JP7114527B2 - 組成推定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、組成推定装置及び方法に関し、特に、組成推定条件の変更に関する。

質量分析システムは、例えば、ガスクロマトグラフ装置、質量分析装置、及び、情報処理装置により構成される。情報処理装置は、一般に、ガスクロマトグラフ装置及び質量分析装置の動作を制御し、また、質量分析により得られたデータを処理する装置である。典型的には、情報処理装置はマススペクトル処理装置として機能する。情報処理装置が質量分析装置内に組み込まれることもある。マススペクトル処理装置によれば、分子イオンピークに対応する質量（精密質量）から分子イオンの組成が推定される。その意味において、マススペクトル処理装置は組成推定装置である。

質量分析装置は、サンプルに含まれる化合物をイオン化するイオン源を有している。イオン源として様々なイオン化法に従う多様なイオン源が提供されている。イオン化法の内で、ハードなイオン化法として、例えば、電子イオン化（ＥＩ）法が知られている。電子イオン化法によると、分子イオンのフラグメンテーションが起こり易くなり、分子イオンが観測されにくくなる一方、フラグメントイオン（実際にはフラグメントイオン群）が観測され易くなる。一方、ソフトなイオン化法として、電界イオン化（ＦＩ）法、化学イオン化（ＣＩ）法、電界脱離イオン化（ＦＤ）法、光イオン化（ＰＩ）法、等が知られている。それらのイオン化法によると、分子イオンのフラグメンテーションがあまり生じない。

なお、分子イオンとフラグメントイオンの間の質量差（正確にはm/z差）はニュートラルロスと称されている。ニュートラルロスから脱離部分の組成を推定し得る。特許文献１には、組成推定技術が開示されているが、特許文献１には、分子イオンの組成を推定するための条件を変更する技術については記載されていない。

ＷＯ２００６／０４９０６４号公報

分子イオンの組成推定に先立って組成推定条件が定められる。一般には、組成推定条件として、ユーザーにより組成探索範囲が指定される。組成探索範囲は、元素範囲及び原子数範囲で規定されるものである。組成探索範囲が広過ぎると、多数の組成が推定されてしまい、真の組成を特定することが困難となる。組成探索範囲が狭すぎると、真の組成を推定できない可能性が高まる。

ユーザーにより適切な組成推定条件を指定するには経験を要する。豊富な経験を有するユーザーであっても適切な組成推定条件を指定することは必ずしも容易ではない。なお、クロマトグラフ装置、質量分析装置、及び、情報処理装置により構成される質量分析システムにおいては、複数の化合物に対応した複数のマススペクトルが順次得られる。個々のマススペクトルごとに組成推定条件のユーザー指定が求められる場合、ユーザーに大きな負担が生じる。

本発明の目的は、組成推定に際して適切な組成推定条件を定められるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、組成推定条件の指定に際してユーザーの負担を軽減することにある。

本発明に係る組成推定装置は、分子イオンの一部分に相当する注目部分の質量に基づいて、前記注目部分の組成を部分組成として推定する部分組成推定手段と、前記部分組成に基づいて当初の組成推定条件を変更し、これにより変更後の組成推定条件を定める変更手段と、前記変更後の組成推定条件に従って、前記分子イオンの質量に基づき前記分子イオンの組成を全体組成として推定する全体組成推定手段と、を含むことを特徴とするものである。

上記構成は、分子イオンの一部分について推定された組成（部分組成）に基づいて、当初の組成推定条件を変更するものである。この構成によれば、例えば、組成推定条件を絞り込むことが可能となり、あるいは、組成推定条件を広げることが可能となる。すなわち、組成推定条件を優良化又は最適化することが可能となる。当初の組成推定条件は、変更前の組成推定条件であり、実施形態において、ユーザーにより指定された組成推定条件である。

実施形態において、前記当初の組成推定条件は、複数の元素に対応した複数の原子数範囲により規定される当初の組成探索範囲である。組成推定条件には、通常、精密質量に対する許容誤差範囲が含まれる。組成推定条件に、更に、電荷数、電子数、不飽和度、等が含まれてもよい。

実施形態において、前記変更手段は、前記部分組成に基づいて、前記複数の原子数範囲の内の少なくとも１つの原子数範囲を狭める絞り込み機能を有する。実施形態において、前記複数の原子数範囲は複数の下限及び複数の上限により規定され、前記絞り込み機能は前記複数の下限の内の少なくとも１つの下限を引き上げる機能である。この構成は、全体組成中に部分組成が含まれるという前提の下で、１又は複数の原子数範囲の下限を引き上げるものである。

実施形態において、前記変更手段は、前記部分組成に基づいて、前記複数の元素に対して新たな元素を追加すると共に、前記複数の原子数範囲に対して前記新たな元素に対応する新たな原子数範囲を追加する追加機能を有する。この構成によれば、当初の組成探索範囲を事後的に拡張又は適正化することが可能となる。

