WO2015189696A1 - クロマトグラフ質量分析装置及びその制御方法 - Google Patents

クロマトグラフ質量分析装置及びその制御方法 Download PDF

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信二 吉岡
博教 山下
彰 前川
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to a chromatographic mass spectrometer and a control method thereof.
  • a mass spectrometer is used as a high-sensitivity detector for a liquid chromatograph.
  • the mass spectrometer for example, there are a quadrupole mass spectrometer, an ion trap mass spectrometer, and a time-of-flight mass spectrometer, which are properly used according to the purpose of measurement.
  • a quadrupole mass spectrometer is often used.
  • the quadrupole mass spectrometer can measure the mass number by two methods of scan measurement and selected ion monitoring (SIM).
  • the scan measurement scanning is performed within a predetermined mass number range, and the spectrum of ions included in the set mass number range is detected.
  • This scanning method is used for qualitative analysis of unknown samples.
  • a chromatogram of ions having a specific mass number designated in advance is selectively detected. This method is used when a component to be analyzed is known and quantitative analysis of the component is performed with high sensitivity.
  • the measurer When determining the mass number for the SIM measurement, it is necessary to scan the target sample in advance, check the mass spectrum of the detected component, and the measurer must determine the mass number that is the target of the SIM measurement. . Thereafter, a mass chromatogram is displayed using the mass number selected by the measurer, and a characteristic mass number is determined for each target peak of each SIM measurement.
  • Patent Document 1 previously determines the mass number corresponding to the target component of quantitative analysis from the scan data of the component to be quantitatively analyzed, and sets it as the mass number at the time of SIM measurement. Thereafter, mass analysis of the mass number corresponding to each target component is performed only for a predetermined time before and after the peak time point, regardless of the difference in target components.
  • the method in which the SIM measurement time is within a predetermined time range before and after the peak time is that the measurer can visually check the chromatogram data when the elution times of the components separated by the liquid chromatograph are different. Since it is necessary to confirm and set the measurement time for each component, it takes time to determine the SIM measurement conditions. Moreover, the technique of Patent Document 1 cannot automatically set an elution time width suitable for each peak even if the elution time width of components separated by a liquid chromatograph varies. Therefore, the present invention provides a chromatograph mass spectrometer apparatus that determines the measurement time used in the SIM measurement for each target component in consideration of baseline information determined from the actual chromatogram peak shape. .
  • the present specification includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, “Generate mass spectrum data and one or more mass chromatogram data based on the detection result of the ion detector”. Then, based on the elution time width appearing in each peak waveform of the generated one or more mass chromatogram data, the measurement time used in the selected ion monitoring is determined for each corresponding ion component ". To do.
  • This specification includes the disclosure of Japanese Patent Application No. 2014-121043, which is the basis of the priority of the present application. Effects of the Invention According to the present invention, it is possible to determine the optimum measurement time for each peak waveform without viewing the mass spectrum data. Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid chromatography mass spectrometer.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of SIM measurement condition determination processing.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a condition input screen when searching for molecular ions of the target component.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a condition input screen when searching for three-component molecular ions.
  • FIG. 5 is a diagram showing a total ion chromatogram of three components.
  • FIG. 6 is a diagram showing a three-component mass spectrum.
  • FIG. 7 is a diagram showing a three-component mass chromatogram.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a baseline determination example of a mass chromatogram.
  • FIG. 9 is a diagram showing a display screen example of SIM condition determination content.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between a mass chromatogram of samples having different concentrations and an optimum measurement time width.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a liquid chromatography mass spectrometer. Many of the samples analyzed by the liquid chromatograph mass spectrometer are samples in which a plurality of components are mixed. Therefore, the sample is purified by pretreatment or the like according to each sample and then separated in an LC (liquid chromatograph) unit 101. The separated sample is introduced into the ion source 102 of the mass spectrometer and ionized.
  • LC liquid chromatograph
  • an electrospray ionization method (ESI) or an atmospheric pressure chemical ionization method (APCI) generally used in a liquid chromatograph mass spectrometer is used.
  • the components ionized by the ion source 102 are introduced from the atmospheric pressure into the vacuum, and mass-separated by an MS (mass analysis) unit 103 having a quadrupole mass spectrometer.
  • MS (mass analysis) unit 103 having a quadrupole mass spectrometer.
  • a quadrupole mass spectrometer is used as the MS (mass spectrometry) unit 103.
  • the MS unit 103 may be a triple quadrupole mass spectrometer having a collision cell.
  • the quadrupole mass spectrometer can measure the mass number by two methods of scan measurement and selected ion monitoring (SIM).
  • SIM selected ion monitoring
  • scanning is performed within a predetermined mass number range, and ions included in the set mass number range are detected.
  • This scanning method is used for qualitative analysis of unknown samples.
  • the SIM measurement selectively detects only ions having a specific mass number designated in advance. This method is used when a component to be analyzed is known and quantitative analysis of the component is performed with high sensitivity.
  • the ions mass-separated by the MS (mass spectrometry) unit 103 are sequentially detected by the ion detection unit 104 arranged in the subsequent stage.
  • the operations of the LC (liquid chromatograph) unit 101, the ion source 102, the MS (mass spectrometry) unit 103, and the ion detection unit 104 are controlled by the control unit 105. Control conditions are set in the control unit 105 through the input unit 107. A signal detected by the ion detector 104 is output to the data processor 106. The data processing unit 106 performs data information accumulation, storage, analysis, and the like, and outputs the analyzed data. An analysis operation in the data processing unit 106 is also instructed from the input unit 107.
  • the MS (mass spectrometry) unit 103 obtains the data that is the source of the mass spectrum in accordance with the scanning conditions set by the input unit 107 in synchronization with the start of separation of the sample components by the LC (liquid chromatograph) unit 101. Get continuously. Further, the data processing unit 106 accumulates mass spectrum data indicating the relationship of the ion intensity with respect to the mass-to-charge ratio for each observed retention time.
