JP6595922B2 - マススペクトル解析装置、マススペクトル解析方法、質量分析装置、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、マススペクトル解析装置、マススペクトル解析方法、質量分析装置、およびプログラムに関する。

質量分析装置では、試料成分をイオン化し、イオン化された試料成分を質量分離することで、イオン化された試料成分の質量電荷比（ｍ／ｚ）を横軸、検出強度を縦軸としたマススペクトルが得られる。マススペクトル上に現れるピークの位置（ｍ／ｚ）と強度を正確に求めることで、試料成分の精密質量と相対的な存在量の情報を得ることができる。マススペクトルから得られた精密質量に対して、当該精密質量と近しい質量をもつ元素の組み合わせ（元素組成）を割り出す処理が元素組成の推定処理である。この元素組成の推定処理の結果として割り出された元素組成の候補から、試料成分の同定を行うことができる。

マススペクトルから元素組成を推定する手法として、例えば、特許文献１には、ＬＣ／ＭＳのように多価イオンが観測される質量分析計において、モノアイソトピックイオンを特定し、元素組成の推定を行う手法が開示されている。

特開２０１３−２３１７１５号公報

ここで、ＬＣ／ＭＳでは、一般的に、フラグメントイオンを生成しないイオン化法が用いられる。一方、ＧＣ／ＭＳでは、フラグメントイオンが生成されるイオン化法が主流である。そのため、ＧＣ／ＭＳで得られたマススペクトルでは、ピーク本数が多く、元素組成の推定に適するピークの判別は難しい。したがって、特許文献１に開示された手法では、高い確度で元素組成の推定を行うことが困難な場合があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができるマススペクトル解析装置、マススペクトル解析方法、およびプログラムを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記マススペクトル解析装置を含む質量分析装置を提供することにある。

（１）本発明に係るマススペクトル解析装置は、
試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うマススペクトル解析装置であって、
前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択部と、
複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定部と、
前記組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出部と、
を含み、
前記抽出部は、
前記ピーク選択部で選択された複数の前記解析対象ピークから１つを選択し、選択された１つの前記解析対象ピークの前記組成推定部で推定された元素組成を分子イオンと仮定し、
選択された前記解析対象ピークより低質量の前記解析対象ピークについて前記組成推定
部で推定された元素組成をフラグメントイオンとし、当該フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ないか否かを判断し、
フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ない場合には、前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出し、
選択された前記解析対象ピークの各々について、分子イオンを仮定して、前記組み合わせを抽出し、
仮定された各分子イオンについて、抽出された前記組み合わせの数に基づく数を分子とし、選択された前記解析対象ピークよりも低質量側の前記解析対象ピークの数に基づく数を分母として、的中率を算出する。

このようなマススペクトル解析装置では、抽出部が分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出するため、組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組みあわせをとしてあり得ないものを除外できる。したがって、このようなマススペクトル解析装置では、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができる。

（２）本発明に係るマススペクトル解析装置において、
前記抽出部が前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出するフラグメントイオンは、少なくとも、選択された前記解析対象ピークより低質量側の前記解析対象ピークの各々について前記組成推定部で推定された元素組成のうち、不飽和度が半整数である元素組成のものであってもよい。

（３）本発明に係るマススペクトル解析装置において、
前記ピーク選択部は、前記マススペクトルデータから、モノアイソトピックピークを抽出して、前記解析対象ピークとしてもよい。

このようなマススペクトル解析装置では、元素組成を推定するためのピークを適切に選択することができる。

（４）本発明に係るマススペクトル解析方法は、
試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うマススペクトル解析方法であって、
前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択工程と、
複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定工程と、
前記組成推定工程における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出工程と、
を含み、
前記抽出工程は、
前記ピーク選択工程で選択された複数の前記解析対象ピークから１つを選択し、選択された１つの前記解析対象ピークの前記組成推定工程で推定された元素組成を分子イオンと仮定し、
選択された前記解析対象ピークより低質量の前記解析対象ピークについて前記組成推定工程で推定された元素組成をフラグメントイオンとし、当該フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ないか否かを判断し、
フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ない場合には、前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出し、
選択された前記解析対象ピークの各々について、分子イオンを仮定して、前記組み合わせを抽出し、
仮定された各分子イオンについて、抽出された前記組み合わせの数に基づく数を分子とし、選択された前記解析対象ピークよりも低質量側の前記解析対象ピークの数に基づく数を分母として、的中率を算出する。

（５）本発明に係る質量分析装置は、
本発明に係るマススペクトル解析装置を含む。

このような質量分析装置は、本発明に係るマススペクトル解析装置を含むため、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができる。

（６）本発明に係るプログラムは、
試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うためのプログラムであって、
前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択部と、
複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定部と、
前記組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出部としてコンピューターを機能させ、
前記抽出部は、
前記ピーク選択部で選択された複数の前記解析対象ピークから１つを選択し、選択され
た１つの前記解析対象ピークの前記組成推定部で推定された元素組成を分子イオンと仮定し、
選択された前記解析対象ピークより低質量の前記解析対象ピークについて前記組成推定部で推定された元素組成をフラグメントイオンとし、当該フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ないか否かを判断し、
フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ない場合には、前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出し、
選択された前記解析対象ピークの各々について、分子イオンを仮定して、前記組み合わせを抽出し、
仮定された各分子イオンについて、抽出された前記組み合わせの数に基づく数を分子とし、選択された前記解析対象ピークよりも低質量側の前記解析対象ピークの数に基づく数を分母として、的中率を算出する。

