質量分析データ処理方法及び質量分析装置
【課題】検出器の電気ノイズに時間的変動があった場合でも、このノイズを精度よく除去し質量スペクトルを作成する。
【解決手段】データ処理部では、イオントラップから各種イオンが出射されてＴＯＦ飛行空間を飛行して検出器に到達するまでの時間ｔと、検出器で検出された信号強度データをセットにして順次保存する。そして、測定質量範囲に対応した時間範囲Ｔ２に得られたデータをプロファイルデータとし、m/z最小のイオンが到達する前の期間Ｔ１又はm/z最大のイオンが到達した後の期間Ｔ３、に得られたデータをノイズ成分データとしてそれぞれ抽出する。ノイズ成分データからノイズレベルや標準偏差等のノイズ情報を算出し、このノイズ情報を用いてプロファイルデータからノイズを除去する。質量走査毎にノイズ成分データとプロファイルデータとがほぼ同時に得られるため、ノイズの時間的変動の影響を殆ど受けずに、的確なノイズ除去を実現できる。
【解決手段】データ処理部では、イオントラップから各種イオンが出射されてＴＯＦ飛行空間を飛行して検出器に到達するまでの時間ｔと、検出器で検出された信号強度データをセットにして順次保存する。そして、測定質量範囲に対応した時間範囲Ｔ２に得られたデータをプロファイルデータとし、m/z最小のイオンが到達する前の期間Ｔ１又はm/z最大のイオンが到達した後の期間Ｔ３、に得られたデータをノイズ成分データとしてそれぞれ抽出する。ノイズ成分データからノイズレベルや標準偏差等のノイズ情報を算出し、このノイズ情報を用いてプロファイルデータからノイズを除去する。質量走査毎にノイズ成分データとプロファイルデータとがほぼ同時に得られるため、ノイズの時間的変動の影響を殆ど受けずに、的確なノイズ除去を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置により得られるデータを処理する処理方法及びそうしたデータ処理方法を実施する質量分析装置に関し、更に詳しくは、質量分析により収集されるデータに重畳しているノイズを除去するデータ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）と質量分析装置（ＭＳ）とを組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置では、予め設定された測定質量範囲に亘る質量分析を繰り返すことにより、ＬＣやＧＣのカラムから時間経過に伴って溶出する各種成分に対する質量スペクトルを時々刻々と取得することができる。質量分析装置のイオン検出器としては、コンバージョンダイノードやマイクロチャンネルプレートなどと二次電子増倍管とを組み合わせたものが一般的に使用される。
【０００３】
こうしたイオン検出器やその後段の電流／電圧変換器或いは増幅器などの電気回路は、それ自体が電気的ノイズを発生するとともに外来ノイズの飛び込みを受けることもある。そのため、質量走査時に取得される検出信号は試料由来のイオンによる信号に上記電気的なノイズ信号が重畳したものとなる。そこで従来の質量分析装置では、目的試料の測定を実行する前に上記のような電気的な要因によるノイズ成分の測定を実施し、その測定により得られたノイズ情報を目的試料の質量スペクトル情報から差し引くことでノイズを除去する処理が行われている。
【０００４】
また、質量分析装置では、スペクトルの形状を安定化させるために、複数回の質量走査で得られたデータを用いた平均化処理が行われる。さらに、例えば特許文献１に記載の装置のように、質量走査毎に正イオン測定モードと負イオン測定モードとを切り替えたり、質量走査毎に通常の質量分析と開裂操作を伴うＭＳ／ＭＳ分析とを切り替えたりする場合があるが、そうした異なる分析条件毎に上記平均化処理のためのデータの質量走査回数が異なることがある。質量走査回数が相違するとノイズ状態は異なるため、ノイズ成分の測定により得られたノイズ情報に対し質量走査回数を考慮した統計的処理を実施し、ノイズ情報を適当に加工してノイズ除去を行うようにしている。
【０００５】
しかしながら、イオン検出器や増幅器などの回路の電気的なノイズの状態は温度などの影響を受けるため、通常、時間経過に伴ってノイズのレベルは変動する。そのため、目的試料の測定実行前に予備的に測定したノイズ情報を用いてノイズ除去処理を行っても、必ずしも適切にノイズを除去することができない場合がある。
【０００６】
上記のような問題を回避するために、目的試料の測定実行前だけでなく、測定実行中にも一定周期でノイズ成分の再測定を実施し、その測定により得られたノイズ情報を用いたノイズ除去処理が行われることもある。しかしながら、目的試料に対する測定とノイズ成分の測定とは或る程度離れた時点で実施されるため、目的試料の測定実行中に電気的ノイズが増加した場合でも、これがノイズ情報に十分に反映されるとは限らず、ノイズ除去の効果が発揮できないこともある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９９８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、イオン検出器や増幅器などによる電気的なノイズを的確に除去して高精度の質量スペクトルを作成することができる質量分析データ処理方法及び質量分析装置を提供することにある。
【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第１発明は、イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、を備える質量分析装置により収集された、所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するためのデータを処理するデータ処理方法であって、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて統計処理を実施し閾値を算出するノイズ情報取得ステップと、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得ステップと、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理ステップと、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成ステップと、
を有することを特徴としている。
【００１０】
また上記課題を解決するために成された第２発明は、第１発明に係る質量分析データ処理方法を実施するための装置であり、イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、該検出器で得られた所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するための測定データを処理するデータ処理部と、を具備する質量分析装置において、前記データ処理部は、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて閾値を算出するノイズ情報取得手段と、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得手段と、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理手段と、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
ここで質量分離器は特にその態様や構造が限定されるものではないが、例示すると、飛行時間型質量分離器や四重極質量フィルタなどを挙げることができる。飛行時間型質量分離器の場合、質量走査とは、イオンが当該飛行時間型質量分離器に導入された時点から、又はイオンを当該飛行時間型質量分離器に導入するために例えばイオントラップ等から出射された時点から、所定の時間が経過するまで継続的にイオン検出器で検出信号を得ることをいう。一方、四重極質量フィルタの場合、質量走査とは、当該フィルタの電極に印加する電圧を所定範囲で掃引し、その間、継続的にイオン検出器で検出信号を得ることをいう。
【００１２】
第１発明に係る質量分析データ処理方法を実施する第２発明に係る質量分析装置におけるデータ処理部は、１回の質量走査に対して得られた一連の測定データの中で、測定質量範囲から鑑みて、イオン源に供給された試料に由来するイオンが検出器に到達しない期間に得られたデータと測定質量範囲に対応した期間に得られたデータとを区別する。それら両データにはいずれも検出器などの電気的ノイズが含まれるが、試料由来のイオンの信号強度は後者にのみ含まれる。したがって、ノイズ情報取得手段は前者のデータからノイズ情報として閾値を算出し、ノイズ除去処理手段はその閾値を利用して、プロファイルデータ取得手段により抽出された後者のデータからノイズを除去する処理を実行する。これにより、プロファイルデータに含まれるノイズ成分が除去されるから、スペクトル作成手段は、その除去処理後のデータに基づいて質量スペクトルを作成する。
【発明の効果】
【００１３】