  • FIG. 2 shows a flow of SIM condition determination / determination processing proposed in this embodiment. Each step shown in FIG. 2 is executed according to a program stored in advance in storage devices of the control unit 105 and the data processing unit 106. The processing shown in FIG.
  • the control unit 105 starts a SIM measurement condition setting process (step 201), and obtains scan data including the target component (step 202). At this time, the control unit 105 controls the MS (mass analysis) unit 103 using a quadrupole mass spectrometer based on the conditions set in the input unit 107 in advance, and executes scan measurement.
  • the measurement is performed under the same conditions as the separation conditions when the quantitative analysis is actually performed using the SIM scan. If scan data has already been acquired before this setting is made, it is also possible to select the acquired scan data and use it for subsequent flowchart analysis.
  • a condition for extracting ions of each component from the data of the scan-measured target sample is input to the control unit 105 through the input unit 107 (condition setting screen) (step 203).
  • FIG. 3 shows a configuration example of the condition setting screen.
  • the setting item 301 corresponds to a channel for performing SIM measurement, and is the number of components for actual quantitative analysis. When three-component SIM measurement is performed, three settings are required as “Channel No.”.
  • the name of a component that is actually subjected to quantitative analysis is input.
  • the component name may be input manually by a measurer or selected from component names prepared in advance.
  • the molecular weight corresponding to the component of the setting item 302 is set. The molecular weight specifies the non-ion pattern of molecular ions when ions are actually generated by electrospray ionization (ESI) or atmospheric pressure chemical ionization (APCI).
  • Item 304 is a designation input field for proton addition ions
  • Item 305 is a designation input field for sodium addition ions
  • Item 306 is a designation input field for ammonium addition ions.
  • An item 307 is a designation input field for designating an ion species that does not correspond to the items 304 to 306, and is used for setting an additional mass number that designates the ion species.
  • the measurer can arbitrarily set the additional mass number.
  • the control unit 105 adds “+1.0” to the mass number input to the corresponding channel when the measurer specifies the proton addition ion in the item 304 (when the check box is checked).
  • the measurer designates sodium addition ions in item 305 “+23.0” is added to the mass number input to the corresponding channel.
  • the control unit 105 sets the mass number of the molecular ion calculated according to the setting on the condition setting screen (FIG. 3) as the mass number condition for mass chromatogram extraction.
  • FIG. 3 shows an example in which one additional ion is selected for each channel, a plurality of additional ions can be selected.
  • the control unit 105 selects the chromatogram data having the maximum peak intensity from the plurality of mass chromatogram data in the subsequent step 205, and thereafter Process.
  • FIG. 4 shows an example of a condition input screen used when searching for three-component molecular ions.
  • a SIM condition setting screen when performing quantitative analysis for three components of testosterone, methyl testosterone, and progesterone is shown.
  • Testosterone, methyl testosterone, and progesterone are input as the component names of the item 401.
  • a molecular weight of 288.4 is input for testosterone, a molecular weight of 302.4 for methyltestosterone, and a molecular weight of 314.5 for progesterone.
  • FIG. 4 shows an example of a condition input screen used when searching for three-component molecular ions.
  • a SIM condition setting screen when performing quantitative analysis for three components of testosterone, methyl testosterone, and progesterone.
  • Testosterone, methyl testosterone, and progesterone are input as the component names of the item 401.
  • a molecular weight of 288.4 is input for testosterone, a molecular weight of 302.4 for methyltestosterone,
  • the control unit 105 extracts a mass chromatogram from the actual scan data according to the setting conditions received in step 203 (mass number information of molecular ions corresponding to each channel). In the case of FIG.
  • the mass number calculated in step 203 can be given a width in the front-rear direction.
  • the selection range specified in the program is used as the selection range when extracting the mass chromatogram. The selection range is determined based on the mass accuracy of the mass spectrometer to be used. In this embodiment, a selection width of ⁇ 0.2 is used.
  • a mass chromatogram is extracted in a range of ⁇ 0.2 with respect to the mass number of molecular ions of each component calculated in step 203. Therefore, for “Channel No. 1”, a mass chromatogram having a mass width of 289.2 to 289.6 is extracted. For “Channel No. 2”, a mass chromatogram having a mass width of 303.2 to 303.6 is extracted. For “Channel No. 3”, a mass chromatogram having a mass width of 315.3 to 315.7 is extracted.
  • FIG. 5 is an example of total ion chromatogram data obtained by scanning and measuring the three components of testosterone, methyl testosterone, and progesterone using the liquid chromatography mass spectrometer shown in FIG. As shown in FIG.
  • a three-component peak waveform is detected in the mass chromatogram.
  • the peak waveform 501 corresponds to the testosterone peak
  • the peak waveform 502 corresponds to the methyl testosterone peak
  • the peak waveform 503 corresponds to the progesterone peak in order from the peak with the earlier elution time.
  • the control unit 105 extracts a mass chromatogram from the scan data shown in FIG. 5 using the mass number information of the molecular ions in Step 203.
  • FIG. 6 is a diagram showing three-component mass spectrum data from the scan data of FIG.
  • FIG. 6 shows mass spectrum data of testosterone, methyltestosterone, and progesterone in the lower direction from the uppermost stage.
  • the peak 601 has a mass number of 289.5, which is consistent with the mass number 289.4 ⁇ 0.2 range of the testosterone protonated ions calculated in step 203.
  • the peak 602 has a mass number of 303.5, which is consistent with the range of the mass number of the proton addition ion of methyltestosterone calculated in step 203 of 303.4 ⁇ 0.2.
  • the peak 603 has a mass number of 315.6, which coincides with the range of the mass number of 315.5 ⁇ 0.2 of the proton-added ion of progesterone calculated in Step 203.
  • FIG. 7 is a diagram showing three-component mass chromatogram data when extraction is performed in step 204.
  • FIG. 7 shows mass chromatogram data of testosterone 701, methyl testosterone 702, and progesterone 703 from the top to the bottom.
