JP7010373B2 - スペクトルデータ処理装置及び分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、質量分析装置によって得られるマススペクトル、あるいは赤外分光光度計やラマン分光光度計等の分光光度計によって得られる分光スペクトル等、試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルを用いて試料中の特定の成分を定量するためのスペクトルデータ処理装置、及び該スペクトルを取得する分析部と該スペクトルデータ処理装置とを備える分析装置に関する。

従来より、質量分析装置で取得されるマススペクトルを用いて試料に含まれる成分を定量することが行われている。例えば、生体組織切片などの試料の表面における成分の分布を求める場合には、該表面の複数の測定点（微小領域）に対してそれぞれ質量分析を行って得られるマススペクトルから、測定点毎の成分の量（濃度）を求める。測定点毎の質量分析は、例えば、測定点にレーザを照射し、それにより生成されるイオンを分析する方法（例えば特許文献１参照）や、測定点に探針を接触させて高電圧を印加することにより生成されるイオンを分析する方法（特許文献２）がある。

質量分析装置で取得されるマススペクトルは、理想的には成分に由来するイオンの質量電荷比（正式には斜体文字の"m/z"。電子出願の制約上、以下では通常の文字で「m/z」と記載する。）の値毎に強度の値が得られるはずであるが、実際には、m/zの値を中心として幅を有するピークプロファイルとなる。例えば、飛行時間型質量分析装置では、イオンが質量分析装置に導入されてから検出器で検出されるまでの時間を横軸、検出強度を縦軸としてマススペクトルが得られるが、m/zが同じ値であるイオン同士であっても、飛行する方向のずれ等によって、検出時間に差異が生じ、幅を有するピークプロファイルとなる。このようなマススペクトルの場合、ピークトップの高さよりもピークの面積の方が該ピークに対応するm/zを有するイオンの由来となる成分の量をより良く反映したものとなる。従って、ピーク毎にその面積を求めることにより、そのピークの中心値であるm/zに対応する成分の定量を高精度に行うことができる。

マススペクトルを用いて試料中の特定の成分の定量を行う際には通常、分析対象試料のマススペクトルを取得する直前又は直後に、定量しようとする成分の濃度が既知であって互いに該成分の濃度が異なる複数の標準試料のマススペクトルを取得し、それら複数のマススペクトルからそれぞれ該成分に対応するピークの面積を求め、濃度と面積の関係を示す検量線を作成する。そして、分析対象試料について得られたマススペクトルから、定量しようとする成分に対応するピークの面積を求めて検量線に適用することにより、該分析対象試料中の該成分の濃度を求めることができる。

特表2014-520259号公報 特開2014-044110号公報

前述のようにマススペクトルのピークプロファイルが幅を有することから、ピークの面積を求める際に、横軸（m/z）方向のピークの両端の位置（以下、両端位置とする）を定めなければならない。また、バックグラウンドノイズの影響を除去するために、マススペクトルのベースラインを定めなければならない。これら両端位置及びベースラインは、コンピュータで自動的に求めることも可能であるが、夾雑成分によるピークが重なっている場合等には必ずしも適切に求めることができるとは限らず、両端位置やベースラインを手動で調整しなければならないことがある。検量線を作成する際にこのような手動設定を行うと、適切な両端位置及びベースラインが見つかるまで、両端位置及び／又はベースラインを変更して検量線を作成し直すための操作を繰り返し行う必要があり、手間を要していた。

