説明

質量分析方法および質量分析装置

【課題】蛋白質の酵素による消化分解物など、複雑で分離の難しい混合物に対しても、含まれている成分毎にマススペクトルを分離して得る。
【解決手段】質量分析計により取得されたトータル・イオン・クロマトグラムの中から、所望のピークトップ近傍の積算マススペクトルを表示させ、表示された積算マススペクトルの中から所望のマスピークを選択し、選択されたマスピークのマスクロマトグラムと溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間が一致する他のマスクロマトグラムを抽出し、マスピークとして選び出すことにより、単一成分のマススペクトルを再構成するものであって、クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に高次関数曲線またはガウス関数曲線をフィットさせることによって行なう。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物などに代表される、極めて複雑な試料混合物の迅速な定性・定量分析を行なう質量分析装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、蛋白質や、蛋白質を酵素で消化分解して得られたペプチドのマススペクトルを、既知の蛋白質のアミノ酸配列情報(分子構造)を格納したデータベース・ライブラリと照合して、蛋白質を同定することが行なわれている。蛋白質を酵素で消化分解して得られるペプチド混合物は、数十種類以上のペプチドを含み、蛋白質を的確に同定するためには、少なくとも数種類のペプチドの精密なマススペクトル情報を得ることが重要とされている。
【0003】
ペプチド混合物など液体中の各種成分を分離分析するためには、液体クロマトグラフ装置が広く用いられている。この液体クロマトグラフ装置は、ポンプ、インジェクタ、カラム等で構成される試料分離部と、クロマトグラム測定部とより構成され、複数成分から成る混合物試料を試料分離部で各成分へ分離し、その溶出過程を質量分析計で測定し、成分毎に分離されたマススペクトルを得ることが行なわれている。
【0004】
【特許文献1】特開2001−50945号公報
【特許文献2】特開平1−118763号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、既存の液体クロマトグラフ装置では、一度の分析操作で複数の成分を完全に分離することは、極めて困難な場合が多い。特に、蛋白質の酵素による消化分解物など、天然由来の試料を完全に分離するためには、それぞれの試料に合わせて、液体クロマトグラフ装置の分離条件を検討する必要があり、労力と時間を要していた。
【0006】
また、労力や時間を費やしても、目的成分を分離できない場合も多く、簡便に成分毎のマススペクトルを得ることは、極めて困難であった。
【0007】
例えば、図1は、牛血清アルブミンをトリプシンで酵素消化して得られたペプチド混合物のマスクロマトグラムの一部を拡大したものである。実線は、トータルイオンクロマトグラム、点線は、m/z=1479.43におけるクロマトグラム、一点鎖線は、m/z=966.474におけるクロマトグラムである。
【0008】
同図より明らかなように、36.65minのピークは、少なくとも異なる2つの成分が共に溶出しており、ピークのほとんどの領域において、それぞれの純粋なスペクトルが得られるほど、分離した領域は存在しない。
【0009】
このような場合、従来技術では、それぞれ成分毎に個別のマススペクトルを得るためには、
(1)分離条件を再検討して分離する。
(2)MS/MSを使用する。
のいずれかの方法が行なわれてきた。
【0010】
しかしながら、分離条件の再検討には、多くの時間、労力、および、熟練を必要とし、かつ、蛋白質分解物のような複雑な混合物の場合には、一度のクロマトグラフィですべてを分離することはできないのが通例である。
【0011】
また、MS/MSを用いる方法は、クロマトグラフィ分離の後、質量分析計を用いて目的物質を選択的に分離した上で、マススペクトルを取得することから、迅速に前記の問題を解決することが可能であるが、MS/MS装置は一般に高価であり、かつ、操作が複雑でもあるため、簡便で安価な方法が求められてきた。
【0012】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、蛋白質の酵素による消化分解物など、複雑で分離の難しい混合物に対しても、含まれている成分毎にマススペクトルを分離して得られる質量分析方法およ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】
【0013】
この目的を達成するため、本発明にかかる質量分析方法は、
クロマトグラフ装置により混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データのマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物の分子構造情報を格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析方法において、
質量分析計により取得されたトータル・イオン・クロマトグラムの中から、所望のピークトップ近傍の積算マススペクトルを表示させ、表示された積算マススペクトルの中から所望のマスピークを選択し、選択されたマスピークのマスクロマトグラムと溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間が一致する他のマスクロマトグラムを抽出し、マスピークとして選び出すことにより、単一成分のマススペクトルを再構成するようにしたことを特徴としている。
