(57)【要約】【課題】同位体ピークの見逃しや誤識別を軽減する。【解決手段】本発明の一態様である装置は、化合物のモノアイソトピックイオンのm/zと、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶部３４と、試料に対しクロマトグラフ質量分析を実行してデータを収集する測定部１と、実測マススペクトル上で観測されるピークに対応するm/z情報と所与のイオン荷電状態の情報とを、複数の予測式に適用して各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成部３３と、予測マススペクトルと実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のピークである可能性を評価するマススペクトル評価部３３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフ質量分析により収集された、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを処理するクロマトグラフ質量分析用データ処理方法であって、
化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示す、イオンの荷電状態をパラメータとした予測式を、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオン毎に作成して記憶しておく予測式作成ステップと、
目的試料に対する３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式作成ステップで作成された互いに異なる同位体イオン毎の予測式に適用して、各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成ステップと、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価ステップと、
を有するクロマトグラフ質量分析用データ処理方法。
【請求項２】
目的試料についての３次元データに対し、時間方向の信号強度の変化が同時間帯でピークとみなせる形状を示す複数の質量電荷比を抽出する候補質量電荷比抽出ステップをさらに有し、前記予測マススペクトル作成ステップは、前記候補質量電荷比抽出ステップで抽出された質量電荷比におけるピークを対象として前記予測式を用いた各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求める、請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法。
【請求項３】
前記マススペクトル評価ステップで一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン由来であると推定されたピークの質量電荷比について、時間方向の信号強度の変化に基づいて有意な成分に対応するピークとノイズとを識別するノイズ除去ステップ、をさらに有する、請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法。
【請求項４】
前記予測式は、炭素、水素、酸素、及び窒素のうちの２以上の元素を所定組成比で以て含む部分構造を単位とした繰り返し構造を有する化合物の、理論的な同位体モデルに基づいて作成されたものである、請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法。
【請求項５】
イオンの荷電状態をパラメータとして含み、化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶部と、
試料に対してクロマトグラフ質量分析を実行し、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを収集する測定部と、
前記３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式記憶部に格納されている複数の予測式に適用して各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成部と、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価部と、
を備えるクロマトグラフ質量分析装置。
【請求項６】
目的試料についての３次元データに対し、時間方向の信号強度の変化が同時間帯でピークとみなせる形状を示す複数の質量電荷比を抽出する候補質量電荷比抽出部、をさらに備え、前記予測マススペクトル作成部は、前記候補質量電荷比抽出部で抽出された質量電荷比におけるピークを対象として前記予測式を用いた各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求める、請求項５に記載のクロマトグラフ質量分析装置。
【請求項７】
前記マススペクトル評価部で一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン由来であると推定されたピークの質量電荷比について、時間方向の信号強度の変化に基づいて有意な成分に対応するピークとノイズとを識別するノイズ除去部、をさらに備える、請求項５に記載のクロマトグラフ質量分析装置。
【請求項８】
前記予測式は、炭素、水素、酸素、及び窒素のうちの２以上の元素を所定組成比で以て含む部分構造を単位とした繰り返し構造を有する化合物の、理論的な同位体モデルに基づいて作成されたものである、請求項５に記載のクロマトグラフ質量分析装置。
【請求項９】
クロマトグラフ質量分析により収集された、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを、コンピュータを用いて処理するためのクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムであって、コンピュータを、
イオンの荷電状態をパラメータとして含み、化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶機能部と、
目的試料に対する３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式作成記憶機能部に格納されている互いに異なる同位体イオン毎の予測式に適用して、各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成機能部と、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価機能部と、
として動作させるクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロマトグラフ質量分析用データ処理方法、 該方法を利用したクロマトグラフ質量分析装置、及び、該方法をコンピュータを用いて実現するクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムに関する。本発明は例えば、試料中に含まれる多数の成分を検出して目的成分を同定したり確認したりするため、或いは、目的成分の含有の有無を調べるスクリーニング、などの用途に好適である。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ−ＭＳ）やガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ−ＭＳ）では、試料に含まれる各種の成分（化合物）をクロマトグラフ部で時間的に分離し、その分離された各成分を質量分析部で順次検出することができる。なお、本明細書では、ＬＣ−ＭＳやＧＣ−ＭＳなど、クロマトグラフ部と質量分析部とを組み合わせた装置をクロマトグラフ質量分析装置と呼ぶ。
【０００３】
クロマトグラフ質量分析装置では、質量分析部において所定の質量電荷比（m/z）範囲に亘るスキャン測定を繰り返し行うことにより、保持時間、質量電荷比（m/z）、信号強度値、という３つのディメンジョンを有するデータを収集することができる。コンピュータを使用し、上記データに基づいて未知の成分を同定したり特定の成分の含有の有無や含有量を調べたりするために、従来、様々なデータ処理用のソフトウェアが利用されている。
【０００４】