ここまではマススペクトルの場合を例に説明したが、分光スペクトル等のマススペクトル以外のスペクトルから検量線を作成する場合にも同様の問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、質量分析装置で得られるマススペクトルや分光光度計で得られる分光スペクトル等の、試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルを用いて試料中の成分を定量するために使用する検量線を作成する際に、スペクトルのピークの正しい両端位置及びベースラインを容易に設定することができるスペクトルデータ処理装置、質量分析装置用データ処理装置及び該質量分析装置用データ処理装置を備える質量分析装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係るスペクトルデータ処理装置は、試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルを対象として、所定の成分を互いに異なる既知の濃度で含有する複数の試料からそれぞれ得られたスペクトルに基づいて、各試料における前記成分の濃度と該試料のスペクトルの該成分に対応するピークの面積の関係を示す検量線を作成する装置であって、
a) スペクトル表示領域と検量線表示領域を有する表示部と、
b) 1又は複数の前記スペクトルを前記スペクトル表示領域に表示するスペクトル表示制御部と、
c) 前記表示されたスペクトルに含まれる前記成分に対応するピークの両端の位置又はベースラインの位置を操作者に設定させるピーク範囲設定部と、
d) 前記ピークの両端の位置又はベースラインの位置を所定の基準により決定するピーク範囲決定部と、
e) 前記ピーク範囲設定部により設定された又は前記ピーク範囲決定部により決定されたピークの両端の位置及びベースラインの位置に基づき、前記ピークの面積を算出する面積算出部と、
f) 前記面積算出部で算出された前記ピークの面積と、該ピークの既知の濃度に基づいて検量線を作成し、前記検量線表示領域に表示する検量線作成部と
を備えることを特徴とする。

本発明に係るスペクトルデータ処理装置では、スペクトル表示制御部は、所定の成分を互いに異なる既知の濃度で含有する複数の試料（標準試料）からそれぞれ得られたマススペクトルや分光スペクトル等の、試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルのうちの1又は複数をスペクトル表示領域に表示させる。スペクトル表示領域に表示されたスペクトルに含まれる前記成分に対応するピークにつき、ピーク範囲設定部は、ピークの両端の位置又はベースラインの位置を操作者に設定させる。ここで、操作者はピークの両端の位置とベースラインの位置のいずれか一方のみを設定してもよいし、その両方を設定してもよい。操作者がそれらのうち一方のみを設定した場合には、操作者が設定しなかった方は、ピーク範囲決定部が所定の基準により決定する。あるいは、まずピーク範囲決定部が所定の基準によりピークの両端の位置及びベースラインの位置を決定しておき、ピーク範囲設定部は、それらのうち一方又は両方を、操作者が任意の位置に変更したときにその変更位置に設定するようにしてもよい。

ピーク範囲設定部は、例えば、スペクトル表示制御部によってスペクトル表示領域に表示されたスペクトルに、ピークの両端の位置又は／及びベースラインの位置を示すマーク（線や記号等）を重畳表示したうえで、マウスやタッチパネル等の入力デバイスによって該マークを移動させる操作を操作者にさせることにより、ピークの両端の位置やベースラインの位置を設定するようにすることができる。あるいは、ピークの両端の位置やベースラインの位置を示す数値を操作者に入力させるようにしてもよい。

こうして操作者が入力した又はピーク範囲決定部により決定されたピークの両端の位置及びベースラインの位置に基づき、面積算出部は前記成分に対応するピークの面積を算出する。そして、検量線作成部は、算出されたピークの面積と該ピークの既知の濃度に基づいて検量線を作成し、検量線表示領域に表示する。

以上の動作により、スペクトルと検量線が同じ表示部（が有するスペクトル表示領域及び検量線表示領域）に表示されるため、操作者は検量線を見ながらピークの両端の位置やベースラインの位置の変更を行うことができる。そのうえ、操作者が前記成分に対応するピークの両端の位置又はベースラインの位置を入力する毎に、それらの位置に基づいて検量線が作成されて検量線表示領域に表示されるため、適切なピークの両端の位置やベースラインの位置を見つけるためにそれらを変更する度に検量線を作成し直すための操作を行う必要が無い。そのため、正しい両端位置及びベースラインの位置を容易に設定することができる。