（７）本発明に係るマススペクトル解析装置は、
試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うマススペクトル解析装置であって、
前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択部と、
複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定部と、
前記組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出部と、
前記抽出部によって複数の前記組み合わせが抽出された場合に、複数の前記組み合わせから１つの前記組み合わせを選択するための選択情報を入力するための操作部と、
前記選択情報に基づき画像を生成し、当該画像を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
を含み、
前記画像は、選択された前記組み合わせに対応する分子イオンのピークおよびフラグメントイオンのピークを特定するためのマーカーと、分子イオンとフラグメントイオンとの元素組成の差に対応する化学式と、がマススペクトル上に表示された画像である。

このようなマススペクトル解析装置では、抽出部が分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出するため、組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組みあわせをとしてあり得ないものを除外できる。したがって、このようなマススペクトル解析装置では、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができる。また、このようなマススペクトル解析装置では、表示制御部が前記画
像を表示部に表示させる制御を行うため、分子イオンとフラグメントイオンとの組み合わせが妥当か否かを、容易に検証することができる。

（８）本発明に係るマススペクトル解析装置において、
分子イオンのピークを特定するための前記マーカーは、当該分子イオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示され、
フラグメントイオンのピークを特定するための前記マーカーは、当該フラグメントイオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示されてもよい。

このようなマススペクトル解析装置では、マススペクトルの解析結果が妥当か否かを容易に検証することができる。

本実施形態に係る質量分析装置を模式的に示す図。 解析対象ピークを選択する処理を説明するための図。 最大強度のピークを選択する処理を説明するための図。 マススペクトルの解析結果を表す画像の一例を模式的に示す図。 マススペクトル解析装置のマススペクトル解析処理の一例を示すフローチャート。 ２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅのマススペクトルを示す図。 ピークグループを選択する処理の結果を示す図。 ２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅのマススペクトルの解析結果を表す画像の一例を示す図。 第１変形例に係るマススペクトル解析装置のマススペクトル解析処理の一例を示すフローチャート。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 質量分析装置
まず、本実施形態に係る質量分析装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る質量分析装置１００を模式的に示す図である。

質量分析装置１００は、質量分析を行うための装置である。質量分析装置１００では、試料に対して質量分析を行うことによりマススペクトルデータを取得することができる。ここでは、質量分析装置１００が、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）と、質量分析計（ＭＳ）と、を接続したガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）である場合について説明する。

質量分析装置１００は、本発明に係るマススペクトル解析装置を含む。ここでは、質量分析装置１００が、本発明に係るマススペクトル解析装置として、マススペクトル解析装置４０を含む場合について説明する。

質量分析装置１００は、さらに、ガスクロマトグラフ部１０と、質量分析部２０と、インターフェース部３０と、を含んで構成されている。

ガスクロマトグラフ部１０は、試料注入部１０２と、分離カラム部１０４と、を有している。試料注入部１０２には、測定対象となる試料（試料ガス）が注入される。試料注入部１０２に注入された試料は、キャリアガスによって、分離カラム部１０４に移動する。

分離カラム部１０４は、試料に含まれる各成分を時間軸で分離する。分離された試料は、インターフェース部３０を介して質量分析部２０に導入される。

インターフェース部３０は、ガスクロマトグラフ部１０と質量分析部２０とを接続している。

質量分析部２０は、ガスクロマトグラフ部１０で分離された試料の各成分をイオン化し、生成されたイオンを質量電荷比（ｍ／ｚ）に応じて分離し検出する。質量分析部２０におけるイオン化の手法としては、例えば、ＥＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）法や、ＣＩ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）法などを用いることができる。質量分析部２０における質量分離は、例えば、飛行時間型質量分析計や、四重極型質量分析計などを用いて行うことができる。

質量分析部２０で質量分離されたイオンの検出結果は、マススペクトル解析装置４０に送られ、マススペクトル解析装置４０においてマススペクトルデータが作成される。作成されたマススペクトルデータは、記憶部４４０に記憶される。マススペクトルデータから、横軸を質量電荷比（ｍ／ｚ）とし、縦軸をイオン強度とするマススペクトルを作成する
ことができる。

マススペクトル解析装置４０は、試料に対する質量分析を行うことで取得されたマススペクトルデータから、試料に含まれる成分の元素組成を推定する処理を行う。

マススペクトル解析装置４０は、処理部４１０と、操作部４２０と、表示部４３０と、記憶部４４０と、情報記憶媒体４５０と、を含んで構成されている。マススペクトル解析装置４０は、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）などで実現することができる。

操作部４２０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部４１０に送る処理を行う。操作部４２０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。操作部４２０は、例えば、マススペクトルの解析条件の入力を行うために用いられる。

