特開 2023-180536 質量分析方法及び質量分析プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180536

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】質量分析方法及び質量分析プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20231214BHJP

   G01N 30/72 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 D

G01N27/62 C

G01N27/62 X

G01N30/72 A

G01N30/72 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093917

(22)【出願日】2022-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】弁理士法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北野 理基

【テーマコード（参考）】

2G041

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041DA09

2G041DA13

2G041DA19

2G041EA04

2G041EA06

2G041GA03

2G041HA01

2G041LA06

2G041LA11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】試料分子の分子量を正しく求めることができる質量分析方法を提供する。
【解決手段】所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップＳ１、マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップＳ３、生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップＳ５、複数のピークの各々のm/zの値とm/z値取得ステップで取得した複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップＳ６を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップと、
前記マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップと、
生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、前記所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップと、
前記複数のピークの各々のm/zの値と前記m/z値取得ステップで取得した前記複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、前記試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップと
を有する質量分析方法。

【請求項2】

さらに、
電子イオン化法により前記試料分子が開裂したマススペクトルであるＥＩマススペクトルを取得するＥＩマススペクトル取得ステップと、
前記ＥＩマススペクトルに現れたピークのm/zの値を取得するフラグメントイオンm/z値取得ステップと、
分子毎に該分子を特定する情報、該分子の分子量及び該分子から電子イオン化法により生成されるフラグメントイオンのm/zの値が記録されたフラグメントイオンデータベースから、前記試料分子量特定ステップで特定された前記試料分子の分子量と同じ分子量を有する複数の分子につき、該分子を特定する分子特定情報及び該分子から生成されるフラグメントイオンのm/zの値を取得する試料分子候補データ取得ステップと、
前記複数の分子の各々につき、前記試料分子候補データ取得ステップで取得したフラグメントイオンのm/zの値と、前記フラグメントイオンm/z値取得ステップで取得したm/zの値を対比し、該複数の分子のうちそれら2つのm/zの値が一致した分子の分子特定情報により、前記試料分子を特定する試料分子特定ステップと
を有する、請求項１に記載の質量分析方法。

【請求項3】

前記試料分子が、ガスクロマトグラフ又は液体クロマトグラフのカラムを通過した試料の成分の分子である、請求項１又は２に記載の質量分析方法。

【請求項4】

コンピュータに、
所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップと、
前記マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップと、
生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、前記所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップと、
前記複数のピークの各々のm/zの値と前記m/z値取得ステップで取得した前記複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、前記試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップと
を実行させるプログラムである質量分析プログラム。

【請求項5】

さらに、コンピュータに
電子イオン化法により前記試料分子が開裂したマススペクトルであるＥＩマススペクトルを取得するＥＩマススペクトル取得ステップと、
前記ＥＩマススペクトルに現れたピークのm/zの値を取得するフラグメントイオンm/z値取得ステップと、
分子毎に該分子を特定する情報、該分子の分子量及び該分子から電子イオン化法により生成されるフラグメントイオンのm/zの値が記録されたフラグメントイオンデータベースから、前記試料分子量特定ステップで特定された前記試料分子の分子量と同じ分子量を有する複数の分子につき、該分子を特定する分子特定情報及び該分子から生成されるフラグメントイオンのm/zの値を取得する試料分子候補データ取得ステップと、
前記複数の分子の各々につき、前記試料分子候補データ取得ステップで取得したフラグメントイオンのm/zの値と、前記フラグメントイオンm/z値取得ステップで取得したm/zの値を対比し、該複数の分子のうちそれら2つのm/zの値が一致した分子の分子特定情報により、前記試料分子を特定する試料分子特定ステップと
を実行させるプログラムである、請求項４に記載の質量分析プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、質量分析方法、及び該方法をコンピュータに実行させるプログラムである質量分析プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

質量分析法では一般に、気体の試料又は液体の試料を気化したものの分子（試料分子）をイオン化したうえで、電気的・磁気的な作用を用いて、イオンをその質量及び電荷により定まる質量電荷比（m/z）の値に応じて分離して検出することにより、m/zと検出強度の関係を示すマススペクトルが得られる。ここで分子をイオン化する方法には、電子イオン化（Electron Ionization：ＥＩ）法や、化学イオン化（Chemical Ionization：ＣＩ）法等の種々の手法が用いられている。

【0003】

ＥＩ法は、熱したフィラメントから放出される熱電子を試料分子に衝突させることにより試料分子をイオン化する方法である。この方法では、試料分子中の電子が叩き出された、該試料分子と略同質量を有するイオンが生成されると共に、多くの場合には開裂（フラグメンテーション）が生じることによって試料分子よりも小さい質量を有するフラグメントイオンも生成される。このように生成されるフラグメントイオンの種類が試料分子の種類に依存することから、検出されたフラグメントイオンは、同じ分子量を有する複数の分子の候補の中から試料分子の種類を特定する際に有用な情報となる。しかし、ＥＩ法で得られるマススペクトルには試料分子（が開裂することなくイオン化したもの）によるピークとフラグメントイオンによるピークが混在し、試料分子によるピークを特定し難い。特に、開裂が生じ易い試料分子ではそのほとんどが熱電子の衝突によって開裂してしまうことがあり、そのような場合には、ピークの検出結果から試料分子の分子量を特定することは困難であり、ひいては試料分子の種類を特定することも困難になる。