本発明に係るスペクトルデータ処理装置において、
前記面積算出部は、前記ピークの両端の位置又は前記ベースラインの位置が、前記ピーク範囲設定部により設定される毎又は前記ピーク範囲決定部により決定される毎に前記ピークの面積を算出するものであって、
前記検量線作成部は、前記面積算出部により前記ピークの面積が算出される毎に前記検量線を作成して前記検量線表示領域に表示するものである
ことが望ましい。

これにより、操作者がピークの両端の位置又は前記ベースラインの位置を設定する操作を行う毎に、自動的に、作成（変更）された検量線が表示されるため、操作がより容易に成る。特に、ピークの両端の位置又はベースラインの位置を示すマークを操作者が移動させることでそれらの位置を設定する場合には、マークの移動に伴って時々刻々と検量線の表示が更新されてゆくことから、操作者はマークを移動させながら最適なピークの両端の位置及びベースラインの位置を探すことができ、それらの設定がより一層容易になる。

本発明に係るスペクトルデータ処理装置は、
前記表示部が、前記面積算出部で算出された面積及び該面積に対応する濃度と該検量線との一致度を表示する一致度表示領域を有し、
さらに、
検量線作成部で検量線が作成される毎に、前記一致度を算出して前記一致度表示領域に表示させる一致度算出部を備える
ことが望ましい。

これにより、検量線作成部で検量線が作成される毎、すなわちピークの両端の位置又はベースラインの位置が入力される毎に、一致度表示領域に一致度が表示される。操作者は、表示された一致度に基づいて、入力した目的成分のピークの両端の位置又はベースラインの位置が適切であるかを判断することができる。一致度として、相関係数や、相関係数の２乗の値等を用いることができる。

前記スペクトル表示制御部は、スペクトル表示領域に表示させるスペクトル中の前記成分に対応するピークに目印（特徴表示）をさらに表示させるものであることが望ましい。これにより、操作者がピークの両端の位置やベースラインの位置を設定すべきピークが明確になり、操作がより容易になる。例えば、予め操作者が入力した値（マススペクトルのm/zや、分光スペクトルの波長、波数、周波数等の値）から所定の範囲内にピークトップが位置するピークを、スペクトル中の前記成分に対応するピークとスペクトル表示制御部が特定して目印を付けるようにすることができる。あるいは、様々な成分についてそれらの値をデータベースとして保存しておき、操作者が入力した成分の名称等に基づいて当該データベースから取得される値を用いて前記成分に対応するピークを特定するようにしてもよい。

本発明に係るスペクトルデータ処理装置は、
前記表示部が、分析対象の試料中の複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルから求められる前記成分の濃度の分布を表示する分布画像表示領域を有し、
さらに、
前記複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、該スペクトルが得られた試料中の位置を取得する試料中位置情報取得部と、
前記検量線作成部で検量線が作成される毎に、前記複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、前記面積算出部が算出したピークの面積を該検量線に適用することにより前記成分の濃度を求める成分定量部と、
前記成分定量部で濃度が求められる毎に、前記複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、前記濃度に関する情報を、前記位置に対応する前記分布画像表示領域中の位置に表示させる分布画像表示制御部と
を備えるという構成を取ることができる。

濃度に関する情報は、例えば濃度に応じて異なる色や濃淡の相違で表すことができる。あるいは、濃度に関する情報は、位置を縦及び横で表し、濃度を高さで表すように立体視した図で表すこともできる。

このような構成により、検量線作成部で検量線が作成される毎（すなわちピークの両端の位置又はベースラインの位置がピーク範囲設定部により設定される毎又はピーク範囲決定部により決定される毎）に、分析対象の試料中における分析対象の成分の濃度の分布を表す分布画像が表示される。これにより、操作者がピークの両端の位置又はベースラインの位置を変更すると、自動的に検量線が変更されるだけでなく分布画像も自動的に変更され、変更後の検量線に基づく分析結果を直ちに得ることができる。

