(57)【要約】  【課題】  マススペクトル中のバックグラウンドやノイズによるピークを除去して解析処理を行い易い良好なマススペクトルを得る。  【解決手段】  目的物質のマススペクトルに現れる全てのピークの質量数についてマスクロマトグラムを作成し（Ｓ１、Ｓ２）、目的物質の保持時間に対し所定の時間幅を設定してピーク検出を実行する（Ｓ３）。見つかった各ピークのＳ／Ｎ比を計算して判定閾値と比較し、判定閾値未満のピークはバックグラウンド／ノイズであると判断する（Ｓ４、Ｓ５）。こうしてシグナルであると判定されたピークの質量数のみを選定しマススペクトルを再び作成する（Ｓ６）。このようにしてバックグラウンドやノイズに由来するピークを的確に除去するとともに、目的物質由来のピークを誤って除去してしまうことも軽減できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物をクロマトグラフ質量分析して収集された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装置において、
a)所定の経過時間におけるマススペクトルを作成するマススペクトル作成手段と、
b)該マススペクトルに出現している各ピークについて、それぞれの質量数のマスクロマトグラムを取得するマスクロマトグラム取得手段と、
c)各マスクロマトグラムにおいて前記所定の経過時間近傍の範囲でクロマトグラムピークを検出するピーク検出手段と、
d)検出された各クロマトグラムピークのＳ／Ｎ比を計算するＳ／Ｎ比算出手段と、
e)算出されたＳ／Ｎ比を所定の閾値と比較することにより有意なクロマトグラムピークであるか否かを判断するピーク判別手段と、
f)有意と判断されたクロマトグラムピークを持つ質量数を選択して、該質量数のピークのみを含むマススペクトルを作成するマススペクトル再構成手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ質量分析用データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、超臨界クロマトグラフ等のクロマトグラフの検出器として質量分析装置を利用したクロマトグラフ質量分析装置に関し、更に詳しくは、クロマトグラフ質量分析により収集したデータを処理するためのデータ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）、液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）、或いは超臨界クロマトグラフ質量分析装置（ＳＦＣ／ＭＳ）では、クロマトグラフにより試料成分を時間軸方向に分離し、分離された各成分を質量分析部によりそれぞれイオン化して質量数に応じて分離して検出する。こうして得られたデータに基づいて、横軸を質量数（質量／電荷）、縦軸を相対強度（イオン強度）とするマススペクトルを作成することができる。理想的には、このマススペクトルには、測定対象物から生成したイオン種のピークのみが現れていることが望ましい。しかしながら、実際には様々な要因により不所望のピークが現れる。例えばＬＣ／ＭＳでは、分離カラム液相からの遊離物、試料溶媒、移動相溶媒、或いは試料に含まれる夾雑物など、測定対象物以外の化合物に由来するピークが混じることが多い。また、検出器におけるノイズによるピークが含まれることもある。
【０００３】
こうしたノイズを目的物質に由来するピークであると誤って認識してしまうと定性分析や定量分析に支障をきたすため、従来より、データ処理によってこうしたノイズ（バックグラウンドと総称される）を除去することが行われている。マススペクトルにおけるこうした不要なピークを除去する手法の一つとして、例えば特許文献１に記載のバックグラウンド除去処理がある。この方法では、測定対象成分のピークの無い時間帯に取得したマススペクトルをバックグラウンドノイズとみなし、測定対象物のピークが出現している時間帯に取得したマススペクトルからバックグラウンドノイズを差し引くことにより、バックグラウンドの影響を小さくしようとするものである。
【０００４】
しかしながら、場合によっては、測定対象物のピーク部分に重なっているバックグラウンドレベルと測定対象成分のピークの無い時間帯に測定したバックグラウンドノイズのレベルとが相違することがある。こうした場合には、バックグラウンドノイズに適宜の増率又は減率を乗じた上でマススペクトルの減算処理を行うようにするが、増率や減率を正確に求めることは困難であるため、こうした処理によってバックグラウンドノイズを完全に消去することは非常に難しい。
【０００５】
