は、所定の質量電荷比幅に含まれる質量電荷比を有する、複数の異なる化合物にそれぞれ由来するイオンをまとめてプリカーサイオンとして選択し、その選択されたプリカーサイオンを解離して得られたプロダクトイオンを質量分析することで得られたＭＳⁿスペクトルデータを処理するタンデム質量分析データ処理装置であって、
a)既知の化合物に対応付けて少なくとも標準的なＭＳⁿスペクトルの情報が格納された化合物データベースと、
b)実測により得られたデータに基づいて作成されるＭＳⁿスペクトルからピーク情報を収集するピーク情報収集部と、
c)前記プリカーサイオンとして選択された複数の化合物のイオン毎にそれぞれ、その質量電荷比値と前記ピーク情報収集部により収集されたＭＳⁿスペクトルのピーク情報とに基づき前記化合物データベースに対するデータベース検索を実行して候補化合物を求めるデータベース検索実行部と、
d)前記複数の化合物のイオン毎に求まった候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを前記化合物データベースにより取得し、前記複数の化合物に対する候補化合物の組み合わせを仮定し、仮定した１つの組み合わせに含まれる複数の候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを統合した仮のＭＳⁿスペクトルを作成して、該仮のＭＳⁿスペクトルと前記実測のＭＳⁿスペクトルとの類似度を、候補化合物の組み合わせ毎に計算する類似度算定部と、
を備え、前記類似度算定部により得られた類似度を利用して化合物を同定可能としたことを特徴としている。

同じく上記目的を達成するためになされた本発明に係るタンデム質量分析データ処理装置の第２の態様は、所定の質量電荷比幅に含まれる質量電荷比を有する、複数の異なる化合物にそれぞれ由来するイオンをまとめてプリカーサイオンとして選択し、その選択されたプリカーサイオンを解離して得られたプロダクトイオンを質量分析することで得られたＭＳⁿスペクトルデータを処理するタンデム質量分析データ処理装置であって、
a)既知の化合物に対応付けて少なくとも標準的なＭＳⁿスペクトルの情報が格納された化合物データベースと、
b)実測により得られたデータに基づいて作成されるＭＳⁿスペクトルからピーク情報を収集するピーク情報収集部と、
c)前記プリカーサイオンとして選択された複数の化合物のイオン毎にそれぞれ、その質量電荷比値と前記ピーク情報収集部により収集されたピーク情報から判明する質量電荷比との差であるニュートラルロスの質量を計算し、そのプリカーサイオンの質量電荷比とニュートラルロス質量とに基づいて、前記化合物データベースに対するデータベース検索を実行して候補化合物を求めるデータベース検索実行部と、
d)前記複数の化合物のイオン毎に求まった候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを前記化合物データベースにより取得し、前記複数の化合物に対する候補化合物の組み合わせを仮定し、仮定した１つの組み合わせに含まれる候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを統合した仮のＭＳⁿスペクトルを作成して、該仮のＭＳⁿスペクトルと前記実測のＭＳⁿスペクトルとの類似度を、候補化合物の組み合わせ毎に計算する類似度算定部と、
を備え、前記類似度算定部により算出された類似度を利用して化合物を同定可能としたことを特徴としている。

本発明に係るタンデム質量分析データ処理装置は、例えば三連四重極型質量分析装置、Ｑ−ＴＯＦ型質量分析装置、イオントラップ型質量分析装置、イオントラップ飛行時間型質量分析装置などで得られたＭＳⁿスペクトルデータ、典型的にはＭＳ²スペクトルデータを処理するものである。

本発明に係る第１及び第２の態様のタンデム質量分析データ処理装置はいずれも、既知の化合物情報が格納された化合物データベースを用いたデータベース検索を利用して、同定したい未知の化合物に対する候補化合物を探索する。第１の態様のタンデム質量分析データ処理装置では、データベース検索を実行するために、プリカーサイオンの質量電荷比とＭＳⁿスペクトルのピーク情報（少なくとも質量電荷比）とを利用する。一方、第２の態様のタンデム質量分析データ処理装置では、データベース検索を実行するために、プリカーサイオンの質量電荷比とＭＳⁿスペクトルのピーク情報（少なくとも質量電荷比）から求まるニュートラルロスの質量とを利用する。