本発明に係るスペクトルデータ処理装置は、上述した複数の測定点（微小領域）に対してそれぞれ質量分析や分光分析等を行う場合に好適に用いることができるが、濃度が既知の標準試料のスペクトルを用いて検量線を作成する操作を行うのであれば、上述の例に限定することなく適用することができる。

本発明に係る分析装置は、
a) 試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルを取得する分析部と、
b) 所定の成分を互いに異なる既知の濃度で含有する複数の試料からそれぞれ、前記分析部によって得られたスペクトルに基づいて、各試料における前記成分の濃度と該試料のスペクトルの該成分に対応するピークの面積の関係を示す検量線を作成する装置であって、
b-1) スペクトル表示領域と検量線表示領域を有する表示部と、
b-2) 1又は複数の前記スペクトルを前記スペクトル表示領域に表示するスペクトル表示制御部と、
b-3) 前記表示されたスペクトルに含まれる前記成分に対応するピークの両端の位置又はベースラインの位置を操作者に設定させるピーク範囲設定部と、
b-4) 前記ピークの両端の位置又はベースラインの位置を所定の基準により決定するピーク範囲決定部と、
b-5) 前記ピーク範囲設定部により設定された又は前記ピーク範囲決定部により決定されたピークの両端の位置及びベースラインの位置に基づき、前記ピークの面積を算出する面積算出部と、
b-6) 前記面積算出部で算出された前記ピークの面積と、該ピークの既知の濃度に基づいて検量線を作成し、前記検量線表示領域に表示する検量線作成部と
を有するスペクトルデータ処理装置と
と備えることを特徴とする。

本発明により、スペクトルを用いて試料中の成分を定量する際に使用する検量線を作成する際に、スペクトルのピークの正しい両端位置及びベースラインを容易に設定することができる。

本発明に係る質量分析装置用データ処理装置を含む、本発明に係る質量分析装置の全体構成を示す概略図。 本実施形態の質量分析装置用データ処理装置が有する表示部に表示される検量線作成画面の一例を示す図。 所定の成分の濃度が未知である未知試料と同濃度が既知である既知試料を試料プレートの上面に付着させた状態を示す図。 検量線の作成に使用するスペクトル（マススペクトル）を操作者が選択するためのスペクトル選択画面の一例を示す図。 ピークの両端の位置又はベースラインの位置の変更に伴って変更された検量線作成画面の一例を示す図。 ピークの両端の位置又はベースラインの位置の変更前(a)及び変更後(b)の検量線及び一致度の拡大図。 検量線作成画面と共に試料中の成分の濃度の分布を表す分布画像を表示する例を示す図。

図１～図７を用いて、本発明に係るスペクトルデータ処理装置及び分析装置の実施形態を説明する。以下では、質量分析装置により得られるマススペクトルに対してデータ処理を行う場合を例にして説明するが、分光装置により得られる分光スペクトル等に対してデータ処理を行う場合にも、同様のスペクトルデータ処理装置を用いることができる。

図１は、本実施形態の分析装置である質量分析装置１の全体構成を示す概略図である。質量分析装置１は、質量分析部１０、本実施形態のスペクトルデータ処理装置である質量分析装置用データ処理装置２０、及び質量分析部１０を制御する質量分析制御部３０とを備える。以下、質量分析装置用データ処理装置２０を中心に、質量分析装置１の構成及び動作を説明する。