  • FIG. 7 shows the result of extraction using the mass number information of molecular ions calculated in step 203 and the mass width of ⁇ 0.2.
  • both the start time and the end time are extended with the same time width, but different time widths may be extended between the start time and the end time.
  • the control unit 105 performs peak determination of the mass chromatogram data of each component extracted in step 204. In peak determination, the control unit 105 performs peak determination using a threshold value determined for signal strength, for example.
  • the control unit 105 determines that a peak is detected when a peak where a signal intensity higher than a preset threshold is detected is detected. When a peak having a signal intensity lower than the threshold value is detected, the control unit 105 returns to step 203 and executes the processing from step 204 again on other additional ion species. Regarding the chromatogram peak detected in step 205, the control unit 105 performs baseline determination in step 206.
  • FIG. 8 shows an example of baseline determination data performed on the testosterone mass chromatogram peak. Since various methods have already been proposed for determining the baseline 801, a detailed description thereof will be omitted.
  • the base line 801 is determined as a straight line connecting the start point 802 and the end point 803 of the peak waveform detected in the determination process. For example, in the baseline determination process, first, the peak waveform peak is detected, and then the peak start point 802 and end peak 803 are sequentially detected. In the next step 207, the control unit 105 acquires each time information of the peak start point 802 and the end point 803 from the information of the baseline 801. This time information becomes basic information for determining a measurement time width when performing SIM measurement of the corresponding component. Thus, in this embodiment, the baseline 801 is determined for each peak waveform, and the measurement time width (start time and end time) is determined individually and automatically based on the information.
  • the start time and end time of the baseline 801 obtained in step 207 are indicated by the corresponding channel number.
  • the start time and end time for performing the SIM measurement may be set as they are, but may be combined with the automatic extension function of the measurement time.
  • the control unit 105 sets a time point that is ⁇ 0.1 minute to the start time 802 of the baseline 801 as a new start time
  • the measurement time may be automatically extended with a time point of +0.1 minute as compared to the end time 803 as a new end time. Due to the presence of this automatic extension function, even if the elution time width of the chromatographic peak changes depending on the concentration (when the peak shape changes due to so-called tailing, etc.), the time width originally required for the measurement time width does not become insufficient. You can The relationship between the measurement peak waveform and the optimum measurement time when measuring the same sample having a concentration difference will be described later.
  • step 208 the control unit 105 registers the time information (start time 802 and end time 803) determined in step 207 from the mass ion mass number information calculated in step 203 as SIM measurement condition information of each component. .
  • the control unit 105 ends the SIM measurement condition setting process (step 209).
  • FIG. 9 shows an example of a screen displayed as an interface screen after the SIM measurement condition setting process is completed.
  • the information on the display screen is generated based on the SIM condition information of each component set and registered in step 208.
  • item 901 is a channel number.
  • Item 902 is the SIM measurement start time
  • item 903 is the SIM measurement end time
  • item 904 is the arrangement of the measurement time of each channel in the entire analysis time.
  • the measurement time of testosterone (SIM measured mass number 289.5) is 1.6 minutes from 3.9 minutes to 5.5 minutes
  • the measurement time of methyl testosterone (SIM measured mass number 303.5) Is 1.7 minutes from 4.8 minutes to 6.5 minutes
  • the measurement time of progesterone (SIM measured mass number 315.6) is 1.9 minutes from 7.0 minutes to 8.9 minutes.
  • the measurement time of each component is represented by a horizontal bar on the time axis. [Relationship between sample concentration difference and optimum measurement time]
  • both peak waveforms 1001 and 1002 are chromatograms measured for samples of the same component.
  • the sample corresponding to the peak waveform 1001 corresponds to the case where the concentration is higher than the sample corresponding to the peak waveform 1002.
  • the end point 1004 of the peak waveform 1002 of the low concentration sample is about 61 seconds
  • the end point 1005 of the peak waveform of the high concentration sample is about 69 seconds, which is about 8 seconds with respect to the end point 1004.
  • the end point of the measured peak waveform may be different. This means that the measurement time width determined when the low concentration sample is subjected to the SIM measurement cannot be used as it is for the SIM measurement of the high concentration sample. If the measurement time for SIM measurement determined for a low-concentration sample is applied as it is to the measurement time for SIM measurement of a high-concentration sample, the measurement time ends during the elution of the high-concentration sample, as shown in FIG.
  • the measurement time (or measurement time width) for the low concentration sample is not an optimum value as the measurement time (or measurement time width) for the high concentration sample.
  • the baseline 801 is determined for each measurement sample to determine the measurement time (or measurement time width), or the measurement time (or measurement time width) for SIM measurement determined for a certain concentration. ) For the start time and end time respectively.
  • the fixed time is extended in both directions before and after the measurement time, but it is also possible to provide a setting function that can extend the measurement time only for the start time or only for the end time.
  • the control unit 105 determines the end time of the determined SIM measurement. Set an extension time of +10 seconds.
  • the controller 105 automatically sets the SIM measurement time to 71 seconds obtained by adding 10 seconds to the end time 61 seconds determined for the low concentration sample, the end point 1005 of the baseline of the high concentration sample ( 69 seconds) is included in the automatically set measurement time, so that the entire elution time width of the high concentration sample can be measured by SIM.
  • the extended time can be provided in common for each component, or can be provided for each component as described above. In the present embodiment, it has been explained as a technical effect that the SIM measurement can be performed accurately regardless of the change in the measurement time (or measurement time width) between the same samples having different concentrations.
  • the separation column used in the liquid chromatograph The expansion function of the measurement time (or measurement time width) is also effective for changes in peak shape due to deterioration of the peak.
  • the mass number and the measurement time (or measurement time width) when each component designated as the measurement target is measured by SIM, and the corresponding scan data are obtained. Can be determined automatically. This eliminates the need for the measurer to visually check the mass spectrum data, and also significantly reduces the work load for setting the measurement time (measurement time width) according to the molecular ion species to be measured. can do.