即ち、第１発明に係るデータ処理方法及び第２発明に係る質量分析装置では、１回の質量走査の際に、質量毎のイオンの強度を反映したスペクトル情報とノイズ成分の情報との両方が得られる。厳密には、それらは同時に得られたものではないが、通常、１回の質量走査に要する時間は短いので、実質的に同時に得られたものとみなすことができる。ノイズの時間的な変動要因は無視できる程度に小さいので、プロファイルデータに重畳している電気的なノイズ成分を精度よく除去することができる。また、パルス状のごく短時間だけ発生するノイズを除けば、或る程度のバースト状のノイズなどについても的確に除去することができる。これによって、質量スペクトルの正確性を向上させることができる。
【００１４】
上述のように質量分離器が飛行時間型質量分離器である場合、飛行時間型質量分離器へのイオン導入時点から測定可能質量範囲の最小質量のイオンが検出器に到達するまでの期間、及び、測定可能質量範囲の最大質量のイオンが検出器に到達してからその１回の質量走査についてのデータ収集終了までの期間、には検出器に入射するイオンはない筈である。そこで、ノイズ情報取得手段は、この２つの期間のいずれか又は両方の期間に対応したデータを抽出して閾値を求めることができる。
【００１５】
但し、意図しないイオンの飛行の遅れなどのために、上記のような試料由来のイオンが検出器に到達しない筈である期間にイオンの信号強度が観測される場合がある。そこで、これを排除するために、信号強度が所定の値以上である場合にはこれをノイズ情報、つまり上記閾値に反映させないようにすることが好ましい。
【００１６】
また第２発明に係る質量分析装置の一態様は、複数の異なる分析条件の下での質量走査を繰り返し行うことが可能な質量分析装置であって、
質量走査の際の前記分析条件を入力設定する条件設定手段と、該条件設定手段により入力設定された分析条件の異なる複数条件の質量走査を１周期として、この周期を繰り返しつつ、各質量走査に対応したデータを収集する分析制御手段と、をさらに備え、
前記ノイズ情報取得手段は、それぞれの分析条件での質量走査毎に得られた測定データからノイズに対応したデータを抽出する構成とすることができる。
【００１７】
ここで、分析条件とは、イオンの発生状態や検出状態に影響を与える条件であり、例えば、イオン源で生成するイオンの極性（イオン化極性）、測定質量範囲、スペクトル情報を形成するためのスペクトルの平均化回数（質量走査の回数）などの組合せとすることができる。また、開裂操作を伴うＭＳn分析が可能である場合には、このｎの値を分析条件の組合せの１つに加えることもできる。
【００１８】
上記態様の質量分析装置では、異なる分析条件の下で質量走査が繰り返される場合でも、１回の質量走査毎にスペクトル情報とともにノイズ情報が得られる。したがって、分析条件、特にスペクトルの平均化回数が異なる場合でも、その平均化回数を考慮した統計的処理を行うことなく正確なノイズ情報を把握して、精度の高いノイズ除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施例である液体クロマトグラフ／イオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）について、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１は本実施例のＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳの要部の構成図である。このＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳは、大別して、液体クロマトグラフ（ＬＣ）部１と質量分析（ＭＳ）部２とを有し、ＬＣ部１とＭＳ部２とを接続する大気圧イオン化インタフェイスには、エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）インタフェイスが用いられている。なお、イオン化法はこれに限るものでなく、例えば大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）や大気圧光イオン化法（ＡＰＰＩ）など、他の各種態様のイオン化インタフェイスを用いることができる。
【００２１】
液体クロマトグラフ（ＬＣ）部１にあって、送液ポンプ１２は移動相容器１１に貯留されている移動相を吸引し、一定流量でインジェクタ１３を通してカラム１４へと送給する。インジェクタ１３により試料が注入されると、移動相の流れに乗って試料はカラム１４へと導入される。カラム１４を通過する間に試料中の各種成分は分離され、時間的にずれてカラム１４の出口から溶出し、質量分析（ＭＳ）部２に導入される。
【００２２】
ＭＳ部２は、大気圧雰囲気に維持されるイオン化室２１と、ターボ分子ポンプ（図示せず）により真空排気され、高真空雰囲気に維持される分析室２９と、を有し、その間には、段階的に真空度が高くされた第１段、第２段中間真空室２４、２７が配設されている。イオン化室２１と第１段中間真空室２４とは細径の脱溶媒管２３を介して連通しており、第１段中間真空室２４と第２段中間真空室２７とは、円錐形状のスキマー２６の頂部に穿設された小径のオリフィスを介して連通している。
【００２３】
ＬＣ部１から供給された試料成分を含む溶出液がイオン源としてのＥＳＩノズル２２に達すると、高圧電源（図示せず）から印加されている直流高電圧により、溶出液は片寄った電荷を付与される。そして、帯電した微小液滴としてイオン化室２１内に噴霧される。この帯電液滴は大気由来のガス分子と衝突してさらに微細な液滴に粉砕され、速やかに乾燥して（脱溶媒化されて）試料分子が気化する。この試料分子はイオン蒸発反応を生じてイオン化される。発生したイオンを含む微小液滴は、差圧によって脱溶媒管２３内に引き込まれ、脱溶媒管２３内を通る間に一層脱溶媒化が進行してイオンが発生する。イオンはイオンガイド２５、２８で収束されつつ２つの中間真空室２４、２７を通過し分析室２９へ送られる。分析室２９内で、イオンは３次元四重極型のイオントラップ３０の内部に導入される。
【００２４】
イオントラップ３０では、電源（図示せず）より各電極に印加される高周波電圧により形成される四重極電場によって、イオンは一旦捕捉・蓄積される。イオントラップ３０の内部に蓄積された各種イオンは、所定のタイミングで一斉に運動エネルギーを付与され、質量分離器としての飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）３１に向けてイオントラップ３０から放出される。つまり、イオントラップ３０がＴＯＦ３１に対するイオンの飛行の出発点となる。ＴＯＦ３１は直電電源（図示せず）から直流電圧が印加されるリフレクトロン電極３２を備え、これにより形成される直流電場の作用によってイオンは折り返され、検出器としてのイオン検出器３３に到達する。一斉にイオントラップ３０から出射されたイオンは質量電荷比m/zの小さいイオンほど速く飛行し、m/zに応じた時間差を以てイオン検出器３３に到達する。イオン検出器３３は到達したイオン数に応じた電流を検出信号として出力する。
【００２５】
この検出信号はＩ／Ｖ変換器３４で電圧信号に変換され、増幅器３５で増幅される。そして、Ａ／Ｄ変換器３６でデジタル値に変換された後に、データ処理部４０に入力される。データ処理部４０では、イオントラップ３０からイオンが一斉に出射された時点からイオン検出器３３に到達するまでの時間毎のイオンの信号強度を計測し、その時間情報を質量情報に換算して、横軸をm/z値、縦軸を信号強度とする質量スペクトルを作成する。さらに時間経過に従って、トータルイオンクロマトグラムやマスクロマトグラムを作成する。
【００２６】
分析制御部４２は中央制御部４３からの指示に基づいて、ＬＣ／ＭＳ分析を実行するためにＬＣ部１及びＭＳ部２の各部の動作を制御する。中央制御部４３にはユーザーインターフェースとしての操作部４４及び表示部４５が接続されており、操作部４４によるオペレータの操作を受けて分析のための各種の指令を分析制御部４２やデータ処理部４０に出力するとともに、質量スペクトル等の分析結果を表示部４５に出力する。なお、中央制御部４３、分析制御部４２、及びデータ処理部４０の大部分は、所定の制御／処理ソフトウエアを搭載したパーソナルコンピュータにより具現化することができる。
【００２７】
イオントラップ３０には図示するように、例えばアルゴン等の衝突誘起解離（ＣＩＤ）ガスを供給できる構成となっており、イオントラップ３０に蓄積したイオンをＣＩＤにより開裂させてプロダクトイオンを生成させることができる。ＭＳ／ＭＳ分析などのＭＳn分析を行う際には、まずイオントラップ３０に各種イオンを蓄積した後に、それらイオンの中で特定の質量を有するイオンのみをプリカーサイオンとして選択的に残すように電極に印加する電圧を制御し、それからＣＩＤガスをイオントラップ３０に導入してプリカーサイオンの開裂を促進させる。そうして生成されたプロダクトイオンをイオントラップ３０から一斉にＴＯＦ３１に向けて放出し、m/z毎に分離して検出することで、プロダクトイオンの質量スペクトルを得ることができる。
【００２８】
図２は特徴的な動作を実施するためのデータ処理部４０における要部の機能構成図である。
【００２９】