実施形態において、前記変更手段は、前記注目部分について複数の部分組成が推定された場合に、前記複数の部分組成から共通組成を抽出する抽出手段と、前記共通組成に基づいて前記組成探索範囲を変更する範囲変更手段と、を含む。この構成は、全体組成中に共通組成が含まれているということを前提とするものであり、変更後の組成探索範囲の妥当性又は信頼性を高められる。

実施形態において、前記変更手段は、前記分子イオンの複数の一部分に相当する複数の注目部分について複数の部分組成が推定された場合に、前記複数の部分組成から元素単位で最大原子数を特定する特定手段と、前記元素単位での最大原子数に基づいて前記組成探索範囲を変更する範囲変更手段と、を含む。この構成は、全体組成中に元素単位での最大原子数が含まれているということを前提とするものであり、変更後の組成探索範囲の妥当性又は信頼性を高められる。

実施形態において、前記注目部分は、前記分子イオンとフラグメントイオンの差に相当する部分、及び、前記フラグメントイオン、の少なくとも一方である。差に相当する部分は、ニュートラルロスに相当する部分であり、それは、フラグメントイオン同様、分子イオンの一部分とみなせるものである。

実施形態において、マススペクトルにおける分子イオンピーク及びフラグメントイオンピークに基づいて、前記差に相当する部分及び前記フラグメントイオンのいずれかを前記注目部分として選択する選択手段を含む。差に相当する部分の質量とフラグメントイオンの質量とを比較し、小さな質量を有する方を注目部分として選択してもよい。この構成によれば、部分組成の推定精度を高められ、ひいては全体組成の推定精度を高められる。差に相当する部分及びフラグメントイオンの両方を注目部分として選択することも考えられる。

実施形態において、前記マススペクトルは、第１イオン化法の適用によって生成された第１マススペクトル、及び、前記第１イオン化法とは異なる第２イオン化法の適用によって生成された第２マススペクトル、を含む。実施形態において、第１マススペクトル及び第２マススペクトルの内の一方はフラグメントイオンピークを明確に特定できるものであり、それらの内の他方は分子イオンピークを明確に特定できるものである。

本発明に係る組成推定方法は、分子イオンの一部分に相当する注目部分の質量に基づいて、前記注目部分の組成を部分組成として推定する工程と、前記部分組成に基づいて当初の組成推定条件を変更し、これにより変更後の組成推定条件を定める工程と、前記変更後の組成推定条件に従って、前記分子イオンの質量に基づき前記分子イオンの組成を全体組成として推定する工程と、を含むことを特徴とするものである。

上記組成推定方法は、ハードウエアの機能として又はソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合、組成推定方法を実行するプログラムが、可搬型記憶媒体又はネットワークを介して、情報処理装置へインストールされる。情報処理装置の概念には、コンピュータ、組成推定装置、マススペクトル処理装置、質量分析システム等が含まれる。

実施形態においては、試料から段階的に分離された複数の化合物に対応する複数のマススペクトルに基づいて、複数の分子イオンについての複数の注目部分の質量が特定され、前記複数の注目部分の質量に基づいて複数の部分組成が推定され、前記複数の部分組成に基づいて前記当初の組成推定条件が段階的に変更される。

本発明によれば、組成推定に際して適切な組成推定条件を定められる。あるいは、組成推定条件の指定に際してユーザーの負担を軽減できる。

実施形態に係る質量分析システムの構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る組成推定方法を説明するための概念図である。 第１クロマトグラムと第１マススペクトルの関係を示す図である。 第２クロマトグラムと第２マススペクトルの関係を示す図である。 第１マススペクトルと第２マススペクトルの関係を示す図である。 組成探索範囲の変更方法の第１実施例を示す図である。 組成探索範囲の変更方法の第２実施例を示す図である。 組成探索範囲の変更方法の第３実施例を示す図である。 組成推定条件の段階的な変更を示す図である。 組成推定条件の段階的な変更の第１例を示す図である。 組成推定条件の段階的な変更の第２例を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、実施形態に係る質量分析システムの構成例が示されている。質量分析システム１０は、元試料に含まれる複数の化合物を時間的に分離した上で、個々の化合物に対して質量分析を実行するものである。図示された質量分析システム１０は、具体的には、ガスクロマトグラフ装置１２、質量分析装置１４、及び、情報処理装置１６により構成される。ガスクロマトグラフ装置１２が除外されてもよい。ガスクロマトグラフ装置１２に代えて液体クロマトグラフ装置等が利用されてもよい。

ガスクロマトグラフ装置１２に対して元試料を導入すると、その出力側に、時間的に分離された複数の化合物が現れる。複数の化合物は、それぞれ、質量分析装置１４から見て分析対象としてのサンプルである。分離された複数の化合物が質量分析装置１４へ順次導入される。質量分析装置１４は、図示の構成例において、イオン源ユニット２０、質量分析部２６、及び、検出部２８を有している。なお、実施形態においては、同じ元試料に対して２回の測定（成分分離及び質量分析）が繰り返し実行される。もっとも、マススペクトルにおいて分子イオンピーク及びフラグメントイオンピークを明確に特定できる限りにおいて、１回の測定だけを行うようにしてもよい。