例えば非特許文献１には、クロマトグラフ質量分析データ処理用のソフトウェアとして「Profiling Solution」と名付けられたソフトウェアが開示されている。このソフトウェアでは、クロマトグラフ質量分析装置で得られた処理前のデータ（以下、慣用に従って「ローデータ」という場合がある）を処理してマススペクトル上及びクロマトグラム上のピークを検出し、多変量解析用のピークリストを作成することができる。こうしたソフトウェアは特に、試料に含まれる成分の数が多く、また解析対象の試料の数が多いために、測定により得られるデータの量が膨大であるような場合に、ユーザの負担軽減や解析効率の改善などを図るうえで有用である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「Profiling Solution ver. 1.1  プロファイリング解析用ソフトウェア」、［online］、［2019年6月12日検索］、株式会社島津製作所、インターネット＜URL: https://www.an.shimadzu.co.jp/lcms/profilingsol-v11.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般に、こうした既存のソフトウェアを用いたピーク検出処理においては、偽陽性（False positive）の結果を生じることがしばしばある。即ち、有意でないピークがピーク検出結果に含まれる場合がある。その大きな理由の一つは、有機化合物では、一つの化合物について質量が相違する複数の同位体が存在することが多いが、マススペクトル上で観測される一つの化合物に関連する複数の同位体ピークを的確に同定することができないために、それらが単一イオン（つまりはモノアイソトピックイオン）の質量電荷比ではなく、それぞれが別の質量電荷比を有する複数のピークとして検出されてしまうためである。
【０００７】
また、目的の化合物に対応するクロマトグラム上のピーク又はマススペクトル上のピークには、様々要因によるノイズピークやバックグラウンドが重畳する可能性があるが、データの状況によってはこうした不要な成分と目的化合物由来のピークとを正しく識別できないために、偽陽性又は偽陰性（False negative）の結果を生じる場合もある。
【０００８】
上記のような偽陽性又は偽陰性を解消するために、従来、ピーク検出や成分同定のためのアルゴリズムの様々な改良が試みられている。しかしながら、近年、クロマトグラフ質量分析装置による分析対象の試料はますます複雑になっていることもあり、アルゴリズムの改良の成果は必ずしも十分ではない。また、ピーク検出や成分同定の精度を向上させようとすると、ユーザが設定すべきパラメータの種類が多くなる傾向にあり、操作性が低下する、或いはデータ処理の作業に時間が掛かる、といった弊害も生じる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、目的とする化合物由来のイオンに対応するピークを的確に、つまりは偽陽性及び偽陰性の発生を軽減しながら検出することができるクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、クロマトグラフ質量分析装置、及びクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムを提供することである。
【００１０】
また、本発明の付随的な目的は、的確なピーク検出等のためにユーザが設定すべきパラメータの種類を減らすことでユーザの負担を軽減し、さらにはデータ処理作業に要する時間を短縮することができるクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、クロマトグラフ質量分析装置、及びクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた本発明に係るクロマトグラフ質量分析用データ処理方法の一態様は、クロマトグラフ質量分析により収集された、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを処理するクロマトグラフ質量分析用データ処理方法であって、
化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示す、イオンの荷電状態をパラメータとした予測式を、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオン毎に作成して記憶しておく予測式作成ステップと、
目的試料に対する３次元データに基づいて得られる、実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式作成ステップで作成された互いに異なる同位体イオン毎の予測式に適用して、各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成ステップと、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価ステップと、
を有するものである。
【００１２】
また上記課題を解決するためになされた本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置の一態様は、
イオンの荷電状態をパラメータとして含み、化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶部と、
試料に対してクロマトグラフ質量分析を実行し、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを収集する測定部と、
前記３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式記憶部に格納されている複数の予測式に適用して各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成部と、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価部と、
を備えるものである。
【００１３】
また上記課題を解決するためになされた本発明に係るクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムの一態様は、クロマトグラフ質量分析により収集された、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを、コンピュータを用いて処理するためのクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムであって、コンピュータを、
イオンの荷電状態をパラメータとして含み、化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶機能部と、
目的試料に対する３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式作成記憶機能部に格納されている互いに異なる同位体イオン毎の予測式に適用して、各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成機能部と、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価機能部と、
して動作させるものである。
【００１４】
ここで、クロマトグラフ質量分析装置は、液体クロマトグラフ質量分析装置又はガスクロマトグラフ質量分析装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、クロマトグラフ質量分析装置、及びクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムの上記態様において、分析対象の成分は、炭素、水素、酸素、及び窒素を主たる構成元素とする有機化合物である。本発明者の検討によれば、こうした化合物について、モノアイソトピックイオンの質量と、マススペクトルにおける該モノアイソトピックイオンと同位体イオンとの信号強度比（以下「同位体信号強度比」という）と、の関係を示す、理論的に算出された予測式は、化合物がそれ以外の一部の元素を含む場合を除けば、実測のマススペクトルにおいて観測されるモノアイソトピックイオン及び同位体イオンのピークパターンをかなり忠実に反映している。
【００１６】
そこで本発明に係るクロマトグラフ質量分析用データ処理方法の上記態様では、目的試料に対しクロマトグラフ質量分析を実行することで得られたデータに基づいて解析対象の実測マススペクトルが作成されると、予測マススペクトル作成ステップでは、その実測マススペクトルにおいて観測される一つのピークの質量電荷比の情報と所与のイオン荷電状態の情報とを上記予測式に適用し、各同位体イオンに関する信号強度比を求める。ここで「実測マススペクトルにおいて観測される一つのピーク」は、実測マススペクトルにおいて観測される未知のピークでよい。そして、異なる同位体についてのそれぞれの予測式から求まった信号強度比の情報に基づいて、上記の一つのピークが一つの化合物のモノアイソトピックイオンであると想定したときの同位体ピークパターン、つまりは予測マススペクトルを作成する。
