特許 7688712 質量分析データ処理方法、及び質量分析データ処理装置、質量分析データ処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-27

(45)【発行日】2025-06-04

(54)【発明の名称】質量分析データ処理方法、及び質量分析データ処理装置、質量分析データ処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20250528BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023541147

(86)(22)【出願日】2021-08-10

(86)【国際出願番号】 JP2021029500

(87)【国際公開番号】W WO2023017559

(87)【国際公開日】2023-02-16

【審査請求日】2024-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】師子鹿 司

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 信二

(72)【発明者】

【氏名】吉江 正樹

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２０９０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４９１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２７５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１７３２２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００６２２５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

Ｈ０１Ｊ ４９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料のマススペクトルである試料スペクトルを処理する質量分析データ処理方法であって、
前記試料スペクトルを取得する取得ステップと、
前記試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する抽出ステップと、
前記最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する検索ステップと、
前記候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する設定ステップと、
前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度の総和、または前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に重み係数が乗じられた値の総和に基づいて前記候補スペクトルに対する評価値を算出する算出ステップと、
前記評価値を用いて前記候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する判定ステップを含むことを特徴とする質量分析データ処理方法。

【請求項2】

請求項１に記載の質量分析データ処理方法であって、
前記算出ステップでは、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度の総和が前記評価値として算出されることを特徴とする質量分析データ処理方法。

【請求項3】

請求項１に記載の質量分析データ処理方法であって、
前記算出ステップでは、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度の総和から、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置以外のピーク位置での強度の総和が減じられた値が前記評価値として算出されることを特徴とする質量分析データ処理方法。

【請求項4】

請求項１に記載の質量分析データ処理方法であって、
前記算出ステップでは、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に重み係数が乗じられた値の総和が前記評価値として算出されることを特徴とする質量分析データ処理方法。

【請求項5】

請求項４に記載の質量分析データ処理方法であって、
前記重み係数は、前記候補スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に基づいて設定されることを特徴とする質量分析データ処理方法。

【請求項6】

試料のマススペクトルである試料スペクトルを処理する質量分析データ処理装置であって、
前記試料スペクトルを取得する取得部と、
前記試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する抽出部と、
前記最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する検索部と、
前記候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する設定部と、
前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度の総和、または前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に重み係数が乗じられた値の総和に基づいて前記候補スペクトルに対する評価値を算出する算出部と、
前記評価値を用いて前記候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する判定部を備えることを特徴とする質量分析データ処理装置。

【請求項7】

試料のマススペクトルである試料スペクトルを処理するコンピュータで実行される質量分析データ処理プログラムであって、
前記試料スペクトルを取得する取得ステップと、
前記試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する抽出ステップと、
前記最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する検索ステップと、
前記候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する設定ステップと、
前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度の総和、または前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に重み係数が乗じられた値の総和に基づいて前記候補スペクトルに対する評価値を算出する算出ステップと、
前記評価値を用いて前記候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する判定ステップを含むことを特徴とする質量分析データ処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、質量分析法によって得られるマススペクトルを処理する質量分析データ処理方法、及び質量分析データ処理装置、質量分析データ処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

質量分析法では、イオン化された試料成分を質量電荷比いわゆるｍ／ｚ毎に分離して検出することで得られるマススペクトルを、データベースに蓄積された既知の物質のマススペクトルと比較することにより試料成分の物質同定が行われる。すなわち試料のマススペクトルの最大強度のピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルがデータベースの中から検索され、検索されたマススペクトルに対応する物質が候補物質として抽出されて物質同定が行われる。

【0003】

特許文献１には、ピーク検出のためのノイズレベルの設定の影響を受けない正確な差異解析を行うことができる質量分析データ処理装置が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２２７５４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１では、偽陽性を低減することに対する配慮が不十分である。データベースの中から抽出される候補物質に偽陽性の物質が多数含まれる場合、物質同定に時間を要する。