表示部４３０は、処理部４１０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。

記憶部４４０は、処理部４１０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部４４０は、処理部４１０の作業領域として用いられ、処理部４１０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。

情報記憶媒体４５０は、コンピューターにより読み取り可能な媒体である。情報記憶媒体４５０は、プログラムやデータなどを格納するものである。情報記憶媒体４５０の機能は、光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ等）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、或いはメモリ（ＲＯＭ等）などにより実現できる。処理部４１０は、情報記憶媒体４５０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。すなわち、情報記憶媒体４５０には、処理部４１０の各部としてコンピューターを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピューターに実行させるためのプログラム）が記憶される。

処理部４１０は、マススペクトルデータを取得する処理や、マススペクトルデータから元素組成を推定する処理、マススペクトルの解析結果等を表示部４３０に表示させる処理などの処理を行う。処理部４１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）でプログラムを実行することにより実現することができる。なお、処理部４１０の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。処理部４１０は、ピーク選択部４１２と、組成推定部４１４と、抽出部４１６と、表示制御部４１８と、を含む。

ピーク選択部４１２は、記憶部４４０に記憶されているマススペクトルデータを読み出して、当該マススペクトルデータから解析対象となる複数のピーク（以下、「解析対象ピーク」ともいう）を選択する。解析対象ピークとしては、モノアイソトピックピークが好ましい。以下、ピーク選択部４１２における処理について説明する。

図２は、解析対象ピークを選択する処理を説明するための図である。

ピーク選択部４１２は、マススペクトルデータにおいてピーク間の距離が所定の範囲内にある２以上のピークを１つのピークグループとして、複数のピークグループを作成する処理を行う。このとき、所定の範囲内にピークが１つしか存在しない場合には、当該ピークはいずれのピークグループにも属さないピークとし、以降の処理から除外する。

所定の範囲は、同位体イオンのピークや、水素が付加／脱離したイオンのピークが１つのピークグループに含まれるような範囲に設定される。すなわち、１つのピークグループは、同位体イオンのピークや、水素が付加／脱離したイオンのピークなどで構成される。

ピーク選択部４１２がピークグループを作成する処理を行うことにより、分子イオンのピークおよび複数のフラグメントイオンのピークについて、それぞれピークグループが作成される。

図２に示す例では、ピーク選択部４１２がマススペクトルデータにおいてピーク間の距離が所定の範囲内にあるピークを１つのピークグループとする処理を行うことにより、ピークグループＧ１からピークグループＧ８まで、８個のピークグループが作成された。

なお、ピーク選択部４１２は、ピークグループを作成する処理を行う前に、イオン強度が所定値以下のピークを除外する処理を行ってもよい。これにより、マススペクトルデータのノイズ成分を、あらかじめ除去することができる。

ピーク選択部４１２は、複数のピークグループを作成する処理を行った後、複数のピークグループの各々から、最大強度のピークを選択して解析対象ピークとする処理を行う。

図３は、最大強度のピークを選択する処理を説明するための図である。なお、図３では、各ピークグループの最大強度のピークを実線で示し、その他のピークを破線で示している。

ＧＣ／ＭＳでは、１０００Ｄａ程度の分子を測定するため、各ピークグループの最大強度のピークとモノアイソトピックピークとは、一致する場合が多い。そのため、各ピークグループから最大強度のピークを選択することで、各ピークグループからモノアイソトピックピークを適切に選択することができる。

図３に示す例では、最大強度のピークを選択する処理の結果、ピークグループＧ１からピークグループＧ１のなかで最大のイオン強度を持つピークＰ１が選択されている。同様に、ピークグループＧ２、ピークグループＧ３、ピークグループＧ４、ピークグループＧ５、ピークグループＧ６、ピークグループＧ７、ピークグループＧ８から、それぞれ、ピークＰ２、ピークＰ３、ピークＰ４、ピークＰ５、ピークＰ６、ピークＰ７、ピークＰ８が選択されている。

組成推定部４１４は、ピーク選択部４１２で選択された複数の解析対象ピークの各々に対して、元素組成の推定を行う。組成推定部４１４は、マススペクトルデータにおける解析対象ピークの位置（ｍ／ｚ）からイオンの質量（精密質量）を求め、データベース等から当該イオンの質量に近しい質量を持つ元素組成を割り出すことで元素組成の推定を行う。

組成推定部４１４は、元素組成を推定する処理の結果として、解析対象ピークごとに、推定される元素組成の候補のリストを作成する。

図３に示す例では、組成推定部４１４は、ピークＰ１〜ピークＰ８に対して、それぞれ元素組成の推定を行う。組成推定部４１４は、ピークＰ１〜ピークＰ８の各々に対して、推定される元素組成の候補のリストを作成する。

抽出部４１６は、組成推定部４１４の元素組成の推定結果から、分子イオンと当該分子イオンが開裂（フラグメンテーション）して生成されたフラグメントイオンの組み合わせ
を抽出する。

