(57)【要約】【課題】  ＫＭＤ法に基づき３次元表示を導入して質量分析データ解析を容易化する。【解決手段】  所定の単位化学構造が繰り返される組成を持つ被検試料を解析する質量分析データ解析方法であって、(１)被検試料の質量スペクトルデータに出現する各ピークの精密質量情報を取得する質量分析工程と、(２)前記単位化学構造に基づく繰り返し質量情報を指定する繰り返し質量情報指定工程と、(３)各ピークの精密質量情報に対してKendrick質量変換演算処理を行い、各ピークの整数Kendrick質量情報ＮＫＭ及びKendrick質量誤差情報ＫＭＤを取得するKendrick質量変換工程と、(４)各ピークの整数Kendrick質量情報ＮＫＭを前記繰り返し質量情報の整数質量値ＮＭで割算した値の余りの値ＲＮＫＭの情報を取得するＲＮＫＭ値情報取得工程と、(５)得られたＮＫＭ、ＫＭＤ及びＲＮＫＭ値情報に基づいて、３次元空間に各ピークをプロットして表示する表示工程とから構成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の単位化学構造が繰り返される組成を持つ被検試料を解析するための質量分析データ解析方法であって、
(１)前記被検試料を精密質量情報が取得可能な質量分析計を用いて質量分析することにより質量スペクトルデータを取得し、質量スペクトルデータに出現する各ピークの精密質量情報を取得する質量分析工程と、
(２)前記単位化学構造に基づく繰り返し質量情報を指定する繰り返し質量情報指定工程と、
(３)前記質量分析工程で得られた各ピークの精密質量情報に対して、前記指定された繰り返し質量情報に基づくKendrick質量変換演算処理を行い、各ピークのKendrick質量情報ＫＭを取得し、該Kendrick質量情報ＫＭから整数Kendrick質量情報ＮＫＭ及びKendrick質量誤差情報ＫＭＤを取得するKendrick質量変換工程と、
(４)前記各ピークの整数Kendrick質量情報ＮＫＭを前記繰り返し質量情報の整数質量値ＮＭで割り算して得られた値の余りの値ＲＮＫＭの情報を各ピークについて取得するＲＮＫＭ値情報取得工程と、
(５)各ピークについて得られた整数Kendrick質量情報ＮＫＭ、Kendrick質量誤差情報ＫＭＤ及びＲＮＫＭ値情報に基づいて、各情報をそれぞれの軸とする３次元空間に各ピークをプロットして表示する表示工程と
から構成されることを特徴とする質量分析データ解析方法。
【請求項２】
前記質量分析工程(1)において、取得した質量スペクトルデータに対して、質量スペクトルに出現した各ピークからモノアイソトープピークのみを抽出するモノアイソトープ化処理を施し、抽出された各モノアイソトープピークの精密質量情報を取得することを特徴とする請求項１記載の質量分析データ解析方法。
【請求項３】
異なる被検試料について前記工程(1)〜(4)を行うことにより、各被検試料についての整数Kendrick質量情報ＮＫＭ、Kendrick質量誤差情報ＫＭＤ及びＲＮＫＭ値情報をそれぞれ求め、求めた各被検試料についての整数Kendrick質量情報ＮＫＭ、Kendrick質量誤差情報ＫＭＤ及びＲＮＫＭ値情報に基づき、前記表示工程(5)において同一３次元空間に、各被検試料についてのピークプロットを被検試料毎に異なった表示形態で区別して重畳表示するようにしたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の質量分析データ解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し構造を持つ物質の解析に用いて好適な質量分析データ解析方法に関し、特に末端基の組成が僅かに異なるなど類似構造を持った複数の試料を比較する際に用いて好適な質量分析データ解析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成過程で得られた類似構造を持った高分子の比較・弁別が必要になることが多々あり、その際には、それぞれの試料を質量分析して得られたマススペクトルを並べて表示し、パターンを見比べて比較する方法が一般的であるが、多数の観測ピークについて微妙な質量の違いを考慮しながら比較することは容易ではない。
【０００３】
また、各ピークを帰属し各成分がどのような分子量分布と相対ピーク強度分布を持つかを解析する方法があり、詳細な比較が可能になるが、実際はピークの帰属が容易ではなく、熟練が必要となるし所要時間も長くなることは避けられない。
【０００４】
一方、繰り返し構造を有する物質について得られたマススペクトルを比較的簡便に解析する手法として、Kendrick mass defect解析法（以下ＫＭＤ法と称する）が提案されている(非特許文献１参照)。