【0014】
また、前記クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に所定の関数曲線をフィットさせることにより行なうことを特徴としている。
【0015】
また、前記所定の関数曲線は、高次関数曲線またはガウス関数曲線であることを特徴としている。
【0016】
また、前記クロマトグラフ装置は、液体クロマトグラフ装置であることを特徴としている。
【0017】
また、前記混合物は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物であることを特徴としている。
【0018】
また、クロマトグラフ装置により混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データを記憶装置に記憶させ、その記憶されたマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物の分子構造情報を格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析方法において、
検出されたすべてのマスクロマトグラムを格納した記憶領域の中から、所定のピーク強度を有するマスピークのマスクロマトグラムとクロマトグラムの波形が一致するマスピーク群を一括してグルーピングする操作を繰り返すことにより、分子イオンピークとそのピークに対応する単一成分のフラグメントスペクトルを分離再構成するようにしたことを特徴としている。
【0019】
また、前記所定のピーク強度を有するマスピークは、まだグルーピングされていないマスピーク群の中で最大のピーク強度を有するマスピークであることを特徴としている。
【0020】
また、前記クロマトグラムの波形の一致不一致は、クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の比較により見分けることを特徴としている。
【0021】
また、前記クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に所定の関数曲線をフィットさせることにより行なうことを特徴としている。
【0022】
また、前記所定の関数曲線は、高次関数曲線またはガウス関数曲線であることを特徴としている。
【0023】
また、前記クロマトグラフ装置は、液体クロマトグラフ装置であることを特徴としている。
【0024】
また、前記混合物は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物であることを特徴としている。
【0025】
また、本発明にかかる質量分析装置は、
クロマトグラフ装置により混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データのマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物の分子構造情報を格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析装置において、
質量分析計により取得されたトータル・イオン・クロマトグラムの中から、所望のピークトップ近傍の積算マススペクトルを表示させる表示手段と、
表示された積算マススペクトルの中から所望のマスピークを選択する選択手段と、
選択されたマスピークのマスクロマトグラムと溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間が一致する他のマスクロマトグラムを抽出し、マスピークとして選び出すことにより、単一成分のマススペクトルを再構成する再構成手段と
を備えたことを特徴としている。
【0026】
また、前記クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に所定の関数曲線をフィットさせることにより行なうことを特徴としている。
【0027】
また、前記所定の関数曲線は、高次関数曲線またはガウス関数曲線であることを特徴としている。
【0028】
また、前記クロマトグラフ装置は、液体クロマトグラフ装置であることを特徴としている。
【0029】
また、前記混合物は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物であることを特徴としている。
【0030】
また、マルチファンクションで測定された質量分析装置条件の異なる複数のマスクロマトグラム間で請求項1または6記載の質量分析方法を適用することにより、分子イオンピークと、そのピークに対応する単一成分のフラグメントスペクトルとを再構成するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【0031】
本発明の質量分析方法および質量分析装置によれば、
クロマトグラフにより混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データのマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物のスペクトルを格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析装置および質量分析方法において、