上述のようにイオン検出器３３で得られた検出信号をデジタル化した検出データは、検出データ読込み部４０１により検出データ保存部４００に順次格納される。プロファイルデータ読出し加算処理部４０２は検出データ保存部４００に保存されているデータの中で測定質量範囲に相当するデータ（プロファイルデータ）を選択的に読み出し、プロファイル積算データ保存部４０３に既に格納されているデータに加算するように該保存部４０３に格納する。一方、ノイズ成分データ読出し加算処理部４０５は検出データ保存部４００に保存されているデータの中で測定質量範囲外に相当するデータ（ノイズ成分データ）を選択的に読み出し、ノイズ成分積算データ保存部４０６に既に格納されているデータに加算するように該保存部４０６に格納する。以上の処理は、ＭＳ部２での質量走査時に検出データが得られるに従ってほぼリアルタイムで実行される。
【００３０】
プロファイルデータ平均化処理部４０４は、後述するイベント測定条件として設定された平均化回数だけ積算処理が行われた後に、プロファイル積算データ保存部４０３に保存されている積算データを読み出し、それを平均化回数で除することで平均値を求める。ノイズ情報算出部４０７は同様に積算処理終了後に、ノイズ成分積算データ保存部４０６から積算データを読み出し、ノイズレベル（強度）や標準偏差などのノイズ情報を算出する。プロファイルデータノイズ除去処理部４０８はそのノイズ情報を利用してノイズ除去演算を行い、ノイズの影響を排除したプロファイルデータを算出する。
【００３１】
上記構成を有するＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳにおける特徴的な動作を、図３〜図６を参照して説明する。図３はこの動作の制御・処理手順を示すフローチャートである。図４は１回の質量走査で得られる信号波形を中心とした動作説明図である。図５はイベント測定条件の設定内容の一例を示す図である。図６は繰り返し質量走査における動作の説明図である。図６中の↓はイオントラップ３０からのイオンの出射のタイミングであり、斜線で示す部分が図４に示す時間ｔ＝０からｔ３までの時間範囲に相当する。
【００３２】
ＬＣ／ＭＳ分析の実行に先立って、オペレータは操作部４４から、分析終了条件、イベント測定条件などの分析条件を入力設定する（ステップＳ１）。分析終了条件とは分析開始時点を基準とする分析終了時刻、或いは後述するイベントの繰り返し回数などである。イベント測定条件は、イオン化極性（正イオン化／負イオン化）、測定質量範囲、スペクトル平均化回数などのパラメータの組合せで規定されるイベントを１乃至複数設定するものである。スペクトルの平均化は１回の質量走査で得られるデータを平均化回数分だけ積算し、それを平均化回数で除することを意味するから、スペクトル平均化回数は質量走査の回数と同義である。なお、イオントラップ３０ではその構造や印加電圧範囲などに応じて保持可能な質量範囲、つまり測定可能な最大質量範囲（測定可能質量範囲）が決まっている。したがって、ユーザはその測定可能質量範囲内で上記測定質量範囲を設定することが可能である。
【００３３】
例えばいまここでは、図５に示すように、イベント[１]、イベント[２]の２つのイベントを設定するものとする。イベント[１]の測定条件は、測定質量範囲：100-1000、イオン化極性：正、スペクトル平均化回数：２、であり、イベント[２]の測定条件は、測定質量範囲：100-1000、イオン化極性：負、スペクトル平均化回数：３、である。
【００３４】
オペレータは目的試料を準備し、操作部４４からＬＣ／ＭＳ分析開始を指示する（ステップＳ２）。中央制御部４３を介してこの指示を受けた分析制御部４２は、ＬＣ部１においてインジェクタ１３により移動相中に目的試料を注入する。これと同時にＭＳ部２は質量分析動作を開始する。まず、実行するイベントを初期設定し（ステップＳ３）、１番目のイベント（図５中のイベント[１]）に設定された測定条件に従って質量分析を行う。
【００３５】
即ち、データ処理部４０ではプロファイル積算データ保存部４０３及びノイズ成分積算データ保存部４０６を初期化し（ステップＳ４）、平均化回数のカウント値も初期化する（ステップＳ５）。
【００３６】
ＭＳ部２では、カラム１４からの溶出液を受けたＥＳＩノズル２２からの噴霧により生成されたイオンがイオントラップ３０に一旦蓄積され、所定のタイミングで一斉ＴＯＦ３１に向けて出射される。この出射のタイミングが図４に示すｔ＝０である。検出データ読込み部４０１は、イオントラップ３０から出射されてイオン検出器３３に到達するまでの時間ｔとイオン検出器３３で検出された信号強度データとをセットにして、検出データ保存部４００に順次保存する。イオントラップ３０からの１回のイオン出射とこれに対応した所定時間（時刻０〜ｔ３）の検出データの保存動作により、図４に示すような飛行時間スペクトルを表現する時間データと信号強度データとのセットが保存される（ステップＳ６）。測定質量範囲が100-1000であるから、この質量範囲のイオンのみを捕捉するようにイオントラップ３０への印加電圧を調整すればよい。
【００３７】
プロファイルデータ読出し加算処理部４０２は、イベント測定条件で指定された測定質量範囲（この例では100-1000）に相当する時間範囲Ｔ２のプロファイルデータを検出データ保存部４００から読み出し、プロファイル積算データ保存部４０３に既に保存されているデータに加算して置き換える（ステップＳ７）。プロファイル積算データ保存部４０３が初期化された状態では、保存されているデータはゼロであるから、実質的には検出データ保存部４００から読み出されたプロファイルデータがそのままプロファイル積算データ保存部４０３に格納される。
【００３８】
一方、ノイズ成分データ読み出し加算処理部４０５は、目的試料に由来するイオンの信号が検出されない時間範囲、つまりは上記測定質量範囲に相当する時間範囲Ｔ２を外れた範囲のデータをノイズ成分データとして検出データ保存部４００から読み出し、ノイズ成分積算データ保存部４０６に既に保存されているデータに加算して置き換える（ステップＳ８）。ノイズ成分積算データ保存部４０６も初期化された状態では、保存されているデータはゼロであるから、実質的には検出データ保存部４００から読み出されたノイズ成分データがそのままノイズ成分積算データ保存部４０６に格納される。
【００３９】
図４に示すように、イオンの飛行開始時点をｔ＝０とすると、測定質量範囲の下限であるm/zが最も小さなイオンがイオン検出器３３に到達する時点ｔ１の直前までの期間Ｔ１と、測定質量範囲の上限であるm/zが最も大きなイオンがイオン検出器３３に到達した時点ｔ２の直後からデータ収集終了時点ｔ３までの期間Ｔ３と、が測定質量範囲外に相当する時間範囲である。測定質量範囲にも依るが、一般的には後方側の期間Ｔ３のほうが時間的余裕があることが多いので、この期間Ｔ３のデータをノイズ成分データとして用いるとよい。もちろん、期間Ｔ１のデータをノイズ成分データとしてもよく、両方の期間Ｔ１、Ｔ３のデータを用いてもよい。
【００４０】
但し、実際の測定質量範囲が測定可能質量上限に近いと、予期せぬ飛行の遅れなどにより、試料由来のイオンの信号が期間Ｔ３に現れてしまうことがある。こうした信号をノイズ成分であるとして処理してしまうと誤ったノイズ除去を実行する。そこで、ノイズ成分データ読出し加算処理部４０５は、信号強度がノイズであるとは考えられないほど大きなときにこれを排除するべく、信号強度が所定の値以上である場合にはそのときのノイズ情報を無視する処理を実施するとよい。この判定値は固定的でもよいし、適応的に変化させてもよい。
【００４１】
次に、平均化回数のカウント値がそのときに実施中のイベントに対して予め設定されたスペクトル平均化回数になったか否か、を判定する（ステップＳ９）。未だスペクトル平均化回数が不足していればカウント値をインクリメントし（ステップＳ１０）、ステップＳ６へと戻る。ステップＳ６〜Ｓ１０の処理により、所定の平均化回数だけプロファイルデータとノイズ成分データとのそれぞれの積算が実行される。図５の例ではイベント[１]の実行時には平均化回数が「２」であるから、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理を２回繰り返す。これは、図６に示すように、イオン化極性が「正」であるイオンの質量走査が２回行われることを意味する。所定回数の積算が終わると、ノイズ情報算出部４０７は、ノイズ成分積算データ保存部４０６から積算されたデータを読み出し、ノイズ信号の大きさ（ノイズレベルＬ）とその分散（標準偏差σ）とをノイズ情報として計算する（ステップＳ１１）。
【００４２】
プロファイルデータ平均化処理部４０４はプロファイル積算データ保存部４０３に保存されている積算されたデータを読み出して平均化回数で除することで平均値を求める。プロファイルデータノイズ除去処理部４０８は、平均化処理されたプロファイルスペクトルからノイズ成分を除去する（ステップＳ１２）。具体的には、平均化されたプロファイルスペクトルをｉ１、ノイズ除去後のプロファイルスペクトルをｉ２とすると、ノイズレベルＬと標準偏差σとを用い、
（１）ｉ１≧Ｌ＋α・σ のとき ： ｉ２＝ｉ１−Ｌ
（２）ｉ１＜Ｌ＋α・σ のとき ： ｉ２＝０
という演算処理を実行する。ここでαは予め決められる係数であり、通常、αは３〜５の範囲に設定される。この係数αは、例えばＭＳ分析、ＭＳn分析等の測定モードに応じて変えるようにしてもよい。この例では、ノイズレベルＬと標準偏差σとから求まる「Ｌ＋α・σ」が、本発明におけるノイズ成分除去のための「閾値」に相当する。