【0006】

そこで本発明は、偽陽性を低減できる質量分析データ処理方法、及び質量分析データ処理装置、質量分析データ処理プログラム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】

【0007】

上記目的を達成するために本発明は、試料のマススペクトルである試料スペクトルを処理する質量分析データ処理方法であって、前記試料スペクトルを取得する取得ステップと、前記試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する抽出ステップと、前記最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する検索ステップと、前記候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する設定ステップと、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に基づいて前記候補スペクトルに対する評価値を算出する算出ステップと、前記評価値を用いて前記候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する判定ステップを含むことを特徴とする。

【0008】

また本発明は、試料のマススペクトルである試料スペクトルを処理する質量分析データ処理装置であって、前記試料スペクトルを取得する取得部と、前記試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する抽出部と、前記最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する検索部と、前記候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する設定部と、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に基づいて前記候補スペクトルに対する評価値を算出する算出部と、前記評価値を用いて前記候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する判定部を備えることを特徴とする。

【0009】

また本発明は、試料のマススペクトルである試料スペクトルを処理するコンピュータで実行される質量分析データ処理プログラムであって、前記試料スペクトルを取得する取得ステップと、前記試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する抽出ステップと、前記最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する検索ステップと、前記候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する設定ステップと、前記試料スペクトルの前記解析対象ピーク位置での強度に基づいて前記候補スペクトルに対する評価値を算出する算出ステップと、前記評価値を用いて前記候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する判定ステップを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、偽陽性を低減できる質量分析データ処理方法、及び質量分析データ処理装置、質量分析データ処理プログラムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】質量分析データ処理装置のハードウェア構成の一例を示す図。

【図2】マススペクトルの一例を示す図。

【図3】実施例１の機能ブロックの一例を示す図。

【図4】実施例１の処理流れの一例を示す図。

【図5A】データベースから検索された候補スペクトルの一例を示す図。

【図5B】試料スペクトルの一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面に従って本発明に係る質量分析データ処理方法、及び質量分析データ処理装置、質量分析データ処理プログラムの好ましい実施例について説明する。

【実施例1】

【0013】

図１は質量分析データ処理装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。質量分析データ処理装置１は、プロセッサ２、メモリ３、記憶装置４、ネットワークアダプタ５がシステムバス６によって信号送受可能に接続されて構成される。また質量分析データ処理装置１は、ネットワーク９を介して質量分析装置１０や質量分析データベース１１と信号送受可能に接続されるとともに、表示装置７と入力装置８が接続される。ここで、「信号送受可能に」とは、電気的、光学的に有線、無線を問わずに、相互にあるいは一方から他方へ信号送受可能な状態を示す。

【0014】

プロセッサ２は、各構成要素の動作を制御したり、記憶装置４に格納されるプログラムを実行したりする装置である。メモリ３は、プロセッサ２が実行するプログラムや演算処理の途中経過を記憶するものである。記憶装置４は、プロセッサ２が実行するプログラムやプログラムの実行に必要なデータを格納する装置であり、具体的にはＨＤＤ(Hard Disk Drive)やＳＳＤ(Solid State Drive)等である。ネットワークアダプタ５は、質量分析データ処理装置１をＬＡＮ、電話回線、インターネット等のネットワーク９に接続するためのものである。プロセッサ２が扱う各種データはＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワーク９を介して質量分析データ処理装置１の外部と送受信されても良い。

【0015】

表示装置７は、質量分析データ処理装置１の処理結果等を表示する装置であり、具体的には液晶ディスプレイやタッチパネル等である。入力装置８は、操作者が質量分析データ処理装置１に対して操作指示を行う操作デバイスであり、具体的にはキーボードやマウス、タッチパネル等である。マウスの代わりにトラックパッドやトラックボール等のポインティングデバイスが用いられても良い。

【0016】

質量分析装置１０は、イオン化された試料成分を質量電荷比いわゆるm/z毎に分離して検出することでマススペクトルを得る装置である。質量分析データベース１１は、質量分析装置１０によって得られるマススペクトル等を記憶するデータベースシステムである。

