(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同一質量数の異性体をもつ化合物を定量分析する質量分析システムであって、
化合物を時間的に分離するクロマトグラフィと、
特定イオンを選択して該クロマトグラフィにより時間的に分離したＳＩＭクロマトグラムを測定する質量分析計と、
前記測定ＳＩＭクロマトグラムに基づき内部標準化合物を用いて保持時間を補正する補正曲線を求め、該補正曲線から定量化合物の各異性体の計算保持時間を求め異性体ピークをアサインし定量計算を行うデータ処理手段と
を備えたことを特徴とする質量分析システム。
【請求項２】
前記データ処理手段は、内部標準化合物として添加された化合物のＳＩＭクロマトグラムに基づき基準保持時間を求めることを特徴とする請求項１記載の質量分析システム。
【請求項３】
データを出力する出力手段を備え、前記データ処理手段は、前記測定ＳＩＭクロマトグラムと前記各異性体の計算保持時間のクロマトグラムパターンを前記出力手段より出力することを特徴とする請求項１記載の質量分析システム。
【請求項４】
前記データ処理手段は、前記測定ＳＩＭクロマトグラムの各ピークにアサイメントの情報を付加して前記出力手段より出力することを特徴とする請求項３記載の質量分析システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の同一質量数の異性体をもつ化合物を定量分析する質量分析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
微量かつ不純物（爽雑物）の多い物質の定量分析には、クロマトグラフィと質量分析計（ＭＳ）とを組み合わせたシステムが用いられる。このシステムによれば、定量する化合物は、クロマトグラフィによって時間的に分離され、質量分析計によって定量化合物の特定イオンのみを選択的に観測することができる。ダイオキシン類（ＰＣＤＤｓ／ＰＣＤＦｓ）は、多数の異性体（Ｉｓｏｍｅｒ）  をもち、各異性体は、クロマトグラフィによって時間的に分離され、質量分析計で測定した特定イオンのＳＩＭ（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）クロマトグラムとして観測される。このように異性体をもつ化合物（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）  の場合、各異性体は、クロマトブラフィによってほとんどが時間的に分離され、１つのＳＩＭクロマトグラム上に各異性体のピークが観測される。しかし、クロマトブラフィによって分離されない異性体もあり、それらは質量が同じであるため質量分析計でも分離ができない。
【０００３】
化合物の定量は、ＳＩＭクロマトグラムのピーク強度から行うが、このとき、装置の変動の影響を除くために、内部標準化合物をサンプルに添加して、ＳＩＭクロマトグラムを測定する濃度計算には、内部標準化合物のピークと定量化合物のピークの比が利用される。これを内部標準法と呼ぶ。
【０００４】
以下、ダイオキシンを例にして説明する。
ダイオキシン分析には、クロマトグラフィとして、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）が用いられる。そして、爽雑物の影響を取り除き、ダイオキシン化合物のみのＳＩＭクロマトグラムを得るために、例えば分解能１００００以上の高分解能の質量分析計が用いられる。質量分析計による測定では、高感度なＳＩＭ法が用いられ、定量方法として、内部標準法が用いられ、その内部標準物質として、例えば１３Ｃの化合物が用いられる。
【０００５】
図６はダイオキシン化合物の定量分析の流れを説明するための図、図７はダイオキシン類の１つの化合物Ｔ４ＣＤＦのＳＩＭクロマトグラムの例を示す図である。定量分析操作の時間短縮を図るため、ダイオキシン類の複数の化合物の測定、定量分析を１回のインジェクションで行っているが、その定量分析の手順は、次のようになる。