いずれの場合でも、プリカーサイオンとしてまとめて選択した（つまりはプリカーサイオン選択のための所定の質量電荷比幅に含まれる）複数のイオンの質量電荷比は既知であるから、データベース検索部では、そのイオン毎にそれぞれ、そのイオンの質量電荷比値を検索条件の１つとして設定したうえでデータベース検索を実行する。このとき、ＭＳⁿスペクトルのピーク情報やそれから求まるニュートラルロスの質量情報は、上述したように検索条件の１つとして設定されたイオンとは異なるイオンに由来するプロダクトイオンの情報を含む。そのため、必ずしも高い信頼度で以て１つの化合物を特定することはできないので、データベース検索部は、プリカーサイオンとした異なるイオン毎に、或る程度の信頼度を以てヒットする化合物を候補としてそれぞれ複数求める。

そのあと類似度算定部は、プリカーサイオンとしてまとめて選択した複数のイオンそれぞれに対応する候補化合物の組み合わせ、つまりプリカーサイオンとして質量電荷比が異なる３種のイオンがまとめて選択された場合には、その３種のイオンにそれぞれ対応する候補化合物を１つずつ選択した３つの候補化合物の組み合わせを仮定する。この組み合わせの仮定は、総当たり的に行えばよい。そして、各候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを化合物データベースにより取得し、仮定した１つの組み合わせに含まれる候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを統合することで仮のＭＳⁿスペクトルを作成し、その仮のＭＳⁿスペクトルと実測のＭＳⁿスペクトルとのパターンの類似度を計算する。
仮定した組み合わせに含まれる候補化合物が真の化合物である場合には、仮のＭＳⁿスペクトルと実測のＭＳⁿスペクトルとのパターンの類似度は高くなる。そこで、総当たり的に求めた組候補化合物の組み合わせ毎に同様に類似度を求め、それを例えば表示によりユーザに提示することで、ユーザがその類似度を参照して化合物を同定できるようにすることができる。もちろん、例えば最大の類似度を示す組み合わせに含まれる候補化合物を同定結果として出力するようにしてもよい。

以上のようにして、本発明に係る第１、第２の態様のタンデム質量分析データ処理装置によれば、複数の異なる化合物のイオンが解離して生成されるプロダクトイオンが混在して現れるＭＳⁿスペクトルに基づいて、それら化合物を高い確度で同定することができる。

本発明に係る第１、第２の態様のタンデム質量分析データ処理装置によれば、複数の異なる化合物のイオンが解離して生成されるプロダクトイオンが混在して現れるＭＳⁿスペクトルに基づいて、それら複数の化合物を高い確度で同定することができる。

本発明に係るタンデム質量分析データ処理装置を用いた第１実施例の質量分析システムの概略構成図。 第１実施例の質量分析システムにおける特徴的なデータ処理の内容を示すフローチャート。 プリカーサイオン選択ウインドウに複数のイオンが含まれる場合のマススペクトル及びＭＳ／ＭＳスペクトルの一例を示す図。 第１実施例の質量分析システムにおける特徴的なデータ処理を説明するための模式図。 本発明に関連するタンデム質量分析データ処理装置を用いた第２実施例の質量分析システムの概略構成図。 第２実施例の質量分析システムにおける特徴的なデータ処理の内容を示すフローチャート。 第２実施例の質量分析システムにおける特徴的なデータ処理を説明するための模式図。 本発明に関連するタンデム質量分析データ処理装置を用いた第３実施例の質量分析システムの概略構成図。 第３実施例の質量分析システムにおける特徴的なデータ処理を適用する場合の一例を示す図。

［第１実施例］
本発明に係るタンデム質量分析データ処理装置を用いた質量分析システムの一実施例（第１実施例）について、添付図面を参照して説明する。
図１は第１実施例の質量分析システムの概略構成図である。

第１実施例の質量分析システムは、処理対象であるデータを収集するために、イオン源１０、第１段質量分離部１１、イオン解離部１２、第２段質量分離部１３、検出器１４、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１５、分析制御部１６、を含むタンデム質量分析計１を備える。分析制御部１６による制御の下で、イオン源１０は導入された試料に含まれる化合物をイオン化し、第１段質量分離部１１は生成された各種イオンの中でその質量電荷比が所定の質量電荷比幅を有するプリカーサイオン選択ウインドウに含まれる特定のイオンをプリカーサイオンとして選択する。イオン解離部１２は選択されたプリカーサイオンを衝突誘起解離等により解離させ、第２段質量分離部１３は解離により生成された各種プロダクトイオンを質量電荷比に応じて分離する。そして、検出器１４は分離されたプロダクトイオンを検出し、それぞれのイオンの量に応じた検出信号を生成する。この検出信号はアナログデジタル変換器１５によりデジタルデータに変換され、データ処理部２に入力される。

