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公開番号2021177130
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211111
出願番号2020081844
出願日20200507
発明の名称クロマトグラムの解析方法
出願人群馬県
代理人
主分類G01N 27/62 20210101AFI20211015BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数成分からなる未知試料の構成物質や構成高分子をクロマトグラフ質量分析によって推定する。
【解決手段】クロマトグラフ質量分析で得られるクロマトグラム及びマススペクトルを解析方法であり、未知試料における分離成分のすべてまたは一部についてピーク代表マススペクトルを抽出し、該ピーク代表マススペクトルを集めて作られるマススペクトルの集合を既知試料の該マススペクトルの集合と比較して類似度の行列を作成し、該類似度の行列から比較指標を算出することで複数成分からなる未知試料の構成物質や構成高分子を推定する。また、計算時間が短いデコンボリューション手法を提供する。
【選択図】図6

特許請求の範囲【請求項1】
クロマトグラフで分離された複数成分からなる未知試料の分離成分をイオン化して質量分析計で得られるクロマトグラム及びマススペクトルの解析方法であって、
未知試料における前記分離成分のすべてまたは一部についてピーク代表マススペクトルを抽出し、該ピーク代表マススペクトルを集めてマススペクトルの集合を作成する工程と、
既知試料における前記分離成分のすべてまたは一部についてピーク代表マススペクトルを抽出し、該ピーク代表マススペクトルを集めてマススペクトルの集合を作成する工程と、
前記未知試料の前記マススペクトルの集合と前記既知試料の前記マススペクトルの集合を比較して類似度の行列を作成し、該類似度の行列から比較指標を算出し、該比較指標が上位の前記既知試料を検索する工程、
とを含むことを特徴とする複数成分からなる未知試料について得られるクロマトグラム及びマススペクトルの解析方法。
続きを表示(約 980 文字)【請求項2】
前記未知試料及び前記既知試料それぞれにおける前記分離成分に対してデコンボリューション手法を適用して得られる精密分離成分のすべてまたは一部について前記ピーク代表マススペクトルを抽出し、該ピーク代表マススペクトルを集めてマススペクトルの集合を作成し、前記未知試料の前記マススペクトルの集合と前記既知試料の前記マススペクトルの集合を比較して類似度の行列を作成し、該類似度の行列から前記比較指標を算出し、該比較指標が上位の前記既知試料を検索する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の複数成分からなる未知試料について得られるクロマトグラム及びマススペクトルの解析方法。
【請求項3】
前記ピーク代表マススペクトルに対し、マススペクトル歪み補正を行った上で前記マススペクトルの集合を作成し、前記比較指標を算出する際、前記既知試料の前記分離成分または前記精密分離成分の合算ピーク強度、ピーク面積またはユニークさ少なくともいずれか1つの重みづけ係数で重みづけして前記比較指標を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の複数成分からなる未知試料について得られるクロマトグラム及びマススペクトルの解析方法。
【請求項4】
クロマトグラフで分離された試料の分離成分をイオン化して質量分析計で得られるクロマトグラムから精密分離成分を得るためのデコンボリューション手法であって、
質量電荷比ごとの抽出イオンクロマトグラムにおける各ピークの頂点近傍の測定点をもとに、空間内挿補正及び質量スキャンタイム補正を用いてピークの真頂点保持時間を算出し、真頂点保持時間が近い成分において、その互いのイオン強度分布プロットまたはQ−Qプロットの傾きが直線である集合をもって同一の精密分離成分とすることを特徴とするデコンボリューション手法。
【請求項5】
請求項1から3のいずれか一項に記載のクロマトグラム及びマススペクトルの解析方法を実行するための情報処理装置。
【請求項6】
請求項5に記載の情報処理装置を起動させるためのプログラムであって、コンピュータの演算部を機能させるためのプログラム。
【請求項7】
請求項6に記載のプログラムがコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
複数成分からなる未知試料についてクロマトグラフ質量分析で得られるクロマトグラム及びマススペクトルの解析方法、並びに情報処理装置、プログラム及び記録媒体に関する。
続きを表示(約 2,500 文字)【背景技術】
【0002】