まず、ＧＣ／ＭＳでダイオキシン化合物のＳＩＭクロマトグラムを測定する（ステップＳ２１）。次に、ＳＩＭクロマトグラムのピークを検出し（ステップＳ２２）、検出したピークとダイオキシンの異性体との対応（アサインメント）を行い、ダイオキシン異性体のピークのみを取り出す（ステップＳ２３）。そして、取り出した異性体のピークを用いて定量計算を行い、濃度を計算する（ステップＳ２４）。
【０００６】
ダイオキシン類の１つである化合物Ｔ４ＣＤＦは３８の異性体をもつ。これらの各異性体は、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）により時間的にほとんどが分離され、それらの質量が同じであるため、図７に示すように質量分析計によって１つのイオンに着目したＳＩＭクロマトグラム上に分離されたピークとして現れる。このピーク強度を用いて上記のように定量分析を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ダイオキシンは微量分析であり、検出したピークには爽雑物によるピークも含まれるため、ピーク検出では、爽雑物によるピークではなく、ダイオキシン異性体のピークのみを取り出す必要がある。特に、濃度が薄いサンプルにおいては、爽雑物によるピークが混入して、ダイオキシンのピークと誤認するケースがある。この誤認を防ぐため、以下の方法が採用されている。
【０００８】
１つはレシオシェックによる方法である。これは、まず定量化合物の同位体を用いて２つ以上のイオンのＳＩＭクロマトグラムを測定し、２つのＳＩＭクロマトグラムのピーク比を計算する。そして、同位体の存在比は判っているので、ピーク比が存在比と同じであるかどうかによって、ダイオキシンのピークかどうかを判定する。このレシオシェックによるピークの判定は、質量分析計を用いた分析では広く用いられている。
【０００９】
もう１つは、分析者によりピーク判定を行う方法である。ピークが出現する時間（保持時間）は、ＧＣカラムによって決まっており、既に文献に相対保持時間として報告されている（例えばＪ．Ｊ．Ｒｙａｎ，  Ｈ．Ｂ．Ｓ．Ｃｏｎａｃｈｅｒ，  ｌ．ｇ．ｐａｎｏｐｉｏ，  Ｂ．Ｐ．−Ｙ．Ｌａｕ，ｊ．ａ．ｈａｒｄｙ，  Ｙ．Ｍａｓｕｄａ，  Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．  ５４１（１９９１）１３１−１８３）。また、サンプルの種類（ダイオキシンの場合、排ガス、排水、灰）によって特定のピークパターンがある。そこで、ピークの保持時間、ピークパターンを元にして、分析者がダイオキシンのピークかどうかを判定する。
【００１０】
このようにダイオキシン類の異性体アサインメントは、ＳＩＭクロマトグラムの保持時間と、強度パターンによって行われ、通常、この操作は、分析者が文献や既に測定したデータを参考にしてマニュアル操作で行っている。
【００１１】
また、保持時間は、次のような要因によりずれることがある。
ダイオキシン定量分析は、微量分析であるため、そのサンプルにはいろいろな物質が混じっている。そのため、サンプルの汚れ具合により、また、時間の経過とともに、クロマトグラムの保持時間にずれを生じることがある。さらに、複数サンプルを測定後、汚れを取り除くために、カラムのサンプル導入端から１ｍ前後切り取ることがある。このことにより、クロマトグラムの保持時間が多少短くなる。勿論、カラムを交換した場合、同じ種類のカラムであっても、全く同じ保持時間を示すとは限らない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、保持時間を計算して、計算した保持時間を用いて異性体アサインメントを行い、ミスアサインメントを防止するものである。
【００１３】