【0004】

それに対してＣＩ法では、試料分子とは別の反応ガスの分子に熱電子を衝突させることにより反応ガスイオンを生成し、その反応ガスイオンと試料分子を接触させることでイオン分子反応を生じさせ、それによって、試料分子にプロトン（H⁺）が1個付加されたプロトン付加分子を生成する（例えば特許文献１参照。なお、反応ガスイオンは通常、プロトンとは異なるイオンである。）。プロトン付加分子は、その全体で1価の陽イオンとしての挙動を示す。ＣＩ法で得られるマススペクトルには、プロトン付加分子によるピークが生じる一方、ＣＩ法では開裂が生じ難いため、フラグメントイオンによるピークはほとんど現れない。そのため、プロトン付加分子のm/zの値を容易に特定することができ、そのm/zから1を減じることによって試料分子の分子量も容易に特定することができる。

【0005】

そこで従来より、同じ試料に対してＣＩ法とＥＩ法の双方を用いてそれぞれマススペクトルを取得したうえで、ＣＩ法で得られたマススペクトルから求めた試料分子の分子量と、ＥＩ法で得られたマススペクトルから求めたフラグメントイオンのm/zの値に基づいて、試料分子の種類を特定することが行われている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平11-064285号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＣＩ法で得られるマススペクトルでは、理想的にはプロトン付加分子以外によるピークはほとんど現れないはずである。しかしながら実際には、反応ガスイオンがそのまま試料分子に付加された、プロトン付加分子以外のイオン付加分子（なお、プロトン付加分子もイオン付加分子の一種である）が発生し、それによってマススペクトルに、プロトン付加分子によるピークよりもm/zの値が大きいピークが生じることがある。そうすると、反応ガスイオンが付加されたイオン付加分子をプロトン付加分子によるピークであると分析者が誤認してしまい、試料分子の分子量を誤った値で求めてしまうおそれがある。求めた試料分子の分子量が誤っていると、ＥＩ法でフラグメントイオンのm/zの値を取得しても、試料分子の種類を特定できないか又は誤って特定してしまう。

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、試料分子の分子量を正しく求めることができる質量分析方法及び質量分析プログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析方法は、
所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップと、
前記マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップと、
生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、前記所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップと、
前記複数のピークの各々のm/zの値と前記m/z値取得ステップで取得した前記複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、前記試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップと
を有する。

【0010】

本発明に係る質量分析プログラムは、コンピュータに、
所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップと、
前記マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップと、
生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、前記所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップと、
前記複数のピークの各々のm/zの値と前記m/z値取得ステップで取得した前記複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、前記試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップと
を実行させるプログラムである。

【発明の効果】

【0011】

本発明では、まず、従来のＣＩ法と同様に、所定の反応ガスの分子をイオン化することにより生成し、試料分子と反応ガスイオンを接触させることによって試料分子に付加イオン（後述のように反応ガスイオンと同じであるとは限らない）が付加されたイオン付加分子を生成したうえで、マススペクトルを取得する。そして、このマススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得する。こうしてマススペクトルから得られた複数のm/zの各々の値は、反応ガスイオンと試料分子が接触することによって生じる複数種の付加イオンのm/zの値にそれぞれ、試料分子の分子量が加算された値となる。従って、複数種の付加イオンの各々のm/zの値が既知であれば、マススペクトルから得られたm/zの値と付加イオンのm/zの値に基づいて、試料分子の分子量を特定することができる。そこで、予め反応ガス毎に複数種の付加イオンのm/zの値が記録された付加イオンデータベースを作成しておき、この付加イオンデータベースから、分析に使用した反応ガス（前記所定の反応ガス）に対応する複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得すれば、マススペクトルのピークの各々のm/zの値と付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、試料分子の分子量を特定する。

【0012】

本発明によれば、プロトン付加分子によるピークよりもm/zの値が大きい付加イオンが付加されたイオン付加分子を、プロトン付加分子によるピークであると分析者が誤認することを防ぐことができるため、試料分子の分子量を正しく求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る質量分析方法を実施する際に用いる質量分析装置の一例を示す概略構成図。

【図2】本発明に係る質量分析方法の実施形態、及び質量分析プログラムの実施形態の動作を示すフローチャート。

【図3】本実施形態の質量分析方法及び質量分析プログラムで用いる付加イオンデータベースが有するデータの例を示す図。

【図4】本実施形態の質量分析方法で得られるＣＩマススペクトルの一例を示す図。

【図5】本実施形態の質量分析方法及び質量分析プログラムで用いるフラグメントイオンデータベースが有するデータの例を示す図。

【図6】本実施形態の質量分析方法で得られるＥＩマススペクトルの一例を示す図。

【図7】本実施形態の質量分析方法で得られるＣＩマススペクトルの別の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１～図７を用いて、本発明に係る質量分析方法及び質量分析プログラムの実施形態を説明する。