質量分析法は、ある一つの化合物をイオン化し、生じた複数のイオンを質量電荷比(以下、m/zと表記することがある)に基づいて分離し、それぞれの質量電荷ユニットに対応するイオンの数(イオン強度)をスペクトルとして記録する手法である。例えばイオン化手法として用いられる電子イオン化(EI)法は、イオン化室に導かれた対象成分がフィラメントから放出し加速された電子との相互作用により、開裂、イオン化し、アナライザーに導かれる。一般的に電子イオン化では、主に測定対象とする有機化合物のイオン化エネルギー(10から20eV)より大きなエネルギー(例えば70eV)でイオン化を行うため開裂が生じやすく、開裂によって生じたフラグメントイオン、または単に電子1個がとれて生じる分子イオンからなるマススペクトルにより化合物の構造解析が可能となる。なおフラグメントイオンとは質量分析で分子がイオン化する際に過剰エネルギーにより破片となったイオンである。そして本発明ではフラグメントイオンと分子イオンの両者をまとめて単にイオンと呼ぶ。
【0003】
イオンの質量電荷比は各種質量分析計で測定することができる。例えば質量分析計で最も普及している四重極質量分析計では、双曲面を持つ4本の電極に直流電圧Uと交流電圧Vを±(U+Vcosωt)の形で印加すると、高周波四重極電場に入ったイオンは中を振動しながら進む。2U/Vを一定に保ち電圧を変化させると、ある瞬間には特定のm/z値を持つイオンだけが発散せずに四重極を通過し検出器に到達するものである。
【0004】
質量分析計をクロマトグラフと結合することは、クロマトグラフで分離された個々の成分の定性的な情報が得られるので、一般的に利用されている。クロマトグラフは、カラム内の固定相と移動相からなる平衡の場で、二つの相への相互作用に、試料中の各成分に差があることを利用して各成分を分離する方法である。移動相に気体を用いるガスクロマトグラフ、液体を用いる液体クロマトグラフなどがある。
【0005】
ガスクロマトグラフと質量分析計を結合したガスクロマトグラフ質量分析装置(GC/MS)は、高い分離能が得られ短時間で測定ができる特徴を活かして、高分子分析、有機化合物合成品分析、燃料ガス分析、香料分析、作業環境分析、環境汚染物質、残留農薬、医薬品及び食品分野などのさまざまな分野で利用されている。GC/MSは試料中の規制物質など特定の対象物質を定めてその同定・定量を行うターゲット分析のほか、質量電荷比の走査範囲を広くとったスキャン分析を行うことで、未知物質の分析にも非常に有効である。GC/MSは揮発性・半揮発性試料の分析にとどまらず、熱分解装置を組み合わせることで高分子の分析にも活用されるなど適用範囲が広がっている。
【0006】
未知の高分子試料について熱分解GC/MSで得られたクロマトグラムから各ピークの物質を推定しながら高分子試料を同定する従来の方法は以下の方法がある。
(1)クロマトグラム上のピークから抽出されたマススペクトルから、市販のデータベース(NISTやWILEYなどのライブラリー)を用いて、同ピークの成分を検索する。
(2)主要なピークについて(1)の操作を繰り返し行うことで、熱分解生成物の組成が推定できる。
(3)標準高分子試料について測定されたパイログラムデータ集(たとえば非特許文献1)などを参照して、上記熱分解生成物からもとの高分子試料を推定する。この方法を個別ピーク解析方法と呼ぶ。
【0007】
しかしながら、上記従来の個別ピーク解析方法では、各ピークに対応する熱分解生成物個々についてデータベース検索などを活用しながら推定しなければならないため、長時間を要する傾向があり、またこのように推定された多数の熱分解生成物からもとの高分子試料を推定するのは、高度な専門知識や経験を要する面もある。
【0008】
特許文献1では未知の高分子試料を熱分解して得られる熱分解生成物を分離した後に質量分析を行って得られた合算マススペクトルを、既知試料の高分子試料について得られた合算マススペクトルと比較することで未知試料を検索する方法が開示されている。しかし、特許文献1の方法では合算マススペクトルが類似する材料を区別することが難しい場合がある。また、原理的に複数の成分の含有有無を識別することは難しい。特許文献2ではガスクロマトグラフで分離された単一の成分について、その成分に特徴的なイオン間の相関を利用して単一の成分の同定を行う方法が開示されているが、複数の成分からなる試料を解析することは考慮されていない。特許文献3ではガスクロマトグラフ質量分析で得られた異なる分析結果において、同一成分でありながら異なる保持時間に現れたものについてマススペクトルから対応づけて、保持時間等を補正する方法が開示されている。特許文献3ではマススペクトルに関する演算方法が開示されているが、演算方法を未知試料の同定に利用することは考慮されていない。
【0009】
デコンボリューション方法に関して、特許文献4には、クロマトグラム上やスペクトル上で重なっている異なる成分由来のピークを分離するためのクロマトグラムデータ処理方法及び装置が開示されている。しかし、特許文献4の方法は、クロマトグラム波形形状が正しいとの仮定の下にスペクトル波形を最小二乗法により求めるステップと、スペクトル波形形状が正しいとの仮定の下にクロマトグラム波形を最小二乗法により求めるステップとを繰り返し実行することで当てはめの尤もらしさを高める必要があることから、計算ステップが膨大で処理時間が長くなる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
特許第3801355号
特開2006−138755
特開2007−147459
国際公開第2016/035167号
【非特許文献】
(【0011】以降は省略されています)

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