また不要なピークを除去する他の手法として、或る一定の信号強度以下のピークをマススペクトルから消去する処理も行われている。上記バックグラウンド消去処理では、バックグラウンドノイズの取得時に現れないノイズは除去することができないが、この手法では特に検出器のノイズなどによる再現性のないピークも除去することができる。しかしながら、除去対象のピークを識別するための信号レベルの決定が困難であり、ノイズであるピークを十分に消去することができない場合や、逆に測定対象物のピークをノイズであると誤って判断して消去してしまう場合があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０６１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように従来のバックグラウンド／ノイズ除去方法では、必ずしも十分に不要なピークの除去を行えなかったり、或いは測定対象物による必要なピークを誤って除去してしまったりすることがあった。本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、不要なバックグラウンド／ノイズによるピークのみを適切に消去して、測定対象物によるピークを含む良好なマススペクトルを得ることができるクロマトグラフ質量分析用データ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明は、測定対象物をクロマトグラフ質量分析して収集された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装置において、
a)所定の経過時間におけるマススペクトルを作成するマススペクトル作成手段と、
b)該マススペクトルに出現している各ピークについて、それぞれの質量数のマスクロマトグラムを取得するマスクロマトグラム取得手段と、
c)各マスクロマトグラムにおいて前記所定の経過時間近傍の範囲でクロマトグラムピークを検出するピーク検出手段と、
d)検出された各クロマトグラムピークのＳ／Ｎ比を計算するＳ／Ｎ比算出手段と、
e)算出されたＳ／Ｎ比を所定の閾値と比較することにより有意なクロマトグラムピークであるか否かを判断するピーク判別手段と、
f)有意と判断されたクロマトグラムピークを持つ質量数を選択して、該質量数のピークのみを含むマススペクトル作成するマススペクトル再構成手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係るデータ処理装置では、マススペクトルにおいてノイズやバックグラウンドに由来するピークを除去するために、そのマススペクトルに現れているピークを判断するのではなく、そのスペクトルピークが存在する質量数のマスクロマトグラム上に出現するクロマトグラムピークを利用して、本来の目的物質であるか、それともノイズやバックグラウンドであるのかを判断している。
【００１０】
すなわち、オペレータの指示又は所定条件に照らした自動的な選択に応じてマススペクトル作成手段が所定の経過時間におけるマススペクトルを作成すると、マスクロマトグラム取得手段は、そのマススペクトルに出現している各ピークについてそれぞれの質量数のマスクロマトグラムを取得する。その後、ピーク検出手段は各マスクロマトグラムにおいてマススペクトルに対応する経過時間近傍の範囲で、所定のピーク検出条件に照らしてクロマトグラムピークを検出する。例えば分離カラム液相からの遊離物が存在する場合にはバックグラウンドレベルに時間的な変動が生じるが、こうした場合、マススペクトルにはピークとして現れるがマスクロマトグラムでは明確なピークが現れるわけではない。一方、例えば検出器等の電気系へ飛び込むノイズは多くの場合スパイク状になるから、こうしたノイズもピーク検出条件を適切に設定することで識別することができる。したがって、こうした要因でマススペクトルにピークを持つ質量数では、この時点で実質的にピークの除去が成される。
【００１１】
次いで、Ｓ／Ｎ比算出手段は検出された各クロマトグラムピークのＳ／Ｎ比を計算し、ピーク判別手段は算出されたＳ／Ｎ比を所定の閾値と比較して、Ｓ／Ｎ比が閾値以上である場合に有意なクロマトグラムピーク、閾値未満である場合にノイズやバックグラウンドであると判断する。単に信号強度ではなくＳ／Ｎ比を判定しているため、例えばバックグラウンドやノイズが相対的に高い場合であっても、こうした要因の影響を除外して高い精度でピークの有意性を判断することができる。これによって、マススペクトル再構成手段は、こうして有意と判断されたクロマトグラムピークを持つ質量数を選択し、その質量数のピークのみを含むマススペクトルを再び作成する。こうして作成されたマススペクトルでは、ノイズやバックグラウンドに起因する不所望のピークが除去された状態となる。
【００１２】
なお、Ｓ／Ｎ比を判断する閾値はオペレータにより外部から設定されるものとすることができるが、複数種類の閾値を設定可能とし、各閾値で以てピークのＳ／Ｎ比を判断した結果に基づく異なる形状のマススペクトルを並行して作成するようにしてもよい。これによって、閾値の決定が難しい場合でも複数の閾値に対応したマススペクトルをオペレータに提示して、最も良好なマススペクトルを容易に選択し得るようにすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るクロマトグラフ質量分析用データ処理装置によれば、マススペクトルに含まれるバックグラウンドやノイズに由来するピークを的確に除去することができるとともに、その除去処理に際して、分析対象である目的物質に由来するピークを誤って除去することを軽減することができる。