イオン源ユニット２０は、実施形態において、選択的に利用される第１イオン源２２及び第２イオン源２４を有する。第１イオン源２２は、ハードなイオン源であり、具体的には、それは電子イオン化法に従うイオン源である。第１イオン源２２によれば、比較的に多くのフラグメントイオン（フラグメントイオン群）を生じさせることが可能である。

第２イオン源２４は、ソフトなイオン源であり、具体的には、それは例えば電界イオン化法に従うイオン源である。第２イオン源２４によれば、フラグメントイオンが生じ難く、その一方、分子イオンを明瞭に検出することが可能である。第２イオン化法として、電界イオン化法の他、化学イオン化法、電界脱離イオン化法、光イオン化法、等が挙げられる。２回の測定に際しては、電気的な切り換え、機械的な切り換え、あるいは、用手的な切り換えにより、実際に使用するイオン源が順次選択される。イオン源の選択順序は任意に定め得る。

選択されたイオン源において、そこに導入されたサンプルからイオンが生成される。そのイオンは、電界の作用により、質量分析部２６へ導かれる。なお、２系統の質量分析サブシステムが並列配置されてもよい。その場合、２つのイオン源を並列動作させ得る。その場合、個々の質量分析サブシステムは、以下に説明する質量分析部及び検出部により構成される。

質量分析部２６は、イオンが有する質量電荷比（m/z）に基づいて、イオンに対して質量分析を実行するものである。例えば、質量分析部２６が飛行時間型質量分析部である場合、個々のイオンは、それが有する質量電荷比に応じた飛行時間を経て、検出部２８で検出される。他のタイプの質量分析部（例えば、磁場セクター型質量分析部、四重極型質量分析部）が利用されてもよい。検出部２８は、イオンを検出するものであり、それは具体的には電子増倍管を有する。検出部２８から検出信号２８Ａが出力される。検出信号２８Ａは、図示されていない信号処理回路を経て、情報処理装置１６へ送られている。

情報処理装置１６は、プロセッサ１８、メモリ３０、入力部３２、表示部３４等を有する。プロセッサ１８は例えばプログラムを実行するＣＰＵで構成される。プロセッサ１８に代えて、又は、プロセッサ１８と共に、諸々の演算デバイスが利用されてもよい。情報処理装置１６が複数のコンピュータによって構成されてもよい。その内で一部の機能がネットワーク上に存在していてもよい。

プロセッサ１８は、演算部、制御部及び処理部として機能する。プロセッサ１８が有するデータ処理機能が図１においてデータ処理部３６として示されている。データ処理部３６は、部分組成推定手段、変更手段、及び、全体組成推定手段として機能する。ここで、変更手段は、抽出手段、範囲変更手段、特定手段、等を含む。

メモリ３０は、半導体メモリ、ハードディスク、等により構成される。メモリ３０上には、ＣＰＵが実行する複数のプログラムが格納されている。それらの中には、スペクトル処理プログラム及び組成推定プログラムが含まれる。メモリ３０上には、組成推定データベース３７が構築されている。組成推定データベース３７が、情報処理装置１６に対してネットワークを介して接続されたストレージ上に構築されてもよい。組成推定データベース３７は、分子イオンの組成（全体組成）、ニュートラルロスに相当する部分の組成（部分組成）、及び、フラグメントイオンの組成（部分組成）を推定する際に参照される情報を有する。

入力部３２は、キーボード、ポインティングデバイス等によって構成される。入力部３２を利用して、ユーザーにより、例えば、ピークが選択され、処理条件が入力される。実施形態においては、入力部３２を利用して、ユーザーにより、組成推定条件としての組成探索範囲が指定される。組成探索範囲は、具体的には、複数の元素に対応する複数の原子数範囲を含むものである。各原子数範囲は下限及び上限により規定される。なお、入力された組成推定条件は、以下に説明する表示部３４に表示され、また、メモリ３０に登録される。後述するように組成推定条件が変更される場合、変更後の組成推定条件が表示部３４に表示され、また、メモリ３０に登録される。

表示部３４は、表示手段として機能するものであり、それは、具体的には、液晶表示器、有機ＥＬデバイス等によって構成される。その表示画面には、クロマトグラム、マススペクトル、組成探索範囲、差分情報（ニュートラルロス等）、部分組成推定結果、全体組成推定結果、等が表示される。

図２には、上記のデータ処理部によって実行される組成推定方法が概念図又は流れ図として示されている。ガスクロマトグラフ装置によって分離された化合物ごとに、以下の処理が実行される。