  • the measurement time (or measurement time width) of each component is calculated based on the baseline information individually determined for the peak waveform. Therefore, even when the elution time width is different for each component, the optimum SIM measurement time (or measurement time width) for each component can be easily determined.
  • the SIM measurement time (or measurement time width) determined for the measured sample is extended by the above-described measurement time extension function. Depending on the application, the time until the SIM measurement result is obtained may be shortened.
  • the present invention may be applied to a gas chromatography mass spectrometer.
  • the measurement time of each component is determined by performing mass chromatogram detection, baseline determination, and the like.
  • the measurement time may be determined for the peak waveform corresponding to each component concurrently (in real time) with the detection operation of the scan data of the target component. If this function is used, the time required for setting the SIM measurement conditions can be further reduced.
  • control unit 105 in the above-described embodiment may be realized as, for example, an integrated circuit or other hardware.
  • Information such as programs, tables, and files used to realize the functions of the control unit 105 is stored in a storage device such as a memory, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a storage medium such as an IC card, an SD card, or a DVD. can do.
  • Control lines and information lines indicate what is considered necessary for the description, and do not represent all control lines and information lines necessary for the product. In practice, it can be considered that almost all components are connected to each other.

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Abstract

測定者は、マススペクトルデータを目視しながら、SIM測定で使用する測定時間を決定しなければならなかった。そこで、イオン検出部の検出結果に基づいて、マススぺクトルデータ及び1つ又は複数のマスクロマトグラムデータを生成し、生成された1つ又は複数のマスクロマトグラムデータの各ピーク波形に表れる溶出時間幅に基づいて、対応するイオン成分毎に、選択イオンモニタリングで使用する測定時間を決定する。

Description

クロマトグラフ質量分析装置及びその制御方法
 本発明は、クロマトグラフ質量分析装置及びその制御方法に関する。
 近年、液体クロマトグラフ質量分析計を用いた定量分析法が生体サンプル中の薬剤成分や代謝物、環境試料中の残留物等に多く使用されている。液体クロマトグラフの高感度検出器には質量分析計が使用される。質量分析計には、例えば四重極型質量分析計、イオントラップ型質量分析計、飛行時間型質量分析計があり、それらが測定目的に応じて使い分けられる。定量分析を目的とする場合には、多くの場合、四重極型質量分析計が使用される。
 四重極型質量分析計は、スキャン測定と選択イオンモニタリング(SIM)の2方式で質量数を測定することができる。スキャン測定では、所定の質量数の範囲内を走査し、設定された質量数範囲に含まれるイオンのスペクトルを検出する。このスキャン方法は、未知試料の定性分析等に用いられる。SIM測定では、予め指定された特定の質量数を有するイオンのクロマトグラムを選択的に検出する。この方法は、分析対象の成分が既知で、その成分の定量分析を高感度で行う場合に用いられる。
 従来、SIM測定のために質量数を決定する場合、予め対象サンプルをスキャン測定し、検出された成分のマススペクトルを確認し、SIM測定の対象とする質量数を測定者が判断する必要がある。その後、測定者が選択した質量数を用いて、マスクロマトグラムを表示し、各SIM測定の対象ピーク毎に特徴的な質量数を決定する。
 しかし、従来の液体クロマトグラフ質量分析計には、各ピークに最適な質量数(最大強度等)を自動的に選びだす手段がない。このため、この分析計は、測定者の判断に基づいて各ピークの質量数を選び出した後、選び出された質量数に対応するマスクロマトグラムを抽出し、さらに、抽出されたマスクロマトグラムの溶出時間(クロマトグラムの開始・終了時間)を決定する。また、測定対象となる成分数が多い場合、各成分ピークの重なり等も考慮して最適なSIM測定を行う時間を設定する必要があり、測定者によるSIM測定条件の決定及び実行のために長時間を要するという問題があった。
 特許文献1は、上記の課題を解決するために、予め定量分析の対象となる成分のスキャンデータより、定量分析の目的成分に対応する質量数を決定し、SIM測定時の質量数とする。その後、各目的成分に対応する質量数の質量分析を、目的成分の違いによらず、そのピーク時点を中心にその前後所定時間のみで行うことを特徴としている。
特開2006−010323号公報
