(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を成分分離するクロマトグラフと、該クロマトグラフで成分分離された試料を質量分析する質量分析計と、を組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置で収集されたデータを処理するクロマトグラフ質量分析データ処理装置において、
a)１乃至複数の試料についてクロマトグラフ質量分析を行って収集されたデータに基づいて、保持時間と質量電荷比とを平面上の二軸とし、信号強度を等高線又はそれに相当する強度の相違が識別可能な表現で表したグラフを試料毎に作成する、グラフ作成手段と、
b)前記１乃至複数の試料についてクロマトグラフ質量分析を行って収集されたデータに対し多変量解析処理を行い、その結果を表示する多変量解析結果表示手段と、
c)前記多変量解析結果表示手段により表示された多変量解析結果上で、ユーザが特定の１乃至複数の指示点又は複数の指示点を包含する指定範囲を指定するための指定手段と、
d)前記指定手段により指定された指示点又は指定された範囲に包含される指示点に対応付けられるクロマトグラフ質量分析により収集されたデータであることを示す表示を、前記グラフ作成手段により作成されるグラフ上に重畳して表示させるグラフ表示処理手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ質量分析データ処理装置。
【請求項２】
前記多変量解析処理は、主成分分析法（ＰＣＡ：Principal Component Analysis）、部分的最小二乗法（ＰＬＳ：Partial Least Square）、シムカ法（ＳＩＭＣＡ：Soft Independent Modeling of Class Analogy）、Ｏ−ＰＬＳ（Orthogonal ＰＬＳ）のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ質量分析データ処理装置。
【請求項３】
前記多変量解析結果表示手段により表示される多変量解析結果は、ローディングプロットであることを特徴とする請求項１又は２に記載のクロマトグラフ質量分析データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）や液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）などのクロマトグラフ質量分析装置により収集されたデータを処理するクロマトグラフ質量分析データ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＣ／ＭＳやＬＣ／ＭＳなどのクロマトグラフ質量分析装置では、リテンションタイム（保持時間）、質量電荷比、信号強度という３つのディメンジョンを持つデータが収集され、このデータを処理することにより、特定の質量電荷比についての保持時間と信号強度とを関係を示すマスクロマトグラム、特定の保持時間における質量電荷比と信号強度との関係を示すマススペクトル、質量電荷比を限定しない保持時間と信号強度との関係を示すトータルイオンクロマトグラムなどが作成される。
【０００３】
ところで、例えば医農薬品や食品の開発・研究、生体高分子の研究などの分野では、近年、多数のサンプルについてクロマトグラフ質量分析装置で得られた互いに関係のある多変量（多種類の特性値）データを解析処理する手法として、判別分析、因子分析、クラスター分析、シムカ法（ＳＩＭＣＡ：Soft Independent Modeling of Class Analogy）、部分的最小二乗法（ＰＬＳ：Partial Least Square）、Ｏ−ＰＬＳ（Orthogonal ＰＬＳ）、ＫＮＮ法（k nearest neighbors）、主成分分析（ＰＣＡ：Principal Component Analysis）などの多変量解析が利用されている。例えば非特許文献１には、質量分析データを主成分分析するソフトウエアが開示されている。また、非特許文献２には、複数のサンプルについて得られた質量分析データを主成分分析し、その結果をスコアプロット及びローディングプロットで示した例が開示されている。こうした主成分分析の結果として得られるスコアプロットによれば複数のサンプルのグループ分けの状態を容易に把握することができ、一方、ローディングプロットによれば、そうしたサンプルのグループ分けに各化合物（成分）がどのように寄与しているのかを把握することができる。
【０００４】