最初に、質量分析により生成されたスペクトルペア又は単一のスペクトルにおいて、分子イオンピーク及びフラグメントイオンピークが特定される（符号１０２を参照）。その特定は、ユーザーにより行われ、又は、自動的に実行される。スペクトルペアは、第１スペクトル及び第２スペクトルからなるものであり、ここで、第１スペクトルはソフトなイオン化法によって生成されたスペクトルであり、第２スペクトルはハードなイオン化法によって生成されたスペクトルである。スペクトルペアの利用に代えて、明瞭な分子イオンピーク及び明瞭なフラグメントイオンピークを含む単一のスペクトルが利用されてもよい。その場合には単一のイオン化法が利用されることになる。なお、コリジョンセル等を利用してフラグメントイオンを生じさせることも可能である。

続いて、分子イオンピークに基づいて分子イオンの質量（精密質量）が求められる（符号１０４を参照）。それと並行して、又は、その後に、分子イオンについての組成推定条件が指定され、具体的には、組成探索範囲（全体組成探索範囲）が指定される（符号１００を参照）。組成推定範囲は、元素範囲及び原子数範囲により規定され、具体的には、複数の元素に対応する複数の原子数範囲により規定される。個々の原子数範囲は下限と上限とにより規定される。組成推定条件には、電子数条件、誤差許容範囲等が含まれ得る。組成推定条件はユーザーにより又は自動的に指定される。

一方、フラグメントイオンピークに基づいてフラグメントイオンの質量（精密質量）が求められる（符号１０６を参照）。分子イオンの質量からフラグメントイオンの質量を引くことにより、質量差分が求められる（符号１０８を参照）。質量差分は、ニュートラルロスとも称される。ニュートラルロスに相当する部分及びフラグメントイオンは、いずれも、分子イオンの一部分に相当する。

図示の例では、質量差分及びフラグメントイオン質量が比較されており、それらの内で小さい方が選択されている（符号１１０を参照）。小さい方を選択すれば以下に説明する部分組成の推定に際して推定精度を高めることが可能となる。もっとも、質量差分又はフラグメントイオン質量のいずれかを常に参照するようにしてもよい。あるいは、それらの両方を常に参照するようにしてもよい。複数の質量差分、及び／又は、複数のフラグメントイオン質量が参照されてもよい。

選択された質量に基づいて、注目部分（ニュートラルロスに相当する部分又はフラグメントイオン）の組成（部分組成）が推定される（符号１１２を参照）。ニュートラルロスに対する組成推定に際しては、電荷数として０が定められる。図示の例では、分子イオンについての組成探索範囲（全体組成探索範囲）に基づいて、注目部分についての組成探索範囲（部分組成探索範囲）が定められる（符号１１４を参照）。実施形態においては、前者が後者として援用されている。必要に応じて、前者を修正することにより（例えば元素を追加することにより）、後者が定められ得る。定められた部分組成探索範囲に従って、注目部分の質量に基づき注目部分の組成が推定される（符号１１２を参照）。その推定結果に基づいて、例えば、確度の高い推定を行えなかったことに基づいて、部分組成探索範囲が変更されてもよい（符号１２０を参照）。

以上により求められた注目部分の組成に基づいて、全体組成探索範囲が変更される（符号１１６を参照）。例えば、１又は複数の原子数範囲の下限が引き上げられ、あるいは、全体組成探索範囲に対して新たな元素が追加される（つまり新たな原子数範囲が追加される）。これにより全体組成探索範囲が優良化され又は最適化される。変更後の全体組成推定範囲に従って、分子イオンの質量に基づき分子イオンの組成が推定される（符号１１８を参照）。優良化された又は適切な全体組成推定範囲に従って全体組成を推定できるので、組成推定結果の信頼性を高められる。

実施形態においては、段階的に分離される複数の化合物のそれぞれに対して上記の一連の処理が段階的に適用される。その場合において、複数の化合物の間で、当初の全体組成探索範囲が共用される。そのような共用によっても、全体組成探索範囲が段階的にカスタマイズされるので、個々の化合物の推定精度を高められる。同時に、ユーザーの負担を大幅に軽減できる。

以下、図３以降の各図を参照しながら実施形態に係る組成推定方法をより詳しく説明する。

図３には、第１イオン源の利用によって生成された第１クロマトグラム６４が示されている。縦軸はＴＩＣ（全イオン電流強度）の大きさを示している。横軸はＲＴ（保持時間）を示している。第１クロマトグラム６４は、図１に示したデータ処理部により、検出信号に基づいて生成される。以下に説明する第２クロマトグラムも同様である。第１クロマトグラム６４において、保持時間軸上の異なる時間に複数の化合物ピーク６７が生じている。複数の化合物ピーク６７に対してウインドウ６６，６８，７０，７２が設定され、各ウインドウ６６，６８，７０，７２内においてマススペクトルが積算される。ｗはウインドウ６６の幅を示している。ｗは事前に設定され、あるいは、個別的にあるいは動的に設定される。保持時間軸上における一定のタイミングで、図１に示したデータ処理部により、検出信号に基づいて、マススペクトルが繰り返し生成される。