タンデム質量分析計１がＱ−ＴＯＦ型質量分析装置である場合には、第１段質量分離部１１は四重極マスフィルタであり、イオン解離部１２はコリジョンセルであり、第２段質量分離部１３は飛行時間型質量分析器である。また、タンデム質量分析計１がイオントラップ飛行時間型質量分析計である場合には、第１段質量分離部１１及びイオン解離部１２はイオントラップであり、第２段質量分離部１３は飛行時間型質量分析器である。また、イオン源１０におけるイオン化法は特に限定されず、試料の態様（つまり気体試料、液体試料など）に応じた適宜のイオン化法を用いることができる。

データ処理部２は、タンデム質量分析計１から順次出力されるデータを収集して記憶するデータ格納２１と、試料に含まれる化合物を同定するために、データ格納部２１に格納されたデータに基づいて特徴的なデータ処理を実行する複数プリカーサ対応解析処理部２２と、既知の化合物に関する情報が予め登録されている化合物データベース２４と、化合物データベース２４を利用したデータベース検索を行うことで化合物の候補を抽出するデータベース検索部２３と、を機能ブロックとして含む。ユーザインターフェースである操作部４や表示部５が接続されている制御部３は、タンデム質量分析計１における実際の分析やデータ処理部２におけるデータ処理のためにシステム全体の制御を担う。

なお、制御部３、分析制御部１６、及びデータ処理部２の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータ又はより高性能のワークステーションをハードウエア資源とし、それらコンピュータに予めインストールされた専用の制御・処理ソフトウエアを該コンピュータで実行することによりそれぞれの機能が実現されるようにすることができる。

図３（ａ）は、第１段質量分離部１１でプリカーサイオンの選択を行わず、且つイオン解離部１２でイオンの解離操作を行わないときに得られるマススペクトルの一例を示す図である。第２段質量分離部１３として飛行時間型質量分析器のように高精度、高分解能のものを用いた場合、質量電荷比差が０．５Da以下であるようなきわめて近接した複数の化合物由来のイオンピークも分離した状態で観測される。図３（ａ）の例では、化合物Ａに由来するピークＡ（m/z 385）と化合物Ｂに由来するピークＢ（m/z 385.2）との２本のピークがきわめて近接して出現している。このように、マススペクトル上では近接している複数のピークも十分に分離されており、それぞれのピークに対応する質量電荷比値を精度良く求めることが可能である。

一方、ＭＳ／ＭＳ分析に際して解離操作の対象とされるイオンの量を十分に確保するには、プリカーサイオン選択に用いられるプリカーサイオン選択ウインドウの質量電荷比幅を最小でも０．５Da程度にしておく必要がある。そのため、プリカーサイオン選択の際には、きわめて近接しているピークＡとピークＢとを分離することはできない。その結果、ピークＡ、Ｂがプリカーサイオン選択ウインドウに含まれるように該ウインドウを設定してＭＳ／ＭＳ分析を実行すると、化合物Ａ由来の分子イオンと化合物Ｂ由来の分子イオンとが同時に解離され、図３（ｂ）に示すように、ＭＳ／ＭＳスペクトルには２つの異なるイオン種が解離して生成されたプロダクトイオンが混じって現れることになる。

本実施例の質量分析システムにおけるデータ処理部２では、こうしたＭＳ／ＭＳスペクトルデータに対して以下に述べる特徴的なデータ処理を実施することで、複数の化合物Ａ、Ｂをそれぞれ高い確度で同定できるようにしている。図２はこの特徴的なデータ処理の手順を示すフローチャート、図４はこのデータ処理を説明するための模式図である。ここでは、図３（ａ）に示すマススペクトルを構成するデータ及び図３（ｂ）に示すＭＳ／ＭＳスペクトルを構成するデータがデータ格納部２１に保存されている状態で、該データに対するデータ処理を行う場合を例に挙げて説明する。