抽出部４１６は、組成推定部４１４で選択された複数の解析対象ピークの各々について、元素組成の推定結果を分子イオンと仮定して他の解析対象ピークの元素組成の推定結果が当該分子イオンの断片（すなわち、フラグメントイオン）としてあり得るか否かを判定する。

ここで、分子イオンとフラグメントイオンの関係について説明する。

分子は、原子で構成されていることから、分子は原子の集合と考えられる。分子イオンＭ＝｛ｘ｜ｘは分子イオンの元素｝、各フラグメントイオンＦ_ｎ＝｛ｘ｜ｘはフラグメントイオンの元素｝とすると、下記式の関係が成り立つ。

この関係から下記のような関係を導くことができる。

すなわち、フラグメントイオンと分子イオンの関係が正しければ、フラグメントイオンの全ての構成元素の数は、分子イオンの構成元素の数よりも少ない。そのため、分子イオンとフラグメントイオンの構成元素の数の関係を確認することで、分子イオンとフラグメントイオンとの組み合わせを抽出することができる。

図３に示す例では、抽出部４１６は、まず、ピークＰ１の元素組成の推定結果を分子イオンと仮定して、ピークＰ１よりも低質量側のピークＰ２〜ピークＰ８の元素組成の推定結果がフラグメントイオンとしてあり得るか否かを判定する。

具体的には、抽出部４１６は、ピークＰ１から推定される元素組成を分子イオンと仮定した場合に、ピークＰ２から推定される元素組成がフラグメントイオンとしてあり得るか否かを判定する。当該判定は、例えば、組成推定部４１４で作成されたピークＰ１から推定される元素組成の候補のリストと、ピークＰ２から推定される元素組成の候補のリストと、を照らし合わせることで行われる。

分子イオンと仮定した元素組成の構成元素が、ピークＰ２から推定される元素組成の構成元素の数よりも多ければ、ピークＰ２から推定される元素組成はフラグメントイオンとしてあり得ると判定される。例えば、分子イオンと仮定した元素組成がＣ_２Ｈ_５Ｏであり、ピークＰ２から推定される元素組成がＣＨ_３の場合、Ｃ_２Ｈ_５Ｏの構成元素は、Ｃが２個、Ｈが５個、Ｏが１個であり、ＣＨ_３の構成元素は、Ｃが１個、Ｈが３個である。このように、ＣＨ_３の構成元素はＣ_２Ｈ_５Ｏの構成元素よりも、Ｃが１個、Ｈが２個、Ｏが１個、少ないため、フラグメントイオンとしてあり得ると判定される。

フラグメントイオンとしてあり得ると判定された場合には、当該元素組成をフラグメントイオンの元素組成の候補とする。このようにして、ピークＰ１における元素組成の推定結果とピークＰ２における元素組成の推定結果から分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせが抽出される。

この処理を、ピークＰ１とピークＰ３、ピークＰ１とピークＰ４、ピークＰ１とピークＰ５、ピークＰ１とピークＰ６、ピークＰ１とピークＰ７、ピークＰ１とピークＰ８についても同様に行う。これにより、全ての解析対象ピーク（ピークＰ１〜Ｐ８）の元素組成の推定結果から、ピークＰ１の元素組成の推定結果を分子イオンと仮定した場合の、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出することができる。

抽出部４１６は、ピークＰ２の元素組成の推定結果を分子イオンと仮定した場合についても同様に、ピークＰ２よりも低質量側のピークＰ３〜ピークＰ８の元素組成の推定結果がフラグメントイオンとしてあり得るか否かを判定する処理を行う。抽出部４１６は、この処理をピークＰ３〜ピークＰ８に対しても同様に行う。

このようにして、抽出部４１６は、組成推定部４１４における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する。抽出部４１６は、抽出した分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせのリストを作成する処理を行う。

なお、抽出部４１６は、元素組成の推定結果のみで分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出するのではなく、ＤＢＥ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｂｏｎｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ、不飽和度）や、同位体パターンの類似度などの他の条件を含めて組み合わせの抽出を行ってもよい。

表示制御部４１８は、表示部４３０にマススペクトルの解析結果の画像を表示させる制御を行う。

図４は、マススペクトルの解析結果を表す画像２の一例を模式的に示す図である。

例えば、抽出部４１６によって分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせが複数抽出された場合に、操作部４２０から複数の組み合わせから１つの組み合わせを選択するための選択情報が入力されると、表示制御部４１８は、選択情報に基づき画像２を生成し、当該画像２を表示部４３０に表示させる制御を行う。画像２は、分子イオンとフラグメントイオンとの組み合わせが妥当か否かを、検証するための画像である。

画像２は、図４に示すように、選択された組み合わせに対応する分子イオンのピークおよびフラグメントイオンのピークを特定するためのマーカー４ａ，４ｂと、分子イオンとフラグメントイオンとの元素組成の差に対応する化学式６と、がマススペクトル上に表示された画像である。

分子イオンのピークを特定するためのマーカー４ａは、当該分子イオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示される。フラグメントイオンのピークを特定するためのマーカー４ｂは、当該フラグメントイオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示される。このように、ピークグループを枠で囲むことにより、ピークがどのピークグループに属するかを容易に把握することができる。なお、マーカー４ａ，４ｂの形状は、ピークがとのピークグループに属するかを把握することができれば特に限定されない。