【００１７】
この同位体ピークパターンは理論的に求めたものであり、上記一つのピークが実際に或る一つの化合物のモノアイソトピックイオンに対応するピークである場合には、実測マススペクトル上のその一つのピークを含む同位体ピークパターンと上記の理論的な同位体ピークパターンとはかなり一致する筈である。そこで、マススペクトル評価ステップでは、理論的な予測マススペクトルと実測マススペクトルとを比較し、例えば両者の間の同位体ピークパターンの一致の程度を示す指標値を算出して、その指標値に基づいて、実測マススペクトル上の同位体ピークパターン（と推測したピーク配列）が真に一つの化合物由来の同位体ピーク群である可能性が高いか否かを判定する。実測マススペクトル上で観測される多数のピークの中で、或る化合物のモノアイソトピッックイオンピークではなく同位体ピークであると判定されたピークは成分同定に供する必要はない。したがって、同位体ピークであると判定されたピークは例えばノイズの一種とみなして削除する、等の処理を行うことで、真に成分に対応する有意なピークを選択することができる。
【００１８】
本発明に係るクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、クロマトグラフ質量分析装置、及びクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムによれば、マススペクトル上で観測される一つの化合物由来のモノアイソトピックイオンピークと一又は複数の同位体イオンピークとが同じ化合物由来であることを的確に判定することができる。それにより、そうした同位体イオンピークが偽のピークとして検出されることを回避することができ、その結果として目的とする化合物由来のイオンに対応するピークを的確に同定することが可能となる。また、こうした的確なピーク検出等のためにユーザが設定すべきパラメータの種類は少ないので、ユーザの負担を軽減し、さらにはデータ処理作業に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態であるＬＣ−ＭＳの概略ブロック構成図。
【図２】本実施形態のＬＣ−ＭＳにおいて成分同定のためのデータ処理の概略フローチャート。
【図３】本実施形態のＬＣ−ＭＳにおける成分探索処理のフローチャート。
【図４】本実施形態のＬＣ−ＭＳにおける検証処理のフローチャート。
【図５】成分探索処理時の同位体判定処理におけるデータ前処理の説明図。
【図６】モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度と第１同位体イオン［Ａ＋１］の信号強度との比とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフを示す図。
【図７】モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度と第２同位体イオン［Ａ＋２］の信号強度との比とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフを示す図。
【図８】モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度と第３同位体イオン［Ａ＋３］の信号強度との比とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフを示す図。
【図９】モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度と第４同位体イオン［Ａ＋４］の信号強度との比とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフを示す図。
【図１０】モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度と第５同位体イオン［Ａ＋５］の信号強度との比とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフを示す図。
【図１１】モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度と第６同位体イオン［Ａ＋６］の信号強度との比とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフを示す図。
【図１２】化学式：Ｃ24Ｈ27Ｎ3Ｏ4に対する参照マススペクトル及び予測マススペクトルを示す図。
【図１３】化学式：Ｃ41Ｈ65ＮＯ10に対する参照マススペクトル及び予測マススペクトルを示す図。
【図１４】化学式：Ｃ129Ｈ198Ｎ36Ｏ36に対する参照マススペクトル及び予測マススペクトルを示す図。
【図１５】抽出イオンクロマトグラムの一例を示す図であり、（ａ）はビンＡデータ群、（ｂ）はビンＣデータ群及びビンＥデータ群に基づく抽出イオンクロマトグラム。
【図１６】図１５（ｂ）に示したデータに基づいて算出されたピークスコアを示す図。
【図１７】抽出イオンクロマトグラムの他の例を示す図であり、（ａ）はビンＡデータ群、（ｂ）はビンＣデータ群及びビンＦデータ群に基づく抽出イオンクロマトグラム。
【図１８】図１７（ｂ）に示したデータに基づいて算出されたピークスコアを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態であるＬＣ−ＭＳについて、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
［１］装置の概略構成
図１は本実施形態のＬＣ−ＭＳの要部のブロック構成図である。
このＬＣ−ＭＳは、液体クロマトグラフ部１０と質量分析部２０を含む測定部１と、データ処理部３と、入力部４と、表示部５と、を含む。
【００２２】
液体クロマトグラフ部１０は、移動相容器１１から移動相を吸引して送給する送液ポンプ１２、移動相中に試料を注入するインジェクタ１３、試料中の複数の成分を時間方向に分離するカラム１４、を含む。質量分析部２０は、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法によるイオン化のためのイオン化プローブ２１、生成されたイオンを後段に輸送する脱溶媒管２２、それぞれイオンを収束して後段へと送るイオンガイド２３、２４、特定の質量電荷比を有するイオンを選択的に通過させる四重極マスフィルタ２５、イオンを検出するイオン検出器２６、を含む。
【００２３】
データ処理部３は測定部１で得られたデータを処理する機能を有し、機能ブロックとして、データ記憶部３０、成分同定処理部３１、表示処理部３７などを含む。成分同定処理部３１はさらに下位の機能ブロックとして、データ前処理部３２、同位体識別部３３、予測式記憶部３４、ノイズ除去部３５、同定結果検証部３６などを含む。
通常、データ処理部３の実体はパーソナルコンピュータであり、パーソナルコンピュータにインストールされた専用のデータ処理用のソフトウェア（コンピュータプログラム）を該コンピュータ上で動作させることにより、上記の各機能ブロックが具現化される。
【００２４】
このコンピュータプログラムが本発明に係るクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムの一実施形態である。こうしたデータ処理用のコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカード、ＵＳＢメモリ（ドングル）などの、非一時的な記録媒体に収録されてユーザに提供されるようにすることができる。或いは、インターネットなどの通信回線を介したデータ転送の形式で、ユーザに提供されるようにすることもできる。もちろん、ユーザがシステムを新規に購入する場合、該システムに含まれるコンピュータに上記データ処理用のコンピュータプログラムを予め組み込んでおくこともできる。
【００２５】
［２］概略的な測定動作
次に、本実施形態のＬＣ−ＭＳの測定部１における測定動作を簡単に説明する。液体クロマトグラフ部１０において送液ポンプ１２は、移動相容器１１から移動相を吸引し所定の流速で以てカラム１４に送給する。制御部（図示せず）からの指示に応じてインジェクタ１３は、所定量の試料液を移動相中に注入する。注入された試料液は移動相の流れに乗ってカラム１４に入り、カラム１４を通過する間に試料液中の各種の成分（化合物）は時間方向に分離される。カラム１４の出口からはこうして分離された成分を含む溶出液が溶出し、質量分析部２０のイオン化プローブ２１に導入される。