【００４３】
以上のようにして平均化されたプロファイルスペクトルからノイズ成分が除去されたならば、データ処理部４０はこのプロファイルスペクトルにおける時間情報をm/ｚ値に換算し、必要に応じてm/z値のずれの補正処理などを実施し、質量スペクトルを作成する（ステップＳ１３）。この質量スペクトルの情報は中央制御部４３に送られ、表示部４５の画面上に表示される。
【００４４】
続いて、データ処理部４０では初めに作成されたイベントの数だけ処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ１４）。未だ終了していなければ次のイベントを設定し（ステップＳ１５）ステップＳ４へ戻る。図５の例では、２つのイベントが設定されているため、まずイベント[１]についての処理が実行されてステップＳ１４に来ると、未だイベント[２]が残っているので「ＮＯ」と判断され、ステップＳ１５でイベント[２]が設定されてステップＳ４へと戻る。これにより、再びプロファイル積算データ保存部４０３及びノイズ成分積算データ保存部４０６が初期化され、平均化回数のカウント値も初期化され、ステップＳ６〜Ｓ９の処理が平均化回数である３回繰り返される。その後、ステップＳ１１へと進んで、ノイズが除去されたプロファイルスペクトルに基づいてイベント[２]に対する質量スペクトルが作成される。
【００４５】
イベント[２]についての処理が実行されてステップＳ１４に来ると、既に初めに設定された２つのイベントの処理が終了したので「ＹＥＳ」と判定され、ステップＳ１６へと進む。初めに設定された分析終了時刻等の終了条件に達しているか否かが判定され（ステップＳ１６）、達していなければステップＳ３へと戻り、再度１つ目のイベントから順に処理を繰り返す。したがって、図６に示すように、イベント[１]→イベント[２]→イベント[１]→…の順に、質量分析動作とそれに伴うデータ処理とが繰り返されることになる。
【００４６】
即ち、イベント[１]では、正極性のイオン生成条件の下で生成されたイオンがイオントラップ３０から出射され、ＴＯＦ３１で分離されてイオン検出器３３で検出される、という質量走査が２回繰り返される。その後に、イベント[２]に移行して、負極性のイオン生成条件の下で生成されたイオンがイオントラップ３０から出射され、ＴＯＦ３１で分離されてイオン検出器３３で検出される、という質量走査が３回繰り返される。この２つのイベントを１組として、これが周期的に繰り返され、分析終了時刻になるまで継続される。そうして、分析終了時刻が経過したならば、全ての処理を終了する。
【００４７】
以上のようにして本実施例のＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳでは、各質量走査毎に測定質量範囲のスペクトル情報とノイズ成分の情報とが共に得られるので、その取得の時間差は実質的に無視できる程度である。したがって、イオン検出器３３、Ｉ／Ｖ変換器３４、増幅器３５における電気的なノイズに時間的変動があっても、それを精度よく除去して高精度の質量スペクトルを得ることができる。
【００４８】
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変更や修正を行えることは明らかである。
【００４９】
例えば、上述したようにイオントラップ３０では特定のイオンを１乃至複数回開裂させることができ、そうして生成したプロダクトイオンを質量分析するＭＳn分析をイベント測定条件に加えることができる。
【００５０】
また、本発明は、飛行時間型質量分離器以外の他の質量分離器を用いた質量分析装置にも適用可能である。例えば四重極質量フィルタを用いた質量分析装置では、四重極質量フィルタへの印加電圧を掃引することで質量走査が実施される。そこで、全ての質量のイオンが通過し得ない印加電圧の条件を設定したときに収集されるデータをノイズ成分データとすることができる。また、四重極質量フィルタではなく、それよりも前方のイオンガイドなどのイオン輸送光学系において全てのイオンが遮蔽される条件を質量走査毎に設定し、その条件の下で収集されたデータをノイズ成分データとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例であるＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳの要部の構成図。
【図２】データ処理部における要部の機能構成図。
【図３】図３はこの動作の制御・処理手順を示すフローチャート。
【図４】１回の質量走査で得られる信号波形を中心とした動作説明図。
【図５】イベント測定条件の設定内容の一例を示す図。
【図６】繰り返し質量走査における動作の説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１…液体クロマトグラフ（ＬＣ）部
１１…移動相容器
１２…送液ポンプ
１３…インジェクタ
１４…カラム
２…質量分析（ＭＳ）部
２１…イオン化室
２２…ＥＳＩノズル
２３…脱溶媒管
２４、２７…中間真空室
２５、２８…イオンガイド
２６…スキマー
２９…分析室
３０…イオントラップ
３１…飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）
３２…リフレクトロン電極
３３…イオン検出器
３４…Ｉ／Ｖ変換器
３５…増幅器
３６…Ａ／Ｄ変換器
４０…データ処理部
４００…検出データ保存部
４０１…検出データ読込み部
４０２…プロファイルデータ読出し加算処理部
４０３…プロファイル積算データ保存部
４０４…プロファイルデータ平均化処理部
４０５…ノイズ成分データ読出し加算処理部
４０６…ノイズ成分積算データ保存部
４０７…ノイズ情報算出部
４０８…プロファイルデータノイズ除去処理部
４２…分析制御部
４３…中央制御部
４４…操作部
４５…表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置により得られるデータを処理する処理方法及びそうしたデータ処理方法を実施する質量分析装置に関し、更に詳しくは、質量分析により収集されるデータに重畳しているノイズを除去するデータ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）と質量分析装置（ＭＳ）とを組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置では、予め設定された測定質量範囲に亘る質量分析を繰り返すことにより、ＬＣやＧＣのカラムから時間経過に伴って溶出する各種成分に対する質量スペクトルを時々刻々と取得することができる。質量分析装置のイオン検出器としては、コンバージョンダイノードやマイクロチャンネルプレートなどと二次電子増倍管とを組み合わせたものが一般的に使用される。
【０００３】
こうしたイオン検出器やその後段の電流／電圧変換器或いは増幅器などの電気回路は、それ自体が電気的ノイズを発生するとともに外来ノイズの飛び込みを受けることもある。そのため、質量走査時に取得される検出信号は試料由来のイオンによる信号に上記電気的なノイズ信号が重畳したものとなる。そこで従来の質量分析装置では、目的試料の測定を実行する前に上記のような電気的な要因によるノイズ成分の測定を実施し、その測定により得られたノイズ情報を目的試料の質量スペクトル情報から差し引くことでノイズを除去する処理が行われている。
【０００４】
また、質量分析装置では、スペクトルの形状を安定化させるために、複数回の質量走査で得られたデータを用いた平均化処理が行われる。さらに、例えば特許文献１に記載の装置のように、質量走査毎に正イオン測定モードと負イオン測定モードとを切り替えたり、質量走査毎に通常の質量分析と開裂操作を伴うＭＳ／ＭＳ分析とを切り替えたりする場合があるが、そうした異なる分析条件毎に上記平均化処理のためのデータの質量走査回数が異なることがある。質量走査回数が相違するとノイズ状態は異なるため、ノイズ成分の測定により得られたノイズ情報に対し質量走査回数を考慮した統計的処理を実施し、ノイズ情報を適当に加工してノイズ除去を行うようにしている。
【０００５】
しかしながら、イオン検出器や増幅器などの回路の電気的なノイズの状態は温度などの影響を受けるため、通常、時間経過に伴ってノイズのレベルは変動する。そのため、目的試料の測定実行前に予備的に測定したノイズ情報を用いてノイズ除去処理を行っても、必ずしも適切にノイズを除去することができない場合がある。
【０００６】
上記のような問題を回避するために、目的試料の測定実行前だけでなく、測定実行中にも一定周期でノイズ成分の再測定を実施し、その測定により得られたノイズ情報を用いたノイズ除去処理が行われることもある。しかしながら、目的試料に対する測定とノイズ成分の測定とは或る程度離れた時点で実施されるため、目的試料の測定実行中に電気的ノイズが増加した場合でも、これがノイズ情報に十分に反映されるとは限らず、ノイズ除去の効果が発揮できないこともある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９９８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、イオン検出器や増幅器などによる電気的なノイズを的確に除去して高精度の質量スペクトルを作成することができる質量分析データ処理方法及び質量分析装置を提供することにある。