しかしながら、スコアプロットやローディングプロットの軸はあくまでも計算上設定された軸であり、それは実際の化合物の質量電荷比や保持時間などとは何ら関係がない。そのため、こうした主成分分析の結果をオペレータが見ても、例えば複数のサンプルのグループ分けに影響のある複数の化合物が互いにどのような関係にあるか、といった情報を得ることは困難であった。
【０００５】
【非特許文献１】「MarkerViewTMソフトウェア」、[online]、アプライドバイオシステムズジャパン株式会社、[平成１９年６月２８日検索]、インターネット＜URL:  http://www.appliedbiosystems.co.jp/website/jp/company/aboutus.jsp＞
【非特許文献２】米久保  淳、ほか２名、「最新の飛行時間型質量分析計LCT PremierTMの特徴と食品メタボロームへの応用」、[online]、クロマトグラフィー（Chromatograpfy）,第２７巻、第２号（２００６）、[平成１９年６月２８日検索]、インターネット＜URL:  http://wwwsoc.nii.ac.jp/scs/Journal/pdf/27-2_085.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこうした点に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、クロマトグラフ質量分析によるデータに対する多変量解析の結果に基づいて、複数のサンプルの構造の相違や類似などに関する有用な情報を簡単に得ることができるクロマトグラフ質量分析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】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明は、試料を成分分離するクロマトグラフと、該クロマトグラフで成分分離された試料を質量分析する質量分析計と、を組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置で収集されたデータを処理するクロマトグラフ質量分析データ処理装置において、
a)１乃至複数の試料についてクロマトグラフ質量分析を行って収集されたデータに基づいて、保持時間と質量電荷比とを平面上の二軸とし、信号強度を等高線又はそれに相当する強度の相違が識別可能な表現で表したグラフを試料毎に作成する、グラフ作成手段と、
b)前記１乃至複数の試料についてクロマトグラフ質量分析を行って収集されたデータに対し多変量解析処理を行い、その結果を表示する多変量解析結果表示手段と、
c)前記多変量解析結果表示手段により表示された多変量解析結果上で、ユーザが特定の１乃至複数の指示点又は複数の指示点を包含する指定範囲を指定するための指定手段と、
d)前記指定手段により指定された指示点又は指定された範囲に包含される指示点に対応付けられるクロマトグラフ質量分析により収集されたデータであることを示す表示を、前記グラフ作成手段により作成されるグラフ上に重畳して表示させるグラフ表示処理手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
ここでいうクロマトグラフ質量分析装置とは、典型的には、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。また、質量分析装置は、イオンを質量電荷比に応じて分離して検出可能なものであればよく、その質量分離のための手段は、四重極質量フィルタ、飛行時間型質量分析器など、特に限定されない。
【０００９】
また多変量解析としては、例えば主成分分析法（ＰＣＡ）、部分的最小二乗法（ＰＬＳ）、シムカ法（ＳＩＭＣＡ）、Ｏ−ＰＬＳを用いることが好ましいが、必ずしもこれに限定されない。
【００１０】
例えば多数の試料についてそれぞれクロマトグラフ質量分析を実行して収集されたデータに対し主成分分析を行った場合、スコアプロットの各指示点はそれぞれ１つの試料を表し、ローディングプロットの各指示点はそれぞれいずれかの試料に含まれる化合物（成分）を表す。従って、指示手段により、多変量解析結果としてのローディングプロット上の特定の指示点又は複数の指示点を包含する任意の範囲を指定するということは、或る特定の１つ又は複数の化合物を指定することに置き換えることができる。なお、ここで指定手段は、例えばマウス等のポインティングデバイスによるクリック操作で個別の指示点を選択するもの、或いは、ポインティングデバイスを用いたドラッグ操作などにより、適宜の形状、大きさの枠を設定することで、該枠で囲まれる領域を上記範囲として指定するものとすることができる。
【００１１】