 しかし、ピーク時点の前後所定時間の範囲内(すなわち固定時間長)をSIM測定時間とする手法は、液体クロマトグラフにより分離された成分の溶出時間が異なる場合、測定者がクロマトグラムデータを目視で確認し、各々の成分毎に測定時間を設定する必要があるため、SIM測定条件の決定に時間を要する。また、特許文献1の手法は、液体クロマトグラフにより分離された成分の溶出時間幅に変動があっても、各ピークに適した溶出時間幅を自動的に設定することはできない。
 そこで、本発明は、実際のクロマトグラムピークの形状から判定されるベースライン情報を考慮し、対象とする成分毎に、SIM測定で使用する測定時間を決定するクロマトグラフ質量分析計装置を提供する。
 上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本明細書は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「イオン検出部の検出結果に基づいて、マススペクトルデータ及び1つ又は複数のマスクロマトグラムデータを生成し、生成された1つ又は複数のマスクロマトグラムデータの各ピーク波形に表れる溶出時間幅に基づいて、対応するイオン成分毎に、選択イオンモニタリングで使用する測定時間を決定する」ことを特徴とする。
 本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2014−121043号の開示内容を包含する。
発明の効果
 本発明によれば、マススペクトルデータを目視しなくても、各ピーク波形について最適な測定時間を決定することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
 図1は、液体クロマトグラフィー質量分析装置の概略構成を示す図。
 図2は、SIM測定の条件決定処理の流れを示すフローチャート。
 図3は、対象成分の分子イオンを探索する際の条件入力画面例を示す図。
 図4は、3成分の分子イオンを探索する際の条件入力画面例を示す図。
 図5は、3成分のトータルイオンクロマトグラムを示す図。
 図6は、3成分のマススペクトルを示す図。
 図7は、3成分のマスクロマトグラムを示す図。
 図8は、マスクロマトグラムのベースライン判定例を示す図。
 図9は、SIM条件決定内容の表示画面例を示す図。
 図10は、濃度に違いがある試料のマスクロマトグラムと最適な測定時間幅の関係を説明する図。
 以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
[装置構成]
 図1に、液体クロマトグラフィー質量分析計の概略構成を示す。液体クロマトグラフ質量分析計で分析される試料の多くは、複数の成分が混在した試料である。そこで、試料は、各試料に応じた前処理等で精製された後、LC(液体クロマトグラフ)部101において分離される。分離後の試料は、質量分析装置のイオン源102に導入され、イオン化される。イオン生成部であるイオン源102には、液体クロマトグラフ質量分析計で一般的に使用されるエレクトロスプレーイオン化法(ESI)、又は、大気圧化学イオン化法(APCI)を用いる。
 イオン源102でイオン化された成分は、大気圧から真空内部に導入され、四重極型質量分析計を有するMS(質量分析)部103にて質量分離される。本実施例では、MS(質量分析)部103として、四重極型質量分析計を使用する。もっとも、MS部103は、コリジョンセルを有する三連四重極型質量分析計でも良い。四重極型質量分析計は、スキャン測定と選択イオンモニタリング(SIM)との2方式で質量数を測定することができる。スキャン測定では、所定の質量数の範囲内を走査し、設定された質量数範囲に含まれるイオンを検出する。このスキャン方法は、未知試料の定性分析等に用いられる。SIM測定は、予め指定された特定の質量数を有するイオンのみを選択的に検出する。この方法は、分析対象の成分が既知で、その成分の定量分析を高感度で行う場合に用いられる。MS(質量分析)部103で質量分離されたイオンは、順次、後段に配置されるイオン検出部104でイオン検出される。
 LC(液体クロマトグラフ)部101、イオン源102、MS(質量分析)部103及びイオン検出部104の各動作は、制御部105によって制御される。制御条件は、入力部107を通じて制御部105に設定される。イオン検出部104でイオン検出された信号は、データ処理部106に出力される。データ処理部106は、データ情報の集積、記憶、解析等を実行し、解析等されたデータを出力する。データ処理部106における解析作業等も入力部107から指示される。
 ここで、MS(質量分析)部103は、LC(液体クロマトグラフ)部101による試料成分の分離開始に同期して入力部107より設定されたスキャン条件に応じ、質量スペクトルの元になるデータを連続して取得する。また、データ処理部106は、質量電荷比に対するイオン強度の関係を示す質量スペクトルのデータを、観測した保持時間ごとに集積する。
[SIM条件の設定・決定]
 図2に、本実施例で提案するSIM条件の判定・決定処理の流れを示す。図2に示す各ステップは、制御部105及びデータ処理部106の記憶装置に予め格納されたプログラムに従って実行される。図2に示す処理は、(1)スキャンデータよりSIM測定を行う成分に該当するイオンピークの質量数の指定、(2)該当する質量数のマスクロマトグラムの抽出、(3)抽出されたクロマトグラムのピーク判定、(4)検出ピークのベースラインの判定、(5)ピーク選択幅の決定、(6)SIM測定条件への反映の順番に進行する。
 まず、制御部105は、SIM測定条件の設定処理を開始し(ステップ201)、対象成分を含んだスキャンデータを取得する(ステップ202)。このとき、制御部105は、予め入力部107において設定されていた条件に基づいて、四重極型質量分析計を用いたMS(質量分析)部103を制御し、スキャン測定を実行する。LC(液体クロマトグラフ)部101の分離条件については、実際にSIMスキャンを用いて定量分析を行うときの分離条件と同様の条件で測定を行う。また、本設定を行う以前にスキャンデータを取得済みの場合は、当該取得済みのスキャンデータを選択し、この後のフローチャートの解析に使用することも可能である。
 次に、制御部105には、入力部107(条件設定画面)を通じ、スキャン測定された対象試料のデータから各成分をイオン抽出する際の条件が入力される(ステップ203)。図3に、条件設定画面の構成例を示す。設定項目301は、SIM測定を行う際のチャンネルに相当し、実際に定量分析を行う際の成分数となる。3成分のSIM測定を行う場合、「チャンネルNo.」として3つの設定が必要となる。設定項目302には、実際に定量分析を行う成分名が入力される。成分名の入力は測定者による手入力でも予め用意された成分名からの選択でも良い。設定項目303には、設定項目302の成分に該当する分子量が設定される。分子量は、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)又は大気圧化学イオン化法(APCI)によって実際にイオンが生成される際の分子イオンの不可イオンパターンを指定する。項目304はプロトン付加イオンの指定入力欄、項目305はナトリウム付加イオンの指定入力欄、項目306はアンモニウム付加イオンの指定入力欄である。項目307は、項目304から306に該当しないイオン種を指定するための指定入力欄であり、イオン種を指定する付加質量数の設定に使用される。この項目307には、測定者が、任意に付加質量数を設定することができる。