【0015】

(1) 質量分析装置の一例
本実施形態の質量分析方法及び質量分析プログラムを説明する前に、質量分析装置の一例であるガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ－ＭＳ）１について説明する。このＧＣ－ＭＳ１は本実施形態の質量分析方法を実施する際に用いられる装置であって、該装置の動作の一部は本実施形態の質量分析プログラムにより実行される。

【0016】

図１に、ＧＣ－ＭＳ１の概略構成を示す。ＧＣ－ＭＳ１は、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）部１０と、質量分析（ＭＳ）部２０と、データ処理部３０と、データベース４０とを有する。

【0017】

ＧＣ部１０は、インジェクタ１１と、試料気化室１２と、キャピラリカラム１３と、カラムオーブン１４とを有する。インジェクタ１１は液体試料を試料気化室１２内に滴下するものである。試料気化室１２は液体試料を気化するものであり、キャピラリカラム１３の入口端に接続されている。キャピラリカラム１３は、試料気化室１２から導入された気体の試料が通過する間に成分毎に時間方向に分離させるものである。キャピラリカラム１３はカラムオーブン１４内に収容されており、該カラムオーブン１４によって加熱されている。

【0018】

ＭＳ部２０は、イオン源２１、レンズ電極２２、四重極マスフィルタ２３、イオン検出器２４を有する。これらは真空チャンバ２５内に収容されている。

【0019】

イオン源２１はＣＩ／ＥＩ兼用イオン源であり、分析対象の試料分子を含む試料ガスが導入されるイオン化室２１１と、熱電子を生成するフィラメント２１２と、途中にバルブ２１４が設けられた反応ガス流路２１３と、フィラメント電源部２１５とを含む。フィラメント電源部２１５からフィラメント２１２に所定の電流が供給されると、該フィラメント２１２が加熱されて熱電子が生成される。

【0020】

ＣＩ法によるイオン化が行われる場合には、バルブ２１４が開放（オン）された状態でフィラメント２１２に電流が供給される。これにより、反応ガス流路２１３を通して反応ガスがイオン化室２１１内に供給され、該反応ガスの分子に熱電子が衝突することにより反応ガスイオンが生成される。この反応ガスイオンと試料ガス中の試料分子とが反応することにより、試料分子に付加イオンが付加されたイオン付加分子が生成される。一方、ＥＩ法によるイオン化が行われる場合には、バルブ２１４が閉鎖（オフ）された状態でフィラメント２１２に電流が供給される。熱電子は図示しない電極やイオン化室２１１、フィラメント２１２自体などに印加されている直流電圧によって形成される電場によって加速され、イオン化室２１１内に入射する。すると、イオン化室２１１内に導入された試料分子にこの熱電子が衝突し、試料分子がイオン化され、さらにイオンの開裂が生じることによりフラグメントイオンが生成される。ＣＩ法、ＥＩ法いずれの場合も、イオン化室２１１内で生成されたイオン（イオン付加分子又はフラグメントイオン）は、イオン化室２１１内に配置されているリペラ電極により形成される電場の作用によりイオン化室２１１から射出される。

【0021】

レンズ電極２２は、それが形成する電場の作用により、イオン化室２１１から射出されるイオンを収束するものである。四重極マスフィルタ２３は４本のロッド状電極を有し、それらロッド状電極にはそれぞれ直流電圧と高周波電圧とを重畳した所定の電圧が印加される。四重極マスフィルタ２３は、レンズ電極２２で収束されたイオンのうち、この電圧に応じたm/zを持つイオンのみを選択的に通過させるものである。この電圧を所定の範囲で変化させることにより、四重極マスフィルタ２３を通過するイオンのm/zは所定の範囲で走査される。イオン検出器２４は入射したイオンの量に応じた検出信号を出力するものである。

【0022】

データ処理部３０は、マススペクトル取得部３１と、m/z値取得部３２と、試料分子量特定部３３と、試料分子候補データ取得部３４と、試料分子特定部３５とを有する。データ処理部３０の実体はＣＰＵやメモリ等のハードウエア及び本実施形態の質量分析プログラム（ソフトウエア）である。また、データベース４０は、付加イオンデータベース（付加イオンＤＢ）４１とフラグメントイオンデータベース（フラグメントイオンＤＢ）４２とを合わせたものであって、ハードディスク（ＨＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の記憶装置又はＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体から構成される。これらデータ処理部３０及びデータベース４０の詳細は、本実施形態の質量分析方法及び質量分析プログラムの説明と共に後述する。