データ処理実行開始が指示されると、データ処理部２において複数プリカーサ対応解析処理部２２は、データ格納部２１から処理対象である実測のＭＳ／ＭＳスペクトルデータを読み出す。そして、ＭＳ／ＭＳスペクトルに対しピーク検出処理を実行することにより、ＭＳ／ＭＳスペクトルに現れているピークの情報（質量電荷比値及び信号強度値）を収集する（ステップＳ１）。上述したように、このときに収集されるプロダクトイオンのピーク情報は１つのプリカーサイオンに対応するものではなく、質量電荷比がプリカーサイオン選択ウインドウに含まれる複数のプリカーサイオン（この例ではm/z 385、385.2の２つ）に対応するものである。

また複数プリカーサ対応解析処理部２２は、データ格納部２１から実測のマススペクトルデータを読み出し、ＭＳ／ＭＳ分析の際にプリカーサイオンとして選択された化合物Ａ由来のピークＡの質量電荷比値及び化合物Ｂ由来のピークＢの質量電荷比値を求める。そしてデータベース検索部２３は、ピークＡの質量電荷比値（この例ではm/z 385）をデータベース検索のためのプリカーサイオン情報とし、ステップＳ１で収集したＭＳ／ＭＳスペクトルのピーク情報をプロダクトイオン情報とするように検索条件を設定したうえで、この検索条件に従って化合物データベース２４に対するデータベース検索を実行する（ステップＳ２）。

データベース検索の手法は従来の化合物同定のためのデータベース検索と同様であり、ピークの質量電荷比値の一致度などに基づくピークパターンの類似性を示す指標値が計算され、高い指標値が得られる複数の化合物が候補化合物として抽出される。また、このとき抽出された候補化合物に対応する標準ＭＳ／ＭＳスペクトルが化合物データベース２４から読み出される（ステップＳ３）。ここでは、図４に示すように、化合物Ａ由来のピークＡの質量電荷比値をプリカーサイオン情報としたデータベース検索によって、ａ、ｂ、ｃなる３種の候補化合物が抽出されたものとする。

次に、データベース検索部２３は、ピークＢの質量電荷比値（この例ではm/z 385.2）をデータベース検索のためのプリカーサイオン情報とし、ステップＳ１で収集したＭＳ／ＭＳスペクトルのピーク情報をプロダクトイオン情報とするように検索条件を設定したうえで、この検索条件に従って化合物データベース２４に対するデータベース検索を実行する（ステップＳ４）。このデータベース検索によって、複数の化合物が候補化合物として抽出され、抽出された候補化合物に対応する標準ＭＳ／ＭＳスペクトルが化合物データベース２４から読み出される（ステップＳ５）。ここでは、図４に示すように、化合物Ｂ由来のピークＢの質量電荷比値をプリカーサイオン情報としたデータベース検索によって、ｄ、ｅ、ｆなる３種の候補化合物が抽出されたものとする。

続いて複数プリカーサ対応解析処理部２２は、ピークＡに対して抽出された複数の候補化合物のうちの１つとピークＢに対して抽出された複数の候補化合物のうちの１つを選択し、その候補化合物の組み合わせに含まれる候補化合物にそれぞれ対応した標準ＭＳ／ＭＳスペクトルを統合することによって仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルを作成する。仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルは、複数の標準ＭＳ／ＭＳスペクトル上のピークを単に加算することにより作成すればよい。そして、その仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルと実測のＭＳ／ＭＳスペクトルとのピークパターンの類似度を計算する。これにより、候補化合物の１つの組み合わせに対する仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルと実測ＭＳ／ＭＳスペクトルとの類似度が求まる（ステップＳ６）。

そして、候補化合物の全ての組み合わせについての類似度の計算が実施されたか否かを判定し（ステップＳ７）、類似度計算がなされていない候補化合物の組み合わせがあればステップＳ６へと戻る。こうしたステップＳ６、Ｓ７の繰り返しによって、ここでは、図４に示した化合物Ａに対して抽出された３つの候補化合物ａ、ｂ、ｃと化合物Ｂに対して抽出された３つの候補化合物ｄ、ｅ、ｆとの組み合わせ、具体的には（ａ、ｄ）、（ａ、ｅ）、（ａ、ｆ）、（ｂ、ｄ）、（ｂ、ｅ）、（ｂ、ｆ）、（ｃ、ｄ）、（ｃ、ｅ）、（ｃ、ｆ）の９通りの組み合わせの全てについて、仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルと実測のＭＳ／ＭＳスペクトルとの類似度が求まることになる。

