(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質を分析して信号強度を取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての信号強度、ＳＮ比、又は繰り返し分析時の相対標準偏差のいずれかを推算し、それらの値のいずれかを利用して前記目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質及びブランク試料をそれぞれ分析して信号強度を取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての検量線を作成する検量線作成部と、
d)前記分析制御部による制御の下で得られたブランク試料についての実測信号強度値と前記検量線作成部により得られた目的物質についての検量線とを利用して、該目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項３】
試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質を分析して信号強度を取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての検量線を作成する検量線作成部と、
d)前記検量線作成部により得られた目的物質についての検量線の傾きと該検量線から計算される該検量線の残差の標準偏差とに基づいて、該目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項４】
試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質を分析して信号強度を取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての検量線を作成する検量線作成部と、
d)前記検量線作成部により得られた目的物質についての検量線の傾きと該検量線から求まるｙ切片の残差の標準偏差とに基づいて、該目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項５】
試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質を分析して信号強度を取得するように当該装置を制御するとともに、前記基準物質の分析時又はそれとは異なる時点で当該装置のノイズレベルを取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての検量線を作成する検量線作成部と、
d)前記分析制御部による制御の下で得られた実測ノイズレベルと前記検量線作成部により得られた目的物質についての検量線とを利用して、該目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項６】
試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)基準物質の濃度と繰り返し分析時の相対標準偏差との関係を示す回帰式を記憶しておく回帰式記憶部と、
c)前記回帰式記憶部に記憶されている回帰式に基づいて所定の濃度の基準物質に対応する繰り返し分析時の相対標準偏差を求めるとともに、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されているレスポンスファクタを用いて、その基準物質の繰り返し分析時の相対標準偏差から目的物質の繰り返し分析時の相対標準偏差が所定の値以下になる該目的物質の相対標準偏差を求めることで該目的物質の分析限界値を推算する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の試料分析装置であって、
前記レスポンスファクタ記憶部には、各種の物質について、複数の既知の濃度の当該物質と複数の既知の濃度の基準物質との組合せにおけるレスポンスファクタが格納されており、
前記分析限界値推算部は、実測された基準物質の濃度に最も近い既知の濃度の基準物質を用いたレスポンスファクタを利用して目的物質の分析限界値を算出したあと、その分析限界値に最も近い既知の濃度の目的物質と前記実測された基準物質の濃度に最も近い既知の濃度の基準物質とを用いたレスポンスファクタを利用して目的物質の分析限界値を再計算することを特徴とする試料分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載の試料分析装置であって、
前記分析限界値推算部において分析限界値を算出する際に用いられる目的物質についての信号強度、ＳＮ比、又は繰り返し分析時の相対標準偏差のいずれかを所定の閾値と比較し、それらいずれかの値が所定の閾値以上であること、又は所定の閾値以下であることを判定し、その判定結果を報知する判定報知部、をさらに備えることを特徴とする試料分析装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の試料分析装置であって、
前記分析限界値推算部は、予め設定されたレスポンスファクタのズレ幅に対応した分析限界値の変動幅を算出することを特徴とする試料分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、液体クロマトグラフ（ＬＣ）、蛍光Ｘ線分析装置など、試料中の化合物や元素を分析する各種の試料分析装置に関し、さらに詳しくは、検出限界や定量下限などを計算しその計算結果をユーザに提示する機能を有する試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置を始めとする様々な試料分析装置を用いて試料を分析する場合、検出限界（Limit Of Detection＝ＬＯＤ）や定量下限（Limit Of Quantitation＝ＬＯＱ）を把握しておくことは測定の信頼性を確保するうえで非常に重要である。