【0023】

その他、ＧＣ－ＭＳ１は、ＧＣ部１０及びＭＳ部２０の動作を制御する分析制御部５０と、分析結果等を表示するディスプレイである表示部５１と、ユーザが入力を行うキーボードやマウス等から成る入力部５２とを有する。タッチパネルを用いることで表示部５１と入力部５２を一体化してもよい。データ処理部３０、データベース４０、分析制御部５０、表示部５１及び入力部５２を合わせたものが、ＰＣ等のコンピュータにより具現化される。

【0024】

(2) 本実施形態の質量分析方法、及び本実施形態の質量分析プログラムの動作
図２のフローチャートを参照しつつ、本実施形態の質量分析方法を説明する。以下の説明においてデータ処理部３０が有する各部が実行する動作は、本実施形態の質量分析プログラムによって制御される。

【0025】

まず、分析制御部５０による制御により、ＣＩ法を用いてＧＣ／ＭＳ測定を実行し、マススペクトルを取得する（ステップ１：マススペクトル取得ステップ）。ＣＩ法によるＧＣ／ＭＳ測定は以下のように実行される。

【0026】

ＧＣ部１０では、液体試料がインジェクタ１１から試料気化室１２内に滴下される。液体試料は短時間で気化し、試料ガスとなってキャリアガス源（図示せず）から試料気化室１２内に供給されるＨｅガス等のキャリアガスの流れに乗ってキャピラリカラム１３に送り込まれる。キャピラリカラム１３に送り込まれた試料ガスに含まれる各種の分子（試料分子）は、キャピラリカラム１３を通過する間に時間方向に分離され、ＭＳ部２０のイオン源２１へ順次導入される。

【0027】

イオン源２１では前述のように、イオン化室２１１内に供給された反応ガスの分子に、フィラメント２１２で生成された熱電子が衝突すること（ＣＩ法）により、試料分子に付加イオンが付加したイオン付加分子が生成される。生成されたイオン付加分子はイオン化室２１１から射出され、レンズ電極２２で収束されて四重極マスフィルタ２３に入射し、四重極マスフィルタ２３のロッド状電極に印加される電圧が該イオンのm/zに対応した所定の値であるときにのみ該四重極マスフィルタ２３を通過してイオン検出器２４で検出される。ここで四重極マスフィルタ２３のロッド状電極に印加される電圧が所定の範囲で時間変化することによってイオン検出器２４に入射するイオンの種類がそのm/zの値により変化することから、マススペクトル取得部３１は、イオン検出器２４が送出する検出信号を受信し、該検出信号の強度の時間変化に基づいてイオンのm/zと検出強度の関係を示すマススペクトルを取得する。

【0028】

以下では、ステップ１のようにＣＩ法によるイオン化が行われた場合に得られたマススペクトルを「ＣＩマススペクトル」と呼び、後述のステップ７のようにＥＩ法によるイオン化が行われた場合に得られたマススペクトルを「ＥＩマススペクトル」と呼ぶ。

【0029】

次に、m/z値取得部３２は、マススペクトル取得部３１で取得されたＣＩマススペクトルからピークを検出し（ステップ２）、そのピークにおけるm/zの値を取得する（ステップ３：イオン付加分子m/z値取得ステップ）。これらピークの検出及びm/zの値の取得は、従来より用いられている手法により実行することができる。

【0030】

次に、試料分子量特定部３３は、ＣＩマススペクトルを取得する際に用いた反応ガスを特定するための情報（反応ガス特定情報）を取得する（ステップ４）。この情報は、典型的には反応ガスの名称であるが、反応ガスが有する分子の分子式等で特定してもよい。反応ガス特定情報は、操作者が入力部５２を用いて反応ガスの名称等を直接入力するようにしてもよいし、反応ガス特定情報の候補を表示部５１に表示させたうえで操作者が入力部５２を用いて選択するようにしてもよい。

【0031】

そのうえで、試料分子量特定部３３は、付加イオンＤＢ４１から、反応ガス特定情報に対応する複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する（ステップ５：付加イオンm/z値取得ステップ）。図３に、付加イオンＤＢ４１に収録されているデータの例を示す。この例では、反応ガスとしてメタン（CH₄）、イソブタン（C₄H₁₀）、アンモニア（NH₃）、メタノール（CH₄O）及びアセトニトリル（C₂H₃N）が収録されており、これら反応ガスについてそれぞれ3種ずつ付加イオンのm/zの値及びイオン式が収録されている。例えば、反応ガスがメタンである場合には、付加イオンＤＢ４１には付加イオンのm/zの値として1（イオン式H⁺）、17（同CH₅ ⁺）及び、29（同C₂H₅ ⁺）が収録されている。