組み合わせとして選択された候補化合物が実際に化合物Ａ、Ｂであるならば、仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルと実測ＭＳ／ＭＳスペクトルとの類似度は高くなる筈である。換言すれば、この類似度に基づいて候補化合物が正解の化合物であるか否かを判断することができる。そこで、複数プリカーサ対応解析処理部２２は、ステップＳ６で算出した類似度が高い順に処理結果、つまりは候補化合物の名称と類似度とを制御部３を通して表示部５の画面上に表示する（ステップＳ８）。最終的にユーザはこの表示を見て、プリカーサイオンとして選択した複数の化合物Ａ、Ｂを同定する。

上記説明では、プリカーサイオン選択ウインドウに２つのイオンが含まれる場合の例について述べたが、プリカーサイオン選択ウインドウに３以上の複数のイオン種が含まれ、その複数のイオン種がまとめてプリカーサイオンとして解離された場合であっても、同様にしてその複数の化合物を同定可能であることは明らかである。

上記第１実施例の質量分析システムでは、データベース検索により候補化合物を探索する際に、実測のＭＳ／ＭＳスペクトルから求めたピーク情報、つまりはプロダクトイオンの質量電荷比値（或いは、質量電荷比値及び信号強度値）を用いていたが、同様のデータベース検索は、ニュートラルロスの質量を用いても行うことができる。

ニュートラルロスの質量とはプリカーサイオンの質量電荷比とプロダクトイオンの質量電荷比との差である。したがって、化合物Ａ由来のピークＡの質量電荷比値をデータベース検索のためのプリカーサイオン情報とする際には、ピークＡの質量電荷比とプロダクトイオンの質量電荷比との差をニュートラルロス質量としてデータベース検索に供すればよく、化合物Ｂ由来のピークＢの質量電荷比値をデータベース検索のためのプリカーサイオン情報とする際には、ピークＢの質量電荷比とプロダクトイオンの質量電荷比との差をニュートラルロス質量としてデータベース検索に供すればよい。データベース検索によって候補化合物がそれぞれ求まったあとには、第１実施例で説明したのと同様に、仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルを求めて該仮想ＭＳ／ＭＳスペクトルと実測ＭＳ／ＭＳスペクトルとの類似度を計算し、その類似度の高い順に結果を表示すればよい。

なお、上記第１実施例では、類似度の高い順に候補化合物などの結果を表示したが、最も高い類似度を与える結果が正確であるとみなして、それのみを表示するようにしてもよい。また、類似度が所定の閾値を上回るか否かを判定し、閾値を上回る候補化合物の組み合わせがない場合には、該当無し（同定不能）との結果を表示するようにしてもよい。

本発明には含まれないものの本発明に関連するタンデム質量分析データ処理装置を用いた質量分析システムの実施例（第２実施例）について、添付図面を参照して説明する。
図５は第２実施例の質量分析システムの概略構成図である。第１実施例の質量分析システムと同じ構成要素には同じ符号を付してある。即ち、この第２実施例の質量分析システムではデータ処理部２の機能ブロックが第１実施例とは相違し、タンデム質量分析計１などの構成は第１実施例と全く同一である。
第２実施例の質量分析システムにおいて、データ処理部２はデータ格納部２１のほかに、組成式推定部２５、プロダクトイオン帰属判定部２６、及びデータ分離処理部２７などの機能ブロックを備える。

図６は第２実施例の質量分析システムにおける特徴的なデータ処理の内容を示すフローチャート、図７はこの特徴的なデータ処理を説明するための模式図である。以下、データ処理部２における処理について説明する。
データ処理が開始されると、まず組成式推定部２５は、データ格納部２１から実測のマススペクトルデータを読み出し、プリカーサイオンとして選択された化合物Ａ由来のピークＡの質量電荷比値及び化合物Ｂ由来のピークＢの質量電荷比値を求める。そして、求めた質量電荷比値から、化合物Ａ、Ｂの組成式、即ち、それら化合物を構成する元素の種類と各元素の数をそれぞれ推定する（ステップＳ１１）。上述したように、第２段質量分離部１３が飛行時間型質量分析器のような高精度、高分解能のものであれば、高い精度で質量電荷比値が求まるので、高い確度で組成式を推定することができる。