例えば非特許文献１には、目的化合物の種類やそのほかの必要なパラメータを操作者が入力すると、目的化合物についての検出限界や定量下限を計算して表示するガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ−ＭＳ）が開示されている。こうした試料分析装置において目的化合物についての検出限界や定量下限を算出する方法として、次のような幾つかの方法が従来知られている（非特許文献１〜４参照）。【０００３】
［方法Ａ］
想定される検出限界の３〜５倍程度の濃度の目的化合物を含む標準試料を複数調製し、試料分析装置で該複数の標準試料をそれぞれ分析して、複数の信号強度値（クロマトグラフ分析の場合にはピークの高さ値又はピーク面積値）を取得する。その複数の信号強度値を利用して次の(1)式により、目的化合物についての検出限界値ＰLODを算出する。
ＰLOD＝（σ／Ｓav）×Ｃ×ｔ（ｎ−１，α）    …(1)
ここで、σ及びＳavは複数の信号強度値における標準偏差及び平均値つまりσ／Ｓavは繰り返し分析の再現性を表す相対標準偏差（ＲＳＤ）、Ｃは標準試料の濃度である。また、ｔ（ｎ−１，α）は、自由度（ここでは分析回数）ｎ−１及び１００×（１−α）％の信頼区間（αは適宜に定めた母集団標準偏差であり例えば０．０５）の下でのｔ検定の値である。【０００４】
また、目的化合物についての定量下限値ＰLOQは上記検出限界値ＰLODを用いて次の(2)式により算出される。
ＰLOQ＝β×ＰLOD    …(2)
ここでβは経験的に決まる適宜の係数であり、一般には３以上（通常、３〜３．３程度）の値である。【０００５】
［方法Ｂ］
この方法Ｂでは、外部標準法又は内部標準法により作成される目的化合物の検量線を利用して目的化合物についての検出限界及び定量下限を算出する。
即ち、まず、目的化合物の含有濃度が相違する複数の標準試料を用意し、外部標準法又は内部標準法による分析を実行して検量線を作成する。そして、目的化合物の濃度がゼロである試料（ブランク試料）を試料分析装置により複数回分析して得られた信号強度値（以下「ブランク信号値」という）、及びそのブランク信号値の標準偏差から、次の(3)式及び(4)式により、目的化合物についての検出限界値ＰLOD及び定量下限値ＰLOQを算出する。
ＰLOD＝ｆ（Ｓ0＋ＳB×γ）    …(3)
ＰLOQ＝ｆ（Ｓ0＋ＳB×δ）    …(4)
ここで、ｆ（Ｓ）は信号強度値Ｓに対する濃度値の関数、つまり目的化合物の検量線である。また、Ｓ0はブランク信号値の平均値、ＳBはブランク信号値の標準偏差、γは通常３〜３．３程度に定められる係数、δは通常１０程度（γの３倍程度）に定められる係数である。
なお、ブランク信号値の標準偏差を、検量線の残差の標準偏差、検量線のｙ切片の残差標準偏差、或いはノイズレベルなどに置き換える方法もある。【０００６】
［方法Ｃ］
目的化合物を含む標準試料の希釈系列を調製し、これをそれぞれ試料分析装置で分析して信号強度値を取得する。そして、取得した信号のＳＮ比が所定の閾値以上となる、又は、相対標準偏差が所定の閾値以下となる最低の濃度を検出限界値ＰLODと定める。なお、ブランク試料を実測することで得られたノイズの値をＮとし、希釈系列を調製することなく、特定の濃度の標準試料を実測することで得られた信号強度値に基づきＳＮ比が所定の閾値になる濃度を計算によって求め、これを検出限界値ＰLODとする方法もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「QA/QC操作について  Q：メソッドの検出限界(MDL)，検出限界(DL)，定量限界(QL)を計算したい（お問い合わせ番号0906）」、［online］、株式会社島津製作所、［2016年12月20日検索］、インターネット＜URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/gcms/support/faq/gcmssol/faq9.htm#0906＞
【非特許文献２】「質量分析におけるシグナル、ノイズ、および検出限界」、［online］、アジレント・テクノロジーズ（Agilent Technologies）社、［2016年12月20日検索］、インターネット＜URL: http://www.chem-agilent.com/pdf/low_5990-7651JAJP.pdf＞
【非特許文献３】「イオンクロマトグラフ  Ｑ＆Ａ その４  検出限界、定量下限値の求め方」、日本ダイオネクス株式会社、ダイオネクス・テクニカル・レビュー（DIONEX TECHNICAL REVIEW）  TR015YS-0083
【非特許文献４】上本道久、「検出限界と定量下限の考え方」、日本分析化学会、ぶんせき、2010年、5号、pp.217-221
【非特許文献５】土橋均、「「GC/MS法薬毒物データベース」を利用した血清中向精神薬の自動同定と半定量分析」、［onlione］、株式会社島津製作所、［2016年12月20日検索］、インターネット＜URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/gcms/support/lib/pdf/c146-0279.pdf ＞