ウインドウ６６，６８，７０，７２ごとに、その期間内で観測された複数のマススペクトルを積算することにより第１マススペクトルが生成される。図３においては、ウインドウ６６内で観測された複数のマススペクトルを積算することによって生成された第１マススペクトル７４が例示されている。第１マススペクトル７４において、分子イオンピークは不明瞭であり、その一方、符号７３で示すように、多数のフラグメントイオンピークが出現している。

図４には、第２イオン源の利用によって生成された第２クロマトグラム７５が示されている。図３に示した第１クロマトグラム６４と同様、第２クロマトグラム７５においても、保持時間軸上の異なる時間に複数の化合物ピーク７７が生じている。それらに対して、積算用のウインドウ７６，７８，８０，８２が設定される。もっとも、第１クロマトグラム６４と第２クロマトグラム７５との間では、複数の化合物ピーク６７，７７の発生位置が保持時間軸方向に若干ずれている。実施形態では、そのようなずれを考慮して、第１クロマトグラム６４と第２クロマトグラム７５との間で、化合物ピークペアごとに対応付けつまりペアリングが実行される。その場合には、例えば、一方のクロマトグラムにおけるピーク頂点を基準として、他方のクロマトグラムにおいて探索範囲を設定し、その探索範囲内においてピーク頂点が探索されてもよい。重心を利用する方法、波形フィッティングを利用する方法、等が用いられてもよい。

複数のウインドウ７６，７８，８０，８２内においてマススペクトルが積算されて複数の第２マススペクトルが生成される。図４においては、ウインドウ７６内でのマススペクトルの積算により生成された第２マススペクトル８４が例示されている。第２マススペクトル８４においては、フラグメントイオンピークがほとんど認められないものの、分子イオンピーク８５は明瞭である。

以上のように、２つのクロマトグラム間において、ペアリングされたピークペアごとに、マススペクトルペアが生成される。

図５には、別のマススペクトルペアが例示されている。図５においては、上段に示されているマススペクトル１２２は明瞭な分子イオンピーク１２６を含んでいる。図示の例では、マススペクトル１２２はフラグメントイオンピーク１３０も有している。一方、下段に示されているマススペクトル１２４は、明瞭な分子イオンピークを有せず、複数のフラグメントイオンピーク１３２，１３４を有している。なお、マススペクトル１２２には、分子イオンピークの近傍に同位体ピーク１２８が現れている。

実施形態においては、ユーザーにより又は自動的に分子イオンピーク１２６が特定される。その後、分子イオンピーク１２６を基準としてその下側に探索範囲が自動的に定められ、その探索範囲内において１又は複数のフラグメントイオンピーク１３０，１３２，１３４が自動的に探索される。フラグメントイオンピーク１３０，１３２，１３４がユーザーにより指定されてもよい。

続いて、分子イオンピーク１２６及びフラグメントイオンピーク１３０，１３２，１３４に基づいて、複数の質量差分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が自動的に演算される。より詳しくは、質量差分Ｍ１は、分子イオンピーク１２６に対応する質量から、フラグメントイオンピーク１３０に対応する質量Ｍ４を減算することにより求められる。質量差分Ｍ２は、分子イオンピーク１２６に対応する質量から、フラグメントイオンピーク１３２に対応する質量Ｍ５を減算することにより求められる。質量差分Ｍ３は、分子イオンピーク１２６に対応する質量から、フラグメントイオンピーク１３４に対応する質量Ｍ６を減算することにより求められる。

実施形態においては、質量差分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に基づく組成推定により、３つのニュートラルロスに相当する３つの部分の組成が自動的に推定される。具体的には、質量差分Ｍ１から組成としてＣ２Ｈ３Ｏが推定され、質量差分Ｍ２から組成としてＣＨ２が推定され、質量差分Ｍ３から組成としてＣ３Ｈ４Ｓが推定されている。その場合、フラグメントイオンの質量Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６から組成が推定されてもよい。なお、本明細書及び各図においては、元素記号の後に続く数字が便宜上大きく表現されており、また、その数字が１の場合にはその表記が原則として省略されている。

図６には、組成探索範囲の変更方法の第１実施例が示されている。上記のように推定された複数の組成（符号１３６を参照）から、共通組成が自動的に抽出される（符号１３７を参照）。具体的には、Ｃ２Ｈ３Ｏ、ＣＨ２及びＣ３Ｈ４Ｓの共通組成としてＣＨ２が抽出される（符号１３８を参照）。その共通組成に基づいて、当初の組成探索範囲（符号１４０を参照）が変更され、絞り込み後の組成探索範囲（符号１４２を参照）が定められる。

上記の第１実施例は、複数の差分質量に対応する複数の組成が推定されていることを前提とし、全体組成の中に共通組成が含まれる可能性が高いという考え方に基づいて、組成探索範囲を絞り込むものである。例えば、Ｃの原子数範囲の下限が０から１へ引き上げられ、Ｈの原子数範囲の下限が０から２へ引き上げられる。絞り込み後の組成探索範囲に従って、分子イオンの質量に基づいて組成推定を行えば、推定精度を高められ、特に、推定結果として得られる組成の個数を少なくできる。なお、１つの差分質量に基づいて推定される１つの組成に従って、組成探索範囲が変更されてもよい。