【0017】

図２を用いてマススペクトルについて説明する。マススペクトルは、横軸に質量電荷比いわゆるｍ／ｚ、縦軸に検出された強度をとったスペクトルである。ここでｍはイオンの質量、ｚはイオンの電荷である。マススペクトルには、試料成分の分子構造に応じて、特定の質量電荷比においてピークが形成される。図２に例示されるマススペクトルでは、ｍ／ｚ＝１２１が最大強度ピーク位置であり、最大強度ピーク位置以外にもｍ／ｚ＝１８８、１３２、２１４、１１７、１４４の位置にピークが形成される。

【0018】

試料の物質同定をする場合、最大強度ピーク位置が一致するマススペクトルに対応する物質が候補物質としてまず抽出される。しかし多数の候補物質が抽出されると、物質同定に多大な時間を要する。そこで実施例１では、最大強度ピーク位置以外のピーク位置での強度に基づいて算出される評価値を用いて、抽出された物質を候補物質とするか否かを判定する。

【0019】

図３を用いて実施例１の機能ブロック図について説明する。なお図３に示される各機能は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等が用いられる専用のハードウェアで構成されても良いし、プロセッサ２上で動作するソフトウェアで構成されても良い。以降の説明では実施例１の各機能がソフトウェアで構成された場合について説明する。

【0020】

実施例１は、取得部３０１、抽出部３０２、検索部３０３、設定部３０４、算出部３０５、判定部３０６を備える。また記憶装置４には、質量分析装置１０で得られたマススペクトル等が記憶される。以下、各構成部について説明する。

【0021】

取得部３０１は、試料のマススペクトルである試料スペクトルを取得する。試料スペクトルは、ネットワークアダプタ５を介して質量分析装置１０や質量分析データベース１１から送信されたり、記憶装置４から読み出されたりする。

【0022】

抽出部３０２は、試料スペクトルの中から最大強度を示すピーク位置である最大強度ピーク位置を抽出する。試料スペクトルが図２に例示されるマススペクトルである場合、最大強度ピーク位置はｍ／ｚ＝１２１である。

【0023】

検索部３０３は、抽出部３０２によって抽出された最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを候補スペクトルとしてデータベースから検索する。試料スペクトルが図２に例示されるマススペクトルである場合、ｍ／ｚ＝１２１が最大強度ピーク位置であるマススペクトルがデータベースから検索される。なおデータベースには、既知の物質のマススペクトルが物質の名称やＩＤと対応付けられて蓄積される。既知の物質のマススペクトルが蓄積されるデータベースは、記憶装置４や質量分析データベース１１に予め格納される。

【0024】

設定部３０４は、検索部３０３によって検索された候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する。図２に例示されるマススペクトルが候補スペクトルである場合、ｍ／ｚ＝１８８、１３２、２１４、１１７、１４４が解析対象ピーク位置として設定される。

【0025】

算出部３０５は、試料スペクトルの解析対象ピーク位置での強度に基づいて候補スペクトルに対する評価値を算出する。評価値の算出は図５Ａ、図５Ｂを用いて後述する。

【0026】

判定部３０６は、算出部３０５によって算出された評価値を用いて候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する。例えば評価値が予め設定された閾値以上であれば候補スペクトルに対応する物質が候補物質とされ、評価値が閾値未満であれば候補スペクトルに対応する物質が候補物質から除外される。

【0027】

図４を用いて、実施例１の処理の流れの一例についてステップ毎に説明する。

【0028】

（Ｓ４０１）
取得部３０１は、記憶装置４から読み出したり、ネットワークアダプタ５を介して、質量分析データ処理装置１の外部から受信したりすることによって、試料のマススペクトルである試料スペクトルを取得する。

【0029】

（Ｓ４０２）
抽出部３０２は、Ｓ４０１で取得された試料スペクトルの最大強度ピーク位置を抽出する。

【0030】

（Ｓ４０３）
検索部３０３は、Ｓ４０２で抽出された最大強度ピーク位置と同じピーク位置が最大強度であるマススペクトルを、既知の物質のマススペクトルが蓄積されるデータベースから検索する。検索されたマススペクトルは候補スペクトルとして扱われる。