【非特許文献６】P. R. Bevington（ベビントン）、ほか１名、「データ・リダクション・アンド・エラー・アナリシス・フォー・ザ・フィジカル・サイエンシズ（Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences）」、［onlione］、米国コーネル大学、［2016年12月20日検索］、インターネット＜URL: http://astro.cornell.edu/academics/courses/astro3310/Books/Bevington_opt.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記方法Ａや方法Ｃでは、検出下限等を算出するために、目的化合物毎に標準試料を調製して分析する必要がある。そのため、目的化合物の種類が多いと、作業が非常に煩雑になる。また、汚染や経時劣化によって試料分析装置の状態は経時的に変化するため、検出限界や定量下限は定期的に確認する必要があるが、上記のような煩雑な作業を定期的に実施することになると大変に大きな手間が掛かる。さらにまた、化合物の種類によっては標準品が高価であるため、上記作業には多大なコストが掛かることもある。【０００９】
一方、方法Ｂでも、目的化合物毎に検量線を作成しておく必要があるため、目的化合物毎に標準試料を複数の濃度で調製しなければならない。そのため、目的化合物の種類が多いと、作業が煩雑である、コストが掛かる、といった問題は上記方法Ａや方法Ｃと同様である。【００１０】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的は、目的化合物について煩雑で手間の掛かる分析を行うことなく、様々な化合物についての検出限界や定量下限などの分析限界を簡易的に求めることができる試料分析装置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成された本発明に係る第１の態様の試料分析装置は、試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質を分析して信号強度を取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての信号強度、ＳＮ比、又は繰り返し分析時の相対標準偏差のいずれかを推算し、それらの値のいずれかを利用して前記目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴としている。【００１２】
また上記課題を解決するために成された本発明に係る第２の態様の試料分析装置は、試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)前記基準物質及びブランク試料をそれぞれ分析して信号強度を取得するように当該装置を制御する分析制御部と、
c)前記分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、該目的物質についての検量線を作成する検量線作成部と、
d)前記分析制御部による制御の下で得られたブランク試料についての実測信号強度値と前記検量線作成部により得られた目的物質についての検量線とを利用して、該目的物質の分析限界値を算出する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴としている。【００１３】
また上記課題を解決するために成された本発明に係る第３の態様の試料分析装置は、試料に含まれる各種物質についての分析を実行する試料分析装置であって、
a)各種の物質について、一種類以上の濃度の当該物質と同じ又は異なる濃度の基準物質との組合せにおける信号強度比であるレスポンスファクタが格納されているレスポンスファクタ記憶部と、
b)基準物質の濃度と繰り返し分析時の相対標準偏差との関係を示す回帰式を記憶しておく回帰式記憶部と、
c)前記回帰式記憶部に記憶されている回帰式に基づいて所定の濃度の基準物質に対応する繰り返し分析時の相対標準偏差を求めるとともに、前記レスポンスファクタ記憶部に格納されているレスポンスファクタを用いて、その基準物質の繰り返し分析時の相対標準偏差から目的物質の繰り返し分析時の相対標準偏差が所定の値以下になる該目的物質の相対標準偏差を求めることで該目的物質の分析限界値を推算する分析限界値推算部と、
を備えることを特徴としている。【００１４】
本発明に係る第１乃至第３の態様の試料分析装置は、試料に含まれる物質、つまりは化合物や元素の定量分析を行う装置であればその分析手法を問わない。具体的には例えば、質量分析装置、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、液体クロマトグラフ（ＬＣ）、分光測定装置、蛍光Ｘ線分析装置などとすることができる。【００１５】
本発明に係る第１乃至第３の態様の試料分析装置はいずれもレスポンスファクタ記憶部を備える。例えば非特許文献５等に記載されているように、レスポンスファクタはクロマトグラフ分析等の分野において概略の定量値（半定量値）を算出する際などに利用されているパラメータである。本発明に係る第１乃至第３の態様の試料分析装置では、分析限界値を求める対象である目的物質についてのレスポンスファクタを利用し、最終的に目的物質の概略的な分析限界値を算出する。【００１６】
本発明に係る第１の態様の試料分析装置では、分析制御部による制御の下で所定濃度の基準物質を複数回分析し、その基準物質について実測の信号強度値を複数取得する。分析限界値推算部は例えば、その基準物質についての複数の実測信号強度値から該基準物質の相対標準偏差を求め、該相対標準偏差とレスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタ、つまりは目的物質と基準物質との信号強度比、とに基づいて、実測していない目的物質についての相対標準偏差を推算する。そのあと、上記方法Ａに基づいて目的物質の分析限界値を算出する。【００１７】