取得された複数のマスピーク毎のマスクロマトグラムの中から、クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間が一致するマスクロマトグラムを抽出し、マスピークとして選び出すことにより、単一成分のマススペクトルを再構成するものであって、クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に高次関数曲線またはガウス関数曲線をフィットさせることによって行なうので、
蛋白質の酵素による消化分解物など、複雑で分離の難しい混合物に対しても、含まれている成分毎にマススペクトルを分離して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例1】
【0033】
図2は、本発明にかかる質量分析装置および方法の一実施例である。図2には、本発明に用いられる液体クロマトグラフ質量分析計の要部構成が示されている。
【0034】
図2において、分離カラム1の流入端1aには、複数成分を含有する試料液が供給され、流出端1bからは、成分毎に分離された分離液が流出する。そして、流出端1bの下流には、質量分析計2が備えられている。
【0035】
質量分析計2から得られるスペクトルは、データ処理装置3で解析される。データ処理装置3は、記憶部4と、ピーク選択部5と、出力部6を備えている。記憶部4は、ハードディスクなどから成り、質量分析計2から送られてくる各タイミングでのスペクトルデータの記憶を行なう。ピーク選択部5は、マスクロマトグラムを表示する表示装置と、マスピークを選択するマウスなどの入力装置とから成り、複数の質量数の異なるマスピークの選択を可能にしている。
【0036】
データ処理部3の動作について、図3に基づきながら説明する。まず、データ処理部3は、トータル・イオン・クロマトグラムの中から、オペレータによって選択された所定のピークトップTの近傍を表示する。図3(a)は、そのようすを示したものである。ここには、成分Aと成分Bとが、重なって溶出しているものとする。
【0037】
次に、ピークトップTを中心にして、オペレータが指定した所定の時間範囲Δtの積算スペクトル(S)を表示する。図3(b)は、そのようすを示したものである。
【0038】
次に、オペレータは、マススペクトル(S)上の着目する任意の質量数(A)を選択する。データがマルチファンクション(1回のクロマトグラフィ分析において、複数の異なるイオン化電圧の測定条件を高速に切り替えて、異なるイオン化電圧で並行してマススペクトルを取得すること)で測定されている場合は、経験的に最もフラグメンテーションを起こさない条件で測定されたマスクロマトグラムでの質量数(A)(例えば、m/z=1479.84)のマスピークを指定する。
【0039】
さて、データ処理部3は、選択されたマスピーク(A)について、以下の処理を実施する。まず、処理対象のマスピーク(A)について、そのマスピークが描くマスクロマトグラムのピーク中心Tから、例えば前後約10σ(ここで、σは、マスクロマトグラムのピーク中心から、ピークの時間方向への拡がりを、標準偏差として表わした値を意味する)の時間範囲のマスクロマトグラムをデータ記憶部4から読み出す。図3(c)は、そのようすを示したものである。
【0040】
次に、マスピーク(A)について作成された、マスクロマトグラムの溶出曲線のキャラクタリゼーションを行なう。得られたクロマトグラム波形に対しては、2次関数などの高次関数曲線、もしくはガウス関数曲線による曲線の当てはめを行ない、このカーブ・フィッティング法によって、そのマスピークの元となっている溶出成分の、分離カラムからの溶出開始時間t1、最大溶出時間t2、溶出終了時間t3の値を、高い精度で推定し、ピークの幅(例えば、4σの幅)を計算させる。
【0041】
次に、積算スペクトル(S)上のそれぞれの質量数に対応する各マスピーク(例えば、マスピーク(B))の分離カラムからの溶出開始時間t4、最大溶出時間t5、溶出終了時間t6の値を、マスクロマトグラムを用いた同様の方法で求め、オペレータが指定した質量数(A)のマスクロマトグラムの溶出開始時間t1、最大溶出時間t2、溶出終了時間t3の値との比較を行ない、あらかじめ設定されたしきい値を超えない、許容範囲内の値を与えるマスピークの質量数のみを、一時的に記憶させる。
【0042】
これにより、溶出曲線のパターンが同じマスピークのみを選び出すことができる。マスピーク(B)の場合は、溶出曲線のパターンが異なるので、記憶されない。図3(d)は、そのようすを示したものである。
【0043】
最後に、図4(a)に示す積算スペクトル(S)中のマスピークから、前記データ処理操作によって一時的に記憶している質量数に一致するマスピーク以外のマスピークを除外すれば、オペレータが選択した質量数(A)に対応する物質の純粋なマススペクトルを得ることができる。結果は、出力部6から出力させる。
【0044】
このような方法で、m/z=1479.84のマスピークが描くマスクロマトグラムの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の値に着目して分離されたスペクトルが図4(b)、同じく、m/z=1172.58のマスピークが描くマスクロマトグラムの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の値に着目して分離されたスペクトルが図4(c)である。
【0045】
データが、マルチファンクションで測定されている場合は、格納されている他のイオン化電圧のデータについても、同様に処理し、最初に出力した積算スペクトル(S)に対応する他のイオン化電圧のマススペクトル(フラグメンテーションを起こしたマススペクトル)から、マスクロマトグラムの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の値が一致するマスピークを抽出し、結果を出力部6から出力させる。