【0031】

（Ｓ４０４）
設定部３０４は、Ｓ４０３で検索された候補スペクトルの最大強度ピーク位置以外のピーク位置を解析対象ピーク位置として設定する。図５Ａに例示される候補スペクトルでは、解析対象ピーク位置としてｍ／ｚ＝１８８、１３２、１４４が設定される。

【0032】

（Ｓ４０５）
算出部３０５は、Ｓ４０１で取得された試料スペクトルから、Ｓ４０４で設定された解析対象ピーク位置での強度を取得し、取得された強度に基づいて、候補スペクトルに対する評価値を算出する。評価値は、例えば取得された強度の総和として算出される。例えば図５Ａの候補スペクトルから解析対象ピーク位置としてｍ／ｚ＝１８８、１３２、１４４が設定された場合、図５Ｂに例示される試料スペクトルからｍ／ｚ＝１８８、１３２、１４４での各強度が取得される。そして取得された強度の総和が、図５Ａの候補スペクトルに対する評価値として算出される。

【0033】

なお評価値は、取得された強度の総和に限定されない。解析対象ピーク位置でのピーク以外のピークが試料スペクトルに含まれる場合、候補スペクトルは試料スペクトルに対して偽陽性である可能性が高い。そこで、そのような場合は評価値が減点されるようにしても良い。具体的には、試料スペクトルの解析対象ピーク位置での強度の総和から、試料スペクトルの解析対象ピーク位置以外のピーク位置での強度の総和が減じられた値が評価値として算出される。図５Ｂに例示される試料スペクトルでは、解析対象ピーク位置であるｍ／ｚ＝１８８、１３２、１４４での各強度の総和から、解析対象ピーク位置以外のピーク位置であるｍ／ｚ＝１３５、２１４での各強度の総和が減じられた値が評価値として算出される。

【0034】

また試料スペクトルの解析対象ピーク位置での強度に重み係数が乗じられた値の総和が評価値として算出されても良い。重み係数は、例えば候補スペクトルの解析対象ピーク位置での強度に応じて設定される。図５Ａに例示される候補スペクトルでは、ｍ／ｚ＝１８８での重み係数が最も大きく、ｍ／ｚ＝１３２、１４４での重み係数はｍ／ｚ＝１８８のものよりも小さい。すなわち候補スペクトルの解析対象ピーク位置での強度が大きいほど、大きい重み係数が設定される。このような重み係数を用いて試料スペクトルの解析対象ピーク位置での強度が加重加算されることにより、試料スペクトルと候補スペクトルが類似するほど評価値が大きくなる。

【0035】

（Ｓ４０６）
判定部３０６は、Ｓ４０５で算出された評価値を用いて、Ｓ４０３で検索された候補スペクトルに対応する物質を候補物質とするか否かを判定する。すなわち、予め設定される閾値と評価値との比較によって、候補スペクトルに対応する物質が候補物質とされるか候補物質から除外されるかが判定される。閾値は、例えば候補スペクトルの解析対象ピーク位置での強度の総和が全体の強度の総和で除算された値に基づいて設定される。

【0036】

以上説明した処理の流れにより、Ｓ４０３で検索された候補スペクトルの中から偽陽性である可能性が高いものが除外されるので、偽陽性を低減することができる。

【0037】

以上、本発明の実施例について説明した。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形しても良い。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

【符号の説明】

【0038】

１：質量分析データ処理装置、２：プロセッサ、３：メモリ、４：記憶装置、５：ネットワークアダプタ、６：システムバス、７：表示装置、８：入力装置、９：ネットワーク、１０：質量分析装置、１１：質量分析データベース、３０１：取得部、３０２：抽出部、３０３：検索部、３０４：設定部、３０５：算出部、３０６：判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】