グラフ作成手段は、例えば互いに直交する二軸として保持時間と質量電荷比とをとり、信号強度を等高線として示すグラフ（以下「等強度線グラフ」と呼ぶ）を作成するが、試料中に含まれる或る化合物は或る保持時間、及び或る質量電荷比でピークを持つから、上記のように指示手段により指示された１乃至複数の化合物に対応するピークは、少なくともいずれかの試料に対する等強度線グラフに必ず存在する。そこで、グラフ表示処理手段は、等強度線グラフに現れている、上記化合物に対応したピークを識別できるような所定のマーキングを等強度線グラフ上に重畳して表示する。
【発明の効果】
【００１２】
例えば複数の試料のグループ分けに、或る化合物系列に属する構造の類似した複数の化合物が大きな影響を与えている場合、オペレータ（ユーザ）がローディングプロット上で特異的に（通常、原点から大きく離れた位置に）現れるこれら複数の化合物に対応する指示点を指示すれば、上記グラフ（例えば等強度線グラフ）上では、その化合物系列を明確に示すように直線状に並ぶマーキングが現れる。これを見て、オペレータは特定の化合物系列が上記複数の試料の性質や構造の相違に大きな影響を持っていることを知ることができる。
【００１３】
このように本発明に係るクロマトグラフ質量分析データ処理装置によれば、多変量解析の結果に基づいた非常に簡単な操作や作業によって、目的とする試料に含まれる化合物に関する有用な情報を得ることができる。
【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適用するＬＣ／ＭＳの一実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＬＣ／ＭＳの概略構成図である。
【００１５】
液体クロマトグラフ１では、移動相容器２に貯留された移動相が送液ポンプ３により略一定流量で吸引されてカラム５に送給される。所定のタイミングでインジェクタ４から移動相中に分析対象の試料が導入され、移動相に乗ってカラム５に送り込まれる。カラム５を通過する間に、試料に含まれる各種成分は時間方向に分離され、カラム５から順番に溶出する。この溶出した試料成分を含む試料液が質量分析計１０に導入される。
【００１６】
試料液はエレクトロスプレイノズル１２から略大気圧雰囲気であるイオン化室１１内に噴霧され、それによって試料液中の成分分子はイオン化され、生成されたイオンは加熱パイプ１３を通って低真空雰囲気である第１中間真空室１４へと送り込まれる。イオン化室１１内ではエレクトロスプレイイオン化のほかに、大気圧化学イオン化などの別の大気圧イオン化法を採用してもよく、それらを併用してもよい。いずれにしてもイオンは第１中間真空室１４内に配置された第１イオンレンズ１５により収束されつつ、スキマー１６の頂部に形成された小孔を通して中真空雰囲気である第２中間真空室１７に送り込まれ、第２中間真空室１７内に配置されたオクタポール型の第２イオンレンズ１８により収束されつつ高真空雰囲気である分析室１９に送り込まれる。
【００１７】
分析室１９では、特定の質量（厳密には質量電荷比m/z）を有するイオンのみが四重極質量フィルタ２０の長軸方向の空間を通り抜け、それ以外の質量を持つイオンは途中で発散する。そして、四重極質量フィルタ２０を通り抜けたイオンはイオン検出器２１に到達し、イオン検出器２１ではそのイオン量に応じたイオン強度信号を出力する。このイオン強度信号はＡ／Ｄ変換器２２によりデジタル値に変換されてデータ処理部２３へと入力され、データ処理部２３においてマススペクトル、マスクロマトグラム、トータルイオンクロマトグラムなどの作成、或いは、本実施例に特徴的な積算マスクロマトグラムや積算マススペクトルの作成、それら結果に基づく定性分析や定量分析などが実行される。また、データ処理部２３にはデータ記憶部２４が付設され、ＬＣ／ＭＳで収集されたデータはデータ記憶部２４に格納され保存される。
【００１８】
また、上記のような質量分析動作を実行するために各部を制御する制御部２５には、キーボードやマウスなどの入力部２６、ＬＣＤディスプレイなどの表示部２７が接続されている。なお、データ処理部２３や制御部２５の実体はパーソナルコンピュータであって、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・処理プログラムをコンピュータで実行することにより、データ処理部２３や制御部２５としての機能が発揮される。
【００１９】
上記構成のＬＣ／ＭＳでは、四重極質量フィルタ２０に印加する電圧に応じて通過し得るイオンの質量が決まる。従って、四重極質量フィルタ２０に印加する電圧を所定の範囲で走査することを試料注入時点から繰り返す（つまりスキャン測定を行う）ことにより、所定の質量範囲のマススペクトルを時間経過に伴って繰り返し取得することができる。こうして、保持時間、質量電荷比、信号強度の３つのディメンジョンを持つデータが収集でき、１つの試料に対して収集されたデータは１つのファイルとしてデータ記憶部２４に格納される。