次に、組成式推定部２５はデータ格納部２１から実測のＭＳ／ＭＳスペクトルデータを読み出し、ＭＳ／ＭＳスペクトルに対しピーク検出処理を実行することにより、ＭＳ／ＭＳスペクトルに現れているピークの質量電荷比値を収集する。そして、求めた質量電荷比値から、ＭＳ／ＭＳスペクトル上で観測されるプロダクトイオンの組成式をそれぞれ推定する（ステップＳ１２）。
なお、一般的に有機化合物であれば、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｎなどの基本的な元素が含まれることを想定して組成式推定を行うが、Ｃｌ、Ｂｒといったハロゲン元素など、特殊な元素が含まれる場合には、そうした可能性があることを示す付加的な情報が与えられれば組成式の推定は容易である。したがって、そうした付加的な情報をユーザが適宜入力できるようにし、それを組成式推定に利用するようにするとよい。

一般に、プロダクトイオンは元のプリカーサイオンから何らかの断片（化学構造体）が脱離したものであるから、プロダクトイオンの組成式は元のプリカーサイオンの組成式に包含される、つまりは、プロダクトイオンを構成する任意の元素の個数は元のプリカーサイオンを構成するその元素の個数と同じか或いはそれよりも少なく、プロダクトイオンを構成する任意の元素は元のプリカーサイオンにも含まれる筈である。換言すれば、プロダクトイオンを構成する或る元素の個数がプリカーサイオンを構成する該元素の個数を上回る場合や、プロダクトイオンを構成する或る元素がプリカーサイオンに含まれない場合には、そのプリカーサイオンはそのプロダクトイオンの元となったイオンでない可能性がきわめて高いといえる。そこで、プロダクトイオン帰属判定部２６は、実測のＭＳ／ＭＳスペクトルにおいて検出されたプロダクトイオン毎に、その組成式が複数のプリカーサイオンの組成式に包含されるか否かを判定することにより、組成式の整合性を検証し、プロダクトイオンのピークを組成式の整合性がとれるプリカーサイオンに帰属させる（ステップＳ１３）。そして、実測のＭＳ／ＭＳスペクトルにおいて検出された全てのプロダクトイオンピークについて帰属が決定する（ステップＳ１４でＹｅｓと判定される）まで、ステップＳ１３、Ｓ１４の処理を繰り返す。

もちろん、或るプロダクトイオンの組成式が複数のプリカーサイオンの組成式に包含されることは十分にあり得るから、その場合には、そのプロダクトイオンは複数のプリカーサイオンの両方に帰属させればよい。また、或るプロダクトイオンの組成式が複数のプリカーサイオンの組成式のいずれにも包含されない場合には、それは実際にはプロダクトイオン由来ではないノイズピークである可能性があるから、そうしたピークは単に除外すればよい。そうして、ステップＳ１２においてＭＳ／ＭＳスペクトルから検出されたプロダクトイオン由来のピーク（厳密にはプロダクトイオンであると推定されるピーク）の全ての帰属を決定したならば、データ分離処理部２７は、その帰属結果に基づいて、ＭＳ／ＭＳスペクトルデータを複数のプリカーサイオンに対応するように分離し（ステップＳ１５）、さらに、分離されたデータに基づいて各プリカーサイオンに対応したＭＳ／ＭＳスペクトルを作成する（ステップＳ１６）。

図７（ａ）はＭＳ／ＭＳスペクトルに現れるピークが帰属された例を示す図であり、図中、□印と○印はそれぞれのピークの帰属先を示している。また、無印のピークはいずれのプリカーサイオンにも帰属されないピークである。図７（ｂ）は帰属結果に応じて２つに分離されたＭＳ／ＭＳスペクトルの例である。なお、複数のプリカーサイオンの両方に帰属されたプロダクトイオンは実際に両方のプリカーサイオン由来のプロダクトイオンである場合と、いずれか一方（又は希には両方）のプリカーサイオンへの帰属が誤りである場合とがある。後者の場合には、分離されたＭＳ／ＭＳスペクトル上に偽のピークが出現することになるが、明らかにプロダクトイオンではないピークは除去されるので、少なくとも分離前のＭＳ／ＭＳスペクトルに比べれば純度の高い有用なＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。