【００２６】
イオン化プローブ２１は導入された溶出液を略大気圧雰囲気中に静電噴霧することで、溶出液に含まれる成分をイオン化する。生成されたイオンは脱溶媒管２２、イオンガイド２３、２４を経ながら順に後段へと輸送され、四重極マスフィルタ２５に導入される。四重極マスフィルタ２５には、制御部から分析対象の質量電荷比に応じた電圧が印加され、それによって、その分析対象の質量電荷比を有するイオンのみが四重極マスフィルタ２５を通過してイオン検出器２６に到達する。スキャン測定時には四重極マスフィルタ２５を通過し得るイオンの質量電荷比が時間経過に伴って変化するように、四重極マスフィルタ２５に印加される電圧が繰り返し走査される。イオン検出器２６は到達したイオンの量に応じたイオン強度信号を出力し、このイオン強度信号はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２７でデジタルデータに変換されてデータ処理部３に入力される。
【００２７】
通常、インジェクタ１３から移動相中に試料液が注入された時点から、所定の測定時間が経過するまでの測定期間中、質量分析部２０では所定の質量電荷比範囲に亘るスキャン測定が繰り返し実行される。これにより、時間、質量電荷比、信号強度（イオン強度）という三つのディメンジョンを有する３次元データが収集され、データ記憶部３０に保存される。
【００２８】
なお、本実施形態のＬＣ−ＭＳでは、質量分析部２０は四重極型質量分析装置であるが、質量分析部２０はこれに限らず、飛行時間型質量分析装置でもよいし、或いは、トリプル四重極型質量分析装置、四重極−飛行時間型質量分析装置などのＭＳ／ＭＳ分析（又はｎが２以上であるＭＳn分析）を実行可能な質量分析装置でもよい。また、質量分析部２０におけるイオン化法もＥＳＩ法に限らず、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法などを用いても構わない。
【００２９】
［３］成分同定処理
上述したように、試料に対してＬＣ／ＭＳ測定を実行することにより、データ記憶部３０にはその試料に対する３次元データが格納される。次に、データ処理部３において実行される、こうした３次元データに基づく成分同定処理について詳しく説明する。
【００３０】
なお、周知のように、上記３次元データからはマススペクトル及びクロマトグラム（抽出イオンクロマトグラム、トータルイオンクロマトグラムなど）を作成することができ、マススペクトル及びクロマトグラムそれぞれにおいてピークが観測される。そこで、以下の説明では、マススペクトル上のピークとクロマトグラム上のピークとのいずれを指しているのかが明らかである場合には単に「ピーク」という場合もあるが、そうでない場合には、マススペクトル上のピークは「マスピーク」、クロマトグラム上のピークは「クロマトピーク」ということがある。
【００３１】
図２は、本実施形態のＬＣ−ＭＳにおける成分同定処理のごく概略的なフローチャートである。
ユーザによる入力部４からの所定の操作を受けて成分同定処理が開始されると、成分同定処理部３１のデータ前処理部３２は、データ記憶部３０から処理対象の３次元データを読み出す（ステップＳ１）。そしてデータ前処理部３２、同位体識別部３３及びノイズ除去部３５は、目的の成分又は有意な成分に対応するモノアイソトピックイオンのマスピークを探索して質量電荷比を求めるとともに、該目的の成分又は有意な成分に対応するクロマトピークを特定して保持時間を求める。即ち、目的の成分又は有意な成分に対応する質量電荷比と保持時間とを取得する（ステップＳ２）。そのあと、同定結果検証部３６は上記の成分探索結果が適切であるか否かを検証する（ステップＳ３）。そして、表示処理部３７は、検証が終了して確認がとれた成分の同定結果を表示部５に出力する（ステップＳ４）。
【００３２】
図３は、上記ステップＳ２の成分探索処理における詳細な処理のフローチャートである。
［３−１］ピーク探索前のデータ前処理
測定によって収集されたローデータ（Raw Data）は、所定の質量電荷比範囲のマススペクトルデータを時間方向に所定の時間間隔で多数並べたものであり、そのデータ量は非常に多い。データ前処理は、こうした膨大な量のデータを或る程度集約して、後述のデータ処理を行い易くするものである。
【００３３】
図５はデータ前処理の説明図である。図５（ａ）は或る一つのm/z値における抽出イオンクロマトグラムであり、図５（ｂ）は図５（ａ）中のピーク付近の拡大図である。
データ前処理では、まず、測定時間の全体又は指定された一部の測定時間範囲に亘って所定の時間幅を有する時間ウインドウ毎に、その時間ウインドウ内に含まれる複数のマススペクトルデータを時間方向に統合し、一つの時間ウインドウに対して一つの統合マススペクトルを作成する（ステップＳ２０）。図５（ｂ）に示すように、時間方向に連続する時間ウインドウは、その時間ウインドウの時間幅の１／２程度オーバーラップするように設定される。これにより、隣接する二つの時間ウインドウに対応する二つの統合マススペクトルは同じマススペクトルのピーク情報を含んでいる。なお、時間ウインドウの時間幅は適宜に定めることができるが、一例として典型的なクロマトピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）程度に定めるとよい。
【００３４】
上記統合マススペクトルは、時間ウインドウ内に含まれる全てのマススペクトルデータの信号強度値をm/z値毎に平均することで得られる平均マススペクトルとすることができる。したがって、一つの時間ウインドウに対応する一つの統合マススペクトルを構成するデータ群は、複数のm/z値それぞれに対応する信号強度値を含み、且つ一つの保持時間に対応付けられる。この保持時間は例えば時間ウインドウの中心の時間とすればよい。説明の都合上、一つの時間ウインドウに対応するデータ群を「ビンＡデータ群」と呼ぶ。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示した抽出イオンクロマトグラムを、時間ウインドウ毎の、つまりはビンＡデータ群毎の信号強度値で描出した場合の抽出イオンクロマトグラムである。
【００３５】
上記統合マススペクトルには、一つの時間ウインドウ内に含まれる複数のマススペクトルにおいて観測される様々なピークが現れ、通常、少なくともその一部は目的の成分又は有意な成分とは無関係なノイズピークである。そこで、有意でないm/z値のマスピークを除去するために、時間方向に並んでいる（一部オーバーラップする）時間ウインドウに対応するビンＡデータ群同士を比較してゆき、連続する三つ以上の時間ウインドウに対応するビンＡデータ群に共通に現れる（つまりは有意な信号強度を有する）m/z値を残し、それ以外のm/z値を各ビンＡデータ群において削除する（ステップＳ２１）。即ち、ビンＡデータ群により形成される統合マススペクトルでは、連続する三つ以上の時間ウインドウで共通してピークが現れないm/z値に対応する信号強度値はゼロとなる。
【００３６】
但し、隣接する時間ウインドウに対応するビンＡデータ群同士を比較する際は、それぞれのm/z値における信号強度をそのまま比較するのではなく、適当なm/z許容幅を設定し、そのm/z許容幅内であればm/z値が異なっていても同じm/z値であるとみなして信号強度を比較する。つまり、或る時間ウインドウにおけるビンＡデータ群中に或るm/z値＝Ｍ1に対応する信号強度が存在し、隣接する時間ウインドウにおけるビンＡデータ群中にm/z値がＭ1からm/z許容幅内である信号強度が存在したとすると、それらは共通に現れるものとして扱う。m/z許容幅は適宜に定めることができるが、一例としては、こうした許容範囲を決める際にしばしば利用される６シグマ法を用いることができる。この場合、質量分析部２０の質量誤差の標準偏差が１mDaであるとすると、m/z許容幅は６mDaである。
【００３７】
上記ステップＳ２１の処理によってm/z軸方向のデータ（特定のm/z値における信号強度値）が削除されたあとの一つの統合マススペクトルに対応するデータ群を、「ビンＢデータ群」と呼ぶ。つまり、一つのビンＡデータ群から、データ量が削減された一つのビンＢデータ群が得られる。
【００３８】
上述したようにビンＡデータ群からビンＢデータ群を求める際に、例えば或る一つの時間ウインドウに対応する統合マススペクトルにおいてのみ観測され、隣接する時間ウインドウに対応する統合マススペクトルでは観測されないようなピークの情報は削除される。そのため、例えば外部からの飛び込みノイズなどによるごく短時間のノイズピークは削除される。しかしながら、測定時間全体又は全体でなくても比較的長い時間に亘って重畳するようなバックグラウンドノイズの影響は上記ステップＳ２１の処理では除去できない。何故なら、こうしたノイズによる信号強度は時間的に連続する三以上のビンＡデータ群に共通に存在するからである。