【００２０】
図２は上記データ処理部２３及び制御部２５に含まれる本実施例に特徴的な動作を行うための機能ブロックを示す図である。データ記憶部２４には、多数の試料に対してそれぞれＬＣ／ＭＳ分析が実行されて収集されたデータが格納されているものとする。上述したように各データは保持時間、質量電荷比、信号強度の３つのディメンジョンを持つ。
【００２１】
このデータ記憶部２４から読み出されたデータが、多変量解析演算部３０及び等強度線グラフ作成部３４に入力される。多変量解析として様々な手法が知られ、また利用されているが、本実施例では、多変量解析演算部３０が主成分分析を行うものであるとして説明する。主成分分析は、多数の変数をより少数の指標値（ここでは２個）でもって表わすようにするもので、詳しくは、例えば、宮下芳勝、佐々木慎一著「ケモメトリックス」、共立出版（１９９５年）などの文献にその方法が記載されている。また、主成分分析の演算処理をパーソナルコンピュータやワークステーション上で行うためのソフトウェアは、例えば非特許文献１に記載のように、種々のものが入手可能である。従って、ここでは主成分分析の詳細な説明は省略する。
【００２２】
多変量解析演算部３０において、共分散行列生成部３２は与えられた複数の試料に対するデータから相関行列の一種である共分散行列を生成し、ローディング計算部３３は共分散行列から各化合物に対応するローディングを算出する。スコア計算部３１は、与えられた複数の試料に対するデータと上記のように求められたローディングとから各試料毎のスコアを算出する。ローディングプロット作成部３６は、算出されたローディングを互いに直交する２つの主成分を示す二軸で構成されるグラフ中に位置付けてローディングプロットを作成する。スコアプロット作成部３５は、算出されたスコアを互いに直交する２つの主成分を示す二軸で構成されるグラフ中に位置付けてスコアプロットを作成する。
【００２３】
一方、等強度線グラフ作成部３４は与えられた複数の試料に対するデータに基づいて、各試料毎に、保持時間を横軸に、質量電荷比を縦軸にとり、信号強度を等高線で表した、二次元的な等強度線グラフを作成する。
【００２４】
オペレータが入力部２６から所定操作により多変量解析処理の結果の表示を指示すると、スコアプロット作成部３５及びローディングプロット作成部３６から入出力インターフェイス部（Ｉ／Ｏ）４０を介して表示部２７の画面上に、図４に示したようなスコアプロット及びローディングプロットが表示される。また、オペレータが入力部２６から所定操作により或る試料についての等強度線グラフの表示を指示すると、等強度線グラフ作成部３４から入出力インターフェイス部４０を介して表示部２７の画面上に、図３に示したような等強度線グラフが表示される。上述のようにこの等強度線グラフは試料毎に１つずつ存在するため、複数を一覧表示できるようにしてもよいし、１枚ずつ切り替え表示するようにしてもよい。そうした表示形式は任意である。
【００２５】
図４（ａ）に示したスコアプロット上の各指示点（この例では○及び■が指示点）は各試料を表すから、その位置関係により、図中に示したように、多数の試料を複数のグループに分けることができる。この例では複数の試料がＡ、Ｂという２つのグループに分けられている。
【００２６】
一方、ローディングプロット上の各指示点（この例では＋が指示点）はそれぞれがＬＣ／ＭＳ測定によって収集された変数に対応しており、即ち、ここでは各指示点はそれぞれ少なくとも１つの試料に含まれる化合物を表す。ローディングプロット上では、各試料に共通に含まれる化合物は原点（０，０）付近に集まり、逆に、グループの相違を特徴付けるような特異的な化合物は原点から離れて位置付けられる。但し、このローディングプロット（スコアプロットも同様）の軸はあくまでも計算上得られる軸であり、各化合物の保持時間や質量電荷比とは何ら関連がない。そこで、オペレータはこのローディングプロットを見て、特徴的な化合物であると思われる１乃至複数の指示点を入力部２６により指示する。
【００２７】
この指示方法としては、入力部２６のマウス（又は他のポインティングデバイス）のクリック操作により、ローディングプロット上に位置している指示点を１つずつ指定するようにしてもよいし、或いはマウスのドラッグ操作により複数の指示点を包含する範囲を指定するようにしてもよい。図５（ａ）は後者の指定の一例であり、指定された範囲を一点鎖線の枠（ここでは楕円形状）Ａで示してある。
【００２８】