【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第１発明は、イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、を備える質量分析装置により収集された、所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するためのデータを処理するデータ処理方法であって、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて統計処理を実施し閾値を算出するノイズ情報取得ステップと、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得ステップと、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理ステップと、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成ステップと、
を有することを特徴としている。
【００１０】
また上記課題を解決するために成された第２発明は、第１発明に係る質量分析データ処理方法を実施するための装置であり、イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、該検出器で得られた所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するための測定データを処理するデータ処理部と、を具備する質量分析装置において、前記データ処理部は、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて閾値を算出するノイズ情報取得手段と、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得手段と、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理手段と、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
ここで質量分離器は特にその態様や構造が限定されるものではないが、例示すると、飛行時間型質量分離器や四重極質量フィルタなどを挙げることができる。飛行時間型質量分離器の場合、質量走査とは、イオンが当該飛行時間型質量分離器に導入された時点から、又はイオンを当該飛行時間型質量分離器に導入するために例えばイオントラップ等から出射された時点から、所定の時間が経過するまで継続的にイオン検出器で検出信号を得ることをいう。一方、四重極質量フィルタの場合、質量走査とは、当該フィルタの電極に印加する電圧を所定範囲で掃引し、その間、継続的にイオン検出器で検出信号を得ることをいう。
【００１２】
第１発明に係る質量分析データ処理方法を実施する第２発明に係る質量分析装置におけるデータ処理部は、１回の質量走査に対して得られた一連の測定データの中で、測定質量範囲から鑑みて、イオン源に供給された試料に由来するイオンが検出器に到達しない期間に得られたデータと測定質量範囲に対応した期間に得られたデータとを区別する。それら両データにはいずれも検出器などの電気的ノイズが含まれるが、試料由来のイオンの信号強度は後者にのみ含まれる。したがって、ノイズ情報取得手段は前者のデータからノイズ情報として閾値を算出し、ノイズ除去処理手段はその閾値を利用して、プロファイルデータ取得手段により抽出された後者のデータからノイズを除去する処理を実行する。これにより、プロファイルデータに含まれるノイズ成分が除去されるから、スペクトル作成手段は、その除去処理後のデータに基づいて質量スペクトルを作成する。
【発明の効果】
【００１３】
即ち、第１発明に係るデータ処理方法及び第２発明に係る質量分析装置では、１回の質量走査の際に、質量毎のイオンの強度を反映したスペクトル情報とノイズ成分の情報との両方が得られる。厳密には、それらは同時に得られたものではないが、通常、１回の質量走査に要する時間は短いので、実質的に同時に得られたものとみなすことができる。ノイズの時間的な変動要因は無視できる程度に小さいので、プロファイルデータに重畳している電気的なノイズ成分を精度よく除去することができる。また、パルス状のごく短時間だけ発生するノイズを除けば、或る程度のバースト状のノイズなどについても的確に除去することができる。これによって、質量スペクトルの正確性を向上させることができる。
【００１４】
上述のように質量分離器が飛行時間型質量分離器である場合、飛行時間型質量分離器へのイオン導入時点から測定可能質量範囲の最小質量のイオンが検出器に到達するまでの期間、及び、測定可能質量範囲の最大質量のイオンが検出器に到達してからその１回の質量走査についてのデータ収集終了までの期間、には検出器に入射するイオンはない筈である。そこで、ノイズ情報取得手段は、この２つの期間のいずれか又は両方の期間に対応したデータを抽出して閾値を求めることができる。
【００１５】
但し、意図しないイオンの飛行の遅れなどのために、上記のような試料由来のイオンが検出器に到達しない筈である期間にイオンの信号強度が観測される場合がある。そこで、これを排除するために、信号強度が所定の値以上である場合にはこれをノイズ情報、つまり上記閾値に反映させないようにすることが好ましい。
【００１６】
また第２発明に係る質量分析装置の一態様は、複数の異なる分析条件の下での質量走査を繰り返し行うことが可能な質量分析装置であって、
質量走査の際の前記分析条件を入力設定する条件設定手段と、該条件設定手段により入力設定された分析条件の異なる複数条件の質量走査を１周期として、この周期を繰り返しつつ、各質量走査に対応したデータを収集する分析制御手段と、をさらに備え、
前記ノイズ情報取得手段は、それぞれの分析条件での質量走査毎に得られた測定データからノイズに対応したデータを抽出する構成とすることができる。
【００１７】
ここで、分析条件とは、イオンの発生状態や検出状態に影響を与える条件であり、例えば、イオン源で生成するイオンの極性（イオン化極性）、測定質量範囲、スペクトル情報を形成するためのスペクトルの平均化回数（質量走査の回数）などの組合せとすることができる。また、開裂操作を伴うＭＳn分析が可能である場合には、このｎの値を分析条件の組合せの１つに加えることもできる。
【００１８】
上記態様の質量分析装置では、異なる分析条件の下で質量走査が繰り返される場合でも、１回の質量走査毎にスペクトル情報とともにノイズ情報が得られる。したがって、分析条件、特にスペクトルの平均化回数が異なる場合でも、その平均化回数を考慮した統計的処理を行うことなく正確なノイズ情報を把握して、精度の高いノイズ除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施例である液体クロマトグラフ／イオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）について、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１は本実施例のＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳの要部の構成図である。このＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳは、大別して、液体クロマトグラフ（ＬＣ）部１と質量分析（ＭＳ）部２とを有し、ＬＣ部１とＭＳ部２とを接続する大気圧イオン化インタフェイスには、エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）インタフェイスが用いられている。なお、イオン化法はこれに限るものでなく、例えば大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）や大気圧光イオン化法（ＡＰＰＩ）など、他の各種態様のイオン化インタフェイスを用いることができる。
【００２１】
液体クロマトグラフ（ＬＣ）部１にあって、送液ポンプ１２は移動相容器１１に貯留されている移動相を吸引し、一定流量でインジェクタ１３を通してカラム１４へと送給する。インジェクタ１３により試料が注入されると、移動相の流れに乗って試料はカラム１４へと導入される。カラム１４を通過する間に試料中の各種成分は分離され、時間的にずれてカラム１４の出口から溶出し、質量分析（ＭＳ）部２に導入される。
【００２２】
ＭＳ部２は、大気圧雰囲気に維持されるイオン化室２１と、ターボ分子ポンプ（図示せず）により真空排気され、高真空雰囲気に維持される分析室２９と、を有し、その間には、段階的に真空度が高くされた第１段、第２段中間真空室２４、２７が配設されている。イオン化室２１と第１段中間真空室２４とは細径の脱溶媒管２３を介して連通しており、第１段中間真空室２４と第２段中間真空室２７とは、円錐形状のスキマー２６の頂部に穿設された小径のオリフィスを介して連通している。