【実施例2】
【0046】
以下は、本発明にかかる質量分析装置および方法の別の実施例である。液体クロマトグラフ質量分析装置の要部構成は、実施例1の図2と同じである。
【0047】
本実施例では、まず、データ処理部3は、オペレータによって選択された、トータル・イオン・クロマトグラムの所定ピークの、例えば3σもしくは4σの時間幅に相当する時間範囲の積算スペクトル(S)を作成し、一時的に記憶部4の第1の記憶領域(M)に格納する。
【0048】
次に、データ処理部3は、選択されたトータル・イオン・クロマトグラム・ピークの、例えば前後10σの時間範囲について、積算スペクトル(S)上のすべてのマスピークに対応するマスクロマトグラムを内部的に生成させ、マスクロマトグラム・ピークの検出を行なう。
【0049】
次に、検出されたすべてのマスクロマトグラム・ピークの波形について、2次関数などの高次関数曲線、もしくはガウス関数曲線による曲線の当てはめを行ない、このカーブ・フィッティング法によって、クロマトグラム・ピーク幅に、例えば4σ幅を仮定したときの最大溶出時間、溶出開始時間、および、溶出終了時間を、高い精度で推定する。
【0050】
次に、得られたすべてのマスピークを、ピーク強度の強い順に整列させ、最も強度の強いマスピーク(P1)の溶出曲線のパターンと同じパターンの溶出曲線を持つマスピーク群を、最大溶出時間、溶出開始時間、および、溶出終了時間の値を参照することによって抽出し、それらを記憶部4の第1の記憶領域(M)から削除すると共に、抽出された結果を、第2の記憶領域(M1)に格納する。
【0051】
次に、記憶部4の第1の記憶領域(M)に保持している残りのマスピークの中から、最も強度の強いピーク(P2)の溶出曲線のパターンと同じパターンの溶出曲線を持つマスピーク群を、最大溶出時間、溶出開始時間、および、溶出終了時間の値を参照することによって抽出し、それらを記憶部4の第1の記憶領域(M)から削除すると共に、抽出された結果を、第3の記憶領域(M2)に格納する。
【0052】
このような処理を、記憶部4の第1の記憶領域(M)が空になるまで繰り返し、(M1)、(M2)、……、(Mn)を得る。
【0053】
最初に得られた積算スペクトル(S)から、第2の記憶領域(M1)に格納されているピークの質量数と一致するマスピークのみを抽出し、これをスペクトル(S1)とする。同様にして、記憶領域(M2)、……、(Mn)に格納されているピークの質量数と一致するマスピークのみを抽出し、これをスペクトル(S2)、……、(Sn)とする。
【0054】
得られたスペクトル(S1)、(S2)、……、(Sn)を、混合物スペクトル(S)から成分毎に単離されたマススペクトルとして、出力部6より出力させる。
【0055】
尚、データがマルチファンクションで測定されている場合は、最初に出力した積算スペクトル(S)に対応する他のイオン化電圧のマススペクトル(フラグメンテーションを起こしたマススペクトル)についても同様に処理し、格納されているデータからマスクロマトグラムの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の値が一致するマスピークを抽出し、抽出された結果から、分子イオンピークと、そのピークに対応する単一成分のフラグメントスペクトルとを再構成して、出力部6から出力させる。
【0056】
尚、上記実施例2では、第1の記憶領域に格納されているマスピークを削除すると同時に、削除されたマスピークを一括して第2の記憶領域に格納するように説明したが、これは、あくまで見かけ上の話であり、必ずしも第1の記憶領域から第2の記憶領域へマスピークを実際に移動させることを意味するものではない。マスクロマトグラムとして同じ特徴を有するマスピークに共通の標識を付けて、それらを他のマスピークから識別できるようにグルーピングすることをも含むことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0057】
クロマトグラフ質量分析装置に、広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】牛血清アルブミンをトリプシンで酵素消化して得られたペプチド混合物のマスクロマトグラムの一例である。
【図2】本発明にかかる液体クロマトグラフ質量分析計の一実施例を示す図である。
【図3】本発明にかかる質量分析方法の一実施例を示す図である。
【図4】本発明にかかる質量分析方法により得られたマススペクトルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【0059】
1:分離カラム、2:質量分析計、3:データ処理部、4:記憶部、5:ピーク選択部、6:出力部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
クロマトグラフ装置により混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データのマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物の分子構造情報を格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析方法において、