【０００５】
ＫＭＤ法は、メチレン基(ＣＨ2)単位の繰り返し構造を持つ飽和炭化水素の元素組成解析を行うためにKendrick氏等により提案されたもので、繰り返し単位であるＣＨ2のＩＵＰＡＣ質量スケールの精密質量（理論値：14.01565）をKendrick質量（ＫＭ）＝14と定義し、マススペクトルに出現した各ピークの観測精密質量(観測(IUPAC)質量)は、次式に従ってKendrick mass(ＫＭ)に変換される。ＫＭ＝観測(IUPAC)質量×14.00000／14.01565
繰り返しの単位構造はＣＨ2に限られず、例えば試料がポリマーの場合には、モノマーを単位構造とすることができる。従って上記式は、一般的には「ＫＭ＝各ピークの観測(IUPAC)質量×単位構造の整数質量／単位構造のIUPAC質量・・・・(1)」と表される。
【０００６】
ＫＭ値は、整数部分と小数部分とから成り、整数部分がnominal Kendrick mass(ＮＫＭ)、小数部分がKendrick mass defect(ＫＭＤ)と呼ばれる。ＮＫＭは、ＫＭの最も近い整数(the nearest integer of ＫＭ)であり、ＫＭＤはＮＫＭとＫＭの差、すなわちＫＭＤ＝ＮＫＭ−ＫＭと定義される。
【０００７】
あるピークの成分が繰り返し構造体だけで構成されているとすれば、そのＫＭ値は整数値になるが、そのピークの成分中に繰り返し構造の基準としたＣＨ2やモノマーとは異なる官能基が含まれていると、そのＫＭ値は整数値ＮＫＭからのずれＫＭＤが生じる。各ピークについて、求めたずれＫＭＤを、ＮＫＭに対してプロットした２次元表示を行うと、繰り返し構造体の繰り返し数のみが異なるピークは同じＫＭＤの値を持つためそのプロットは一直線上に並んで表示されることになる。この一直線上に並んで表示されるプロットに着目することにより、試料成分の解析を容易に行うことができる。
【０００８】
また、末端基の情報を包含するRemainder of ＮＫＭ値(ＲＫＭ値)を導入し、ＫＭＤとＲＫＭによる２次元表示を行うことも提案されている(非特許文献２参照)。ＲＫＭ値はＮＫＭ値を単位構造の整数質量で除した余り(剰余Remainder)として求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Anal. Chem. 35, 2146-2154 (1963)
【非特許文献２】J. Am. Soc. Mass Spectrom. vol.25, No.8, 1346-1355 (2014)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ＫＭＤとＮＫＭによる２次元表示(二次元散布図表示)では、識別能に限界があるし、末端基の情報を含むＲＫＭとＫＭＤによる２次元表示(二次元散布図表示)では、モノマー単位の連鎖が不明瞭である。
【００１１】
そこで本発明は、ＫＭＤ法に基づきつつＫＭＤとＮＫＭとＲＫＭによる３次元表示を導入することにより、類似構造を持った複数の試料を明瞭に識別することの可能な質量分析データ表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る質量分析データ解析方法は、所定の単位化学構造が繰り返される組成を持つ被検試料を解析するための質量分析データ解析方法であって、
(１)前記被検試料を精密質量情報が取得可能な質量分析計を用いて質量分析することにより質量スペクトルデータを取得し、質量スペクトルデータに出現する各ピークの精密質量情報を取得する質量分析工程と、
(２)前記単位化学構造に基づく繰り返し質量情報を指定する繰り返し質量情報指定工程と、
(３)前記質量分析工程で得られた各ピークの精密質量情報に対して、前記指定された繰り返し質量情報に基づくKendrick質量変換演算処理を行い、各ピークのKendrick質量情報ＫＭを取得し、該Kendrick質量情報ＫＭから整数Kendrick質量情報ＮＫＭ及びKendrick質量誤差情報ＫＭＤを取得するKendrick質量変換工程と、
(４)前記各ピークの整数Kendrick質量情報ＮＫＭを前記繰り返し質量情報の整数質量値ＮＭで割り算して得られた値の余りの値ＲＮＫＭの情報を各ピークについて取得するＲＮＫＭ値情報取得工程と、
(５)各ピークについて得られた整数Kendrick質量情報ＮＫＭ、Kendrick質量誤差情報ＫＭＤ及びＲＮＫＭ値情報に基づいて、各情報をそれぞれの軸とする３次元空間に各ピークをプロットして表示する表示工程と