 制御部105は、項目304で測定者がプロトン付加イオンを指定している場合(チェックボックスをチェックしている場合)、該当するチャンネルに入力された質量数に対して「+1.0」を加算し、項目305で測定者がナトリウム付加イオンを指定している場合(チェックボックスをチェックしている場合)、該当するチャンネルに入力された質量数に対して「+23.0」を加算し、項目306で測定者がアンモニウム付加イオンを指定している場合(チェックボックスをチェックしている場合)、該当するチャンネルに入力された質量数に対して「+18.0」を加算し、項目307で測定者が任意質量数を入力している場合、該当するチャンネルについて入力された質量数に付加質量数を加算し、マスクロマトグラムの抽出に使用する質量数条件とする。すなわち、制御部105は、条件設定画面(図3)での設定に応じて算出された分子イオンの質量数を、マスクロマトグラム抽出のための質量数条件とする。
 なお、図3では、各チャンネルについて1つの付加イオンを選択する例を示しているが、複数の付加イオンを選択することもできる。1つのチャンネルに対して複数の付加イオンが選択された場合、制御部105は、後のステップ205において、複数のマスクロマトグラムデータの中で最大ピーク強度となるクロマトグラムデータを選択し、その後の処理を行う。この処理により、複数のイオンピークの検出が想定される場合でも、最大の信号強度を得ることができる質量数情報の探索が可能となる。
 図3の例の場合、条件設定画面に対する入力内容により、「チャンネルNo.1」の質量数情報は609.3(=608.3+1.0)となり、「チャンネルNo.2」の質量数情報は821.5(=803.5+18.0)となり、「チャンネルNo.3」の質量数情報は772.5(=733.5+39.0)となる。なお、制御部105は、これらの算出に用いる分子量及び付加イオン質量精度を、質量分析計の精度に応じて変更する機能を有しても良い。
 図4に、3成分の分子イオンを探索する際に使用する条件入力画面例を示す。本実施例では、テストステロン、メチルテストステロン、プロゲステロンの3成分について定量分析を行う際のSIM条件設定画面の例を示している。項目401の成分名には、テストステロン、メチルテストステロン、プロゲステロンが入力されている。項目402には、テストステロンについて分子量288.4が、メチルテストステロンについて分子量302.4が、プロゲステロンについて分子量314.5が入力されている。図4の場合、3成分について抽出すべき分子イオンとして、項目403のプロトン付加イオンのみが指定されている。従って、スキャンデータより各成分のマスクロマトグラムを抽出する際の分子イオン質量数として、項目404~項目406の情報は使用せず、分子量数値に+1.0を加算した質量数情報を使用する。
 続くステップ204において、制御部105は、ステップ203で受け付けた設定条件(各チャンネルに該当する分子イオンの質量数情報)に従い、実際のスキャンデータより、マスクロマトグラムを抽出する。図4の場合、制御部105は、テストステロンについては289.4(=288.4+1.0)、メチルテストステロンについては303.4(=302.4+1.0)、プロゲステロンについては315.5(=314.5+1.0)を分子イオン質量数として抽出する。
 実際の抽出処理では、ステップ203で算出された質量数に対して前後方向に幅を持たせることも可能である。例えば予めプログラム内に指定された選択幅を用いて、マスクロマトグラムを抽出する際の選択幅とする。選択幅については、用いる質量分析計の質量精度に基づいて決定する方式を採る。本実施例では、±0.2の選択幅を用いる。この場合、ステップ203で算出された各成分の分子イオンの質量数に対して、±0.2の範囲でマスクロマトグラムを抽出する。従って、「チャンネルNo.1」については、289.2から289.6の質量幅のマスクロマトグラムを抽出する。また、「チャンネルNo.2」については、303.2から303.6の質量幅のマスクロマトグラムを抽出する。
また、「チャンネルNo.3」については、315.3から315.7の質量幅のマスクロマトグラムを抽出する。
 図5は、テストステロン、メチルテストステロン、プロゲステロンの3成分について、図1に示す液体クロマトグラフィー質量分析計によりスキャン測定して得られるトータルイオンクロマトグラムデータの例である。図5に示すように、マスクロマトグラムには3成分のピーク波形が検出されている。実際には、溶出時間の早いピークから順番に、ピーク波形501がテストステロンのピーク、ピーク波形502がメチルテストステロンのピーク、ピーク波形503がプロゲステロンのピークに相当する。このように、制御部105は、図5に示すスキャンデータより、ステップ203の分子イオンの質量数情報を用いてマスクロマトグラムを抽出する。
 図6は、図5のスキャンデータより3成分のマススペクトルデータを示した図である。
図6は、最上段より下段方向に、テストステロン、メチルテストステロン、プロゲステロンのマススペクトルデータを表している。図中、ピーク601は、質量数289.5であり、ステップ203で算出したテストステロンのプロトン付加イオンの質量数289.4±0.2の範囲と一致している。同様にピーク602は、質量数303.5であり、ステップ203で算出したメチルテストステロンのプロトン付加イオンの質量数303.4±0.2の範囲と一致している。同様にピーク603は、質量数315.6であり、ステップ203で算出したプロゲステロンのプロトン付加イオンの質量数315.5±0.2の範囲と一致している。本実施例においては、プロトン付加イオンの指定により、各成分のマスクロマトグラムピークを選択的に抽出することが可能である。
 図7は、ステップ204で抽出を行った際の3成分のマスクロマトグラムデータを示す図である。図7は、最上段から下段方向に、テストステロン701、メチルテストステロン702、プロゲステロン703のマスクロマトグラムデータを表している。図7は、ステップ203より算出された分子イオンの質量数情報と±0.2の質量幅を用いて抽出を行った結果となる。なお、本例では、開始時間についても終了時間についても同じ時間幅で拡張しているが、開始時間と終了時間とで異なる時間幅を拡張しても良い。
 続くステップ205において、制御部105は、ステップ204で抽出された各成分のマスクロマトグラムデータのピーク判定を行う。ピーク判定において、制御部105は、例えば信号強度について定めた閾値を使用してピーク判定を行う。信号強度の閾値条件は、データのノイズ強度等に応じ、測定者が変更可能であることが望ましい。
 マスクロマトグラム抽出の後、制御部105は、予め設定された閾値よりも高い信号強度が検出されているピークが検出された場合にピークが検出されていると判定する。閾値よりも信号強度が低いピークが検出された場合、制御部105は、ステップ203に戻り、他の付加イオン種について、再度、ステップ204以降の処理を実行する。
 ステップ205で検出されたクロマトグラムピークに関し、制御部105は、ステップ206でベースライン判定を行う。図8に、テストステロンのマスクロマトグラムピークについて行ったベースライン判定のデータ例を示す。ベースライン801の判定手法には既に様々な方法が提案されているので、詳細な説明は省略する。なお、ベースライン801は、判定過程で検出されたピーク波形の開始点802と終了点803を結ぶ直線として決定される。例えばベースラインの判定処理では、まず、ピーク波形の頂点が検出され、その後、当該ピークの開始点802と終了点803が順番に検出される。