また分析限界値推算部は例えば、その基準物質についての複数の実測信号強度値と実測のノイズ強度値、そしてレスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタ、とに基づいて、実測していない目的物質についての所定濃度におけるＳＮ比を推算する。そのあと、上記方法Ｃに基づいて目的物質の分析限界値を算出するようにしてもよい。【００１８】
本発明に係る第２の態様の試料分析装置では、検量線作成部が、分析制御部による制御の下で得られた基準物質についての実測信号強度値と、レスポンスファクタ記憶部に格納されている目的物質についてのレスポンスファクタとに基づいて、目的物質についての推測される内部標準法による検量線を作成しておく。そして、分析制御部による制御の下でブランク試料を複数回測定することで実測信号強度値が得られると、分析限界値推算部は、その実測信号強度値とそれから求まる標準偏差、さらには上記の目的物質についての推測される検量線を利用して、上記方法Ｂにより目的物質の分析限界値を算出する。【００１９】
また、非特許文献３にも記載されているように、検量線の残差の分散はブランク測定の分散とみなすことができるから、ブランク信号値の標準偏差に代えて検量線の残差の標準偏差を用いることができる。この場合には、分析限界値推算部は、検量線作成部により得られた目的物質についての検量線の傾きと該検量線から計算される該検量線の残差の標準偏差とに基づいて、該目的物質の分析限界値を算出することができる。【００２０】
また、多くの場合、ブランク信号値は検量線のｙ切片の値に相当する。したがって、分析限界値推算部は、検量線作成部により得られた目的物質についての検量線の傾きと該検量線から求まるｙ切片の残差の標準偏差とに基づいて、該目的物質の分析限界値を算出する構成とすることもできる。
これら構成では、ブランク試料の測定が不要である。【００２１】
さらにまた、多くの場合、例えば基準物質の測定の際に該基準物質が存在していない領域におけるノイズレベルをブランク信号値としても構わない。したがって、分析限界値推算部は、分析制御部による制御の下で得られた実測ノイズレベルと検量線作成部により得られた目的物質についての検量線とを利用して、該目的物質の分析限界値を算出するようにしてもよい。この場合、ノイズレベルは基準物質の分析時に得られたものでもそれとは異なる時点で得られたものでもよい。【００２２】
一方、本発明に係る第３の態様の試料分析装置では、第１、第２の態様の試料分析装置とは異なり基準物質についての実測を行わず、その代わりに、基準物質の濃度と繰り返し分析時の相対標準偏差との関係を示す回帰式を回帰式記憶部に記憶しておく。分析限界値推算部は、回帰式記憶部に記憶されている回帰式に基づいて所定の濃度の基準物質に対応する繰り返し分析時の相対標準偏差を求める。そして、レスポンスファクタ記憶部に格納されているレスポンスファクタを用い、基準物質の繰り返し分析時の相対標準偏差から目的物質の繰り返し分析時の相対標準偏差が所定の値以下になる該目的物質の相対標準偏差を算出することにより、目的物質の分析限界値を推算する。【００２３】
以上のように本発明に係る第１乃至第３の態様の試料分析装置のいずれにおいても、目的物質について複数回の分析を実施することなく、その目的物質についての検出限界や定量下限などの分析限界を簡易的に求めることができる。【００２４】
本発明に係る第１及び第２の態様の試料分析装置において、好ましくは、
前記レスポンスファクタ記憶部には、各種の物質について、複数の既知の濃度の当該物質と複数の既知の濃度の基準物質との組合せにおけるレスポンスファクタが格納されており、
前記分析限界値推算部は、実測された基準物質の濃度に最も近い既知の濃度の基準物質を用いたレスポンスファクタを利用して目的物質の分析限界値を算出したあと、その分析限界値に最も近い既知の濃度の目的物質と前記実測された基準物質の濃度に最も近い既知の濃度の基準物質とを用いたレスポンスファクタを利用して目的物質の分析限界値を再計算する構成とするとよい。【００２５】
レスポンスファクタは基準物質の濃度と目的物質の濃度との組合せが相違すると大きく異なる場合があるが、上記構成によれば、より実際の濃度に近い組合せで目的物質の分析限界値が再計算されるので、再計算を行わない場合に比べて分析限界値の精度を高めることができる。【００２６】
また本発明に係る第１の態様の試料分析装置において、好ましくは、
前記分析限界値推算部において分析限界値を算出する際に用いられる目的物質についての信号強度、ＳＮ比、又は繰り返し分析時の相対標準偏差のいずれかを所定の閾値と比較し、それらいずれかの値が第１の閾値以上であること、及び／又は第２の閾値以下であることを判定し、その判定結果を報知する判定報知部、をさらに備える構成とするとよい。【００２７】
第１の閾値及び第２の閾値はそれぞれ本装置の製造メーカが予め適宜に定めておけばよく、具体的には、基準物質の実測信号強度値等から目的物質の信号強度値等へのレスポンスファクタを用いた推算の精度が一般的に要求される精度を満たさなくなるような、つまりは誤差が大きくなり過ぎるような閾値を実験的に調べて定めておくことが望ましい。この構成によれば、本発明に係る試料分析装置に搭載されている分析限界値の簡易的な算出機能では十分な精度で分析限界値が得られないことを、判定報知部によりユーザに的確に知らせることができる。【００２８】
また本発明に係る第１乃至第３の態様の試料分析装置において、