【００２３】
ＬＣ部１から供給された試料成分を含む溶出液がイオン源としてのＥＳＩノズル２２に達すると、高圧電源（図示せず）から印加されている直流高電圧により、溶出液は片寄った電荷を付与される。そして、帯電した微小液滴としてイオン化室２１内に噴霧される。この帯電液滴は大気由来のガス分子と衝突してさらに微細な液滴に粉砕され、速やかに乾燥して（脱溶媒化されて）試料分子が気化する。この試料分子はイオン蒸発反応を生じてイオン化される。発生したイオンを含む微小液滴は、差圧によって脱溶媒管２３内に引き込まれ、脱溶媒管２３内を通る間に一層脱溶媒化が進行してイオンが発生する。イオンはイオンガイド２５、２８で収束されつつ２つの中間真空室２４、２７を通過し分析室２９へ送られる。分析室２９内で、イオンは３次元四重極型のイオントラップ３０の内部に導入される。
【００２４】
イオントラップ３０では、電源（図示せず）より各電極に印加される高周波電圧により形成される四重極電場によって、イオンは一旦捕捉・蓄積される。イオントラップ３０の内部に蓄積された各種イオンは、所定のタイミングで一斉に運動エネルギーを付与され、質量分離器としての飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）３１に向けてイオントラップ３０から放出される。つまり、イオントラップ３０がＴＯＦ３１に対するイオンの飛行の出発点となる。ＴＯＦ３１は直電電源（図示せず）から直流電圧が印加されるリフレクトロン電極３２を備え、これにより形成される直流電場の作用によってイオンは折り返され、検出器としてのイオン検出器３３に到達する。一斉にイオントラップ３０から出射されたイオンは質量電荷比m/zの小さいイオンほど速く飛行し、m/zに応じた時間差を以てイオン検出器３３に到達する。イオン検出器３３は到達したイオン数に応じた電流を検出信号として出力する。
【００２５】
この検出信号はＩ／Ｖ変換器３４で電圧信号に変換され、増幅器３５で増幅される。そして、Ａ／Ｄ変換器３６でデジタル値に変換された後に、データ処理部４０に入力される。データ処理部４０では、イオントラップ３０からイオンが一斉に出射された時点からイオン検出器３３に到達するまでの時間毎のイオンの信号強度を計測し、その時間情報を質量情報に換算して、横軸をm/z値、縦軸を信号強度とする質量スペクトルを作成する。さらに時間経過に従って、トータルイオンクロマトグラムやマスクロマトグラムを作成する。
【００２６】
分析制御部４２は中央制御部４３からの指示に基づいて、ＬＣ／ＭＳ分析を実行するためにＬＣ部１及びＭＳ部２の各部の動作を制御する。中央制御部４３にはユーザーインターフェースとしての操作部４４及び表示部４５が接続されており、操作部４４によるオペレータの操作を受けて分析のための各種の指令を分析制御部４２やデータ処理部４０に出力するとともに、質量スペクトル等の分析結果を表示部４５に出力する。なお、中央制御部４３、分析制御部４２、及びデータ処理部４０の大部分は、所定の制御／処理ソフトウエアを搭載したパーソナルコンピュータにより具現化することができる。
【００２７】
イオントラップ３０には図示するように、例えばアルゴン等の衝突誘起解離（ＣＩＤ）ガスを供給できる構成となっており、イオントラップ３０に蓄積したイオンをＣＩＤにより開裂させてプロダクトイオンを生成させることができる。ＭＳ／ＭＳ分析などのＭＳn分析を行う際には、まずイオントラップ３０に各種イオンを蓄積した後に、それらイオンの中で特定の質量を有するイオンのみをプリカーサイオンとして選択的に残すように電極に印加する電圧を制御し、それからＣＩＤガスをイオントラップ３０に導入してプリカーサイオンの開裂を促進させる。そうして生成されたプロダクトイオンをイオントラップ３０から一斉にＴＯＦ３１に向けて放出し、m/z毎に分離して検出することで、プロダクトイオンの質量スペクトルを得ることができる。
【００２８】
図２は特徴的な動作を実施するためのデータ処理部４０における要部の機能構成図である。
【００２９】
上述のようにイオン検出器３３で得られた検出信号をデジタル化した検出データは、検出データ読込み部４０１により検出データ保存部４００に順次格納される。プロファイルデータ読出し加算処理部４０２は検出データ保存部４００に保存されているデータの中で測定質量範囲に相当するデータ（プロファイルデータ）を選択的に読み出し、プロファイル積算データ保存部４０３に既に格納されているデータに加算するように該保存部４０３に格納する。一方、ノイズ成分データ読出し加算処理部４０５は検出データ保存部４００に保存されているデータの中で測定質量範囲外に相当するデータ（ノイズ成分データ）を選択的に読み出し、ノイズ成分積算データ保存部４０６に既に格納されているデータに加算するように該保存部４０６に格納する。以上の処理は、ＭＳ部２での質量走査時に検出データが得られるに従ってほぼリアルタイムで実行される。
【００３０】
プロファイルデータ平均化処理部４０４は、後述するイベント測定条件として設定された平均化回数だけ積算処理が行われた後に、プロファイル積算データ保存部４０３に保存されている積算データを読み出し、それを平均化回数で除することで平均値を求める。ノイズ情報算出部４０７は同様に積算処理終了後に、ノイズ成分積算データ保存部４０６から積算データを読み出し、ノイズレベル（強度）や標準偏差などのノイズ情報を算出する。プロファイルデータノイズ除去処理部４０８はそのノイズ情報を利用してノイズ除去演算を行い、ノイズの影響を排除したプロファイルデータを算出する。
【００３１】
上記構成を有するＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳにおける特徴的な動作を、図３〜図６を参照して説明する。図３はこの動作の制御・処理手順を示すフローチャートである。図４は１回の質量走査で得られる信号波形を中心とした動作説明図である。図５はイベント測定条件の設定内容の一例を示す図である。図６は繰り返し質量走査における動作の説明図である。図６中の↓はイオントラップ３０からのイオンの出射のタイミングであり、斜線で示す部分が図４に示す時間ｔ＝０からｔ３までの時間範囲に相当する。
【００３２】
ＬＣ／ＭＳ分析の実行に先立って、オペレータは操作部４４から、分析終了条件、イベント測定条件などの分析条件を入力設定する（ステップＳ１）。分析終了条件とは分析開始時点を基準とする分析終了時刻、或いは後述するイベントの繰り返し回数などである。イベント測定条件は、イオン化極性（正イオン化／負イオン化）、測定質量範囲、スペクトル平均化回数などのパラメータの組合せで規定されるイベントを１乃至複数設定するものである。スペクトルの平均化は１回の質量走査で得られるデータを平均化回数分だけ積算し、それを平均化回数で除することを意味するから、スペクトル平均化回数は質量走査の回数と同義である。なお、イオントラップ３０ではその構造や印加電圧範囲などに応じて保持可能な質量範囲、つまり測定可能な最大質量範囲（測定可能質量範囲）が決まっている。したがって、ユーザはその測定可能質量範囲内で上記測定質量範囲を設定することが可能である。
【００３３】
例えばいまここでは、図５に示すように、イベント[１]、イベント[２]の２つのイベントを設定するものとする。イベント[１]の測定条件は、測定質量範囲：100-1000、イオン化極性：正、スペクトル平均化回数：２、であり、イベント[２]の測定条件は、測定質量範囲：100-1000、イオン化極性：負、スペクトル平均化回数：３、である。
【００３４】
オペレータは目的試料を準備し、操作部４４からＬＣ／ＭＳ分析開始を指示する（ステップＳ２）。中央制御部４３を介してこの指示を受けた分析制御部４２は、ＬＣ部１においてインジェクタ１３により移動相中に目的試料を注入する。これと同時にＭＳ部２は質量分析動作を開始する。まず、実行するイベントを初期設定し（ステップＳ３）、１番目のイベント（図５中のイベント[１]）に設定された測定条件に従って質量分析を行う。
【００３５】
即ち、データ処理部４０ではプロファイル積算データ保存部４０３及びノイズ成分積算データ保存部４０６を初期化し（ステップＳ４）、平均化回数のカウント値も初期化する（ステップＳ５）。
【００３６】
ＭＳ部２では、カラム１４からの溶出液を受けたＥＳＩノズル２２からの噴霧により生成されたイオンがイオントラップ３０に一旦蓄積され、所定のタイミングで一斉ＴＯＦ３１に向けて出射される。この出射のタイミングが図４に示すｔ＝０である。検出データ読込み部４０１は、イオントラップ３０から出射されてイオン検出器３３に到達するまでの時間ｔとイオン検出器３３で検出された信号強度データとをセットにして、検出データ保存部４００に順次保存する。イオントラップ３０からの１回のイオン出射とこれに対応した所定時間（時刻０〜ｔ３）の検出データの保存動作により、図４に示すような飛行時間スペクトルを表現する時間データと信号強度データとのセットが保存される（ステップＳ６）。測定質量範囲が100-1000であるから、この質量範囲のイオンのみを捕捉するようにイオントラップ３０への印加電圧を調整すればよい。
【００３７】