 次のステップ207において、制御部105は、ベースライン801の情報より、ピークの開始点802と終了点803の各時間情報を取得する。この時間情報が該当成分のSIM測定を行う際の測定時間幅を決定する際の基本情報となる。このように、本実施例では、ピーク波形毎にベースライン801を決定し、その情報に基づいて測定時間幅(開始時間と終了時間)を個別かつ自動的に決定する。このため、測定者が液体クロマトグラフィー質量分析装置の操作に習熟していない場合でも、各ピーク波形に適した測定時間の設定作業に要する負担を大幅に軽減することができる。
 なお、ステップ207で得られたベースライン801の開始時間及び終了時間を、該当するチャンネルNo.のSIM測定を行う開始時間及び終了時間としてそのまま設定しても良いのであるが、測定時間の自動拡張機能と組み合わせることもできる。例えばプログラムにおいて拡大時間幅(例えば0.1分)が予め設定されている場合、制御部105は、ベースライン801の開始時間802に対して−0.1分した時点を新たな開始時間とし、終了時間803に対して+0.1分した時点を新たな終了時間として測定時間を自動的に拡張しても良い。この自動拡張機能の存在により、クロマトピークの溶出時間幅が濃度に依存して変わる場合(いわゆるテーリング等によりピーク形状が変化する場合)でも、測定時間幅に本来必要な時間幅に不足が生じないようにできる。なお、濃度差がある同じ試料を測定する場合における測定ピーク波形と最適な測定時間の関係については後述する。
 ステップ208において、制御部105は、ステップ203で算出した分子イオンの質量数情報よりステップ207で決定された時間情報(開始時間802及び終了時間803)を、各成分のSIM測定条件情報として登録する。この登録処理の後、制御部105は、SIM測定条件の設定処理を終了する(ステップ209)。
[設定結果の表示画面例]
 図9に、SIM測定条件の設定処理の終了後にインターフェース画面として表示される画面例を示す。勿論、表示画面の情報は、ステップ208で設定登録された各成分のSIM条件情報に基づいて生成される。図中、項目901はチャンネルNo.であり、項目902はSIM測定の開始時間であり、項目903はSIM測定の終了時間であり、項目904は分析時間全体における各チャンネルの測定時間の配置である。図9の場合、テストステロン(SIM測定質量数289.5)の測定時間は3.9分から5.5分までの1.6分間であり、メチルテストステロン(SIM測定質量数303.5)の測定時間は4.8分から6.5分までの1.7分間であり、プロゲステロン(SIM測定質量数315.6)の測定時間は7.0分から8.9分までの1.9分間である。図中では、各成分の測定時間が時間軸上の横棒で表されている。
[試料濃度の違いと最適な測定時間の関係]
 図10に、濃度差がある同じ試料を測定する場合における測定ピーク波形と最適な測定時間の関係を示す。図中、ピーク波形1001と1002は、いずれも同成分の試料について測定されたクロマトグラムである。本図の場合、ピーク波形1001に対応する試料の方が、ピーク波形1002に対応する試料よりも濃度が高い場合に相当する。
 高濃度試料のピーク波形1001と低濃度試料のピーク波形1002の各ベースラインを比較すると、開始点1003はほぼ同じである。しかし、低濃度試料のピーク波形1002の終了点1004は約61秒であるのに対し、高濃度試料のピーク波形の終了点1005は約69秒であり、終了点1004に対して約8秒の遅れが認められる。このように、同じ試料であっても濃度が異なっていると、測定されるピーク波形の終了点が異なる可能性がある。このことは、低濃度試料をSIM測定する際に決定した測定時間幅を、高濃度試料のSIM測定にそのまま使用することはできないことを意味する。仮に低濃度試料について決定したSIM測定のための測定時間を、そのまま高濃度試料のSIM測定のための測定時間に適用すると、図10に示すように、高濃度試料の溶出途中で測定時間が終了してしまう。つまり、低濃度試料に対する測定時間(又は測定時間幅)は、高濃度試料の測定時間(又は測定時間幅)として最適な値ではない。結果として、高濃度試料について測定されたSIM測定結果が正しい値を示さない可能性が高くなる。
 そこで、前述の実施例では、測定試料毎にベースライン801を決定して測定時間(又は測定時間幅)を決定したり、ある濃度について決定されたSIM測定のための測定時間(又は測定時間幅)に対して開始時点と終了時点をそれぞれ拡張したりしている。なお、前述の説明では、測定時間の前後両方向に一定時間を拡張しているが、開始時間についてのみ又は終了時間についてのみ測定時間を拡張できる設定機能を設けることも可能である。例えば図10に示すように、試料濃度の違いによらず、ベースラインの開始時間が同じである場合には、終了時間についてのみ測定時間を拡張する機能を用意すれば、試料濃度の違いによらず、正確な測定を行うことができる。
 すなわち、制御部105には、ある濃度の試料(例えば低濃度試料)についてSIM測定のための測定時間(又は測定時間幅)が決定されると、決定されたSIM測定の終了時間に対して、+10秒の延長時間を設定する。このように、制御部105が、低濃度試料について決定された終了時間61秒に対して10秒加算した71秒をSIM測定時間に自動設定する場合、高濃度試料のベースラインの終了点1005(69秒)が自動設定された測定時間に含まれるため、高濃度試料の溶出時間幅の全てをSIM測定することが可能となる。
 また、この延長時間については、各成分に共通に設けることも、又は、前述したように成分別に設けることも可能である。なお、本実施例では、濃度が異なる同一試料間における測定時間(又は測定時間幅)の変化によらず、正確にSIM測定できることを技術上の効果として説明したが、液体クロマトグラフで用いる分離カラムの劣化によるピーク形状の変化等に対しても、当該測定時間(又は測定時間幅)の拡張機能は有効である。
[実施例の効果]
 前述の通り、本実施例に係る液体クロマトグラフィー質量分析計を用いれば、測定対象に指定した各成分をSIM測定する際の質量数及び測定時間(又は測定時間幅)を、対応するスキャンデータを用いて自動的に決定することができる。このため、測定者は、マススペクトルデータを目視で確認する必要がなくなるだけでなく、測定対象とする分子イオン種に応じた測定時間(測定時間幅)を設定するための作業負担も大幅に軽減することができる。
 また、前述したように、本実施例に係る液体クロマトグラフィー質量分析計によれば、ピーク波形について個別に決定されるベースラインの情報に基づいて、各成分の測定時間(又は測定時間幅)を決定するため、成分毎に溶出時間幅が異なる場合にも、各成分に最適なSIM測定時間(又は測定時間幅)を容易に決定することができる。また、前述の測定時間の拡張機能により、測定対象が濃度違いの同じ試料の場合には、測定済みの試料について決定したSIM測定時間(又は測定時間幅)を拡張した時間(又は時間幅)の適用により、SIM測定結果が得られるまでの時間を短縮しても良い。
[他の実施例]