(1) 質量分析装置１の構成
質量分析部１０は、本実施形態では、試料表面の複数の測定点に対してそれぞれ質量分析を行うものを用いる。この質量分析部１０は、大気圧雰囲気であるイオン化室１１１と、真空雰囲気に維持される真空チャンバ１１２を有する。イオン化室１１１内には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の二軸方向に移動可能である試料台１１と、試料台１１が図１中に破線で示された位置である光学観察位置にあるときに該試料台１１上に載置された試料Ｓの光学画像を撮影する撮像部１２と、試料台１１が図１中に実線で示された位置である分析位置にあるときに試料Ｓに微小径に絞ったレーザ光を照射して該試料Ｓ中の成分をイオン化するレーザ照射部１３が配置されている。イオン化室１１１と真空チャンバ１１２は、イオン化室１１１内で試料Ｓから発生したイオンを収集して真空チャンバ１１２内へと搬送するイオン導入部１５で接続されている。真空チャンバ１１２内には、試料Ｓに由来するイオンを収束しつつ案内するイオンガイド１６と、高周波四重極電場によってイオンを一時的に捕捉するとともに必要に応じてプリカーサイオンの選択及び該プリカーサイオンの解離（衝突誘起解離＝ＣＩＤ）を行うイオントラップ１７と、該イオントラップ１７から射出されたイオンをm/zに応じて分離する飛行空間を内部に形成するフライトチューブ１８と、イオンを検出して検出信号を外部に送信する検出器１９が配置されている。

質量分析装置用データ処理装置２０は、主に、所定の成分を互いに異なる既知の濃度で含有する複数の試料からそれぞれ質量分析部１０によって得られるマススペクトルデータに基づいて検量線を作成する処理を行うと共に、前記成分の濃度が未知である未知試料から質量分析部１０によって得られるマススペクトルデータと、作成した検量線に基づいて、当該未知試料が含有する前記成分の定量を行うものである。

質量分析装置用データ処理装置２０は、マススペクトルデータ作成部（スペクトルデータ作成部）２１と、マススペクトルデータ保存部（スペクトルデータ保存部）２２と、マススペクトル表示制御部（前記スペクトル表示制御部に相当）２３と、ピーク範囲入力部２４と、ピーク範囲決定部２５と、面積算出部２６と、検量線作成部２７と、一致度算出部２７１と、成分定量部２８と、分布画像作成部２８１と、表示部（ディスプレイ）２９とを備える。表示部２９は、1又は複数のマススペクトルを表示するマススペクトル表示領域（前記スペクトル表示領域に相当）２９１と、検量線を表示する検量線表示領域２９２と、一致度を表示する一致度表示領域２９３と、化合物（成分）データ表示領域２９４と、ピーク範囲入力・表示領域２９５とを有する検量線作成画面２９０（図２）やその他の画面を表示する。

マススペクトルデータ作成部２１は、検出器１９からの検出信号を受けて、イオンの飛行時間から換算されるm/zと検出信号の強度との関係を示すマススペクトルのデータを作成するものである。マススペクトルデータ保存部２２は、マススペクトルデータ作成部２１で作成されたマススペクトルデータを保存するものである。マススペクトル表示制御部２３は、マススペクトルデータ保存部２２にデータが保存されているマススペクトルのうちの1又は複数を検量線作成画面２９０のマススペクトル表示領域２９１に表示するものである。マススペクトルデータ作成部２１及びマススペクトル表示制御部２３は中央演算装置（ＣＰＵ）及びソフトウエアにより具現化され、マススペクトルデータ保存部２２はメモリやハードディスク等の記憶装置により具現化されている。

ピーク範囲設定部２４は、検量線作成画面２９０のマススペクトル表示領域２９１に表示された1又は複数のマススペクトルに含まれるピークの両端の位置又はベースラインの位置を操作者に設定させるものである。ピーク範囲設定部２４は、マウス、キーボード、タッチパネル等の入力デバイスと、入力デバイスで入力されたデータを処理するＣＰＵ及びソフトウエアにより具現化されている。

本実施形態では、ピークの両端の位置及びベースラインの位置の設定は、ピーク範囲設定部２４がマススペクトル表示領域２９１中に、分析対象のピークの中心位置を表す中心位置マーク２９１１、ピークの一方の端及び他方の端を表す2個の両端位置マーク２９１２及び２９１３、並びにベースラインの位置を表すベースラインマーク２９１４を表示させたうえで、マウスやタッチパネル等でそれら両端位置マーク２９１２若しくは２９１３、又はベースラインマーク２９１４の移動を操作者にさせることにより行う。ここで中心位置マーク２９１１は、操作者が化合物（成分）データ表示領域２９４で分析対象の成分を選択する操作を行うことにより、その成分に対応するm/zの位置に設定される。両端位置マーク２９１２及び２９１３は、いずれか一方を移動させると、それに伴って他方も中心位置マーク２９１１に対して対称の位置に移動する。中心位置マーク２９１１、両端位置マーク２９１２及び２９１３並びにベースラインマーク２９１４は、本実施形態ではいずれも直線で表しているが、矢印、三角印、その他の記号で表してもよい。