【0032】

ここで反応ガスがメタンである場合を例として、イオン付加分子が生成される過程を説明する。メタンの分子は熱電子と衝突し、以下の(1)式
CH₄+e^-（熱電子）→CH₄ ^+*+2e^- …(1)
で反応することにより、CH₄ ^+*（ラジカルカチオン）が生成される。このCH₄ ^+*はさらにメタンの分子と以下の(2)式
CH₄ ^+*+CH₄→CH₅ ⁺+CH₃ ^* …(2)
で反応することにより、CH₅ ⁺及びCH₃ ^*（ラジカル）が生成される。これらのうちCH₅ ⁺が試料分子Mと反応すると、
M+CH₅ ⁺→MH⁺+CH₄ …(3)
となる。その結果、付加イオンであるプロトンH⁺が試料分子Mに付加したイオン付加分子が生成される。一方、(2)式で生成されたCH₅ ⁺がそのまま付加イオンとして試料分子Mに付加したイオン付加分子も生成される。

【0033】

さらに、(1)式で生成されたCH₄ ^+*から、以下の(4)式
CH₄ ^+*+CH₄→CH₃ ⁺+CH₅ ^* …(4)
の反応も生じるが、CH₃ ⁺はさらにメタンの分子と以下の(5)式
CH₃ ⁺+CH₄→C₂H₅ ⁺+H₂
で反応し、C₂H₅ ⁺が生成される。このC₂H₅ ⁺がそのまま付加イオンとして試料分子Mに付加することによっても、イオン付加分子が生成される。

【0034】

次に、試料分子量特定部３３は、ＣＩマススペクトルに現れた複数のピークの各々におけるm/zの値と、ステップ５で取得した複数種の付加イオンの各々におけるm/zの値に基づいて、試料分子の分子量を特定する（ステップ６：試料分子量特定ステップ）。

【0035】

図４に、反応ガスとしてメタンを用いた場合におけるＣＩマススペクトルの一例を示す。ステップ３により得られた、このＣＩマススペクトルに現れたピークのm/zの値は、343, 359及び371である。それに対して、ステップ５で得られた、反応ガスがメタンである場合における付加イオンのm/zの値は1, 17及び29である。これらＣＩマススペクトルに現れた3つのピークのm/zの値を小さい順に、付加イオンのm/zの値に対応させると、それら3つのいずれも、前者の値と後者の値の差は342となる。このことから、試料分子の分子量は342であると特定することができる（上記ステップ６）。また、該試料分子に付加イオンとしてそれぞれH⁺, CH₅ ⁺及びC₂H₅ ⁺が付加したことがわかる（なお、試料分子の種類を特定するためには、ＣＩ法で試料分子に付加した付加イオンの種類を特定する必要はない）。但し、この時点では未だ、試料分子の種類（名称、分子式、構造式等）は特定されていない。

【0036】

次に、分析制御部５０による制御によってＥＩ法を用いてＧＣ／ＭＳ測定を実行し、マススペクトル取得部３１はＥＩマススペクトルを取得する（ステップ７：ＥＩマススペクトル取得ステップ）。ＥＩ法では、ＧＣ部１０はＣＩ法の場合と同様の動作により、ＭＳ部２０のイオン源２１に試料分子を導入する。イオン源２１では前述のように、試料分子に熱電子が衝突すること（ＥＩ法）により、試料分子がイオン化され、さらにイオンの開裂が生じることによりフラグメントイオンが生成される。生成されたフラグメントイオンがレンズ電極２２で収束されて四重極マスフィルタ２３に入射し、ＣＩ法の場合と同様の原理によりマススペクトルが取得される。

【0037】

次に、m/z値取得部３２は、マススペクトル取得部３１で取得されたＥＩマススペクトルからピークを検出し（ステップ８）、そのピークにおけるm/zの値を取得する（ステップ９：フラグメントイオンm/z値取得ステップ）。

【0038】

次に、試料分子候補データ取得部３４は、ステップ６で特定された分子量を有する複数の分子につき、フラグメントイオンＤＢ４２から、各分子を特定する分子特定情報及び該分子から生成されるフラグメントイオンのm/zの値を取得する（ステップ１０：試料分子候補データ取得ステップ）。分子特定情報としては、分子の名称、分子式（組成式）、分子の構造式等が挙げられる。

【0039】

図５に、フラグメントイオンＤＢ４２に収録されているデータの例を示す。図５の上段には、多数の化合物にそれぞれ1つずつシリアル番号を付与したうえで、化合物名、分子量及び分子式が収録されたテーブル４２１が示されている。なお、図５中ではテーブル内に8つの化合物が表示されているが、実際には多数の化合物のデータが収録されており、該テーブルの右端に表示されたスクロールバー４２２をスライドさせることにより、他の化合物のデータを表示することができる。図５より、ステップ６の説明で示した例である、分子量が342である分子として、複数の種類のものを挙げることができることがわかる。