から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被検試料を精密質量情報が取得可能な質量分析計を用いて質量分析することにより取得した質量スペクトルデータに基づき、質量スペクトルデータに出現する各ピークについて整数Kendrick質量情報ＮＫＭ、Kendrick質量誤差情報ＫＭＤ及びＲＮＫＭ値情報の３つの情報を取得し、各情報をそれぞれの軸とする３次元空間に各ピークをプロットして表示するようにしたため、繰り返し構造を有する物質において、物性に関連する情報（例えば、末端基や修飾等の情報）を視覚により明瞭に確認及び解析することができ、その結果、繰り返し構造を持つ物質の解析を短時間で容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る質量分析データ表示装置の構成の一例を示した図である。
【図２】本発明に基づく方法を実施した一例を示す流れ図である。
【図３】図３(ａ)はピークリストに含まれる基本情報を説明するための図であり、図３(ｂ)は各ピークについて求められた「ＫＭ」、「ＮＫＭ」、「ＫＭＤ」、「ＲＫＭ」の値が追加されて保存される状態を示す図である。
【図４】図４(ａ)，(ｂ)は、それぞれ繰り返し単位構造としてポリエチレンオキサイド(ＰＥＯ：CH2CH2O)を有する特定の界面活性剤を単一成分として含む試料Ａ，Ｂについて得られた質量スペクトルの例を示す図である。
【図５】直交する３軸をＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭとした共通の３次元空間に、試料Ａ，Ｂの３次元プロットを表示した例を示す図である。
【図６】図５と同じデータに基づき２次元表示（ＮＫＭ−ＫＭＤ）を行った例を示す図である。
【図７】図５と同じデータに基づき２次元表示（ＫＭＤ−ＲＫＭ）を行った例を示す図である。
【図８】図８(ａ)は試料Ｃについて求められたＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭに基づく３次元表示の例を示す図であり、図８(ｂ)は試料Ｄについて求められたＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭに基づく３次元表示の例を示す図である。
【図９】図９(ａ)は、同一の３次元空間に試料Ｃ，Ｄの図８(ａ)，(ｂ)のプロットを重畳させて表示した例を示す図であり、図９(ｂ)は図９(ａ)の座標を回転させて表示した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る質量分析データ表示装置の構成を示す図である。質量分析データ表示装置は、質量分析計本体１と制御装置２とから構成される。質量分析計本体１は、試料をイオン化するイオン源と、生成された試料イオンを質量に応じて分離するイオン光学系及び分離されたイオンを検出するイオン検出器とを備えている。
【００１７】
制御装置２は制御プログラム及びデータ処理プロラムを備えたコンピュータから構成され、質量分析計本体１の動作制御及び質量分析データの処理を行う。制御装置２は周辺機器として記憶装置３、キーボード等の入力装置４及び表示装置５を備えている。
【００１８】
ソフトウェアに従って動作する制御装置２の各機能を機能別のブロックに分けて表すと、制御装置２は、質量分析計本体１の装置制御を行うコントロール部２ａと、質量分析計本体１から質量分析データを取り込んで記憶装置３に格納する取込部２ｂと、取り込まれた質量分析データに対して演算処理を行うデータ処理部２ｃと、質量分析データ及び演算結果に基づくデータを表示装置５に表示させるための処理を行う表示制御部２ｄとを備えている。
【００１９】
なお、質量分析計本体１としては、磁場型、飛行時間型など各種方式の質量分析計を用いることができるが、ＫＭＤ法は精密質量情報が必要であるため、質量差0.036Da(ダルトン)のピークを明瞭に識別できる高い質量分解能(例えば質量分解能20000以上)を持つ装置が用いられる。
【００２０】
上記構成の装置を使用して本発明に基づく方法を実施した一例を、図２に示す流れ図に基づいて説明する。
【００２１】
図２において、ステップ１は質量分析を実施するステップである。被検試料として既知の繰り返し構造を有する物質が用意され、この被検試料は質量分析計１に導入されて質量分析される。得られた質量スペクトルデータは、前記取込部２ｂを介して記憶装置３に格納保存される。この質量スペクトルデータは、質量スペクトルをＮ個に分割したＮ点のデータポイントから成り、質量分析計が飛行時間型の場合、各ポイントのデータは時間軸情報と、イオン強度情報とから構成される。