また、両端位置マーク２９１２若しくは２９１３、又はベースラインマーク２９１４を移動させると、それに伴って、ピーク範囲設定部２４は、ピーク範囲入力・表示領域２９５中のピーク幅数値入力・表示欄２９５１に表示されるピークの幅の値、及びベースライン数値入力・表示欄２９５２に表示されるベースラインの値を変更する。さらに、操作者がキーボード等を用いてピーク幅数値入力・表示欄２９５１又はベースライン数値入力・表示欄２９５２に直接入力することもできる。この場合、ピーク範囲設定部２４は、入力された値に対応して、両端位置マーク２９１２若しくは２９１３、又はベースラインマーク２９１４の位置を移動させる。ここで、ピークの両端の位置の数値を直接入力する代わりに、ピークの中心の位置とピークの幅の値又は同幅の半値を入力することによって間接的にピークの両端の位置を入力するようにしてもよい。すなわち、ピークの中心の位置のm/zの値からピークの幅の半値を減じた値がピークの一方の端の位置となり、ピークの中心の位置のm/zの値にピークの幅の半値を加えた値がピークの他方の端の位置となる。

なお、ベースラインは、マススペクトルの横軸（すなわちm/z）の値に関わらず一定としてもよいし、その値によって異なるように設定してもよい。後者の場合、例えばベースラインをマススペクトルの横軸に対して傾斜した直線とすることができる。また、ベースラインは、マススペクトルに現れる全てのピークに対して同じものとしてもよいし、ピーク毎に異なるように設定してもよい。

ピーク範囲決定部２５は、ピーク範囲設定部２４によりピークの両端の位置又はベースラインの位置が設定されている場合には、その設定された位置をピークの両端の位置又はベースラインの位置と決定し、設定されていない場合には所定の基準に基づいてピークの両端の位置又はベースラインの位置を決定するものである。ピーク範囲決定部２５は、ＣＰＵ及びソフトウエアにより具現化されている。ピーク範囲決定部２５で決定されたピークの両端の位置及びベースラインの位置は、マススペクトル表示領域２９１に表示されたマススペクトルに重畳表示される。

面積算出部２６は、ピーク範囲設定部２４により設定された、又はピーク範囲決定部２５により決定された、ピークの両端の位置及びベースラインの位置に基づき、当該ピークの面積を算出するものである。面積算出部２６は、ＣＰＵ及びソフトウエアにより具現化されている。

検量線作成部２７は、面積算出部２６で算出されたピークの面積と、当該ピークを含むマススペクトルが取得された試料における当該ピークに対応する成分の濃度の値に基づいて検量線を作成し、該検量線を検量線表示領域２９２に表示するものである。検量線作成部２７は、ＣＰＵ及びソフトウエアにより具現化されている。ここで当該濃度の値は、質量分析部１０で質量分析を行う際に操作者に入力させたうえでマススペクトルデータと共にマススペクトルデータ保存部２２に保存しておいたものを、検量線作成時に検量線作成部２７が読み出す。その代わりに、検量線を作成する時点で操作者に濃度の値を入力させてもよい。検量線は、濃度が異なる複数の試料から得られたピークの面積の値と濃度との関係を所定の関数（典型的には１次関数）で近似することにより作成する。検量線表示領域２９２には、検量線である関数の直線と、面積算出部２６で算出されたピークの面積の値と濃度との関係を表す点の双方を表示する。この直線と点の間には、測定誤差等によってもずれが生じるが、ピークの両端の位置及びベースラインの位置の設定が適切でなければ、このずれが大きくなる。なお、検量線表示領域２９２中にはチェックボックス２９２１が表示されており、操作者がこのチェックボックス２９２１にチェックを入れた場合には原点を通過するように検量線が作成され、チェックを入れていないときには原点を通過するか否かを問わずに検量線が作成される。