したがって、分析対象である目的物質に由来するピークのみを含む良好なマススペクトルを容易に得ることができ、それによって目的物質の同定や構造解析などの精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るデータ処理装置を備えるクロマトグラフ質量分析装置の一実施例として、ＧＣ／ＭＳについて図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施例によるＧＣ／ＭＳの要部のブロック構成図である。このＧＣ／ＭＳは、分析対象である試料に対してガスクロマトグラフ（ＧＣ）分析を実行して各種試料成分を時間軸方向に分離するＧＣ部１と、分離された試料成分を順次質量分析して検出信号を取得するＭＳ部２と、この検出信号を受けて所定のデータ処理を実行するデータ処理部３と、ＧＣ部１及びＭＳ部２の動作を制御する制御部４と、ＭＳ部２により取得されたデータを格納するための記憶部５と、を含む。データ処理部３及び制御部４は汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６により具現化され、このＰＣ６にインストールされた所定の制御プログラムを実行することでデータ処理部３及び制御部４としての機能が達成される。このＰＣ６には、キーボードやマウスなどのポインティングデバイス等である操作部７と、後述する各種グラフ等を表示するための表示部８とが接続されている。
【００１６】
制御部４は操作部７により設定されたスキャンインターバルに従って、所定の質量数範囲を繰り返しスキャンするようにＭＳ部２を制御する。例えばスキャンインターバルが0.3秒であるときには、0.3秒ごとに所定質量数範囲のマススペクトルデータが記憶部５に格納される。データ処理部３は、こうして取得されたデータに基づいて、質量数を限定することなく横軸を時間軸、縦軸を信号強度としたトータルイオンクロマトグラム、単一の質量数のイオンに着目して横軸を時間軸、縦軸を信号強度としたマスクロマトグラム、或いは、或る時点において横軸を質量数、縦軸を信号強度としたマススペクトル、を作成することができる。
【００１７】
次に、本発明に係るデータ処理装置に相当するデータ処理部３に関し、その特徴であるマススペクトルのバックグラウンド／ノイズ除去処理の手順について図２のフローチャート及び図３〜図８の各図を参照して説明する。ここでは、トータルイオンクロマトグラムにおいてピークが現れる位置が既知であるような物質を分析対象とする。
【００１８】
処理が開始されると、まず、バックグラウンド／ノイズ除去処理の対象とするマススペクトルを決める（ステップＳ１）。具体的には、例えば、オペレータが操作部７により所定の操作を行うと、データ処理部３は図３に示すようなトータルイオンクロマトグラムを表示部８の画面上に表示する。オペレータはその表示を見ながら、クロマトグラム中に現れている複数のピークＰ１〜Ｐ５から目的物質に相当するピークを選定して操作部７により指示する。また、データ処理部３において自動的にピーク検出を行って予め与えられた条件を満たすピークを探すようにしてもよい。こうして目的物質のピークが決定されると、データ処理部３は、選択されたピークのピークトップの保持時間t1におけるマススペクトルデータを記憶部５から取得してマススペクトルを作成して表示部８に表示する。
【００１９】
このマススペクトルは例えば図４に示すようになる。この図４の例では、質量数98,99,100,207,300,301の６本のピークが現れているが、これら全てが目的物質によるピークであるとは限らず、実際にはノイズやバックグラウンドによる不必要なピークが含まれる。そこで、こうしたノイズやバックグラウンドによるピークを除去するために、データ処理部３はマススペクトルに出現している全てのピークの質量数についてマスクロマトグラムを構成するデータを記憶部５から収集し、図５に示すようなマスクロマトグラムを作成する（ステップＳ２）。ここでは、上記６種の質量数に対するマスクロマトグラムが得られる。
【００２０】
次に、データ処理部３では、この各マスクロマトグラムに対し元々のクロマトグラムピークの位置近傍の時間範囲を設定してピーク検出を実行する（ステップＳ３）。ここでは、クロマトグラムピークのピークトップの保持時間t1に対して±Δtの時間幅を設定し、その時間範囲内でピーク検出を実行する。この時間幅Δtはクロマトグラムピークの半値幅などを考慮して決めることが望ましく、一般的には半値幅の数倍程度の時間幅を設定するとよい。具体的にはここではΔtを0.5分に設定し、保持時間t1を中心として時間幅2Δtの範囲でピーク検出を行う。ピーク検出の手法は従来の一般的なクロマトグラムピークの検出手法を利用すればよい。例えば時間範囲の左端部から右端部に向かってクロマトグラムカーブを順次追ってゆき、カーブの傾きが所定値以上となった点をピークの開始点とし、その傾きが零から更に負の値となり、その絶対値が所定値以下になった点をピークの終了点とすることによりピークを検出することができる。したがって、こうしたピーク検出により目的物質に由来するピークが検出されるが、この時間範囲内にノイズ等によるピークが存在する場合には、こうしたピークも同時に検出されることになる。一方、例えば質量数207のマスクロマトグラムの場合のように、信号強度のレベルは上昇しているものの上記時間範囲内に明確なピークが存在しない場合にはピークは無しということになる。この例では、こうしたピーク検出の結果、図６に示すように質量数98,99,100,300についてクロマトグラムピークが検出される。