【0040】

フラグメントイオンＤＢ４２はさらに、上記テーブルに収録された各化合物の各々につき、該化合物の分子から生成されるフラグメントイオンを測定したマススペクトルのデータが収録されている。各マススペクトルのデータではピークにおけるm/zの値が特定されている。テーブル４２１が表示部５１に表示されている状態において、入力部５２を用いてデータの1つを選択すると、テーブル４２１上の該データの背後に強調表示４２３（周囲とは異なる色等）が付されることで該データが選択されたことが表示される。さらに、図５の下段に、強調表示４２３が付された化合物の分子から生成されるフラグメントイオンを測定したマススペクトル４２４が表示される。マススペクトル４２４には、m/zが69, 103, 115, 131及び229であるところにピークが現れており、それらm/zの値もマススペクトル４２４内に表示されている。なお、m/zが342であるピークは、開裂することなくイオン検出器２４まで到達したイオン付加分子によるピークである。マススペクトル４２４にはさらに、強調表示４２３が付された化合物のシリアル番号、分子式、構造式（符号４２５を付したもの）、分子量が表示される。

【0041】

次に、試料分子特定部３５は、ステップ１０でフラグメントイオンＤＢ４２から取得した各分子から生成されるフラグメントイオンのm/zの値のうち、ステップ９で取得したＥＩマススペクトルのピークにおけるm/zの値と一致するものを抽出し、それらの値が一致した分子についてステップ１０で取得していた分子特定情報により、試料分子を特定する（ステップ１１：試料分子特定ステップ）。

【0042】

例えば、図６に示すように、ステップ７で取得したＥＩマススペクトルが、m/zが69, 103, 115, 131及び229のところにピークを有する場合には、図５において強調表示４２３が付された分子であるC₁₃H₈F₆O₄から生成されるフラグメントイオンのm/zの値と一致している。この結果より、この例における試料分子はC₁₃H₈F₆O₄であると特定することができる。

【0043】

なお、測定精度の問題等により、ステップ１０でデータを取得したいずれの分子（ＣＩ法で特定された分子量を有する分子）においてもフラグメントイオンＤＢ４２に記憶されたm/zの値と測定されたＥＩマススペクトルにおける複数のm/zの値が完全には一致しない場合には、公知の方法を用いて算出した一致度が最も大きい分子を試料分子と特定すればよい。

【0044】

その後、特定された試料分子の情報を表示部５１に表示させたり、データ記憶部（図示せず）に記憶させる等の後処理を行う。その際併せて、分析に用いたＣＩマススペクトル及び／又はＥＩマススペクトルを表示部５１に表示させてもよい。以上により、本実施形態に係る質量分析方法の一連の動作は完了する。

【0045】

本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

【0046】

例えば、上記実施形態ではＧＣ－ＭＳ１を用いてＣＩマススペクトル及びＥＩマススペクトルを取得したが、その代わりに、液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ－ＭＳ）を用い、液体の試料が液体クロマトグラフのカラムを通過した後に該試料を質量分析装置のイオン源で気化させるようにしてもよい。あるいは、クロマトグラフを有しない質量分析装置を用いてもよい。

【0047】

上記実施形態の説明では、クロマトグラフを用いることにより、1つの保持時間において得られる1つのＣＩマススペクトルには1種類の試料分子によるピークのみが現れるものとして説明したが、1つのＣＩマススペクトルに複数種類の試料分子によるピークが現れる場合にも本発明を適用することができる。図７に示す例では、3種類の付加イオンが生じるメタンを反応ガスとして用いた場合においてＣＩマススペクトルに6個のピークが出現していることから、6/3=2種類の試料分子が存在すると推定される。これら6個のピークのうちm/zの値が最も小さいm/z=322のピークを、第１の試料分子にプロトンが付加したイオン付加分子によるものと仮定すると、第１の試料分子の分子量はM=321となる。M=321の試料分子にプロトン以外の2種類の付加イオンが付加したイオン付加分子のm/zはm/z=321+17=338、及びm/z=321+29=350となり、図７のＣＩマススペクトル中の左から2番目及び4番目のピークに対応する。さらに、同ＣＩマススペクトル中の残りのピークであるm/z=343, 359及び371のピークは、分子量M=342である第２の試料分子によるものとして説明できる。ＣＩマススペクトルに3種類以上の試料分子によるピークが現れる場合も同様である。

【0048】

上記実施形態では付加イオンＤＢ４１に付加イオンのm/zの値と共に各付加イオンのイオン式を収録したが、イオン式を収録することは必須ではない。また、ここ図３で挙げた5種類以外の反応ガスについても同様に付加イオンのm/zの値（及びイオン式）を付加イオンＤＢ４１に収録することができる。さらに、図３では1種類の反応ガスにつき付加イオンを3種類挙げたが、2種類又は（付加イオンが4種類以上有れば）4種類以上挙げてもよい。

【0049】

上記実施形態ではＣＩマススペクトルを取得したうえで試料分子の分子量を求めた後にＥＩマススペクトルを取得するように記載したが、まずＣＩマススペクトル及びＥＩマススペクトルを取得した後に、ＣＩマススペクトルに基づく試料分子の分子量の特定及びＥＩマススペクトルに基づく試料分子の特定を行ってもよい。

【0050】

上記実施形態では本発明に係る質量分析方法によりＣＩマススペクトルに基づいて試料分子の分子量を特定したうえで、さらに、この分子量とＥＩマススペクトルに基づいて試料分子の名称等を特定しているが、その代わりに、ＣＩマススペクトルに基づく試料分子の分子量の特定のみを行ってもよい。