そのために本発明は、複数の同一質量数の異性体をもつ化合物を定量分析する質量分析システムであって、化合物を時間的に分離するクロマトグラフィと、特定イオンを選択して該クロマトグラフィにより時間的に分離したＳＩＭクロマトグラムを測定する質量分析計と、前記測定ＳＩＭクロマトグラムに基づきない美標準化合物を用いて保持時間を補正する補正曲線を求め、該補正曲線から定量化合物の各異性体の計算保持時間を求め異性体ピークをアサインし定量計算を行うデータ処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記データ処理手段は、内部標準化合物として添加された化合物のＳＩＭクロマトグラムに基づき基準保持時間を求めることを特徴とし、さらに、データを出力する出力手段を備え、前記データ処理手段は、前記測定ＳＩＭクロマトグラムと前記各異性体の計算保持時間のクロマトグラムパターンを、前記測定ＳＩＭクロマトグラムの各ピークにアサイメントの情報を付加して前記出力手段より出力することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る質量分析システムの実施の形態を示す図、図２は補正曲線およびＳＩＭクロマトグラムの例を示す図である。図中、１はクロマトグラフィ、２は質量分析計、３は分析処理制御装置、４はデータ記憶装置、５は出力装置、１１は分析制御部、１２は保持時間テーブル、１３は補正曲線計算部、１４は保持時間計算部、１５はアサイン処理部、１６は定量計算処理部を示す。
【００１６】
図１において、クロマトグラフィ１は、数十ｍ（例えば６０ｍ）の長さを有する分析カラムを用いて定量化合物の異性体を時間的に分離する、例えばガスクロマトグラフィ（ＧＣ）であり、質量分析計２は、クロマトグラフィ１により時間的に分離された定量化合物から特定の質量のイオンの時間的な変化を捉えたマスクロマトグラム、つまりＳＩＭクロマトグラムを測定するものである。分析処理制御装置３は、クロマトグラフィ１および質量分析計２を制御し、質量分析計２により測定された各種の定量化合物のＳＩＭクロマトグラムを処理してピークのアサイン、定量計算などを行うコンピュータであり、例えば分析制御部１１、保持時間テーブル１２、補正曲線計算部１３、保持時間計算部１４、アサイン処理部１５、定量計算処理部１６などからなる。データ記憶装置４は、質量分析計２により測定されたＳＩＭクロマトグラムや分析処理制御装置３で処理された各種データを記憶する外部記憶装置であり、出力装置５は、それらのデータを出力するディスプレイやプリンタなどである。
【００１７】
また、分析制御部１１は、クロマトグラフィ１および質量分析計２を制御し、質量分析計２により測定された各種化合物のＳＩＭクロマトグラムを取り込むものである。保持時間テーブル１２は、内部標準化合物（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）のＳＩＭクロマトグラムの基準保持時間、分析対象となる各種化合物（定量化合物）のＳＩＭクロマトグラムの保持時間を有するテーブルである。補正曲線計算部１３は、質量分析計２により測定された内部標準化合物のＳＩＭクロマトグラムの測定保持時間から保持時間テーブル１２の基準保持時間を参照することにより、各種定量化合物ＱＮＴ−Ａ、ＱＮＴ−Ｂの保持時間を求めるための補正曲線Ｔ＝（１＋ａ）Ｔ０  ＋ｂを計算するものであり、例えば図２に示すように内部標準化合物ＩＳ−Ａ、ＩＳ−Ｂについて縦軸Ｔ０  を保持時間テーブル１２の基準保持時間とし、横軸Ｔをこれに対応する測定保持時間とする。保持時間計算部１４は、補正曲線計算部１３の補正曲線に基づき定量化合物のＳＩＭクロマトグラムに現れる各異性体ピークの保持時間を補正するものであり、定量化合物の各異性体の計算保持時間を求める。アサイン処理部１５は、定量化合物の測定ＳＩＭクロマトグラムのピークを検出し、計算保持時間とその許容範囲により保持時間ウインドウを設定して、図２に示すように保持時間ウインドウに存在するピークで計算保持時間に最も近いピークを異性体にアサインするものである。定量計算処理部１６は、アサインした結果に基づき例えばダイオキシン異性体のピークのみを取り出し、取り出した異性体のピークを用いて濃度を計算することにより、定量計算を行うものである。
【００１８】
次に、全体の処理の流れを説明する。図３は本発明に係る質量分析システムによる定量分析処理の流れを説明するための図、図４は測定ＳＩＭクロマトグラムとＳＩＭクロマトグラムのパターンを示すバーの表示例を示す図、図５は図４の表示画面のプリント出力例を示す図である。
【００１９】