前記分析限界値推算部は、予め設定されたレスポンスファクタのズレ幅に対応した分析限界値の変動幅を算出する構成としてもよい。
上記レスポンスファクタのズレ幅はユーザが適宜に設定できるようにするとよい。【００２９】
レスポンスファクタ記憶部に格納されているレスポンスファクタと実際のレスポンスファクタとには装置毎の機差や装置の状態の相違（例えば設置環境の相違）などに起因するズレが生じている可能性があるが、上記構成によれば、そうしたレスポンスファクタのズレを反映した分析限界値の変動幅をユーザに知らせることができる。それにより、ユーザは実際の装置における分析限界値の状況をより的確に把握することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る試料分析装置によれば、目的化合物についての実際の分析を行うことなく、様々な目的化合物についての検出限界や定量下限などの分析限界を簡易的に算出してユーザに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施例によるＧＣ−ＭＳの要部の構成図。
【図２】第１実施例のＧＣ−ＭＳにおける分析限界値推算処理の一例を示すフローチャート。
【図３】レスポンスファクタを説明するための概念図。
【図４】本発明の第２実施例によるＧＣ−ＭＳの要部の構成図。
【図５】本発明の第３実施例によるＧＣ−ＭＳの要部の構成図。
【図６】濃度と相対標準偏差との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［第１実施例］
以下、本発明に係る試料分析装置の一実施例であるガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ−ＭＳ）について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施例のＧＣ−ＭＳの要部の構成図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施例のＧＣ−ＭＳは、測定部１、データ処理部２、分析制御部３、中央制御部４、入力部５及び表示部６を備える。
測定部１はガスクロマトグラフ（ＧＣ）部１１と質量分析（ＭＳ）部１２と、を含む。図示しないが、ＧＣ部１１は、試料に含まれる化合物を時間的に分離するカラム、該カラムの入口端に設けられ、液体試料を気化させてキャリアガスに乗せてカラムへ送り込む試料気化室、所定量の液体試料を試料気化室に導入するインジェクタ、カラムを温調するカラムオーブン、などを含む。一方、ＭＳ部１２は、ＧＣ部１１のカラムを通過して来た試料ガスに含まれる化合物をイオン化するイオン化部、生成されたイオンを質量電荷比m/zに応じて分離する四重極マスフィルタ等の質量分離器、質量電荷比に応じて分離されたイオンを検出するイオン検出器、などを含む。ＭＳ部１２のイオン検出器で得られた検出信号がデータ処理部２に入力される。
【００３４】
データ処理部２は機能ブロックとして、入力された検出データをデジタル化して格納するデータ格納部２１、レスポンスファクタ記憶部２２、信号強度計算部２３、相対標準偏差計算部２４、分析限界値推算部２５、定量演算部２６などを含む。分析制御部３は主として測定部１におけるＧＣ／ＭＳ分析の動作を制御する機能を有する。中央制御部４は、分析制御部３を介して測定部１の動作とデータ処理部２における処理動作とを統括的に制御する機能を有する。また、入力部５及び表示部６はユーザインターフェイスである。
なお、分析制御部３の機能の少なくとも一部と、データ処理部２、及び中央制御部４は汎用のパーソナルコンピュータにより構成することができる。そして、パーソナルコンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウェアを該コンピュータ上で実行することにより、上記各機能ブロックの機能が実現されるものとすることができる。
【００３５】
本実施例のＧＣ−ＭＳにおける定量分析時の動作を概略的に説明する。
測定部１においてＧＣ部１１は、試料に含まれる各種化合物を時間方向に分離し、その分離された化合物が含まれる試料ガスをＭＳ部１２へ送る。特定の一又は複数の化合物についての定量を行う場合、ＭＳ部１２は、その対象の化合物に対応付けられている質量電荷比を有するイオンを選択的に検出する選択イオンモニタリング（ＳＩＭ）測定を実施するように制御される。こうしたＧＣ／ＭＳ分析により得られたデータがデータ格納部２１に格納される。定量演算部２６は、データ格納部２１に格納されたデータを用いて定量対象である化合物に対応するマスクロマトグラム（抽出イオンクロマトグラム）を作成し、該クロマトグラム上でピークを検出してそのピーク面積を求め、予め作成してある検量線を参照して濃度を算出する。
【００３６】
本実施例のＧＣ−ＭＳにおいてレスポンスファクタ記憶部２２は、様々な化合物について、或る濃度の化合物と或る濃度の基準化合物との信号強度の比であるレスポンスファクタが、各化合物の名称、分子式、質量電荷比値、濃度等の情報に対応付けて格納された、一種のデータベースである。図３はレスポンスファクタを説明するための概念図であり、ＧＣ／ＭＳ分析により作成されるトータルイオンクロマトグラム（ＴＩＣ）又は各化合物に対応する抽出イオンクロマトグラムを合成したクロマトグラムである。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、保持時間ｔ1に所定濃度Ｃ1の目的化合物のピークが観測され、保持時間ｔ2に所定濃度Ｃ2の基準化合物のピークが観測されるとき、それぞれのピークの面積値を信号強度値として信号強度比をその目的化合物のレスポンスファクタとして定義する。いま、濃度が未知の目的化合物と所定濃度Ｃ2の基準化合物を含む別の試料をＧＣ／ＭＳ分析した結果、図３（ｂ）に示すようなクロマトグラムが得られたものとする。このとき、装置の検出感度の相違等により、基準化合物の信号強度値は図３（ａ）と同じになるとは限らないが、レスポンスファクタは同一であるとみなせるから、濃度がＣ1である目的化合物のピークはレスポンスファクタから求まる点線で示すものになる筈である。そこで、この点線で示すピークの面積値と保持時間ｔ1におけるピークの実測の面積値との比を利用して濃度Ｃ1から目的化合物の未知の濃度を推算することができる。このようにして、従来一般的に、レスポンスファクタはおおまかな定量（半定量）に利用されている。