プロファイルデータ読出し加算処理部４０２は、イベント測定条件で指定された測定質量範囲（この例では100-1000）に相当する時間範囲Ｔ２のプロファイルデータを検出データ保存部４００から読み出し、プロファイル積算データ保存部４０３に既に保存されているデータに加算して置き換える（ステップＳ７）。プロファイル積算データ保存部４０３が初期化された状態では、保存されているデータはゼロであるから、実質的には検出データ保存部４００から読み出されたプロファイルデータがそのままプロファイル積算データ保存部４０３に格納される。
【００３８】
一方、ノイズ成分データ読み出し加算処理部４０５は、目的試料に由来するイオンの信号が検出されない時間範囲、つまりは上記測定質量範囲に相当する時間範囲Ｔ２を外れた範囲のデータをノイズ成分データとして検出データ保存部４００から読み出し、ノイズ成分積算データ保存部４０６に既に保存されているデータに加算して置き換える（ステップＳ８）。ノイズ成分積算データ保存部４０６も初期化された状態では、保存されているデータはゼロであるから、実質的には検出データ保存部４００から読み出されたノイズ成分データがそのままノイズ成分積算データ保存部４０６に格納される。
【００３９】
図４に示すように、イオンの飛行開始時点をｔ＝０とすると、測定質量範囲の下限であるm/zが最も小さなイオンがイオン検出器３３に到達する時点ｔ１の直前までの期間Ｔ１と、測定質量範囲の上限であるm/zが最も大きなイオンがイオン検出器３３に到達した時点ｔ２の直後からデータ収集終了時点ｔ３までの期間Ｔ３と、が測定質量範囲外に相当する時間範囲である。測定質量範囲にも依るが、一般的には後方側の期間Ｔ３のほうが時間的余裕があることが多いので、この期間Ｔ３のデータをノイズ成分データとして用いるとよい。もちろん、期間Ｔ１のデータをノイズ成分データとしてもよく、両方の期間Ｔ１、Ｔ３のデータを用いてもよい。
【００４０】
但し、実際の測定質量範囲が測定可能質量上限に近いと、予期せぬ飛行の遅れなどにより、試料由来のイオンの信号が期間Ｔ３に現れてしまうことがある。こうした信号をノイズ成分であるとして処理してしまうと誤ったノイズ除去を実行する。そこで、ノイズ成分データ読出し加算処理部４０５は、信号強度がノイズであるとは考えられないほど大きなときにこれを排除するべく、信号強度が所定の値以上である場合にはそのときのノイズ情報を無視する処理を実施するとよい。この判定値は固定的でもよいし、適応的に変化させてもよい。
【００４１】
次に、平均化回数のカウント値がそのときに実施中のイベントに対して予め設定されたスペクトル平均化回数になったか否か、を判定する（ステップＳ９）。未だスペクトル平均化回数が不足していればカウント値をインクリメントし（ステップＳ１０）、ステップＳ６へと戻る。ステップＳ６〜Ｓ１０の処理により、所定の平均化回数だけプロファイルデータとノイズ成分データとのそれぞれの積算が実行される。図５の例ではイベント[１]の実行時には平均化回数が「２」であるから、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理を２回繰り返す。これは、図６に示すように、イオン化極性が「正」であるイオンの質量走査が２回行われることを意味する。所定回数の積算が終わると、ノイズ情報算出部４０７は、ノイズ成分積算データ保存部４０６から積算されたデータを読み出し、ノイズ信号の大きさ（ノイズレベルＬ）とその分散（標準偏差σ）とをノイズ情報として計算する（ステップＳ１１）。
【００４２】
プロファイルデータ平均化処理部４０４はプロファイル積算データ保存部４０３に保存されている積算されたデータを読み出して平均化回数で除することで平均値を求める。プロファイルデータノイズ除去処理部４０８は、平均化処理されたプロファイルスペクトルからノイズ成分を除去する（ステップＳ１２）。具体的には、平均化されたプロファイルスペクトルをｉ１、ノイズ除去後のプロファイルスペクトルをｉ２とすると、ノイズレベルＬと標準偏差σとを用い、
（１）ｉ１≧Ｌ＋α・σ のとき ： ｉ２＝ｉ１−Ｌ
（２）ｉ１＜Ｌ＋α・σ のとき ： ｉ２＝０
という演算処理を実行する。ここでαは予め決められる係数であり、通常、αは３〜５の範囲に設定される。この係数αは、例えばＭＳ分析、ＭＳn分析等の測定モードに応じて変えるようにしてもよい。この例では、ノイズレベルＬと標準偏差σとから求まる「Ｌ＋α・σ」が、本発明におけるノイズ成分除去のための「閾値」に相当する。
【００４３】
以上のようにして平均化されたプロファイルスペクトルからノイズ成分が除去されたならば、データ処理部４０はこのプロファイルスペクトルにおける時間情報をm/ｚ値に換算し、必要に応じてm/z値のずれの補正処理などを実施し、質量スペクトルを作成する（ステップＳ１３）。この質量スペクトルの情報は中央制御部４３に送られ、表示部４５の画面上に表示される。
【００４４】
続いて、データ処理部４０では初めに作成されたイベントの数だけ処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ１４）。未だ終了していなければ次のイベントを設定し（ステップＳ１５）ステップＳ４へ戻る。図５の例では、２つのイベントが設定されているため、まずイベント[１]についての処理が実行されてステップＳ１４に来ると、未だイベント[２]が残っているので「ＮＯ」と判断され、ステップＳ１５でイベント[２]が設定されてステップＳ４へと戻る。これにより、再びプロファイル積算データ保存部４０３及びノイズ成分積算データ保存部４０６が初期化され、平均化回数のカウント値も初期化され、ステップＳ６〜Ｓ９の処理が平均化回数である３回繰り返される。その後、ステップＳ１１へと進んで、ノイズが除去されたプロファイルスペクトルに基づいてイベント[２]に対する質量スペクトルが作成される。
【００４５】
イベント[２]についての処理が実行されてステップＳ１４に来ると、既に初めに設定された２つのイベントの処理が終了したので「ＹＥＳ」と判定され、ステップＳ１６へと進む。初めに設定された分析終了時刻等の終了条件に達しているか否かが判定され（ステップＳ１６）、達していなければステップＳ３へと戻り、再度１つ目のイベントから順に処理を繰り返す。したがって、図６に示すように、イベント[１]→イベント[２]→イベント[１]→…の順に、質量分析動作とそれに伴うデータ処理とが繰り返されることになる。
【００４６】
即ち、イベント[１]では、正極性のイオン生成条件の下で生成されたイオンがイオントラップ３０から出射され、ＴＯＦ３１で分離されてイオン検出器３３で検出される、という質量走査が２回繰り返される。その後に、イベント[２]に移行して、負極性のイオン生成条件の下で生成されたイオンがイオントラップ３０から出射され、ＴＯＦ３１で分離されてイオン検出器３３で検出される、という質量走査が３回繰り返される。この２つのイベントを１組として、これが周期的に繰り返され、分析終了時刻になるまで継続される。そうして、分析終了時刻が経過したならば、全ての処理を終了する。
【００４７】
以上のようにして本実施例のＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳでは、各質量走査毎に測定質量範囲のスペクトル情報とノイズ成分の情報とが共に得られるので、その取得の時間差は実質的に無視できる程度である。したがって、イオン検出器３３、Ｉ／Ｖ変換器３４、増幅器３５における電気的なノイズに時間的変動があっても、それを精度よく除去して高精度の質量スペクトルを得ることができる。
【００４８】
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変更や修正を行えることは明らかである。
【００４９】
例えば、上述したようにイオントラップ３０では特定のイオンを１乃至複数回開裂させることができ、そうして生成したプロダクトイオンを質量分析するＭＳn分析をイベント測定条件に加えることができる。
【００５０】
また、本発明は、飛行時間型質量分離器以外の他の質量分離器を用いた質量分析装置にも適用可能である。例えば四重極質量フィルタを用いた質量分析装置では、四重極質量フィルタへの印加電圧を掃引することで質量走査が実施される。そこで、全ての質量のイオンが通過し得ない印加電圧の条件を設定したときに収集されるデータをノイズ成分データとすることができる。また、四重極質量フィルタではなく、それよりも前方のイオンガイドなどのイオン輸送光学系において全てのイオンが遮蔽される条件を質量走査毎に設定し、その条件の下で収集されたデータをノイズ成分データとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例であるＬＣ／ＩＴ−ＴＯＦＭＳの要部の構成図。
【図２】データ処理部における要部の機能構成図。
【図３】図３はこの動作の制御・処理手順を示すフローチャート。
【図４】１回の質量走査で得られる信号波形を中心とした動作説明図。
【図５】イベント測定条件の設定内容の一例を示す図。
【図６】繰り返し質量走査における動作の説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１…液体クロマトグラフ（ＬＣ）部
１１…移動相容器
１２…送液ポンプ
１３…インジェクタ
１４…カラム
２…質量分析（ＭＳ）部