例えば、こうしてプリカーサイオン毎に分離されたＭＳ／ＭＳスペクトルが得られたならば、それぞれのＭＳ／ＭＳスペクトルから求めたピーク情報をデータベース検索に供して化合物同定を行うようにすればよい。このときにデータベース検索に供されるピーク情報はそのときのプリカーサイオン由来ではないプロダクトイオンピークの少なくとも一部が除去されたものとなるので、データベース検索の精度が向上し、正解の化合物を同定できる可能性が高まる。

［第３実施例］
本発明には含まれないものの本発明に関連するタンデム質量分析データ処理装置を用いた質量分析システムの他の実施例（第３実施例）について、添付図面を参照して説明する。
図８は第３実施例の質量分析システムの概略構成図である。第１、第２実施例の質量分析システムと同じ構成要素には同じ符号を付してある。即ち、この第３実施例の質量分析システムではデータ処理部２の機能ブロックが第１、第２実施例と相違し、タンデム質量分析計１などの構成は第１、第２実施例と全く同一である。
第３実施例の質量分析システムにおいて、データ処理部２はデータ格納部２１、データ分離処理部２７などのほかに、マスデフェクト抽出部２８、プロダクトイオン帰属判定部２９といった機能ブロックを備える。

この第３実施例では第２実施例と同様に、実測のＭＳ／ＭＳスペクトルにおいて検出された各プロダクトイオンのピークを複数のプリカーサイオンのいずれか（又は複数）に帰属させるが、その際に、一般的にマスデフェクトフィルタリングと呼ばれる手法を利用する。これは、質量分析を用いた代謝物の解析によく利用される手法であり、質量電荷比値の小数点以下の部分の値（つまりはマスデフェクト）の近似性を利用して不要なイオンと有用なイオンとを識別するものである。

ここで、図９により、いずれのプリカーサイオンから派生したプロダクトイオンであるかを判定するためにマスデフェクトフィルタリングが有用であることを説明する。
いま一例として図９（ａ）に示した２種の化合物、即ち、トリアレート（S-2,3,3-トリクロロアリルジイソプロピルチオカルバマート）とフェンプロピモルフ（(2β,6β)-4-[3-[4-(1,1-ジメチルエチル)フェニル]-2-メチルプロピル]-2,6-ジメチルモルホリン）とが試料に含まれているものとする。トリアレートの質量は304.0091、フェンプロピモルフの質量は304.2635であり、マススペクトルにおいて両化合物由来の分子イオンの質量電荷比差は0.2544Daにすぎない。そのため、上述したようにＭＳ／ＭＳ分析のための設定されるプリカーサイオン選択ウインドウによっては両化合物由来のイオンを分離することはできず、それら化合物由来のイオンはまとめてプリカーサイオンとして解離されることになる。その結果、ＭＳ／ＭＳスペクトルでは、両化合物由来のプロダクトイオンが混じって出現する。

トリアレートが解離するとプロダクトイオンの１つとして図９（ｂ）に示すような化学構造を有するイオンが生成される。一方、フェンプロピモルフが解離するとプロダクトイオンの１つとして図９（ｃ）に示すような化学構造を有するイオンが生成される。前者のプロダクトイオンのマスデフェクトは0.0405Da、後者のプロダクトイオンのマスデフェクトは0.3245Daである。トリアレートのマスデフェクトは0.0091Da、フェンプロピモルフのマスデフェクトは0.2635であり、マスデフェクトを比較するとそれぞれのプロダクトイオンは解離前の親化合物のマスデフェクトに近いことが分かる。もちろん、これは、プリカーサイオンとしてまとめて選択される複数の化合物のマスデフェクトが或る程度以上離れていることが前提であるが、そうであれば、プロダクトイオンのマスデフェクトが複数の化合物のマスデフェクトのいずれに近いのかを判断することで、プロダクトイオンをプリカーサイオン、つまりは化合物に帰属させることができる。

そこで第３実施例の質量分析システムにおいて、マスデフェクト抽出部２８はプリカーサイオンやプロダクトイオンのマスデフェクトを求め、プロダクトイオン帰属判定部２９は各プロダクトイオンのマスデフェクトがいずれのプリカーサイオンのマスデフェクトに近いのかを判断し、帰属を決定する。ただし、解離の態様によっては、マスデフェクトが必ずしもプリカーサイオンに近くなるとは限らないので、例えばプリカーサイオンとプロダクトイオンとのマスデフェクト差の最小値が所定閾値を上回る場合には、そのプロダクトイオンはいずれのプリカーサイオンにも帰属しない又は逆に複数のプリカーサイオンの両方に帰属させるようにするとよい。こうしてプロダクトイオンの帰属を決定したならば、第２実施例と同様に、帰属結果に基づいてＭＳ／ＭＳスペクトルデータを分離すればよい。