画面２に表示される化学式６は、分子イオンとフラグメントイオンとの元素組成の差に対応する。例えば、分子イオンがＣ_２Ｈ_５Ｏ、フラグメントイオンがＣＨ_３のとき、元素組成の差に対応する化学式は、−ＣＨ_２Ｏである。

２． マススペクトルの解析方法
次に、本実施形態に係るマススペクトルの解析方法について説明する。ここでは、マススペクトル解析装置４０が、２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅ（分子式：（ＣＨ_３）_２Ｃ_６Ｈ_３ＮＨ_２）のマススペクトルを解析する例について説明する。

図５は、マススペクトル解析装置４０のマススペクトル解析処理の一例を示すフローチャートである。図６は、２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅのマススペクトルを示す図である。図６に示す２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅのマススペクトルは、ガスクロマトグラフ飛行時間型質量分析計（ＧＣ−ＴＯＦＭＳ）でＥＩ^＋イオン化法を使用して得られたものである。

まず、ピーク選択部４１２が、マススペクトルデータから、イオン強度が閾値以下のピークを除外する（ステップＳ１００）。なお、イオン強度の閾値は、５００とした。

次に、ピーク選択部４１２が、イオン強度が閾値以下のピークが除外されたマススペクトルデータにおいてピーク間の距離が所定の範囲内にある２以上のピークを１つのピークグループとして、複数のピークグループを作成する処理を行う（ステップＳ１０２）。なお、所定の範囲は、２．５ｕとした。

図７は、ピークグループを選択する処理の結果を示す図である。ピーク選択部４１２がピークグループを作成する処理を行うことで、図７に示すように、７個のピークグループが作成された。

図７に示すピークグループを作成する処理の結果は、表示部４３０に表示される。

次に、ピーク選択部４１２が、７個のピークグループの各々から、最大強度のピークを選択して解析対象ピークとする（ステップＳ１０４）。ここでは、７個のピークグループが作成されたため、７個の解析対象ピークが選択される。

選択された解析対象ピークは下記表１に示す通りである。なお、表１の括弧のなかはマススペクトル中の最大強度を１００％とした場合の相対強度を表している。

組成推定部４１４は、ピーク選択部４１２で選択された表１に示す７個の解析対象ピークの各々に対して、元素組成の推定を行う（ステップＳ１０６）。

元素組成の推定の条件は、以下のとおりである。

・探索するｍ／ｚ：±０．０１ｕ
・チャージ：＋１
・ＤＢＥ：−０．５〜４０．０
・探索する元素の数の範囲：
Ｃ ０〜１００
Ｈ ０〜５００
Ｏ ０〜５０
Ｎ ０〜５０
Ｐ ０〜１０
Ｓ ０〜１０
Ｃｌ ０〜１０
・許容する同位体パターンマッチングの範囲：５０％〜１００％

次に、抽出部４１６が、組成推定部４１４の元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する（ステップＳ１０８）。

抽出部４１６は、表１に示す７個の解析対象ピークの各々について、元素組成の推定結果を分子イオンと仮定して他の解析対象ピークの元素組成の推定結果が当該分子イオンの断片（すなわち、フラグメントイオン）としてあり得るか否かを判定する。

下記表２に、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出した結果を示す。

表２に示すように、７個の解析対象ピークについて元素組成の推定を行い、ＤＢＥが整数になったものを分子イオンの元素組成の候補とした。表２では、分子イオンの元素組成の候補に、０〜１４の番号を付した。

また、０〜１４の番号を付した分子イオンの元素組成の候補の各々に対して、他の解析対象ピークの元素組成の推定結果がフラグメントイオンとして妥当であるか否かを判定した。例えば、１番の番号を付した分子イオンの元素組成の候補であるＣ_８Ｈ_１１Ｎについては、Ｃ_７Ｈ_８Ｎ、Ｃ_６Ｈ_５、Ｃ_５Ｈ_５、Ｃ_３Ｈ_３がフラグメントイオンの元素組成としてあり得る。フラグメントイオンの元素組成として妥当と判定されたものについては、表２に示すように、組み合わせとして妥当と判断された分子イオンの候補の番号を付した。

表２に示す結果を、分子イオンの元素組成の候補ごとにまとめたものを、下記表３に示す。

表３において、「Ｈｉｔ」は、分子イオンとフラグメントイオンとがあり得る組み合わせか否かのヒット率（的中率）を示している。ヒット率が高い分子イオンの元素組成ほど、分子イオンの元素組成として適切と推測される。「Ｍ．Ｆ．」は、同位体パターンの類似度を表している。なお、表３では、０〜１４番の番号を付した分子イオンの元素組成の候補のうち、フラグメントイオンとの組み合わせが１つもなかったものに関しては、括弧をつけている。

表３に示す結果から、１番の番号を付した分子イオンの元素組成の候補であるＣ_８Ｈ_１１Ｎが、イオン強度、同位体パターンの類似度、およびヒット率がいずれも高いことから、分子イオンの元素組成として適切な結果であると推測できる。これは、２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅの元素組成と一致する。