【００２１】
次に、こうして各マスクロマトグラムにおいて検出されたクロマトグラムピークについてそれぞれＳ／Ｎ比を計算する（ステップＳ４）。Ｓ／Ｎ比の計算手法も従来一般的に行われている手法を利用することができる。ここでは、例えば図７に示すように各質量数におけるピークのＳ／Ｎ比が求まるものとする。その後に、算出されたＳ／Ｎ比をオペレータにより予め設定された判定閾値と比較し、Ｓ／Ｎ比が判定閾値以上であるピークについては有意なピーク（つまりシグナル）であると判断し、Ｓ／Ｎ比が判定閾値よりも小さなピークについては無意味なピーク（つまりノイズ又はバックグラウンド）であると判断する（ステップＳ５）。例えば、判定閾値を５と設定した場合、質量数98,99,300の３種のピークがシグナルであると判断され、質量数100のピークはバックグラウンド／ノイズであると判断される（図７参照）。ここでは、単に信号強度ではなくＳ／Ｎ比でピークの有意性を判断しているので、バックグラウンドのレベルが高いことによってピークの信号強度が見かけ上高くなっているような場合でも、そのピークの有意性を正確に判断することができる。
【００２２】
そしてシグナルであると判断したピークに対する質量数のみ、つまりこの例では質量数98,99,300の３種のみを選択して上記保持時間t1におけるマススペクトルを再び作成する（ステップＳ６）。この結果描出される図８に示すマススペクトルが、バックグラウンド及びノイズが除去されたマススペクトルである。図４と図８とを比較すれば明らかなように、当初のマススペクトルに現れていた質量数100,207,301の３本のピークは取り除かれている。このようにして本来の分析対象である目的物質に由来したピーク以外の不必要なピークを除去したマススペクトルを得ることができる。
【００２３】
なお、例えばピークの数が多い等の理由で適切な判定閾値を決めることが難しい場合には、操作部７から複数の判定閾値を設定できるようにしておき、各判定閾値で以てピークの選定を行った場合の結果を利用した複数のマススペクトルを並行して作成するようにしてもよい。例えば、上記例において判定閾値を１５に設定してピークの選定を行うと、質量数300のピークはバックグラウンド／ノイズとみなされるから、そのときのマススペクトルは図９に示すようになる。こうして複数のマススペクトルを提示し、オペレータが最終的にいずれのマススペクトルが適切であるかを選択するようにすればよい。
【００２４】
なお、上記実施例は本発明の単に一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行え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データ処理装置をＧＣ／ＭＳに適用したものであるが、本発明はＬＣ等の他のクロマトグラフと質量分析装置とを組み合わせた各種のクロマトグラフ質量分析装置に幅広く適用可能であることは容易に想到し得る。また、データ処理装置は、パーソナルコンピュータに所定のアプリケーションソフトウエアをインストールしたものでなくとも、専用のデータ処理装置とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例によるＧＣ／ＭＳの要部のブロック構成図。
【図２】本実施例のデータ処理装置によるマススペクトルのバックグラウンド／ノイズ除去処理の手順を示すフローチャート。
【図３】トータルイオンクロマトグラムの一例を示す図。
【図４】マススペクトルの一例を示す図。
【図５】マスクロマトグラムの一例を示す図。
【図６】図５のマスクロマトグラムにおけるピーク検出結果を示す図。
【図７】図５のマスクロマトグラムに存在するピークの質量数に対してマスクロマトグラムで求めたピークのＳ／Ｎ比と判定結果を示す図。
【図８】バックグラウンド／ノイズ除去処理が成された後のマススペクトルを示す図。
【図９】Ｓ／Ｎ比の判定閾値を変更したときのバックグラウンド／ノイズ除去処理が成された後のマススペクトルを示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１…ＧＣ部
２…ＭＳ部
３…データ処理部
４…制御部
５…記憶部
６…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
７…操作部
８…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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