また、第２実施例と第３実施例とは併用することができる。即ち、プロダクトイオンピークの帰属を決定する際に、推定した組成式とマスデフェクトの両方を用いることで、帰属の精度を高めることができる。

なお、上記第１実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

１…タンデム質量分析計
１０…イオン源
１１…第１段質量分離部
１２…イオン解離部
１３…第２段質量離部
１４…検出器
１５…アナログデジタル変換器
１６…分析制御部
２…データ処理部
２１…データ格納部
２２…複数プリカーサ対応解析処理部
２３…データベース検索部
２４…化合物データベース
２５…組成式推定部
２６、２９…プロダクトイオン帰属判定部
２７…データ分離処理部
２８…マスデフェクト抽出部
３…制御部
４…操作部
５…表示部

Claims (2)

1. 所定の質量電荷比幅に含まれる質量電荷比を有する、複数の異なる化合物にそれぞれ由来するイオンをまとめてプリカーサイオンとして選択し、その選択されたプリカーサイオンを解離して得られたプロダクトイオンを質量分析することで得られたＭＳⁿスペクトルデータを処理するタンデム質量分析データ処理装置であって、
   a)既知の化合物に対応付けて少なくとも標準的なＭＳⁿスペクトルの情報が格納された化合物データベースと、
   b)実測により得られたデータに基づいて作成されるＭＳⁿスペクトルからピーク情報を収集するピーク情報収集部と、
   c)前記プリカーサイオンとして選択された複数の化合物のイオン毎にそれぞれ、その質量電荷比値と前記ピーク情報収集部により収集されたＭＳⁿスペクトルのピーク情報とに基づき前記化合物データベースに対するデータベース検索を実行して候補化合物を求めるデータベース検索実行部と、
   d)前記複数の化合物のイオン毎に求まった候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを前記化合物データベースにより取得し、前記複数の化合物に対する候補化合物の組み合わせを仮定し、仮定した１つの組み合わせに含まれる複数の候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを統合した仮のＭＳⁿスペクトルを作成して、該仮のＭＳⁿスペクトルと前記実測のＭＳⁿスペクトルとの類似度を、候補化合物の組み合わせ毎に計算する類似度算定部と、
   を備え、前記類似度算定部により得られた類似度を利用して化合物を同定可能としたことを特徴とするタンデム質量分析データ処理装置。
2. 所定の質量電荷比幅に含まれる質量電荷比を有する、複数の異なる化合物にそれぞれ由来するイオンをまとめてプリカーサイオンとして選択し、その選択されたプリカーサイオンを解離して得られたプロダクトイオンを質量分析することで得られたＭＳⁿスペクトルデータを処理するタンデム質量分析データ処理装置であって、
   a)既知の化合物に対応付けて少なくとも標準的なＭＳⁿスペクトルの情報が格納された化合物データベースと、
   b)実測により得られたデータに基づいて作成されるＭＳⁿスペクトルからピーク情報を収集するピーク情報収集部と、
   c)前記プリカーサイオンとして選択された複数の化合物のイオン毎にそれぞれ、その質量電荷比値と前記ピーク情報収集部により収集されたピーク情報から判明する質量電荷比との差であるニュートラルロスの質量を計算し、そのプリカーサイオンの質量電荷比とニュートラルロス質量とに基づいて、前記化合物データベースに対するデータベース検索を実行して候補化合物を求めるデータベース検索実行部と、
   d)前記複数の化合物のイオン毎に求まった候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを前記化合物データベースにより取得し、前記複数の化合物に対する候補化合物の組み合わせを仮定し、仮定した１つの組み合わせに含まれる候補化合物に対する標準的なＭＳⁿスペクトルを統合した仮のＭＳⁿスペクトルを作成して、該仮のＭＳⁿスペクトルと前記実測のＭＳⁿスペクトルとの類似度を、候補化合物の組み合わせ毎に計算する類似度算定部と、
   を備え、前記類似度算定部により算出された類似度を利用して化合物を同定可能としたことを特徴とするタンデム質量分析データ処理装置。

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