【００３９】
そこで次に、データ前処理部３２は、時間的に連続する時間ウインドウに対応する複数のビンＢデータ群において、同じm/z値の信号強度値の変化の状態を利用して有意なm/z値を抽出する処理を実行する。即ち、ビンＢデータ群において同じm/z値（同じm/z許容範囲内）に対応する信号強度値を時間の増加順に調べてゆき、信号強度値が上昇して極大となり、そのあと下降して極小になるか否かを判定する。つまりは、クロマトピークとして典型的な形状（山形状）になるか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、二つの極小点の間に極大点を有するクロマトピーク形状を示すm/z値が見つかったならば、そのm/z値とそれに対応するクロマトピーク形状の期間における複数の信号強度値を一つの「ビンＣデータ群」として記憶する。
極大点から下降してゼロになる前に信号強度値が再び増加して極大値をとる場合には、下降から上昇への変曲点を境界として時間的に前方と後方とでそれぞれ別のクロマトピークが存在するものとみなし、それぞれ別のビンＣデータ群を作成して記憶すればよい。
【００４０】
目的成分に複数の同位体が存在する場合、それら同位体の質量は異なるものの、保持時間は同じであるから、同じ時間帯に異なるm/z値においてクロマトピークが観測される筈である。上記ステップＳ２２ではそうした同じ成分に由来する異なる同位体イオンの情報を抽出することができる。
【００４１】
次に、同位体識別部３３は、上記ビンＣデータ群に基づいて以下の処理を行うことにより、同時間帯に抽出された複数のm/z値が一つの成分に由来する同位体イオンのm/z値であるか否かを判定する。
【００４２】
［３−２］同位体識別処理の詳細
＜同位体の信号強度の予測式＞
ＬＣ−ＭＳでの主たる分析対象は有機化合物である。有機化合物は非常に多様であるものの、その主たる元素は、炭素、水素、酸素、及び窒素である。有機化合物には、硫黄、リン、塩素、臭素、さらにはその他の様々な金属、が含まれる場合もあるが、それら元素の存在量は上記主要元素に比べれば格段に低い。こうしたことから、本発明者は、マススペクトル上で観測されたm/z値と、それから推定され得る同位体組成との間の関係を導き出すために、拡張可能なモデル分子を用いることによって、存在する全ての同位体種に対する元素の寄与のかなりの部分を推定することが可能である、という仮説をたてた。そして、その仮説に基づき、化学式がＣ5Ｈ8ＮＯである部分構造を基本単位とした繰り返し構造を有する化合物の、理論的な同位体モデルについてのマススペクトルデータに対するカーブフィッティング及び実験的な最適化処理によって、m/z値が相違する複数の同位体種の信号強度を予測するために使用される数式を導出した。
【００４３】
基本単位として用いる化学式は、上記元素組成の化学式に限らず、炭素、水素、酸素、及び窒素が所定の組成比となるものであれば任意の化学式を使用することができる。但し、上記元素組成の化学式Ｃ5Ｈ8ＮＯは、本発明者の検討により、有機化合物分子の元素組成の多様性についての経験的な分析の結果から、最も好ましい化学式として選択されたものである。
【００４４】
本実施形態のＬＣ−ＭＳにおける、予測式の具体的な導出の手順は次の通りである。
まず、m/z ４０００以下のm/z範囲において、１価イオンとしてモデル分子に対する異なる種類の複数の同位体それぞれについて理論的同位体モデルを作成した。理論的同位体モデルにおいて、各同位体種の信号強度はモノアイソトピックイオンの信号強度を１００％として正規化した。また、同位体種をモデリングする過程で質量分解能を半値全幅で３００００としたため、それぞれ１Da間隔で単一の同位体種が存在している。
【００４５】
次に、上記理論的同位体モデルにおいて各同位体種の信号強度を個別に検討し、その中の二つの同位体における信号強度の比をモノアイソトピックイオンのm/z値に対してプロットしたグラフを作成した。そして、それぞれのグラフに対して多項式カーブフィッティングを適用し、与えられたm/z値から同位体間の信号強度比を予測するために使用可能な予測式を導出した。カーブフィッティングのための多項式の次数は、モノアイソトピックイオンと同位体イオンとの間隔の増加に伴って増加するようにした。
【００４６】
図６〜図１１は、モノアイソトピックイオンの信号強度と同位体イオンの信号強度との比（上記「同位体信号強度比」）とモノアイソトピックイオンのm/z値との関係を示すグラフ及びカーブフィッティング結果を示す図である。ここで、Ａはモノアイソトピックイオンであり、Ａ＋１、Ａ＋２、Ａ＋３、Ａ＋４、Ａ＋５、及びＡ＋６は６種類（「＋」のあとの数字の順にm/z値は増加する）の同位体イオンである。例えば図６は、モノアイソトピックイオン［Ａ］と第１同位体イオン［Ａ＋１］との同位体信号強度比と質量電荷比値との関係を示すグラフである。
【００４７】
これら図６〜図１１に示されているカーブから、以下の、各同位体の信号強度の予測式を求めることができる。これら予測式は図６〜図１１中にも示している。この図６〜図１１で示される予測式により求まる値ｙ、即ち、同位体信号強度比は、モノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度の大きさを１００とした場合の各同位体イオンの信号強度の大きさである。
【００４８】
モノアイソトピックイオン［Ａ］と第１同位体イオン［Ａ＋１］との同位体信号強度比
ｙ＝6.0200506229E-02×−1.4111793342E-10    …(1)
モノアイソトピックイオン［Ａ］と第２同位体イオン［Ａ＋２］との同位体信号強度比
ｙ＝1.8120504704E-05ｘ2＋1.7904696642E-03ｘ−8.9308899665E-08    …(2)
モノアイソトピックイオン［Ａ］と第３同位体イオン［Ａ＋３］との同位体信号強度比
ｙ＝3.6362117944E-09ｘ3＋1.0778720640E-06ｘ2＋1.3682345412E-06ｘ＋1.4183091024E-07    …(3)
モノアイソトピックイオン［Ａ］と第４同位体イオン［Ａ＋４］との同位体信号強度比
ｙ＝5.4725442959E-13ｘ4＋3.2444251869E-10ｘ3＋1.6851967937E-08ｘ2−2.1697300094E-06ｘ＋1.3385376264E-07
モノアイソトピックイオン［Ａ］と第５同位体イオン［Ａ＋５］との同位体信号強度比
ｙ＝6.5889964251E-17ｘ5＋6.5105530872E-14ｘ4＋9.8966675522E-12ｘ3−1.2810094540E-09ｘ2＋1.2265020845E-09ｘ＋7.4825037861E-08
モノアイソトピックイオン［Ａ］と第６同位体イオン［Ａ＋６］との信号強度比
ｙ＝6.6110094142E-21ｘ6＋9.7985173484E-18ｘ5＋2.9539272654E-15ｘ4−2.8221894960E-13ｘ3−3.8345580975E-11ｘ2＋3.1619287542E-09ｘ−3.7260124857E-08
ここで、ｘは［m/z値］×［イオン荷電数］、ｙはモノアイソトピックイオン［Ａ］の信号強度に対する同位体イオン［Ａ１〜Ａ６のいずれか］の信号強度比の予測値、である。
【００４９】
ここでは、上述したように予め算出された予測式が予測式記憶部３４に格納される。実際には、この予測式はデータ処理用ソフトウェアの一部として提供されるものとすることができる。また、計算式の形態ではなく、予測式をテーブルの形態で予測式記憶部３４に格納してもよい。
【００５０】
上記予測式を用いて、或る一つの化合物についての同位体信号強度比を求める際には、目的とするモノアイソトピックイオンのm/z値ｍziと生成したいモデルのイオン荷電数Ｃiという二つのパラメータを設定する。この二つのパラメータが決まれば、上記予測式に基づいて、モノアイソトピックイオンに対する各同位体種の信号強度比の予測値を求めることができる。なお、予測される同位体の推定質量は、モノアイソトピックイオンの質量に（1.003354835／Ｃi）×ｎを加算することによって計算することができる。ここで、ｎは同位体とモノアイソトピックイオンとの間の整数質量単位の差である。使用される質量値はＣ13同位体の質量であり、これが用いられるのは、装置の質量分解能：３００００（半値全幅）での同位体ピークの質量に対する寄与の大部分がこの種（Ｃ13）に由来するためである。
【００５１】
＜予測式を用いたマススペクトルに基づく同位体の判定＞