一致度算出部２７１は、面積算出部２６で算出されたピークの面積及び該面積に対応する濃度と、検量線作成部２７で作成された検量線との一致度を算出して一致度表示領域２９３に表示させるものであり、ＣＰＵ及びソフトウエアにより具現化されている。一致度は、前述のずれを数値化したものであり、相関係数や、相関係数の２乗の値等を用いることができる。例えば相関係数の２乗の値は、算出されたピークの面積と濃度の関係を示す点と検量線が完全に一致した場合に1となり、両者のずれが大きくなるほど0に近い値となる。なお、一致度は入力した目的成分のピークの両端の位置又はベースラインの位置が適切であるかを判断するための指標であって、前述した検量線表示領域２９２に表示される直線と点のずれに基づいて同様の判断を行うことも可能である。そのため、一致度の表示を省略しても差し支えはない。

成分定量部２８は、マススペクトルデータ保存部２２に保存されているマススペクトルから面積算出部２６において算出される、検量線が作成された成分に対応するピークの面積を、検量線作成部２７で作成された検量線に適用することにより、当該マススペクトルが取得された試料における当該成分の濃度を定量するものである。この成分定量部２８により、未知試料における前記成分の定量を行うことができる。

分布画像作成部２８１は、試料中位置情報取得部２８１１と、分布画像表示制御部２８１２とを有する。試料中位置情報取得部２８１１は、複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、それらのスペクトルがそれぞれ得られた試料中の位置の情報を取得するものである。この試料中の位置の情報は、撮像部１２で撮影される光学画像から自動的に特定するようにしてもよいし、操作者が入力するようにしてもよい。分布画像表示制御部２８１２は、成分定量部２８で濃度が求められる毎に、複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、濃度に関する情報を、試料中位置情報取得部２８１１で取得された位置に対応する分布画像表示領域２９６（後述）中の位置に表示させるものである。

質量分析制御部３０は、関心領域設定部３１と、測定点設定部３２と、分析条件設定部３３と、分析制御部３４とを有する。関心領域設定部３１は、試料台１１に載置された試料Ｓの表面のうち、質量分析を行う対象とする領域である関心領域を操作者に設定させるものである。測定点設定部３２は、設定された関心領域内に、所定の間隔で測定対象とする点（微小領域）を設定するものである。分析条件設定部３３は、操作者による入力に従って、質量分析を実行する際の各種の分析条件を設定するものである。分析制御部３４は、設定された各種の分析条件に基づいて、質量分析部１０の各構成要素の動作を制御するものである。分析条件設定部３３及び分析制御部３４は、本発明の特徴である検量線の作成に関する構成とは直接的な関係がなく、通常の質量分析装置が有するものと同様であるため、詳細な説明を省略する。

(2) 質量分析装置１の動作
本実施形態の質量分析装置１の動作を説明する。

(2-1) 質量分析部１０及び質量分析制御部３０の動作
まず、操作者は、図３に示すように、試料プレート４１の上面に、所定の成分の濃度が未知である未知試料ＳＵと、該成分の濃度が既知であって濃度の値が異なる複数の既知試料（標準試料）ＳＫを付着させ、この試料プレート４１を試料台１１に載置する。次に、操作者が入力デバイスを用いて所定の操作を行うことにより、試料台１１を光学観察位置に移動させ、撮像部１２が試料プレート４１の上面を撮影し、試料プレート４１の上面の拡大画像を表示部２９に表示させる。関心領域設定部３１は、操作者が表示部２９に表示された画像上でマウスをドラッグする等の操作により、未知試料ＳＵ及び複数の既知試料ＳＫの各々の表面上に関心領域４２を設定する。測定点設定部３２は、設定された関心領域４２を所定の大きさを有する複数の微小領域に分割し、各微小領域の中心に測定点４３を設定する。なお、微小領域の大きさを操作者が設定できるようにしてもよい。