図７には、組成探索範囲の変更方法の第２実施例が示されている。マススペクトルペアにおいて、分子イオンピーク及びフラグメントイオンピークが特定された上で、以下に説明する処理が自動的に実行される。すなわち、分子イオンピークに対応する質量から、フラグメントイオンピークに対応する質量を減算することにより、質量差分が求められる（符号１４４を参照）。その差分質量から複数の組成１４６，１４８，１５０が推定される。具体的には、図７に示す例においては、１つの差分質量から、３つの組成Ｃ３Ｈ４ＯＦ２、Ｃ６Ｈ３Ｆ、ＣＨ２Ｎ３Ｆ２が推定されている。それらの組成に基づいて、共通組成が抽出される（符号１５１を参照）。具体的には、ＣＨ２Ｆが抽出される（符号１５２を参照）。

続いて、第１実施例と同様、共通組成に基づいて、当初の組成探索範囲（符号１４０を参照）を変更することにより、絞り込み後の組成探索範囲（符号１４２を参照）が定められている。例えば、Ｃの原子数範囲の下限が０から１へ引き上げられ、Ｈの原子数範囲の下限が０から２へ引き上げられ、Ｆの原子数範囲の下限が０から１に引き上げられる。絞り込み後の組成探索範囲に従って、分子イオンの質量に基づいて組成推定を行えば、推定精度を高められ、特に、推定結果として得られる組成の個数を少なくできる。この第２実施例も、全体組成の中に共通組成が含まれる可能性が高いという考え方に基づいて、組成探索範囲を絞り込むものである。

図８には、組成探索範囲の変更方法の第３実施例が示されている。図８は、マススペクトルペアにおいて分子イオンピーク及び３つのフラグメントイオンピークが特定された上で自動的に実行される処理を示している。具体的には、分子イオンピークに対応する質量から、３つのフラグメントイオンピークに対応する質量を減算することにより、３つの質量差分が求められる。それらの差分質量から、複数の組成１６０，１６２，１６４が推定される。具体的には、３つの組成Ｃ２Ｈ３Ｏ、Ｃ３Ｈ４Ｓ、ＣＨ２が推定されている。それらの組成に基づいて、元素ごとに最大値が抽出される（符号１６５を参照）。具体的には、Ｃの最大値３、Ｈの最大値４、Ｏの最大値１、及び、Ｓの最大値１が抽出される（符号１６６を参照）。

一方、当初の組成探索範囲として、Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｓに対応する４つの原子数範囲が設定されている（符号１６８を参照）。具体的には、Ｃの原子数範囲として０－５０が設定されており、Ｈの原子数範囲として０－１００が設定されており、Ｏの原子数範囲として０－１０が設定されており、Ｓの原子数範囲として０－５が設定されている。第３実施例では、上記の４つの元素の最大値に基づいて、４つの原子数範囲の下限が引き上げられている。具体的には、Ｃの原子数範囲の下限が０から３に引き上げられており、Ｈの原子数範囲の下限が０から４に引き上げられており、Ｏの原子数範囲の下限が０から１に引き上げられており、Ｓの原子数範囲の下限が０から１に引き上げられている（符号１７０を参照）。各原子数範囲の上限は維持されている。

絞り込み後の組成探索範囲に従って、分子イオンの質量に基づいて組成推定を行えば、推定精度を高められ、特に、推定結果として得られる組成の個数を少なくできる。この第３実施例は、全体組成の中に各最大値が含まれる可能性が高いという考え方に基づいて、組成探索範囲を絞り込むものである。

第４実施例について説明する。上記の第１実施例乃至第３実施例においては、注目部分の組成を推定するための組成探索範囲として、分子イオンの組成を推定するための組成探索範囲が援用されていたが、両者を同一とせずに、後者の組成探索範囲を拡大することにより前者の組成推定範囲を生成するようにしてもよい。例えば、元素範囲に新たな元素を追加し、すなわち、複数の原子数範囲に対して新たな原子数範囲を追加してもよい。具体的には、例えば、図８に示した例において、新たな元素Ｘを追加し、その原子数範囲として０－３を追加してもよい。追加する原子数範囲の下限を０としておけば、元素Ｘを有しない組成も推定対象となるので、元素Ｘの追加に伴う推定制限問題を回避することが可能となる。もっとも、各実施例において、元素Ｘの下限の変更により、その下限に０以外の数値が与えられる場合には、元素Ｘは推定上の必須元素として取り扱われる。