次に、表示制御部４１８が、マススペクトルの解析結果の画像を表示部４３０に表示させる制御を行う（ステップＳ１１０）。

図８は、２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅのマススペクトルの解析結果を表す画像の一例を示す図である。

表示制御部４１８は、抽出部４１６の組み合わせの抽出結果に基づいて、上記の表１、表２、および表３を作成し、表示部４３０に表示させる制御を行う。さらに、表示制御部４１８は、表３に示す０〜１４番の番号を付した分子イオンの元素組成の候補から１つが選択された場合（すなわち、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせが選択された場合）、図８に示す画像を表示する。

図８に示す画像は、１番の番号を付した分子イオンの元素組成Ｃ_８Ｈ_１１Ｎが選択されたときの画像である。ユーザーが操作部４２０を介して表示部４３０に表示された表３からＣ_８Ｈ_１１Ｎを選択すると、表示制御部４１８は、操作部４２０からの選択信号を受け付けて、図８に示す画像を表示部４３０に表示させる制御を行う。

図８に示す画像では、分子イオンのピークを特定するためのマーカーと、４個のフラグメントイオンのピークを特定するための４個のマーカーとが、２，６−Ｘｙｌｉｄｉｎｅのマススペクトル上に表示されている。また、分子イオンのピークとフラグメントイオンのピークとの間には、ピーク間を結ぶ矢印と、分子イオンとフラグメントイオンの元素組成の差に対応する化学式と、が表示されている。

具体的には、図８に示す画面には、分子イオンの元素組成Ｃ_８Ｈ_１１Ｎとフラグメントイオンの元素組成Ｃ_７Ｈ_８Ｎとの元素組成の差に対応する−ＣＨ_３、分子イオンの元素組成Ｃ_８Ｈ_１１Ｎとフラグメントイオンの元素組成Ｃ_６Ｈ_５との元素組成の差に対応する−Ｃ_２Ｈ_６Ｎ、分子イオンの元素組成Ｃ_８Ｈ_１１Ｎとフラグメントイオンの元素組成Ｃ_５Ｈ_５との元素組成の差に対応する−Ｃ_３Ｈ_６Ｎ、分子イオンの元素組成Ｃ_８Ｈ_１１Ｎとフラグメントイオンの元素組成Ｃ_３Ｈ_３との元素組成の差に対応する−Ｃ_５Ｈ_８Ｎが表示されている。

以上の処理により、マススペクトルの解析を行うことができる。

マススペクトル解析装置４０は、例えば、以下の特徴を有する。

マススペクトル解析装置４０では、抽出部４１６が組成推定部４１４における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する。例えば、抽出部４１６は、複数の解析対象ピークの各々について、元素組成の推定結果を分子イオンと仮定して他の解析対象ピークの元素組成の推定結果が当該分子イオンの断片としてあり得るか否かを判定する処理を行う。

このように、抽出部４１６が分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出することにより、組成推定部４１４における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組みあわせとしてあり得ないものを除外できる。したがって、マススペクトル解析装置４０では、抽出部４１６において、組成推定部４１４における元素組成の推定結果から分子イオンとして適切な元素組成を抽出することができ、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができる。

マススペクトル解析装置４０では、ピーク選択部４１２は、マススペクトルデータにおいてピーク間の距離が所定の範囲内にある２以上のピークを１つのピークグループとして、複数のピークグループを作成する処理と、複数のピークグループの各々から最大強度のピークを選択して、解析対象ピークとする処理と、を行う。そのため、マススペクトル解析装置４０では、例えば、マススペクトルからモノアイソトピックピークを抽出するためのデアイソトープ処理を行うことなく、元素組成を推定するためのピーク（解析対象ピーク）を適切に選択することができる。

マススペクトル解析装置４０では、抽出部４１６によって複数の分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせが抽出された場合に、複数の組み合わせから１つの組み合わせを選択するための選択情報を入力するための操作部４２０と、選択情報に基づき画像を生成し、当該画像を表示部４３０に表示させる制御を行う表示制御部４１８と、を含み、当該画像は、選択された組み合わせに対応する分子イオンのピークおよびフラグメントイオン
のピークを特定するためのマーカーと、分子イオンとフラグメントイオンとの元素組成の差に対応する化学式と、がマススペクトル上に表示された画像である。

このように、マススペクトル解析装置４０では、表示制御部４１８が前記画像を表示部４３０に表示させる制御を行うため、分子イオンとフラグメントイオンとの組み合わせが妥当か否かを、容易に検証することができる。

マススペクトル解析装置４０では、分子イオンのピークを特定するためのマーカーは、当該分子イオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示され、フラグメントイオンのピークを特定するためのマーカーは、当該フラグメントイオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示される。そのため、マススペクトルの解析結果が妥当か否かを容易に検証することができる。