 本発明は、上述した実施例の構成に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば前述の実施例では、液体クロマトグラフィー質量分析計への適用について説明したが、ガスクロマトグラフィ質量分析計について適用しても良い。また、前述の実施例では、対象成分のスキャンデータの取得が終了した後に(ステップ202が終了した後に)、マスクロマトグラムの検出及びベースラインの判定等を実行して各成分の測定時間を決定しているが、対象成分のスキャンデータの検出動作と同時並行的(リアルタイム)に各成分に対応するピーク波形について測定時間を決定しても良い。この機能を用いれば、SIM測定条件の設定に要する時間を一段と短縮することができる。
 なお、前述の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために、一部の実施例について詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要は無い。また、前述の実施例の構成に他の構成を追加し、他の構成で置換し、又は、実施例の一部構成を削除することも可能である。
 また、前述の実施例における制御部105の機能の一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。なお、制御部105の機能の実現に使用するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
 また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
 101...LC(液体クロマトグラフ)部
 102...イオン源
 103...MS(質量分析)部
 104...イオン検出部
 105...制御部
 106...データ処理部
 107...入力部
 本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。

Claims (12)

  1.  試料を分離するクロマトグラフ部と、
     前記クロマトグラフ部で分離された成分をイオン化するイオン源部と、
     前記イオン源部でイオン化された成分を質量毎に分離する質量分析部と、
     質量分離されたイオン成分を検出するイオン検出部と、
     前記イオン検出部の検出結果に基づいて、マススペクトルデータ及び1つ又は複数のマスクロマトグラムデータを生成するデータ処理部と、
     前記1つ又は複数のマスクロマトグラムデータの各ピーク波形に表れる溶出時間幅に基づいて、対応するイオン成分毎に、選択イオンモニタリングで使用する測定時間を決定する制御部と
     を有するクロマトグラフ質量分析装置。
  2.  請求項1に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、
     前記制御部は、前記各ピーク波形のベースラインに基づいて前記測定時間を決定する
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。
  3.  請求項2に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、
     前記制御部は、前記ベースラインに対応する時間幅の前及び/又は後に所定幅の時間を付加した時間を前記測定時間とする
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。
  4.  請求項1に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、
     前記制御部は、前記イオン検出部によるスキャンデータの検出動作と並行して前記1つ又は複数のマスクロマトグラムデータの各ピーク波形を判定し、前記測定時間をイオン成分毎に決定する
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。
  5.  請求項1に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、
     前記クロマトグラフ部は、液体クロマトグラフである
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。
  6.  請求項1に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、
     前記クロマトグラフ部は、ガスクロマトグラフである
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置。
  7.  試料を分離するクロマトグラフ部と、前記クロマトグラフ部で分離された成分をイオン化するイオン源部と、前記イオン源部でイオン化された成分を質量毎に分離する質量分析部と、質量分離されたイオン成分を検出するイオン検出部と、前記イオン検出部の検出結果に基づいて、マススペクトルデータ及び1つ又は複数のマスクロマトグラムデータを生成するデータ処理部と、前記質量分析部及び前記イオン検出部の動作を制御する制御部とを有するクロマトグラフ質量分析装置の制御方法において、
     前記制御部は、
     前記1つ又は複数のマスクロマトグラムデータの各ピーク波形に表れる溶出時間幅に基づいて、対応するイオン成分毎に、選択イオンモニタリングで使用する測定時間を決定する
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置の制御方法。
  8.  請求項7に記載のクロマトグラフ質量分析装置の制御方法において、
     前記制御部は、前記各ピーク波形のベースラインに基づいて前記測定時間を決定する
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置の制御方法。
  9.  請求項8に記載のクロマトグラフ質量分析装置の制御方法において、
     前記制御部は、前記ベースラインに対応する時間幅の前及び/又は後に所定幅の時間を付加した時間を前記測定時間とする
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置の制御方法。
  10.  請求項7に記載のクロマトグラフ質量分析装置の制御方法において、
     前記制御部は、前記イオン検出部によるスキャンデータの検出動作と並行して前記1つ又は複数のマスクロマトグラムデータの各ピーク波形を判定し、前記測定時間をイオン成分毎に決定する
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置の制御方法。
  11.  請求項7に記載のクロマトグラフ質量分析装置の制御方法において、
     前記クロマトグラフ部は、液体クロマトグラフである
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置の制御方法。
  12.  請求項7に記載のクロマトグラフ質量分析装置の制御方法において、
     前記クロマトグラフ部は、ガスクロマトグラフである
     ことを特徴とするクロマトグラフ質量分析装置の制御方法。
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