【００３８】
なお、或る１種類の目的化合物のレスポンスファクタは、目的化合物の１種類の濃度及び基準化合物の１種類の濃度の組合せに対する一つのみであってもよいが、好ましくは、目的化合物と基準化合物とについての異なる複数の濃度の組合せについてのレスポンスファクタがレスポンスファクタ記憶部２２に格納されているとよい。何故なら、目的化合物と基準化合物とで濃度と信号強度値との関係が相似になるとは限らないためである。
【００３９】
上記のような定量分析においては装置の検出限界や定量下限等の分析限界値を把握することが重要である。本実施例のＧＣ−ＭＳでは、レスポンスファクタ記憶部２２に格納されているレスポンスファクタを利用して、以下のような手順で目的化合物の分析限界値を推算し、オペレータに提供することができるようになっている。
図２は本実施例のＧＣ−ＭＳにおける分析限界値推算処理の一例を示すフローチャートである。
【００４０】
オペレータは、分析限界値を知りたい目的化合物の種類や実測する基準化合物の種類、濃度などの実施条件を入力部５から入力したうえで分析限界値の自動計算の実行を指示する（ステップＳ１）。
この指示を受けた中央制御部４はまず、測定部１において、予め用意された適宜の濃度Ｃxの基準化合物を含む試料についてのＧＣ／ＭＳ分析を複数回（ｎ回）実施するように分析制御部３を制御する。この分析制御部３による制御の下で、測定部１は同じ試料についてのＧＣ／ＭＳ分析をｎ回繰り返し実行する。各ＧＣ／ＭＳ分析において、ＭＳ部１２では、基準化合物に対応付けられている質量電荷比を対象とするＳＩＭ測定が繰り返し実施され、マスクロマトグラムを作成するためのデータが収集されてデータ格納部２１に格納される（ステップＳ２）。
【００４１】
信号強度計算部２３は、ＧＣ／ＭＳ分析を実施する度に得られたデータからそれぞれマスクロマトグラムを作成し、該マスクロマトグラムにおいて基準化合物に対応する保持時間に観測されるピークの面積値を実測信号強度値として算出する。ｎ回のＧＣ／ＭＳ分析の結果からｎ個の実測信号強度値が求まる（ステップＳ３）。
【００４２】
次に相対標準偏差計算部２４は、ステップＳ３で求まった基準化合物についてのｎ個の実測信号強度値から平均値と標準偏差とを求め、それら値から基準化合物の相対標準偏差RSD(A)を計算する（ステップＳ４）。
【００４３】
いま、基準化合物の濃度がＣaであるときの信号強度値をＡa、目的化合物の濃度がＣbであるときの信号強度値をＡbとする。このとき、目的化合物のレスポンスファクタRFは次の(5)式で表される。
RF＝（Ａb／Ｃb）／（Ａa／Ｃa）    …(5)
一般に、質量分析装置では測定対象であるイオンの数が１／ｘになると、相対標準偏差は√ｘ倍になることが統計的な計算により知られている（非特許文献６参照）。そのため、濃度がＣxである目的化合物の相対標準偏差RSD(B)は次の(6)式で表される。
RSD(B)＝RSD(A)／√RF    …(6)
そこで、相対標準偏差計算部２４はレスポンスファクタ記憶部２２から目的化合物のレスポンスファクタを読み出す（ステップＳ５）。濃度Ｃxの基準化合物に対する目的化合物のレスポンスファクタがあればそれが好ましいが、それがなければ、濃度Ｃxに最も近い濃度の基準化合物に対する目的化合物のレスポンスファクタを読み出せばよい。そして、上記(6)式に基づいて、基準化合物の相対標準偏差RSD(A)から目的化合物の相対標準偏差RSD(B)を算出する（ステップＳ６）。
【００４４】
上述のようにして目的化合物の相対標準偏差RSD(B)が求まったあと、分析限界値推算部２５は次のようにしてＬＯＤ値及びＬＯＱ値を算出する。
(5)式より、濃度Ｃxでの目的化合物の相対標準偏差をRSD(B)とすると、(1)式から、目的化合物についての検出限界値LOD(B)を算出する式は次の(7)式となる。
LOD(B)＝（RSD(B)／１００）×Ｃx×ｔ（ｎ−１，α）＝｛（RSD(A)／√RF）／１００｝×Ｃx×ｔ（ｎ−１，α）      …(7)
一方、(2)式から目的化合物についての定量下限値LOQ(B)を算出する式は次の(8)式となる。
LOQ(B)＝β×LOD(B)      …(8)
そこで、これら(7)式、(8)式を用いて、目的化合物の検出限界値LOD(B)及び定量下限値LOQ(B)を算出する（ステップＳ７）。これは上述した方法Ａを利用したものである。
【００４５】
分析限界値推算部２５は、上述のようにして目的化合物の検出限界値及び定量下限値が求まったならば、その結果を中央制御部４を介して表示部６の画面上に所定形式で表示する（ステップＳ８）。これにより、目的化合物の標準品等を用意することなく、オペレータは目的化合物の検出限界値及び定量下限値の概算値を知ることができる。
【００４６】
［第１実施例の変形例］
上記第１実施例のＧＣ−ＭＳにおいて、ステップＳ３にて基準化合物についての信号強度実測値を求めるとともにノイズ強度値を併せて求め、相対標準偏差の代わりにＳＮ比を計算して、これを利用して検出限界値及び定量下限値を算出してもよい。