定量分析処理では、図３に示すようにまず、内部標準化合物ＩＳ−Ａ、ＩＳ−Ｂと定量化合物ＱＮＴ−Ａ、ＱＮＴ−ＢのＳＩＭクロマトグラムを測定し（ステップＳ１１）、内部標準化合物ＩＳ−Ａ、ＩＳ−ＢのＳＩＭクロマトグラムの測定保持時間を求めて（ステップＳ１２）、補正曲線Ｔ＝（１＋ａ）Ｔ０  ＋ｂを計算する（ステップＳ１３）。次に、補正曲線から定量化合物ＱＮＴ−Ａ、ＱＮＴ−Ｂの計算保持時間を求め（ステップＳ１４）、この計算保持時間から、測定した未知サンプルの定量化合物の異性体ピークをアサインする（ステップＳ１５）。アサインしたピークがダイオキシンの異性体に対応するので、図４に示すようにアサインしたピークと他のピークを色その他の表示態様の違いにより識別して表示し（ステップＳ１６）、アサインしたピークの強度（面積値）を用いて濃度を計算することによって定量計算を行う（ステップＳ１７）。
【００２０】
基準となる保持時間は、不純物の少ない濃度の高いサンプル（内部標準化合物）のＳＩＭクロマトグラムから予め求めておかなければならない。補正曲線は、計算保持時間を求めるものであり、保持時間のずれが小さい場合、図２に示すように一次式補正でよく近似できることが判った。
【００２１】
補正曲線の計算は、内部標準化合物のＳＩＭクロマトグラムのピークから求めるが、一次式の場合、少なくとも２本のピークが必要である。ダイオキシンでは、分析操作の効率化のため、図２に示すようにＱＮＴ−Ａ、ＱＮＴ−Ｂなど複数化合物を１回のインジェクションで測定するので、２本以上の内部標準化合物ＩＳ−Ａ、ＩＳ−Ｂの異性体ピークが存在する。内部標準化合物は、添加したものであるのでかならず存在し、ある程度の強度をもち、しかも内部標準化合物のピークは、本数が少ないため、異性体アサインメントは容易に行うことができる。例えば強いピークから保持時間順にアサインする方法がある。補正曲線Ｔ＝（１＋ａ）Ｔ０  ＋ｂの係数ａ、ｂは、内部標準化合物の測定保持時間と基準保持時間から最小二乗法によって計算する。
【００２２】
補正曲線が求まると、定量化合物の保持時間が計算でき、その計算値と許容時間から保持時間の範囲が計算できるので、その範囲のピークを対応する異性体としてアサインすることにより、定量化合物のピークアサインメントを行うことができる。このとき、範囲の中に複数のピークがある場合には次のような方法がある。１つは、強度の一番強いピークを選択する方法であり、もう１つは、計算値に一番近いピークを選択する方法である。ダイオキシンの場合、計算値に一番近いピークを選択する方法が良好であった。検証は、保持時間の計算値と実測値との差を用いてアサインメントが正しいかどうか判定できる。差の値が大きいものは、ミスアサインメントの可能性がある。
【００２３】
測定ＳＩＭクロマトグラムのピークと異性体との対応を明確にするには、図４に示すように典型的なＳＩＭクロマトグラムのパターンを測定ＳＩＭクロマトグラムと一緒に画面に表示することもきわめて有効である。図４に示す表示例において、上段の表示が測定ＳＩＭクロマトグラム、中段の表示がＳＩＭクロマトグラムのパターンおよび計算保持時間を示すバークロマトグラム、そして、下段の表示が内部標準化合物のＳＩＭクロマトグラムであり、その画面のプリント出力例を示したのが図５である。ここで、上段のＳＩＭクロマトグラムと中段のバー表示を比較することにより、例えば図５の×印のピークがＴ４ＣＤＦの異性体のピークに対応しないことが明確に判る。これらのピークの中には、レシオチェックがＯＫのものもあり、レシオチェックのみの判定では不十分なことを示す。
【００２４】
クロマトグラムのパターンを表示するバーは、縦軸の強度及び横軸の保持時間として、文献値あるいは測定値に基づき設定することができる。また、マニュアル操作で一次式による横軸の移動、縮小、拡大を行うことができるので、測定ＳＩＭクロマトグラムのピークとクロマトグラムのパターンとを必要に応じて合わせることができる。これは、自動で行った異性体アサインメントが正しく行われなかった場合や、基準保持時間を求めるときに役立つ。
【００２５】
上記のようにユーザインターフェースとして、クロマトグラムのパターンのバー表示を用いるので、例えば図４に示す画面でバーの１つを選択して、Ｄｒａｇ＆Ｄｒａｇによって、測定ＳＩＭクロマトグラムのピークに異性体をアサインすることができる。このような工夫により測定ＳＩＭクロマトグラムのピークの異性体アサインメントが容易にできる。