【００２２】
測定終了後、ステップ２において、データ処理部２ｃは質量スペクトルデータを記憶装置３から読み出し、質量スペクトルデータの時間軸情報に対して予め標準試料を測定して作成しておいた時間軸−質量変換デーブルを用いて換算することにより質量情報を求める(外部標準法)と共に、質量スペクトルデータの強度情報を適宜な閾値と比較することにより、質量スペクトルに出現したすべてのピークを抽出してピークリストを作成する。測定に高い質量分解能を持つ質量分析計１が用いられているため、質量換算後の質量軸情報は精密質量(Exact Mass)のレベルを有する。
【００２３】
なお、質量スペクトルデータに対してモノアイソトープ化処理を施し、得られたモノアイソトープピークの精密質量値とそのピーク強度を抽出してモノアイソトープピークのピークリストを作成するようにしても良い。
【００２４】
図３(ａ)はピークリストを説明するための図である。ピークリストは、番号付けされた各抽出ピーク毎に与えられた精密質量(Exact Mass)情報とイオン強度情報とから構成される。
【００２５】
続いて、ステップ３において、操作者は、既知の繰り返し構造のＩＵＰＡＣ質量スケールの精密質量情報及び整数質量情報、例えば繰り返し構造がＣＨ2であれば「14.01565」と「14」を、入力装置４を用いて制御装置２に入力する。被検試料がポリマーの場合には、モノマーが繰り返し構造となるので、そのモノマーの精密質量情報と整数質量情報が入力される。
【００２６】
繰り返し構造の精密質量情報と整数質量情報は、その都度操作者が調べて入力するようにしても良いが、予め代表的ないくつかの繰り返し構造について調べたものを記憶装置３に格納しておき、その中から選択指定して入力するようにしても良い。
【００２７】
また、繰り返し構造が既知でない場合には、ステップ１で得られた質量スペクトルデータに基づいて表示装置５に質量スペクトルを表示させ、この表示された質量スペクトル中に等間隔に出現するピークの間隔から繰り返し構造を推定又は特定し、特定した繰り返し構造の精密質量情報と整数質量情報を入力するようにしても良い。
【００２８】
次に、ステップ４において、データ処理部２ｃはピークリストに挙げられた各ピークについて、ＫＭ，ＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭを求める。すなわち、校正・演算部２ｃは前記(１)式に基づき「精密質量×14.00000／14.01565」の演算を行うことにより各ピークのＫＭ値を求め、求めたＫＭ値に最も近い整数値を求めることによりＮＫＭを求め、ＫＭとＮＫＭの差分を求めることによりＫＭＤを求める。更に、ＮＫＭを操作者によって入力された繰り返し構造の整数質量値(ＣＨ2であれば「14」)で除した剰余の値を求めることによりＲＫＭ値を求める。
【００２９】
このようにして各ピークについて求められた「ＫＭ」、「ＮＫＭ」、「ＫＭＤ」、「ＲＫＭ」の値は、例えば図３(ｂ)に示されるように、前記ピークリストの各ピークの精密質量情報とイオン強度情報のデータに追加される形で保存される。
【００３０】
次いで、ステップ５において、表示制御部２ｄは、追加保存された各ピークの「ＮＫＭ」、「ＫＭＤ」、「ＲＫＭ」の情報に基づいて、「ＮＫＭ」、「ＫＭＤ」、「ＲＫＭ」を直交する３軸とする三次元座標に、各ピークをそのＮＫＭ値、ＫＭＤ値、ＲＫＭ値で特定されるプロットとして表示するためのプロットデータを作成し、作成されたプロットデータに基づいて表示装置５の表示画面に３次元プロットを表示する。
【００３１】
［第１実施例］表示される３次元プロットについて第１の実施例に基づき以下に説明する。図４(ａ)は、繰り返し単位構造としてポリエチレンオキサイド(ＰＥＯ：CH2CH2O)を有する特定の界面活性剤を単一成分として含む試料Ａについて、ステップ１において質量分析を実施した結果得られたピークリストに基づいて表示された質量スペクトルの一例を示している。m/zが400から1000の間にＰＥＯの整数質量である４４Da間隔でピークが出現していることが分かる。
【００３２】
図４(ｂ)は、同じく繰り返し単位構造としてＰＥＯを有する別の界面活性剤を単一成分として含む試料Ｂについて、ステップ１において質量分析を実施した結果得られた質量スペクトルの一例を示している。m/zが300から900の間にＰＥＯの整数質量である４４Da間隔でピークが出現していることが分かる。
【００３３】
それぞれの試料について、ステップ３においてＰＥＯの精密質量情報を入力し、ステップ４において、各試料の質量スペクトルに出現する各ピークについてＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭを求めた。