いま、基準化合物の濃度がＣaであるときの実測信号強度値をＡa、ノイズ強度値をＮaとする。目的化合物をＧＣ／ＭＳ分析したと仮定したときのノイズ強度Ｎbを、基準化合物を含む試料の測定結果（又は別途測定したブランク試料の測定結果）に基づいて次のように推定する。濃度がＣbである目的化合物の信号強度値Ａbは、(5)式から、
Ａb＝RF×（Ａa／Ｃa）×Ｃb    …(9)
である。したがって、目的化合物のＳＮ比S/N(B)は次の(10)式で表される。即ち、目的化合物のレスポンスファクタRFを用いてＳＮ比S/N(B)を算出することができる。
S/N(B)＝Ａb／Ｎb＝｛RF×（Ａa／Ｃa）×Ｃb｝／Ｎb    …(10)
【００４７】
目的化合物についてのＳＮ比S/N(B)が適宜の閾値Ｙ以上となる最低の濃度を目的化合物の検出限界値とするとき、(10)式より、検出限界値LOD(B)は次の(11)式で表される。
S/N(B)＝｛RF×（Ａa／Ｃa）×Ｃb｝／Ｎb≧Ｙ
Ｃb≧Ｙ×Ｎb／｛RF×（Ａa／Ｃa）｝＝LOD(B)      …(11)
これにより、目的化合物の検出限界値LOD(B)を推算することができ、さらに(2)式から定量下限値を算出すればよい。
【００４８】
或いは、上述したように目的化合物についての相対標準偏差RSD(B)を算出したあと、この相対標準偏差RSD(B)が適宜の閾値Ｘ以下となる最低の濃度を目的化合物の検出限界値LOD(B)としてもよい。即ち、(6)式より、次の(12)式を満たす最低濃度が検出限界値LOD(B)として求まる。
RSD(A)／√RF≦Ｘ      …(12)
これは上述した方法Ｃを利用したものである。
【００４９】
［第２実施例］
図４は本発明に係る試料分析装置の第２実施例によるＧＣ−ＭＳの要部の構成図である。データ処理部２００の内部構成以外については第１実施例のＧＣ−ＭＳと同じであるので説明を省略する。
本実施例のＧＣ−ＭＳにおいてデータ処理部２００は機能ブロックとして、データ格納部２０１、レスポンスファクタ記憶部２０２、検量線記憶部２０３、信号強度計算部２０４、標準偏差計算部２０５、分析限界値推算部２０６、定量演算部２０７などを含む。データ格納部２０１、レスポンスファクタ記憶部２０２、定量演算部２０７は第１実施例のＧＣ−ＭＳにおけるデータ格納部２１、レスポンスファクタ記憶部２２、定量演算部２６と全く同じである。
【００５０】
この第２実施例のＧＣ−ＭＳでは、基準化合物を内部標準又は外部標準とした様々な目的化合物の内部標準法による検量線（濃度と信号強度値との関係を示す関係式又はテーブル）を予め作成し、その検量線を目的化合物の種類などの情報に対応付けて検量線記憶部２０３に格納しておく。この検量線自体は一般的な定量に利用されるものであり、それ自体は特別なものではない。
【００５１】
オペレータが、目的化合物の種類などの実施条件を入力部５から入力したうえで分析限界値の自動計算の実行を指示すると、分析制御部３の制御の下で測定部１は、基準化合物を含む試料又はブランク試料のいずれかについてのＧＣ／ＭＳ分析を実行する。いずれの試料を用いるのかは実施条件として指定すればよい。ブランク試料を用いる場合には、ＧＣ／ＭＳ分析を複数回実行し、目的化合物に対応する保持時間における信号強度値を繰り返し取得する。
【００５２】
試料としてブランク試料を用いた場合、信号強度計算部２０４はブランク試料の測定により求まった目的化合物の濃度ゼロでの複数の信号強度値から平均値を算出し、これを濃度ゼロでの信号強度値Ｓ0とする。また標準偏差計算部２０５は、ブランク試料の測定によって求まった目的化合物の濃度ゼロでの複数の信号強度値から標準偏差を算出し、これを目的化合物の濃度ゼロでの標準偏差Ｓbとする。こうして濃度ゼロでの信号強度値Ｓ0と標準偏差Ｓbとを取得する。
【００５３】
一方、試料として基準化合物を含む試料を用いた場合、信号強度計算部２０４は任意の濃度である基準化合物に対する実測信号強度値と、レスポンスファクタ記憶部２０２に格納されている目的化合物のレスポンスファクタと、検量線記憶部２０３に記憶されている目的化合物の検量線とに基づいて、目的化合物の濃度ゼロにおける信号強度値Ｓ0を求める。また標準偏差計算部２０５は、任意の濃度である基準化合物に対する実測信号強度値と、レスポンスファクタ記憶部２０２に格納されている目的化合物のレスポンスファクタと、検量線記憶部２０３に記憶されている目的化合物の検量線とに基づいて、目的化合物の濃度ゼロにおける標準偏差Ｓbを求める。
【００５４】
いま、目的化合物の検量線の傾きがａであるとすると、(3)式、(4)式から、
LOD(B)＝（Ｓ0＋Ｓb×γ）／ａ    …(13)
LOQ(B)＝（Ｓ0＋Ｓb×δ）／ａ    …(14)
となる。既に述べたように、γ、δは共に係数であり、通常、γは３〜３．３、δは１０程度である。そこで、分析限界値推算部２０６は、上述したように求めた目的化合物の濃度ゼロにおける標準偏差Ｓb及び目的化合物の濃度ゼロにおける信号強度値Ｓ0を(13)式、(14)式に適用して検出限界値LOD(B)及び定量下限値LOQ(B)を推算する。
これは上述した方法Ｂを利用したものである。
【００５５】
また、上述した方法Ｂと同様に、ブランク試料の測定により求めた濃度ゼロにおける標準偏差に代えて、目的化合物の検量線に基づいて求めた検量線の残差の標準偏差を利用しても検出限界値LOD(B)及び定量下限値LOQ(B)を推算することができる。また、濃度ゼロの信号値は検量線のｙ切片であるから、検量線が直線であれば、検量線のｙ切片の標準偏差と検量線の傾きとを利用して検出限界値LOD(B)及び定量下限値LOQ(B)を推算することもできる。これら方法では、ブランク試料の測定が不要である。さらにまた、目的化合物や他の物質が存在しないと推定される時間領域において観測されるノイズレベル自体を濃度ゼロの信号値として用いても検出限界値LOD(B)及び定量下限値LOQ(B)を推算することができる。