ここでは、上記予測式に基づいて識別したい目的成分のm/z値はビンＣデータ群で与えられる。一方、他の一つのパラメータであるイオン荷電数は予めユーザにより指定される。もちろん、１種類の荷電数を指定してもよいが、例えば荷電数１〜３、荷電数１〜６などというように荷電数の範囲を指定するようにしてもよい。
【００５２】
同位体識別部３３は、実測マススペクトルから抽出されたビンＣデータ群で与えられるm/z値を全て、潜在的なモノアイソトピックイオンのm/z値であるとみなして評価する。即ち、同位体識別部３３は、評価対象のm/z値が与えられると、予測式記憶部３４に格納されている情報に基づく予測式を用いて、与えられたm/z値をモノアイソトピックイオンであると仮定として各同位体の信号強度比の予測値を求める。そして、その複数の信号強度の予測値を用いて、ユーザにより指定された荷電数範囲に亘る理論的な予測マススペクトルを作成する（ステップＳ２３）。この予測マススペクトルは、予測式に基づいて算出された信号強度を利用した同位体ピークパターンを含む。
【００５３】
予測マススペクトルが得られると、同位体識別部３３は、設定したm/z値よりも高いm/z範囲に存在するピークのm/z値と信号強度（相対値）の両方について、予測マススペクトルと実測のマススペクトルに基づくビンＣデータ群によるピークパターンとが一致しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。このとき、質量及び同位体強度比に関する装置固有の誤差などの事前情報に基づいて、上限許容値及び下限許容値に対する許容限度が計算される。例えば、使用している装置が標準偏差１mDaの質量誤差と標準偏差５％の相対強度比誤差を有している場合には、６シグマ法を用いることができ、質量精度及び同位体比強度公差の最大限界はそれぞれ６mDa及び３０％となる。そして、予測マススペクトルと実測マススペクトルとで同位体ピークパターンが一致していると判定されれば、設定されたm/z値は目的成分のモノアイソトピックイオンであると判断されて残され、そのほかのm/z値は同じ成分の同位体イオンであるとして削除される（ステップＳ２５）。ビンＣデータ群で与えられるm/z値は、例えば最低のm/z値からm/zの増加方向に順に全て同様にしてチェックされる。
【００５４】
但し、上述したように、炭素、水素、酸素、窒素以外の特定の元素が目的の成分に含まれる場合、上記のような予測式からのずれを考慮する必要がある。
例えば、硫黄は主として第２同位体［Ａ＋２］に対して量的に有意な寄与を示す。そのため、この同位体における信号強度比の許容範囲は非対称的に調整されることが望ましく、硫黄からの潜在的な寄与に対応するように信号強度の上限許容範囲を広げるとよい。一般に観測される可能性がある有機化合物中に存在する硫黄の最も一般的な原子数は１又は２である。したがって、硫黄の存在に対応するためには、第２同位体［Ａ＋２］における信号強度比の差の許容値上限を８％広げるとよい。
【００５５】
また、目的の成分中に塩素や臭素が存在する場合、それら元素の第２同位体［Ａ＋２］への寄与は量的により大きいため、上述した方法で求まる同位体クラスタとは異なる幾つかの種を持つ同位体クラスタをもたらす可能性がある。こうした問題のため、この場合には上述した同位体識別処理をそのまま適用するのは困難である。即ち、これらの種の同位体クラスタを認識する際に上記の同位体識別処理を適用すると、化合物分子中に存在する塩素及び／又は臭素原子の総数に依存して、認識された同位体種を含む二つ以上の別々のグループとなるような全同位体プロファイルが形成される。したがって、この段階では誤識別が生じるものの、その誤識別は後述する成分同定処理中に認識され最終的には再統合されて一つの成分として同定され得る。
【００５６】
上記ステップＳ２４、Ｓ２５の処理によって、少なくとも或る目的成分の同位体イオンであると識別されたピークの情報はビンＣデータ群から除外される。但し、残ったデータには、目的成分のモノアイソトピックイオン以外に、未定義のイオンの情報が含まれる。
【００５７】
［３−３］クロマトグラム特性を利用したノイズ除去
次にノイズ除去部３５は、上記ビンＣデータ群に基づいて、以下の各処理を行うことで、ビンＣデータ群から派生する、ビンＤデータ群、ビンＥデータ群、及びビンＦデータ群を作成する（ステップＳ２６）。即ち、ノイズ除去部３５は、ビンＣデータ群において、例えば１００mDaなどの幅広いm/z許容幅に入る信号強度値を集約し（例えば同じ時間毎に加算し）、ビンＤデータ群として記憶する。また、各ビンＤデータ群におけるm/z値の範囲（例えばm/z許容幅が１００mDa）に対応して複数のビンＣデータ群が存在する場合に、その複数のビンＣデータ群を抽出してビンＥデータ群として記憶する。さらに、各ビンＥデータ群を時間方向に複数に分割し、それぞれの信号強度値を含むビンＦデータ群を作成する。
【００５８】
なお、これらビンＤデータ群、ビンＥデータ群、及びビンＦデータ群は、以下のバックグラウンドノイズ除去処理で使用するために便宜的に作成されるものであり、そのデータ作成の方法はここでは重要ではない。
【００５９】
定量分析の際に、真のクロマトピークを特定するための一般的なアプローチとして、同定されたピークに基づく信号強度とクロマトグラム上の別の領域からのノイズとの比であるＳＮ比を計算する方法が知られている。この方法は、クロマトグラムに連続的なノイズ信号が存在している場合に特に有効である。こうしたノイズ信号は、多くの場合、装置自体に由来する電気的なノイズと、クロマトグラフで分離されない夾雑物由来のイオン種による信号と、を含む。
【００６０】
しかしながら、精密分析用である多くの市販の高分解能の質量分析装置では、上記のようなノイズに加えて、低レベルで且つ間欠的である電子ノイズが発生することがしばしばある。さらに、ＬＣのカラムと相互作用しない化合物に由来するイオンは、そのイオン強度レベルの変動を伴いながら、溶出時間の異なる期間に亘って存在する可能性があり、これらは上述した低レベルの電子ノイズ信号と入り交じって存在する。そこで、ここでは、次のような手順により、こうしたバックグラウンドノイズを除去する（ステップＳ２７）。
【００６１】
このノイズ除去は次の二つの段階を有する。
＜第１段階＞
第１段階ではビンＥデータ群単位での判定が行われる。即ち、各ビンＥデータ群に含まれる個々のビンＣデータ群によるピーク最大強度の比較が行われる。この手法はしばしば行われるピークのＳＮ比の評価に類似しており、それぞれのビンＣデータ群における最大信号強度と時間が異なる他の全てのビンＣデータ群データにおける最大信号強度とを比較し、その大小を決定する。許容される典型的な信号強度比の閾値は例えば５であり、信号強度比が５以上であれば合格とされる。
【００６２】
いま例えば一つのビンＥデータ群に１００個のビンＣデータ群が含まれているとすると、その１００個のビンＣデータ群のそれぞれに対して９９個の信号強度比値が計算により求まる。すると、信号強度比値が上記閾値を上回る発生回数が計数され、その計数結果に基づいて、その特定のビンＥデータ群内のビンＣデータ群の総数の発生率が％値で算出される。この％値を「ピークスコア」と呼ぶ。「バックグラウンドノイズ信号」に対して「真のピーク」として指定されているビンＣデータ群のためのピークスコア許容基準は、ユーザにより設定されるものとすることができるが、例えばその許容基準は５０％以上と設定することができる。
【００６３】
＜第２段階＞
次の第２段階では、個々のビンＣデータ群について、一つのビンＣデータ群とそれに隣接するビンＣデータ群データとのピーク最大強度の比較が行われる。一つのビンＣデータ群に対し、時間的に前方に隣接するビンＣデータ群とのピーク強度比である「前方比」と、時間的に後方に隣接するビンＣデータ群とのピーク強度比である「後方比」とが算出される。或るビンＣデータ群の前方比及び後方比の両方が設定された閾値（例えば５）を上回っている場合にのみ、そのビンＣデータ群は「真のピーク」であると同定される。
【００６４】
なお、この第２段階の処理結果は、第１段階で行われた割当て（同定）を無効にする場合がある。即ち、第１段階の処理において「真のピーク」であると誤って同定された場合であっても、第２段階でこの誤りを修正し、「真のピーク」ではないと結論付けることができる。
【００６５】
以上のステップＳ２０〜Ｓ２７の処理により、目的成分に対応するモノアイソトピックイオンピークを決定することができ、そのピークのm/z値と保持時間とが得られる（ステップＳ２８）。３次元データに基づいて同定された成分のモノアイソトピックイオンピークの情報は集約されてリストが作成される。
【００６６】
［３−４］成分同定結果の検証処理