マススペクトル解析装置４０では、図５に示す処理を行うことにより、自動でマススペクトルの解析（元素組成の推定）を行うことができる。

なお、上記では、マススペクトル解析装置４０が、１つのマススペクトルに対してスペクトルの解析を行う場合について説明したが、マススペクトル解析装置４０は、同一条件で複数のマススペクトルに対してスペクトルの解析を行うこともできる。したがって、マススペクトル解析装置４０では、複数のマススペクトルに対して、一括して元素組成の推定を行うことができ、解析時間の短縮を図ることができる。

本実施形態に係る質量分析装置１００は、マススペクトル解析装置４０を含むため、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができる。

本実施形態に係るマススペクトル解析方法は、マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択工程と、複数の解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定工程と、組成推定工程における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出工程と、を含む。そのため、本実施形態に係るマススペクトルの解析方法によれば、マススペクトルから高い確度で元素組成の推定を行うことができる。

３． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

（１）第１変形例
上述した実施形態では、ピーク選択部４１２が複数のピークグループの各々から最大強度のピークを選択して解析対象ピークとする場合について説明したが、ピーク選択部４１２は、マススペクトルデータから、モノアイソトピックピークを抽出して、解析対象ピークとしてもよい。

ピーク選択部４１２は、例えば、公知のデアイソトープ処理を行うことにより、マススペクトルデータから、モノアイソトピックピークを抽出することができる。

デアイソトープ処理は、マススペクトルからモノアイソトピックピークを抽出することを目的とする処理である。例えば、マススペクトル上で１つの同位体ピーク群に属すると推定される複数の同位体ピークの強度から各元素の天然同位体比などに基づき理論的に計算される同位体ピークの強度を減算する。強度計算と減算処理が適切に行われている場合には、同位体ピーク群に含まれるピークの中からモノアイソトピックピークを抽出するこ
とができる。なお、ピーク選択部４１２は、Ａｖｅｒａｇｉｎｅモデルを用いて、モノアイソトピックピークを抽出してもよい。

図９は、第１変形例に係るマススペクトル解析装置４０のマススペクトル解析処理の一例を示すフローチャートである。

第１変形例に係るマススペクトル解析装置４０のマススペクトル解析処理は、図９に示すように、イオン強度が閾値以下のピークを除外する処理（ステップＳ１００）、ピークグループを作成する処理（ステップＳ１０２）、各ピークグループの最大強度のピークを選択する処理（ステップＳ１０４）を行わずに、モノアイソトピックピークを抽出する処理（ステップＳ２００）を行う点で、図５に示すマススペクトル解析処理と異なる。

なお、解析対象ピークに対して元素組成の推定を行う処理（ステップＳ２０２）、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する処理（ステップＳ２０４）、および解析結果を表示する処理（ステップＳ２０６）は、それぞれ図５に示すステップＳ１０６、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０の処理と同じである。

第１変形例に係るマススペクトル解析装置４０によれば、デアイソトープ処理を用いて、モノアイソトピックピークを抽出して解析対象ピークとするため、例えば、１０００Ｄａよりも更に高質量側のピークであっても、解析対象ピークを適切に選択することができる。

なお、上記では、イオン強度が閾値以下のピークを除外する処理（ステップＳ１００）、およびピークグループを作成する処理（ステップＳ１０２）を行わない場合について説明したが、本変形例においても、ステップＳ２００の前に、ステップＳ１００、ステップＳ１０２の処理を行ってもよい。

（２）第２変形例
上述した実施形態では、ピーク選択部４１２が複数のピークグループの各々から最大強度のピークを選択して解析対象ピークとする場合について説明したが、解析対象ピークの選択方法はこれに限定されない。例えば、ピークグループから２番目に強度が大きいピークを選択して解析対象ピークとしてもよいし、ピークグループ内の最小のｍ／ｚのピークを選択して解析対象ピークとしてもよい。

マススペクトル解析装置４０では、解析対象ピークを選択する手法として上記のどの手法を用いるかを、ユーザーが選択可能であってもよい。例えば、ユーザーは、試料や測定条件などに応じて、手法を選択してもよい。また、例えば、上記の手法のうちの１つの手法を用いてマススペクトルの解析を行い、元素組成の推定結果を確認した後に、他の手法を用いて、再度、マススペクトルの解析を行ってもよい。

（３）第３変形例
上述した実施形態では、図１に示すように、マススペクトル解析装置４０が質量分析装置１００に含まれている場合について説明したが、マススペクトル解析装置４０は質量分析装置に含まれていなくてもよい。マススペクトル解析装置４０は、他の質量分析装置で得られたマススペクトルや、シミュレーションで得られたマススペクトルの解析を行ってもよい。この場合、マススペクトル解析装置４０は、情報記憶媒体４５０等を介して、マススペクトルデータを取得してもよい。

（４）第４変形例
上述した実施形態では、質量分析装置１００が、ガスクロマトグラフ質量分析装置（Ｇ
Ｃ／ＭＳ）である場合について説明したが、本発明に係る質量分析装置は、分子イオンのピークとフラグメントイオンのピークとが出現するマススペクトルを得ることができる装置であればよい。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…画像、４ａ…マーカー、４ｂ…マーカー、６…化学式、１０…ガスクロマトグラフ部、２０…質量分析部、３０…インターフェース部、４０…マススペクトル解析装置、１００…質量分析装置、１０２…試料注入部、１０４…分離カラム部、４１０…処理部、４１２…ピーク選択部、４１４…組成推定部、４１６…抽出部、４１８…表示制御部、４２０…操作部、４３０…表示部、４４０…記憶部、４５０…情報記憶媒体