第５実施例について説明する。第５実施例は第４実施例の変形例に相当するものである。具体的には、第５実施例は、注目部分の組成を推定する場合において、まず、当初の組成探索範囲をそのまま援用するものである。そして、組成の推定を適切に行えなかった場合に、上記同様に、元素Ｘの追加（及びその原子数範囲の追加）を行うものである。例えば、分析対象試料が有機物であれば、基本的な元素であるＣ，Ｈ，Ｎ，Ｏについてはそれぞれ原子数範囲を常に定め、必要に応じて、１又は複数の他の元素について１又は複数の原子数範囲を追加するようにしてもよい。そのような元素として、Ｂ，Ｆ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ等が挙げられる。

次に、図９～図１１に基づいて、組成探索範囲の段階的な変更について説明する。図９において、クロマトグラム１７２には、複数の化合物ピーク１７４Ａ，１７４Ｂ，１７４Ｃが含まれる。それらに対応するマススペクトルの解析により各化合物の組成が推定される。その際には、化合物単位で得られるマススペクトルに基づいて注目部分の質量が特定され、その質量から推定される組成に基づいて当初の組成探索範囲１７６が変更される。図示の例では、当初の組成探索範囲１７６を段階的に変更することにより、化合物ａ用の組成探索範囲１７８、化合物ｂ用の組成探索範囲１８０、及び、化合物ｃ用の組成探索範囲１８２が生成されている。そのような段階的な変更は自動的に行われるので、ユーザーの負担を大幅に軽減できる。

図１０には、組成探索範囲の段階的変更の第１例が示されている。当初の組成探索範囲１９０は、複数の項目１９２により構成され、個々の項目１９２は、元素ごとの原子数範囲（下限及び上限）を含んでいる。化合物ａについて得られたマススペクトルに基づき、複数の部分組成１９４が推定されており、それらに基づいて、変更後の組成探索範囲１９６が生成されている。具体的には、元素Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｏの各下限が変更されている。続いて、化合物ｂについて得られたマススペクトルに基づき、複数の部分組成１９８が推定されており、それらに基づいて、変更後の組成探索範囲２００が生成されている。具体的には、元素Ｃ，Ｈ，Ｎの各下限が変更されている。更に続いて、化合物ｃについて得られたマススペクトルに基づき、複数の部分組成２０２が推定されており、それらに基づいて、変更後の組成探索範囲２０４が生成されている。具体的には、元素Ｃ，Ｈ，Ｏの各下限が変更されている。必要に応じて、上記のような組成探索範囲の変更が繰り返される。

図１１には、組成探索範囲の段階的変更の第２例が示されている。当初の組成探索範囲１９０は、分子イオンについてのものである。注目部分についての組成探索範囲２０６は、組成探索範囲１９０に対して加えられた２つの項目を含んでいる（符号２０８を参照）。具体的には、元素Ｆについての原子数範囲及び元素Ｓについての原子数範囲が追加されている。この追加により、変更後の組成探索範囲が元素Ｆの原子数範囲及び元素Ｓの原子数範囲を含み得ることになる。

化合物ａについて得られたマススペクトルに基づき、複数の部分組成２１０が推定されており、それらに基づいて、変更後の組成探索範囲２１２が生成されている。具体的には、元素Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｏの各下限が変更されている。続いて、化合物ｂについて得られたマススペクトルに基づき、複数の部分組成２１４が推定されており、それらに基づいて、変更後の組成探索範囲２１６が生成されている。具体的には、元素Ｃ，Ｈ，Ｏの各下限が変更され、また、新たな元素としてＳが加えられており、その原子数範囲が追加されている。その原子数範囲の下限は１である。更に続いて、化合物ｃについて得られたマススペクトルに基づき、複数の部分組成２１８が推定されており、それらに基づいて、変更後の組成探索範囲２２０が生成されている。具体的には、元素Ｃ，Ｈ，Ｏの各下限が変更されており、また、新たな元素としてＦが加えられており、その原子数範囲が追加されている。必要に応じて、このような組成探索範囲の変更が繰り返される。

図１１に示す例では、組成探索範囲２０６が組成探索範囲１９０に対して最初から異なっていたが、組成探索範囲１９０に基づいて注目部分についての組成推定を実行し、それが失敗した場合に、組成探索範囲２０６を採用するようにしてもよい。また、共通組成による組成探索範囲の変更を行わず、元素（及び原子数範囲）の追加のみによる組成探索範囲の変更を行うようにしてもよい。

いずれにしても、注目部分について推定された組成により当初の組成探索範囲を変更することにより、化合物についての組成の推定精度を高められる。また、当初の組成探索範囲を段階的に変更することにより、ユーザーの負担を大幅に軽減できる。

上記実施形態では、複数のイオン源が用いられていたが、単一のイオン源を用いるようにしてもよい。以上においては、もっぱら、質量差分に基づく組成の推定について説明したが、フラグメントイオンの質量に基づいて組成が推定されてもよい。情報処理装置が単体で利用されてもよい。下限の引き上げによる絞り込み方法及び元素の追加による拡張方法の内で一方の方法のみが採用されてもよい。状況に応じて複数の変更方法の中から自動的に変更方法が選択されてもよい。