次いで、同定結果検証部３６は図４に示すフローチャートに記載の手順で、上述したように得られた真のピークが適切であるか否かを、ローデータを利用して検証する。
【００６７】
同定結果検証部３６は、リストに挙げられている同定されたマスピークに対応するm/z値、並びにそれに対応するクロマトピークのピークトップ、開始点、及び終了点の時間（概略値）を利用して、ローデータからそのマスピーク及びクロマトピークに対応すると推測される成分を推定する（ステップＳ３０）。そして、推定した成分についてクロマトピークの開始点から終了点までの時間範囲に含まれる複数のマススペクトルの信号強度を平均した統合マススペクトルを作成する（ステップＳ３１）。
【００６８】
なお、クロマトピークの開始点から終了点までの時間範囲ではなく、それよりも狭い、ピークトップを中心とする所定の時間範囲でもよい。但し、統合マススペクトルを算出する元となるマススペクトルに、信号強度が飽和しているマススペクトルが混じっていると統合マススペクトルの精度が低下する。そこで、信号強度が飽和しているマススペクトルが混じらないようにすることが望ましく、そのためには、クロマトピークのピークトップ付近のマススペクトルは除外するほうがよい。
【００６９】
ステップＳ３１で統合マススペクトルが求まったならば、上述したステップＳ２３〜Ｓ２４の手法を適用して、その統合マススペクトル上で観測されるピークの中で同位体に対応するm/z値を除外する（ステップＳ３２）。ここでは、上記ステップＳ２０〜Ｓ２２に相当するデータを集約する（つまりはデータを丸める）処理を実施しておらず、ローデータから求まる統合マススペクトルをそのまま利用している。そのため、より正確な同位体分布が求まり、目的成分由来の同位体イオンか否かをより精度良く識別することができ、例えば真のピークであるとして誤って識別されたものも、ここで除外することができる。
【００７０】
リストに挙げられている全ての同定済みのマスピークについて、ステップＳ３０〜Ｓ３３による検証を実施することでマスピークの正確なm/zが求まったならば、最後に同定結果検証部３６は、各マスピークのm/z値に基づいて、アダクトイオン、ニュートラルロス、多量体などの特定のイオン種を同定する。また、プロトン付加又はプロトン脱離によるモノアイソトピックイオンについては正確なm/z値を算出し、これらをリスト化する（ステップ３３）。また、クロマトピークから判明する正確な保持時間もリストに挙げることができる。そして、このリストを成分同定結果として表示部５に出力し、処理を終了する。
【００７１】
以上のようにして、本実施形態のＬＣ−ＭＳでは、特に従来は識別の見逃しや誤識別が多かった同位体イオンに対応するピークの識別精度を向上させ、一つの成分由来の同位体イオンピークを排除して、より的確な成分同定を行うことができる。
【００７２】
［４］実験例
＜同位体クラスタ予測の実例＞
次の三つの化合物を例に挙げて、上述した同位体信号強度比の予測式を用いた同位体識別方法の実験例について説明する。
例１．  化学式：Ｃ24Ｈ27Ｎ3Ｏ4、イオン価数：１
例２．  化学式：Ｃ41Ｈ65ＮＯ10、イオン価数：１
例３．  化学式：Ｃ129Ｈ198Ｎ36Ｏ36、イオン価数：６
上記各例について上述した方法を実施したときの出力と比較するための参照マススペクトルを取得するために、市販のソフトウェアパッケージ（Shimadzu Insight Explore v3.4の「Mass Calculator」機能）を使用して、各例についての理論的同位体モデルを作成した。
【００７３】
例１．  化学式：Ｃ24Ｈ27Ｎ3Ｏ4
市販のソフトウェアパッケージを用いて作成された理論的同位体モデルに基づく参照マススペクトルを図１２（ｂ）に示す。一方、上記方法による予測式からの推定されるマススペクトルは図１２（ａ）に示す。
【００７４】
例２．  化学式：Ｃ41Ｈ65ＮＯ10
市販のソフトウェアパッケージを用いて作成された理論的同位体モデルに基づく参照マススペクトルを図１３（ｂ）に示す。一方、上記方法による予測式からの推定されるマススペクトルは図１３（ａ）に示す。
【００７５】
例３．  化学式：Ｃ129Ｈ198Ｎ36Ｏ36
市販のソフトウェアパッケージを用いて作成された理論的同位体モデルに基づく参照マススペクトルを図１４（ｂ）に示す。一方、上記方法による予測式からの推定されるマススペクトルは図１４（ａ）に示す。
【００７６】
例１〜例３のいずれでも、参照マススペクトルと予測式に基づく推定スペクトルとはかなり正確に一致していることが分かる。これにより、上述した予測式に基づく同位体クラスタの推定の精度の信頼性は十分に高いということができる。
【００７７】
＜バックグラウンドノイズ除去処理の実例＞
第１段階の実例：
この例では、ピークスコア許容基準を３５％に定めている。ビンＡデータ群から作成されるm/z 165.1の抽出イオンマスクロマトグラムを図１５（ａ）に示す。また、ビンＡデータ群に基づいて作成されるビンＣデータ群を図１５（ｂ）に示す。また、図１６は、ビンＥデータ群に含まれる複数のビンＣデータ群の全てについて、このm/z 165.1の成分について計算されたピークスコアを示す図である。
【００７８】
この例では、３５％以上のピークスコアを示すビンＣデータ群が合格とされる。したがって、ここでは、保持時間が４．２５分である唯一のビンＣデータ群のみが「真のピーク」として抽出される。図１５から明らかこのビンＣデータ群は、ＬＣにより十分に他の成分と分離されており、時間的に隣接するビンＣデータ群は存在しない。そのため、この保持時間が４．２５分である唯一のビンＣデータ群は真のピークに対応するものとして選択され、他の全てのビンＣデータ群は除外される。この場合、選択されたビンＣデータ群は時間的に隣接するビンＣデータ群を有していないので、第２段階の処理を実施しなくてもよい。
【００７９】
第２段階の実例：
ビンＡデータ群から作成されるm/z 618.2の抽出イオンマスクロマトグラムを図１７（ａ）に示す。また、ビンＡデータ群に基づいて作成されるビンＣデータ群を図１７（ｂ）に示す。また、図１８は、各成分についての未処理成分のデータ、算出されたピークスコア、並びに、前強度比及び後強度比を示す図である。
【００８０】
この例でも、第１段階の処理では、３５％以上のピークスコアを示すビンＣデータ群が合格とされる。したがって、唯一のビンＣデータ群（Component ＃ ＝18：保持時間８分）がこの基準に合格し、「真のピーク」として合格とされる。この選択されたビンＣデータ群は他のビンＣデータ群に隣接しているので、第２段階の処理が適用される。Component ＃ ＝18であるビンＣデータ群は、それぞれ１．０の前強度比、及び２．０９の後強度比を有する。これらの値はこれらの強度比の閾値である５を超えない。そのため、第１段階で選択されたビンＣ群データは第２段階では真のピークであるとはみなされず、除外されることになる。
【００８１】
このように、クロマトグラム特性を利用したバックグラウンドノイズ除去処理では、第１段、第２段の二段階の処理によって、ＬＣで十分に分離されたピークは真のピークとして選択され、単一成分のピークとはみなせないような波形形状は真のピークとして選択されない。それによって、ＬＣで十分に分離されたクロマトピークを選択することができる。
【００８２】
なお、上記実施形態は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、変更、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。
例えば上記実施形態はＬＣ−ＭＳであるが、ＧＣ−ＭＳでも同様であることは明らかである。
【００８３】
［種々の態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。
【００８４】
（第１項）本発明に係るクロマトグラフ質量分析用データ処理方法の一態様は、クロマトグラフ質量分析により収集された、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを処理するクロマトグラフ質量分析用データ処理方法であって、
化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示す、イオンの荷電状態をパラメータとした予測式を、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオン毎に作成して記憶しておく予測式作成ステップと、
目的試料に対する３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式作成ステップで作成された互いに異なる同位体イオン毎の予測式に適用して、各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成ステップと、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価ステップと、