【００２６】
図４に示した測定ＳＩＭクロマトグラムのピークは、例えば次のように色分け表示される。
青色：ＲｅｔｉｏＣｈｅｃｋ＝ＮｏｔＯＫ  Ｉｓｏｍｅｒ＝ＮｏｔＡｓｓｉｇｎｅｄ
水色：ＲｅｔｉｏＣｈｅｃｋ＝ＯＫ          Ｉｓｏｍｅｒ＝ＮｏｔＡｓｓｉｇｎｅｄ
黄色：ＲｅｔｉｏＣｈｅｃｋ＝ＮｏｔＯＫ  Ｉｓｏｍｅｒ＝Ａｓｓｉｇｎｅｄ
緑色：ＲｅｔｉｏＣｈｅｃｋ＝ＯＫ          Ｉｓｏｍｅｒ＝Ａｓｓｉｇｎｅｄ
これによって、ピークのレシオチェック、異性体アサインメントの情報が一目瞭然となる。
【００２７】
図４に示す表示では、内部標準化合物として１３Ｃの化合物のＳＩＭクロマトグラムも一緒に表示しているが、１３Ｃの化合物には、重要な異性体しか入っていない。それが２３７８異性体である。１３Ｃと１２Ｃとで保持時間はほとんど同じと考えてよい。したがって、１３Ｃの２３７８のピーク保持時間に対応する定量化合物のピークが２３７８異性体でありアサインの検証ができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば実施の形態では、ダイオキシンを対象として説明したが、ダイオキシン以外にも、同じような複数の異性体を持つ化合物、例えばＰＣＢ分析など、通常の内部標準法を用いた分析に利用できる。また、補正曲線は、一次式を用いたが、多項式、スプライン関数などを使用してもよい。さらに、内部標準化合物のピークがないとき、つまり、内部標準法を用いないとき、保持時間補正のために特別な化合物を添加してもよい。クロマトグラムパターンとしてバー形式で表示しているが、連続データとして表示してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、同じインジェクションで測定した内部標準化合物のピークの保持時間から補正曲線を求め、この補正曲線を用いて定量化合物のピークの保持時間を補正するので、サンプルの汚れや経時変化、カラムの一部切断による保持時間のずれによる定量化合物のピークのミスアサインメントを防ぐことができる。しかも、内部標準化合物は、ピークの本数が少なく常にある程度の強度をもつため、アサイメントを容易、かつ確実に行うことができ、補正曲線から求めた計算保持時間を用いてアサインメントの自動化を行うことができる。さらに、計算保持時間と測定保持時間に基づくクロマトグラムを併せて表示することにより、分析結果の検証を行うことができる。併せて典型的なクロマトグラムのパターンを表示することにより、分析者にとって、ピークの保持時間の対応、ピークパターンの対応を判りやすく、定量化合物の異性体を正しくアサインすることができ、爽雑物によるピークの誤認を防ぐことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る質量分析システムの実施の形態を示す図である。
【図２】補正曲線およびＳＩＭクロマトグラムの例を示す図である。
【図３】本発明に係る質量分析システムによる定量分析処理の流れを説明するための図である。
【図４】測定ＳＩＭクロマトグラムとＳＩＭクロマトグラムのパターンを示すバーの表示例を示す図である。
【図５】図４の表示画面のプリント出力例を示す図である。
【図６】ダイオキシン化合物の定量分析の流れを説明するための図である。
【図７】ダイオキシン類の１つの化合物Ｔ４ＣＤＦのＳＩＭクロマトグラムの例を示す図である。
【符号の説明】
１…クロマトグラフィ、２…質量分析計、３…分析処理制御装置、４…データ記憶装置、５…出力装置、１１…分析制御部、１２…保持時間テーブル、１３…補正曲線計算部、１４…保持時間計算部、１５…アサイン処理部、１６…定量計算処理部
【図１】
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【図２】
0003600731.tif 000003
【図３】
0003600731.tif 000004
【図４】
0003600731.tif 000005
【図５】
0003600731.tif 000006
【図６】
0003600731.tif 000007
【図７】
0003600731.tif 000008