上記のようにローディングプロット上で或る範囲（又は特定の指示点）が選択されると、入出力インターフェイス部４０を介してこの選択指示を受けた成分選択部３７は、指定された化合物を特定し、その化合物がどの等強度線グラフの、どこに位置しているピークに対応するのかを特定する。そして、指示表示作成部３８は等強度線グラフ上の対応個所に○印のマーキングを生成し、重畳部３９により対応する等強度線グラフの上に上記マーキングＢを重ねて表示することにより、図５（ｂ）に示すように表示する。但し、このマーキングの形状は任意であり、マーキングでなく表示色を周囲と変える等、ローディングプロット、即ち多変量解析結果の表示上で選択された化合物であることが容易に認識できる表示であればよい。
【００２９】
上述のようにローディングプロット上の１つの指示点は原則として１つの化合物に対応するが、或る１つの試料はローディングプロット上に現れる全ての指示点に対応する化合物成分を含んでいるわけではない。従って、或る１つの試料についての等強度線グラフを表示した状態では、該試料に含まれる化合物で且つ上記ローディングプロット上で選択指示された化合物についてのみマーキングが表示される。換言すれば、ローディングプロット上で選択指示された化合物は、少なくとも或る１つの試料には含まれる筈であるから、その試料に対する等強度線グラフ上には上記化合物に対応するマーキングが現れることになる。
【００３０】
図５の例では、例えば（ａ）に示したようにローディングプロット上で特徴的であると思われる複数の化合物を包含するように枠Ａが指定された結果、試料ａの等強度線グラフ上では（ｂ）に示すような７個のマーキングＢが表示されている。これらマーキングＢは明らかに右上がり傾斜の線Ｃに沿って出現しており、これは、保持時間と質量電荷比との関係が特定の関係、具体的には、質量電荷比m/zと保持時間RTとが、
m/z＝ａ・RT＋ｂ、但しａ、ｂは定数
の一次式の関係にあることが理解できる。こうした関係は、基本的な構造が類似した複数の化合物が属する化合物系列に特有のものであり、このようなことから、グループＡとグループＢとの相違を特徴付ける化合物は、或る化合物系列に属するものであるとの推測ができる。
【００３１】
以上のように、本実施例のＬＣ／ＭＳでは、主成分分析の結果とＬＣ／ＭＳ測定結果（上記例では等強度線グラフ）との関連付けが明確に行われるので、主成分分析の結果に基づいて、試料の構造や性質などに関する情報が容易に得られる。
【００３２】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜修正や変更、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、多変量演算は主成分分析に限るものではなく、上述したような他の様々な手法の多変量解析、例えば部分的最小二乗法（ＰＬＳ）、シムカ法（ＳＩＭＣＡ）、Ｏ−ＰＬＳなどを用いることができる。また、上記実施例はＬＣ／ＭＳに本発明を適用していたが、ＧＣ／ＭＳでも同様に適用が可能である。また、質量分析装置は、四重極型に限るものではなく、飛行時間型、イオントラップ型など、いずれの質量分析装置でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例によるＬＣ／ＭＳの概略構成図。
【図２】本実施例のＬＣ／ＭＳにおける特徴的な動作を行うための機能ブロックを示す図。
【図３】本実施例のＬＣ／ＭＳで作成される等強度線グラフの一例を示す図。
【図４】本実施例のＬＣ／ＭＳで作成されるスコアプロット及びローディングプロットの一例を示す図。
【図５】本実施例のＬＣ／ＭＳにおける特徴的な動作を説明するための図。
【符号の説明】
【００３４】
１…液体クロマトグラフ
２…移動相容器
３…送液ポンプ
４…インジェクタ
５…カラム
１０…質量分析計
１１…イオン化室
１２…エレクトロスプレイノズル
１３…加熱パイプ
１４…第１中間真空室
１５…第１イオンレンズ
１６…スキマー
１７…第２中間真空室
１８…第２イオンレンズ
１９…分析室
２０…四重極質量フィルタ
２１…イオン検出器
２２…Ａ／Ｄ変換器
２３…データ処理部
２４…データ記憶部
２５…制御部
２６…入力部
２７…表示部
３０…多変量解析演算部
３１…スコア計算部
３２…共分散行列生成部
３３…ローディング計算部
３４…等強度線グラフ作成部
３５…スコアプロット作成部
３６…ローディングプロット作成部
３７…成分選択部
３８…指示表示作成部
３９…重畳部
４０…入出力インターフェイス部
【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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