【0051】

［態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。

【0052】

（第１項）本発明の一態様に係る質量分析方法は、
所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップと、
前記マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップと、
生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、前記所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップと、
前記複数のピークの各々のm/zの値と前記m/z値取得ステップで取得した前記複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、前記試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップと
を有する。

【0053】

（第４項）本発明の他の一態様に係る質量分析プログラムは、コンピュータに、
所定の反応ガスの分子がイオン化することにより反応ガスイオンが生成され、試料分子と該反応ガスイオンが接触させることで該試料分子に付加イオンが付加されることにより生成されるイオン付加分子のマススペクトルを取得するマススペクトル取得ステップと、
前記マススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得するイオン付加分子m/z値取得ステップと、
生じ得る複数種の付加イオンのm/zの値が反応ガス毎に記録された付加イオンデータベースから、前記所定の反応ガスに対応した複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得する付加イオンm/z値取得ステップと、
前記複数のピークの各々のm/zの値と前記m/z値取得ステップで取得した前記複数種の付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、前記試料分子の分子量を特定する試料分子量特定ステップと
を実行させるプログラムである。

【0054】

第１項に係る質量分析方法及び第４項に係る質量分析プログラムでは、まず、従来のＣＩ法と同様に、所定の反応ガスの分子をイオン化することにより生成し、試料分子と反応ガスイオンを接触させることによって試料分子に付加イオン（後述のように反応ガスイオンと同じであるとは限らない）が付加されたイオン付加分子を生成したうえで、マススペクトルを取得する。そして、このマススペクトルに現れた複数のピークの各々につきm/zの値を取得する。こうしてマススペクトルから得られた複数のm/zの各々の値は、反応ガスイオンと試料分子が接触することによって生じる複数種の付加イオンのm/zの値にそれぞれ、試料分子の分子量が加算された値となる。従って、複数種の付加イオンの各々のm/zの値が既知であれば、マススペクトルから得られたm/zの値と付加イオンのm/zの値に基づいて、試料分子の分子量を特定することができる。そこで、予め反応ガス毎に複数種の付加イオンのm/zの値が記録された付加イオンデータベースを作成しておき、この付加イオンデータベースから、分析に使用した反応ガス（前記所定の反応ガス）に対応する複数種の付加イオンの各々のm/zの値を取得すれば、マススペクトルのピークの各々のm/zの値と付加イオンの各々のm/zの値に基づいて、試料分子の分子量を特定する。

【0055】

第１項に係る質量分析方法及び第４項に係る質量分析プログラムによれば、プロトン付加分子によるピークよりもm/zの値が大きい付加イオンが付加されたイオン付加分子を、プロトン付加分子によるピークであると分析者が誤認することを防ぐことができるため、試料分子の分子量を正しく求めることができる

【0056】

前述のように、反応ガスイオンと付加イオンは同じであるとは限らない。例えば反応ガスがメタンガスである場合には、反応ガスイオンはCH₅ ⁺及びC₂H₅ ⁺が生じ、付加イオンはH⁺（プロトン。反応ガスイオンとは異なる。）、CH₅ ⁺及びC₂H₅ ⁺が生じる。ここで付加イオンH⁺は、M（試料分子）＋CH₅ ⁺→[M+H]⁺＋CH₄との反応により生じる。

【0057】

なお、第１項に係る質量分析方法において、イオン付加分子m/z値取得ステップはマススペクトル取得ステップよりも後に行う必要がある（マススペクトルを用いた処理を行うため）と共に、試料分子量特定ステップは各ステップよりも後に行う必要がある（イオン付加分子及び付加イオンのm/zの値を用いるため）。一方、付加イオンm/z値取得ステップは、試料分子量特定ステップよりも前であれば、実行順は問わない。第４項に係る質量分析プログラムも同様である。

【0058】

（第２項）第２項に係る質量分析方法は、第１項に係る質量分析方法においてさらに、
電子イオン化法により前記試料分子が開裂したマススペクトルであるＥＩマススペクトルを取得するＥＩマススペクトル取得ステップと、
前記ＥＩマススペクトルに現れたピークのm/zの値を取得するフラグメントイオンm/z値取得ステップと、
分子毎に該分子を特定する情報、該分子の分子量及び該分子から電子イオン化法により生成されるフラグメントイオンのm/zの値が記録されたフラグメントイオンデータベースから、前記試料分子量特定ステップで特定された前記試料分子の分子量と同じ分子量を有する複数の分子につき、該分子を特定する分子特定情報及び該分子から生成されるフラグメントイオンのm/zの値を取得する試料分子候補データ取得ステップと、
前記複数の分子の各々につき、前記試料分子候補データ取得ステップで取得したフラグメントイオンのm/zの値と、前記フラグメントイオンm/z値取得ステップで取得したm/zの値を対比し、該複数の分子のうちそれら2つのm/zの値が一致した分子の分子特定情報により、前記試料分子を特定する試料分子特定ステップと
を有する。