を有する。
【００８５】
（第５項）本発明に係るクロマトグラフ質量分析装置の一態様は、
イオンの荷電状態をパラメータとして含み、化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶部と、
試料に対してクロマトグラフ質量分析を実行し、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを収集する測定部と、
前記３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式記憶部に格納されている複数の予測式に適用して各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成部と、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価部と、
を備える。
【００８６】
（第９項）本発明に係るクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムの一態様は、クロマトグラフ質量分析により収集された、時間、質量電荷比、及び信号強度という３つのディメンジョンを有する３次元データを、コンピュータを用いて処理するためのクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムであって、コンピュータを、
イオンの荷電状態をパラメータとして含み、化合物のモノアイソトピックイオンの質量電荷比と、マススペクトルにおける該化合物のモノアイソトピックイオンにおける信号強度と同位体イオンの信号強度との強度比と、の関係を示し、該化合物由来で互いに異なる種類の同位体イオンにそれぞれ対応する複数の予測式が格納されている予測式記憶機能部と、
目的試料に対する３次元データに基づいて得られる実測マススペクトル上で観測されるピークに対応する質量電荷比の情報と、所与のイオン荷電状態の情報とを、前記予測式作成記憶機能部に格納されている互いに異なる同位体イオン毎の予測式に適用して、各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求め、該予測値に基づいて一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び一以上の同位体イオンが存在するときの予測マススペクトルを作成する予測マススペクトル作成機能部と、
前記予測マススペクトルと前記実測マススペクトルとを比較することにより、該実測マススペクトルにおける複数のピークが一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン及び同位体イオンに対応するピークである可能性を評価するマススペクトル評価機能部と、
として動作させるものである。
【００８７】
第１項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、第５項に記載のクロマトグラフ質量分析装置、又は第９項に記載のクロマトグラフ質量分析データ処理用プログラムによれば、マススペクトル上で観測される一つの化合物由来のモノアイソトピックイオンピークと一又は複数の同位体イオンピークとが同じ化合物由来であることを的確に判定することができる。それにより、そうした同位体イオンピークが偽のピークとして検出されることを回避することができ、その結果として目的とする化合物由来のイオンに対応するピークを的確に同定することが可能となる。また、こうした的確なピーク検出等のためにユーザが設定すべきパラメータの種類は少ないので、ユーザの負担を軽減し、さらにはデータ処理作業に要する時間を短縮することができる。
【００８８】
（第２項）第１項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法において、目的試料についての３次元データに対し、時間方向の信号強度の変化が同時間帯でピークとみなせる形状を示す複数の質量電荷比を抽出する候補質量電荷比抽出ステップをさらに有し、前記予測マススペクトル作成ステップは、前記候補質量電荷比抽出ステップで抽出された質量電荷比におけるピークを対象として前記予測式を用いた各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求めるものとすることができる。
【００８９】
（第６項）第５項に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、目的試料についての３次元データに対し、時間方向の信号強度の変化が同時間帯でピークとみなせる形状を示す複数の質量電荷比を抽出する候補質量電荷比抽出部、をさらに備え、前記予測マススペクトル作成部は、前記候補質量電荷比抽出部で抽出された質量電荷比におけるピークを対象として前記予測式を用いた各同位体イオンに関する信号強度比の予測値を求めるものとすることができる。
【００９０】
第２項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、又は第６項に記載のクロマトグラフ質量分析装置によれば、様々なノイズの要因を排除して、また装置の質量誤差の影響を排除して、実測のマススペクトルで観測されるピークが一つの化合物の同位体イオンピークであるか否かを的確に識別することができる。
【００９１】
（第３項）第１項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法において、前記マススペクトル評価ステップで一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン由来であると推定されたピークの質量電荷比について、時間方向の信号強度の変化に基づいて有意な成分に対応するピークとノイズとを識別するノイズ除去ステップ、をさらに有するものとすることができる。
【００９２】
（第７項）第５項に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、前記マススペクトル評価部で一つの化合物由来のモノアイソトピックイオン由来であると推定されたピークの質量電荷比について、時間方向の信号強度の変化に基づいて有意な成分に対応するピークとノイズとを識別するノイズ除去部、をさらに備えるものとすることができる。
【００９３】
第３項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、又は第７項に記載のクロマトグラフ質量分析装置によれば、様々な要因によるノイズの影響を排除して正確な成分同定を行うことができる。
【００９４】
（第４項）第１項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法において、前記予測式は、炭素、水素、酸素、及び窒素のうちの２以上の元素を所定組成比で以て含む部分構造を単位とした繰り返し構造を有する化合物の、理論的な同位体モデルに基づいて作成されたものとすることができる。
【００９５】
（第８項）第５項に記載のクロマトグラフ質量分析装置において、前記予測式は、炭素、水素、酸素、及び窒素のうちの２以上の元素を所定組成比で以て含む部分構造を単位とした繰り返し構造を有する化合物の、理論的な同位体モデルに基づいて作成されたものとすることができる。
【００９６】
第４項に記載のクロマトグラフ質量分析用データ処理方法、又は第８項に記載のクロマトグラフ質量分析装置によれば、主要な解析対象である各種の有機化合物についての同位体信号強度比を高い確度で予測できるような予測式を得ることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１…測定部
１０…液体クロマトグラフ部
１１…移動相容器
１２…送液ポンプ
１３…インジェクタ
１４…カラム
２０…質量分析部
２１…イオン化プローブ
２２…脱溶媒管
２３、２４…イオンガイド
２５…四重極マスフィルタ
２６…イオン検出器
２７…アナログデジタル変換器
３…データ処理部
３０…データ記憶部
３１…成分同定処理部
３２…データ前処理部
３３…同位体識別部
３４…予測式記憶部
３５…ノイズ除去部
３６…同定結果検証部
３７…表示処理部
４…入力部
５…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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