１０ 質量分析システム、１２ ガスクロマトグラフ装置、１４ 質量分析装置、１６ 情報処理装置、１８ プロセッサ、３６ データ処理部。

Claims (12)

1. 元試料から段階的に分離された複数の化合物に対応する複数のマススペクトルに基づいて、前記化合物ごとに、分子イオンの質量及び前記分子イオンの一部分に相当する注目部分の質量を特定する手段と、
   前記化合物ごとに、前記注目部分の質量に基づいて、前記注目部分の組成を部分組成として推定する部分組成推定手段と、
   前記化合物ごとに、前記部分組成に基づいて前記複数の化合物間で共用される組成推定条件を変更し、これにより変更後の組成推定条件を定める変更手段と、
   前記化合物ごとに、前記変更後の組成推定条件に従って、前記分子イオンの質量に基づき前記分子イオンの組成を全体組成として推定する全体組成推定手段と、
   を含むことを特徴とする組成推定装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記共用される組成推定条件は、複数の元素に対応した複数の原子数範囲により規定される当初の組成探索範囲である、
   ことを特徴とする組成推定装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記変更手段は、前記部分組成に基づいて、前記複数の原子数範囲の内の少なくとも１つの原子数範囲を狭める絞り込み機能を有する、
   ことを特徴とする組成推定装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記複数の原子数範囲は複数の下限及び複数の上限により規定され、
   前記絞り込み機能は前記複数の下限の内の少なくとも１つの下限を引き上げる機能である、
   ことを特徴とする組成推定装置。
5. 請求項２記載の装置において、
   前記変更手段は、前記部分組成に基づいて、前記複数の元素に対して新たな元素を追加すると共に、前記複数の原子数範囲に対して前記新たな元素に対応する新たな原子数範囲を追加する追加機能を有する、
   ことを特徴とする組成推定装置。
6. 請求項２記載の装置において、
   前記変更手段は、
   前記注目部分について複数の部分組成が推定された場合に、前記複数の部分組成から共通組成を抽出する抽出手段と、
   前記共通組成に基づいて前記組成探索範囲を変更する範囲変更手段と、
   を含む、ことを特徴とする組成推定装置。
7. 請求項２記載の装置において、
   前記変更手段は、
   前記分子イオンの複数の一部分に相当する複数の注目部分について複数の部分組成が推定された場合に、前記複数の部分組成から元素単位で最大原子数を特定する特定手段と、
   前記元素単位での最大原子数に基づいて前記組成探索範囲を変更する範囲変更手段と、
   を含む、ことを特徴とする組成推定装置。
8. 請求項１記載の装置において、
   前記注目部分は、前記分子イオンとフラグメントイオンの差に相当する部分、及び、前記フラグメントイオン、の内の少なくとも一方である、
   ことを特徴とする組成推定装置。
9. 請求項８記載の装置において、
   マススペクトルにおける分子イオンピーク及びフラグメントイオンピークに基づいて、前記差に相当する部分及び前記フラグメントイオンのいずれかを前記注目部分として選択する選択手段を含む、
   ことを特徴とする組成推定装置。
10. 請求項８記載の装置において、
    前記マススペクトルは、第１イオン化法の適用によって生成された第１マススペクトル、及び、前記第１イオン化法とは異なる第２イオン化法の適用によって生成された第２マススペクトル、を含む、
    ことを特徴とする組成推定装置。
11. 元試料から段階的に分離された複数の化合物に対応する複数のマススペクトルに基づいて、前記化合物ごとに、分子イオンの質量及び前記分子イオンの一部分に相当する注目部分の質量を特定する工程と、
    前記化合物ごとに、前記注目部分の質量に基づいて、前記注目部分の組成を部分組成として推定する工程と、
    前記化合物ごとに、前記部分組成に基づいて前記複数の化合物間で共用される組成推定条件を変更し、これにより変更後の組成推定条件を定める工程と、
    前記化合物ごとに、前記変更後の組成推定条件に従って、前記分子イオンの質量に基づき前記分子イオンの組成を全体組成として推定する工程と、
    を含むことを特徴とする組成推定方法。
12. 情報処理装置において組成推定方法を実行するためのプログラムであって、
    元試料から段階的に分離された複数の化合物に対応する複数のマススペクトルに基づいて、前記化合物ごとに、分子イオンの質量及び前記分子イオンの一部分に相当する注目部分の質量を特定する機能と、
    前記化合物ごとに、前記注目部分の質量に基づいて、前記注目部分の組成を部分組成として推定する機能と、
    前記化合物ごとに、前記部分組成に基づいて前記複数の化合物間で共用される組成推定条件を変更し、これにより変更後の組成推定条件を定める機能と、
    前記化合物ごとに、前記変更後の組成推定条件に従って、前記分子イオンの質量に基づき前記分子イオンの組成を全体組成として推定する機能と、
    を含むことを特徴とするプログラム。

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