２１…イオン化室
２２…ＥＳＩノズル
２３…脱溶媒管
２４、２７…中間真空室
２５、２８…イオンガイド
２６…スキマー
２９…分析室
３０…イオントラップ
３１…飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）
３２…リフレクトロン電極
３３…イオン検出器
３４…Ｉ／Ｖ変換器
３５…増幅器
３６…Ａ／Ｄ変換器
４０…データ処理部
４００…検出データ保存部
４０１…検出データ読込み部
４０２…プロファイルデータ読出し加算処理部
４０３…プロファイル積算データ保存部
４０４…プロファイルデータ平均化処理部
４０５…ノイズ成分データ読出し加算処理部
４０６…ノイズ成分積算データ保存部
４０７…ノイズ情報算出部
４０８…プロファイルデータノイズ除去処理部
４２…分析制御部
４３…中央制御部
４４…操作部
４５…表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、を備える質量分析装置により収集された、所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するためのデータを処理するデータ処理方法であって、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて統計処理を実施し閾値を算出するノイズ情報取得ステップと、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得ステップと、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理ステップと、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成ステップと、
を有する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、前記質量分離器は飛行時間型質量分離器であり、前記ノイズ情報取得ステップでは、飛行時間型質量分離器へのイオン導入時点から測定可能質量範囲の最小質量のイオンが検出器に到達するまでの期間、又は、測定可能質量範囲の最大質量のイオンが検出器に到達してからその１回の質量走査のデータ収集終了までの期間、のいずれかのデータを抽出することを特徴とする質量分析データ処理方法。
【請求項３】
イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、該検出器で得られた所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するための測定データを処理するデータ処理部と、を具備する質量分析装置において、前記データ処理部は、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて統計処理を実施し閾値を算出するノイズ情報取得手段と、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得手段と、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理手段と、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
を備えることを特徴する質量分析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の質量分析装置であって、前記質量分離器は飛行時間型質量分離器であり、前記ノイズ情報取得手段は、飛行時間型質量分離器へのイオン導入時点から測定可能質量範囲の最小質量のイオンが検出器に到達するまでの期間、又は、測定可能質量範囲の最大質量のイオンが検出器に到達してからその１回の質量走査のデータ収集終了までの期間、のいずれかのデータを抽出することを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の質量分析装置であり、複数の異なる分析条件の下での質量走査を繰り返し行うことが可能な質量分析装置であって、
質量走査の際の前記分析条件を入力設定する条件設定手段と、該条件設定手段により入力設定された分析条件の異なる複数条件の質量走査を１周期として、この周期を繰り返しつつ、各質量走査に対応したデータを収集する分析制御手段と、をさらに備え、
前記ノイズ情報取得手段は、それぞれの分析条件での質量走査毎に得られた測定データからノイズに対応したデータを抽出することを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項５に記載の質量分析装置であって、前記分析条件は前記イオン源で生成するイオンの極性を含むことを特徴とする質量分析装置。
【請求項１】
イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、を備える質量分析装置により収集された、所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するためのデータを処理するデータ処理方法であって、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて統計処理を実施し閾値を算出するノイズ情報取得ステップと、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得ステップと、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理ステップと、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成ステップと、
を有する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、前記質量分離器は飛行時間型質量分離器であり、前記ノイズ情報取得ステップでは、飛行時間型質量分離器へのイオン導入時点から測定可能質量範囲の最小質量のイオンが検出器に到達するまでの期間、又は、測定可能質量範囲の最大質量のイオンが検出器に到達してからその１回の質量走査のデータ収集終了までの期間、のいずれかのデータを抽出することを特徴とする質量分析データ処理方法。
【請求項３】
イオン源と、該イオン源で生成されたイオンを質量分離する質量分離器と、質量分離されたイオンを検出する検出器と、該検出器で得られた所定の質量範囲に亘る質量スペクトルを作成するための測定データを処理するデータ処理部と、を具備する質量分析装置において、前記データ処理部は、
a)質量走査に対して収集された測定データの中で試料に由来するイオンが検出器に到達しない範囲のデータを抽出して、該データに基づいて統計処理を実施し閾値を算出するノイズ情報取得手段と、
b)前記測定データの中で測定質量範囲に対応したデータをプロファイルデータとして抽出するプロファイルデータ取得手段と、
c)前記閾値を利用して前記プロファイルデータからノイズ成分を除去するノイズ除去処理手段と、
d)ノイズ除去がなされたプロファイルデータを用いて質量スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
を備えることを特徴する質量分析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の質量分析装置であって、前記質量分離器は飛行時間型質量分離器であり、前記ノイズ情報取得手段は、飛行時間型質量分離器へのイオン導入時点から測定可能質量範囲の最小質量のイオンが検出器に到達するまでの期間、又は、測定可能質量範囲の最大質量のイオンが検出器に到達してからその１回の質量走査のデータ収集終了までの期間、のいずれかのデータを抽出することを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の質量分析装置であり、複数の異なる分析条件の下での質量走査を繰り返し行うことが可能な質量分析装置であって、
質量走査の際の前記分析条件を入力設定する条件設定手段と、該条件設定手段により入力設定された分析条件の異なる複数条件の質量走査を１周期として、この周期を繰り返しつつ、各質量走査に対応したデータを収集する分析制御手段と、をさらに備え、
前記ノイズ情報取得手段は、それぞれの分析条件での質量走査毎に得られた測定データからノイズに対応したデータを抽出することを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項５に記載の質量分析装置であって、前記分析条件は前記イオン源で生成するイオンの極性を含むことを特徴とする質量分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２６４９７０（Ｐ２００９−２６４９７０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１５８５７（Ｐ２００８−１１５８５７）
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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