【００５６】
［第３実施例］
図５は本発明に係る試料分析装置の第３実施例によるＧＣ−ＭＳの要部の構成図である。データ処理部２１０の内部構成以外については第１実施例のＧＣ−ＭＳと同じであるので説明を省略する。
本実施例のＧＣ−ＭＳにおいてデータ処理部２１０は機能ブロックとして、データ格納部２１１、レスポンスファクタ記憶部２１２、濃度-相対標準偏差回帰式記憶部２１３、標準偏差取得部２１４、分析限界値推算部２１５、定量演算部２１６などを含む。データ格納部２１１、レスポンスファクタ記憶部２１２、定量演算部２１６は第１実施例のＧＣ−ＭＳにおけるデータ格納部２１、レスポンスファクタ記憶部２２、定量演算部２６と全く同じである。
【００５７】
この第３実施例のＧＣ−ＭＳでは、基準化合物の濃度Ｃaと該基準化合物の相対標準偏差RSD(A)との関係から、RSD(A)＝ｆ（Ｃa）なる回帰式を予め作成して、その式を表す情報を濃度-相対標準偏差回帰式記憶部２１３に記憶しておく。図６はこの回帰式の一例を示す図である。
【００５８】
オペレータが基準化合物の濃度を実施条件の一つとして指定すると、標準偏差取得部２１４は濃度-相対標準偏差回帰式記憶部２１３に記憶されている回帰式に基づいて、その濃度に対応した基準化合物の相対標準偏差を求める。そして、この基準化合物の相対標準偏差とレスポンスファクタ記憶部２１２から取得した目的化合物のレスポンスファクタとを用い、例えば上記第１実施例の変形例で述べた方法により、目的化合物についての検出限界、定量下限を推算する。
この第３実施例のＧＣ−ＭＳによれば、上記第１及び第２実施例とは異なり、基準化合物を含む試料やブランク試料についての実際の測定を行うことなく、すでに得られている情報、つまり回帰式及びレスポンスファクタのみを利用して分析限界値を算出することができる。
【００５９】
なお、上記各実施例のＧＣ−ＭＳにおいて、レスポンスファクタ記憶部に格納されているレスポンスファクタが、基準化合物と目的化合物のそれぞれ一種類の濃度の組合せのみに対応するものである場合には、全ての濃度域においてレスポンスファクタが一定であるとみなして処理を行えばよい。
【００６０】
また、上記第１及び第２実施例のＧＣ−ＭＳにおいて、レスポンスファクタ記憶部に格納されている、一種類以上の濃度の基準化合物と一種類以上の濃度の目的化合物との組合せに対するレスポンスファクタの中で、上述の検出限界を推算する際に用いた基準化合物の濃度値と推算された分析限界値に近い目的化合物の濃度値との組合せに最も近い条件のレスポンスファクタを探索し、レスポンスファクタを最適化する機能を持たせてもよい。即ち、実際の目的化合物の濃度に最も近いと推測される濃度に対応したレスポンスファクタを利用した定量限界値が最終的に求まるようにすると、高い精度の定量限界値を得ることができる。
【００６１】
また、上記推算処理は、基準化合物を含む試料の分析結果から目的化合物のＳＮ比や相対標準偏差を推算可能であるとの仮定の下に行われており、通常、この仮定自体に問題はない。しかしながら、例えばレスポンスファクタを考慮して算出した検出限界や定量下限における目的化合物の信号強度が極端に小さいような場合には、上記仮定が適用できない条件である可能性がある。そこで、推算された検出限界や定量下限における信号強度値が所定の閾値以下である場合（或いは所定の閾値以上である場合）には、オペレータに注意を促す警告報知を行うようにしてもよい。
【００６２】
また、通常、レスポンスファクタは装置の製造メーカにより決定されレスポンスファクタ記憶部に格納されるが、装置の器差や装置の経時的変化のために、レスポンスファクタ記憶部に格納されているレスポンスファクタと実測のレスポンスファクタとの間で無視できない程度のズレが生じる場合がある。そこで、レスポンスファクタのズレ幅をオペレータが適宜入力部５から指定し、そのズレ幅に応じて検出限界や定量下限の範囲を推算し、例えば表示する際にその範囲をエラーバーで以て示すようにしてもよい。これにより、オペレータは推算された分析限界値がどの程度の幅を持つのかを知ることができる。
【００６３】
また、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎず、上記記載以外の点について本発明の趣旨の範囲で適宜変更、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
例えば、上記実施例は本発明に係る試料分析装置をＧＣ−ＭＳに適用したものであるが、ＧＣ−ＭＳ以外の様々な分析装置に適用可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６４】
１…測定部
１１…液体クロマトグラフ（ＬＣ）部
１２…質量分析（ＭＳ）部
２、２００、２１０…データ処理部
２１、２０１、２１１…データ格納部
２２、２０２、２１２…レスポンスファクタ記憶部
２３、２０４…信号強度計算部
２４…相対標準偏差計算部
２５、２０６、２１５…分析限界値推算部
２６、２０７、２１６…定量演算部
２０３…検量線記憶部
２０５…標準偏差計算部
２１３…濃度-相対標準偏差回帰式記憶部
２１４…標準偏差取得部
３…分析制御部
４…中央制御部
５…入力部
６…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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