【0059】

（第５項）第５項に係る質量分析プログラムは、第４項に係る質量分析プログラムにおいてさらに、コンピュータに
電子イオン化法により前記試料分子が開裂したマススペクトルであるＥＩマススペクトルを取得するＥＩマススペクトル取得ステップと、
前記ＥＩマススペクトルに現れたピークのm/zの値を取得するフラグメントイオンm/z値取得ステップと、
分子毎に該分子を特定する情報、該分子の分子量及び該分子から電子イオン化法により生成されるフラグメントイオンのm/zの値が記録されたフラグメントイオンデータベースから、前記試料分子量特定ステップで特定された前記試料分子の分子量と同じ分子量を有する複数の分子につき、該分子を特定する分子特定情報及び該分子から生成されるフラグメントイオンのm/zの値を取得する試料分子候補データ取得ステップと、
前記複数の分子の各々につき、前記試料分子候補データ取得ステップで取得したフラグメントイオンのm/zの値と、前記フラグメントイオンm/z値取得ステップで取得したm/zの値を対比し、該複数の分子のうちそれら2つのm/zの値が一致した分子の分子特定情報により、前記試料分子を特定する試料分子特定ステップと
を実行させるプログラムである。

【0060】

ここで分子特定情報には、分子の名称、分子式（組成式）、分子の構造式等が挙げられる。

【0061】

第２項に係る質量分析方法及び第５項に係る質量分析プログラムによれば、試料分子の分子量を正しく求めたうえで、該分子量を有する複数の分子についてそれぞれフラグメントイオンデータベースから取得したフラグメントイオンのm/zの値のうち、電子イオン化法を用いて得られた試料分子のＥＩマススペクトルから求めたフラグメントイオンのm/zの値が一致したものの分子特定情報によって試料分子を特定することにより、試料分子を正確に特定することができる。

【0062】

なお、第２項に係る質量分析方法において、フラグメントイオンm/z値取得ステップはＥＩマススペクトル取得ステップの後に行う必要がある（ＥＩマススペクトルを用いた処理を行うため）と共に、試料分子候補データ取得ステップは試料分子量特定ステップの後に行う必要がある（試料の分子量を用いた処理を行うため）。また、試料分子特定ステップは各ステップよりも後に行う必要がある（試料分子候補データ取得ステップ及びフラグメントイオンm/z値取得ステップでそれぞれ取得したm/zの値を用いるため）。一方、試料分子候補データ取得ステップは、試料分子特定ステップよりも前であれば、実行順は問わない。さらには、第１項に記載のＣＩ法を用いた各ステップを実行した後に第２項に記載のＥＩ法を用いた各ステップを実行してもよいし、まず（ＣＩ法による）マススペクトル取得ステップ及びＥＩマススペクトル取得ステップを実行した後にこれら2つのステップ以外の第１項及び第２項に記載の残りのステップを実行してもよい。後者の場合には（ＣＩ法による）マススペクトル取得ステップとＥＩマススペクトル取得ステップのいずれを先に実行してもよい。要するに、第１項及び第２項中の各ステップに記載の先後関係と矛盾しない限り、各ステップの実行順は限定されない。第５項に係る質量分析プログラムも同様である。

【0063】

（第３項）第３項に係る質量分析方法は、第１項又は第２項に係る質量分析方法において、前記試料分子が、ガスクロマトグラフ又は液体クロマトグラフのカラムを通過した試料の成分の分子である。

【0064】

第３項に係る質量分析方法によれば、試料分子がカラムを通過した試料の成分の分子であることから、試料に複数種の成分の分子が含まれている場合であっても該試料分子がカラムを通過することによって試料中の他の成分の分子と分離され、該試料分子単独でＣＩ法によるマススペクトルが取得されるため、分子量の特定がより容易になる。

【符号の説明】

【0065】

１…ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ－ＭＳ）
１０…ガスクロマトグラフ（ＧＣ）部
１１…インジェクタ
１２…試料気化室
１３…キャピラリカラム
１４…カラムオーブン
２０…質量分析（ＭＳ）部
２１…イオン源
２１１…イオン化室
２１２…フィラメント
２１３…反応ガス流路
２１４…バルブ
２１５…フィラメント電源部
２２…レンズ電極
２３…四重極マスフィルタ
２４…イオン検出器
２５…真空チャンバ
３０…データ処理部
３１…マススペクトル取得部
３２…m/z値取得部
３３…試料分子量特定部
３４…試料分子候補データ取得部
３５…試料分子特定部
４０…データベース
４１…付加イオンデータベース（付加イオンＤＢ）
４２…フラグメントイオンデータベース（フラグメントイオンＤＢ）
４２１…テーブル
４２２…スクロールバー
４２３…強調表示
４２４…マススペクトル
４２５…強調表示が付された化合物の構造式
５０…分析制御部
５１…表示部
５２…入力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】