【００３４】
図５は、直交する３軸をＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭとした共通の３次元空間に、各試料の質量スペクトルに出現する各ピークを表す点を、各ピークのＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭの値で決まる座標位置にプロットした３次元プロットを示している。試料Ａについては高の点で、試料Ｂについては青の点で色分けして表示されている。
【００３５】
図５から、試料Ａ，Ｂのそれぞれのプロットについて、ＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭの相対的な関係が３次元空間における分布の状態から明瞭に認識できることが分かる。
【００３６】
加えて、同じ座標空間に試料Ａ，Ｂのプロットを上記例のように色分けなどにより区別して重畳表示した場合には、試料Ａ，Ｂのプロットが空間的に明確に分かれて存在していることを一目で認識でき、その認識に基づき２つの試料の組成面での相違を明確に認識することができる。
【００３７】
図６及び図７は、比較のため同じデータに基づき従来からの２次元表示（図６はＮＫＭ−ＫＭＤ、ＫＭＤ−ＲＫＭ）を行った例を示す。両図からＮＫＭ−ＫＭＤ、ＫＭＤ−ＲＫＭのそれぞれの関係は断片的な認識できるものの、ＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭの総合的な関係を一目で視覚的に認識することはできない。
【００３８】
［第２実施例］界面活性剤がブレンドされていると考えられる市販のクレンジングオイル２種類を試料Ｃ，Ｄとし、それぞれ前記図２に従って質量分析が行われ、各試料の質量スペクトルに出現する各ピークについてそれぞれＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭが求められた。繰り返し単位構造として第１実施例と同じくＰＥＯが想定されたため、ＰＥＯの精密質量情報が入力され、それに基づいてＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭが求められた。
【００３９】
図８(ａ)，(ｂ)は、試料Ｃ，Ｄについて求められたＫＭＤ，ＮＫＭ，ＲＫＭに基づく３次元表示の例をそれぞれ示している。市販品には複数の界面活性剤及びその他の成分が添加されているようで、一直線上に並ぶ連鎖したプロットが３次元空間内に複数出現し、その他の独立したピークが各所にプロットされており、単一成分試料であった第１実施例のプロット(第５図)に比べてかなり複雑なプロットとなっている。
【００４０】
図８(ａ)，(ｂ)のそれぞれの３次元プロット表示に基づいて把握できた情報に基づき、試料Ｃ，Ｄのそれぞれの解析を短時間で効率よく行うことができる。
【００４１】
更に、試料Ｃ，Ｄの比較を行う場合には、図９(ａ)に示すように、同一の３次元空間に試料Ｃ，Ｄの図８(ａ)，(ｂ)のプロットを重畳させて表示するのが好適である。図９(ａ)では、例えば図８(ａ)の各プロットが赤色、図８(ｂ)のプロットが青色で区別して表示される。図９(ｂ)は、図９(ａ)の座標をＲＫＭ軸を中心として回転させて表示したもので、このように角度を変えて違う方向からプロットを見ると、連鎖したプロット同士や連鎖したプロットと単独のプロットとがどの程度離れているのか等の知見を容易に得ることができ、２つの試料の組成の相違点や類似点を的確に把握することができる。
【００４２】
特に、それぞれの試料を別々に測定すると、質量確度が非常に高い装置を用いても、外部標準法では微妙な質量差が生じ、それが試料の組成による違いなのか、装置状態のふらつきに起因する質量差なのか識別することは困難である。別々に測定した結果であっても、図８のように重畳表示することにより、各試料の連鎖したプロット同士や連鎖したプロットと単独のプロットとがどの程度離れているのか等の知見を総合することにより、識別を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１：質量分析計本体、２：制御装置、２ａ：コントロール部、２ｂ：取込部、
２ｃ：データ処理部、２ｄ：表示制御部、３：記憶装置、４：入力装置、
５：表示装置
【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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