Claims (8)

1. 試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うマススペクトル解析装置であって、
   前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択部と、
   複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定部と、
   前記組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出部と、
   を含み、
   前記抽出部は、
   前記ピーク選択部で選択された複数の前記解析対象ピークから１つを選択し、選択された１つの前記解析対象ピークの前記組成推定部で推定された元素組成を分子イオンと仮定し、
   選択された前記解析対象ピークより低質量の前記解析対象ピークについて前記組成推定部で推定された元素組成をフラグメントイオンとし、当該フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ないか否かを判断し、
   フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ない場合には、前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出し、
   選択された前記解析対象ピークの各々について、分子イオンを仮定して、前記組み合わせを抽出し、
   仮定された各分子イオンについて、抽出された前記組み合わせの数に基づく数を分子とし、選択された前記解析対象ピークよりも低質量側の前記解析対象ピークの数に基づく数を分母として、的中率を算出する、マススペクトル解析装置。
2. 請求項１において
   前記抽出部が前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出するフラグメントイオンは、少なくとも、選択された前記解析対象ピークより低質量側の前記解析対象ピークの各々について前記組成推定部で推
   定された元素組成のうち、不飽和度が半整数である元素組成のものである、マススペクトル解析装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ピーク選択部は、前記マススペクトルデータから、モノアイソトピックピークを抽出して、前記解析対象ピークとする、マススペクトル解析装置。
4. 試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うマススペクトル解析方法であって、
   前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択工程と、
   複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定工程と、
   前記組成推定工程における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出工程と、
   を含み、
   前記抽出工程は、
   前記ピーク選択工程で選択された複数の前記解析対象ピークから１つを選択し、選択された１つの前記解析対象ピークの前記組成推定工程で推定された元素組成を分子イオンと仮定し、
   選択された前記解析対象ピークより低質量の前記解析対象ピークについて前記組成推定工程で推定された元素組成をフラグメントイオンとし、当該フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ないか否かを判断し、
   フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ない場合には、前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメントイオンの組み合わせとして抽出し、
   選択された前記解析対象ピークの各々について、分子イオンを仮定して、前記組み合わせを抽出し、
   仮定された各分子イオンについて、抽出された前記組み合わせの数に基づく数を分子とし、選択された前記解析対象ピークよりも低質量側の前記解析対象ピークの数に基づく数を分母として、的中率を算出する、マススペクトル解析方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマススペクトル解析装置を含む、質量分析装置。
6. 試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うためのプログラムであって、
   前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択部と、
   複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定部と、
   前記組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出部としてコンピューターを機能させ、
   前記抽出部は、
   前記ピーク選択部で選択された複数の前記解析対象ピークから１つを選択し、選択された１つの前記解析対象ピークの前記組成推定部で推定された元素組成を分子イオンと仮定し、
   選択された前記解析対象ピークより低質量の前記解析対象ピークについて前記組成推定部で推定された元素組成をフラグメントイオンとし、当該フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ないか否かを判断し、
   フラグメントイオンの各構成元素の数が前記仮定された分子イオンの構成元素の数より少ない場合には、前記仮定された分子イオンと分子イオンの断片としてあり得るフラグメ
   ントイオンの組み合わせとして抽出し、
   選択された前記解析対象ピークの各々について、分子イオンを仮定して、前記組み合わせを抽出し、
   仮定された各分子イオンについて、抽出された前記組み合わせの数に基づく数を分子とし、選択された前記解析対象ピークよりも低質量側の前記解析対象ピークの数に基づく数を分母として、的中率を算出する、プログラム。
7. 試料に対して質量分析を行うことにより取得されたマススペクトルデータから元素組成の推定を行うマススペクトル解析装置であって、
   前記マススペクトルデータから、解析対象となる複数の解析対象ピークを選択するピーク選択部と、
   複数の前記解析対象ピークの各々に対して元素組成の推定を行う組成推定部と、
   前記組成推定部における元素組成の推定結果から、分子イオンとフラグメントイオンの組み合わせを抽出する抽出部と、
   前記抽出部によって複数の前記組み合わせが抽出された場合に、複数の前記組み合わせから１つの前記組み合わせを選択するための選択情報を入力するための操作部と、
   前記選択情報に基づき画像を生成し、当該画像を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
   を含み、
   前記画像は、選択された前記組み合わせに対応する分子イオンのピークおよびフラグメントイオンのピークを特定するためのマーカーと、分子イオンとフラグメントイオンとの元素組成の差に対応する化学式と、がマススペクトル上に表示された画像である、マススペクトル解析装置。
8. 請求項７において、
   分子イオンのピークを特定するための前記マーカーは、当該分子イオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示され、
   フラグメントイオンのピークを特定するための前記マーカーは、当該フラグメントイオンのピークが含まれるピークグループを囲むように表示される、マススペクトル解析装置。

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