質量分析計により取得されたトータル・イオン・クロマトグラムの中から、所望のピークトップ近傍の積算マススペクトルを表示させ、表示された積算マススペクトルの中から所望のマスピークを選択し、選択されたマスピークのマスクロマトグラムと溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間が一致する他のマスクロマトグラムを抽出し、マスピークとして選び出すことにより、単一成分のマススペクトルを再構成するようにしたことを特徴とする質量分析方法。
【請求項2】
前記クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に所定の関数曲線をフィットさせることにより行なうことを特徴とする請求項1記載の質量分析方法。
【請求項3】
前記所定の関数曲線は、高次関数曲線またはガウス関数曲線であることを特徴とする請求項2記載の質量分析方法。
【請求項4】
前記クロマトグラフ装置は、液体クロマトグラフ装置であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の質量分析方法。
【請求項5】
前記混合物は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の質量分析方法。
【請求項6】
クロマトグラフ装置により混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データを記憶装置に記憶させ、その記憶されたマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物の分子構造情報を格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析方法において、
検出されたすべてのマスクロマトグラムを格納した記憶領域の中から、所定のピーク強度を有するマスピークのマスクロマトグラムとクロマトグラムの波形が一致するマスピーク群を一括してグルーピングする操作を繰り返すことにより、分子イオンピークとそのピークに対応する単一成分のフラグメントスペクトルを分離再構成するようにしたことを特徴とする質量分析方法。
【請求項7】
前記所定のピーク強度を有するマスピークは、まだグルーピングされていないマスピーク群の中で最大のピーク強度を有するマスピークであることを特徴とする請求項6記載の質量分析方法。
【請求項8】
前記クロマトグラムの波形の一致不一致は、クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の比較により見分けることを特徴とする請求項6または7記載の質量分析方法。
【請求項9】
前記クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に所定の関数曲線をフィットさせることにより行なうことを特徴とする請求項8記載の質量分析方法。
【請求項10】
前記所定の関数曲線は、高次関数曲線またはガウス関数曲線であることを特徴とする請求項9記載の質量分析方法。
【請求項11】
前記クロマトグラフ装置は、液体クロマトグラフ装置であることを特徴とする請求項6ないし10のいずれか1項に記載の質量分析方法。
【請求項12】
前記混合物は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物であることを特徴とする請求項6ないし11のいずれか1項に記載の質量分析方法。
【請求項13】
クロマトグラフ装置により混合物を分離し、イオン化して質量分析計の測定データを取得し、取得された所定期間の測定データのマスクロマトグラムに基づいてスペクトルを抽出し、既知の化合物の分子構造情報を格納したライブラリを検索して、化合物の定性分析または定量分析を行なう質量分析装置において、
質量分析計により取得されたトータル・イオン・クロマトグラムの中から、所望のピークトップ近傍の積算マススペクトルを表示させる表示手段と、
表示された積算マススペクトルの中から所望のマスピークを選択する選択手段と、
選択されたマスピークのマスクロマトグラムと溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間が一致する他のマスクロマトグラムを抽出し、マスピークとして選び出すことにより、単一成分のマススペクトルを再構成する再構成手段と
を備えたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項14】
前記クロマトグラフ装置からの溶出開始時間、最大溶出時間、溶出終了時間の決定は、マスクロマトグラムの時間的変化に所定の関数曲線をフィットさせることにより行なうことを特徴とする請求項13記載の質量分析装置。
【請求項15】
前記所定の関数曲線は、高次関数曲線またはガウス関数曲線であることを特徴とする請求項14記載の質量分析装置。
【請求項16】
前記クロマトグラフ装置は、液体クロマトグラフ装置であることを特徴とする請求項13ないし15のいずれか1項に記載の質量分析装置。
【請求項17】
前記混合物は、蛋白質の酵素消化によって得られるペプチド混合物であることを特徴とする請求項13ないし16のいずれか1項に記載の質量分析装置。
【請求項18】
マルチファンクションで測定された質量分析装置条件の異なる複数のマスクロマトグラム間で請求項1または6記載の質量分析方法を適用することにより、分子イオンピークと、そのピークに対応する単一成分のフラグメントスペクトルとを再構成するようにしたことを特徴とする質量分析装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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