また、ここまでの操作の前又は後に、分析条件設定部３３は、操作者に、質量分析を実行する際の各種の分析条件を入力させる。そのような分析条件として、例えばレーザ照射部１３から発せられるレーザ光のパワー、（該レーザ光がパルスレーザであれば）パルスの照射回数、イオン輸送光学系への印加電圧、ＣＩＤの際のコリジョンエネルギー、ＣＩＤガスの圧力等が挙げられる。これらの分析条件の入力は、異なる分析条件が記録された複数のメソッドファイルから操作者が選択することで行うことができる。

測定点４３の設定後、操作者が入力デバイスを用いて所定の操作を行うことにより、試料台１１を分析位置に移動させる。分析制御部３４は、レーザ照射部１３から発せられるレーザビームの延長上に測定点４３のうちの１つが配置されるように試料台１１を移動させたうえで、レーザ照射部１３から該測定点４３にレーザビームを照射させる。これにより測定点４３にある試料の一部がイオン化し、発生したイオンがイオン導入部１５を通して真空チャンバ１１２内に搬送され、イオンガイド１６により収束されてイオントラップ１７内に導入され、四重極電場の作用により一旦保持される。イオンは所定のタイミングでイオントラップ１７から射出されてフライトチューブ１８内の飛行空間に導入され、該飛行空間を飛行して検出器１９に到達する。飛行空間を飛行する間にイオンはm/zに応じて分離され、m/zが小さい順に検出器１９に到達する。検出器１９は、到達したイオンを検出し、検出信号を質量分析装置用データ処理装置２０に送信する。

１つの測定点４３におけるレーザビームの照射からイオンの検出までの動作が終了した後、分析制御部３４は、レーザビームの延長上に別の測定点４３が配置されるように試料台１１を移動させたうえで、上述したレーザビームの照射からイオンの検出までの動作を行う。この操作を繰り返すことにより、未知試料ＳＵ及び複数の既知試料ＳＫの全ての測定点４３に対して測定を実行する。

(2-2) 質量分析装置用データ処理装置２０の動作
検出器１９からの検出信号を受けて、マススペクトルデータ作成部２１は、測定点４３毎にマススペクトルのデータを作成する。マススペクトルデータ保存部２２は、測定点４３毎に作成されたマススペクトルのデータを保存する。ここで未知試料ＳＵについては、測定点毎の成分の量（濃度）を求めるために測定点４３毎のマススペクトルを保存する必要がある。それに対して既知試料ＳＫについては、検量線の作成に用いることが目的であるため、成分の量（濃度）を測定点毎に求める必要はない。例えば、マススペクトルデータ作成部２１は１つの既知試料ＳＫが有する複数の測定点で各m/zについてそれぞれ、得られた強度の値を平均することにより１つのマススペクトル（平均マススペクトル）を作成し、マススペクトルデータ保存部２２はこの平均マススペクトルを保存するようにすることができる。あるいは、１つの既知試料ＳＫが有する複数の測定点のうち任意の１つから得られたm/zに対する強度の値を用いてマススペクトルを作成及び保存してもよい。検量線の精度を高くするために、平均マススペクトルを用いる方が好ましい。ここまでの動作は、質量分析部１０及び質量分析制御部３０の動作に引き続いて実行される。

操作者が入力デバイスを用いて所定の操作を行うと、質量分析装置用データ処理装置２０は、検量線の作成の動作を開始する。まず、マススペクトル表示制御部２３は、マススペクトルデータ保存部２２に保存されているマススペクトル（平均マススペクトルであってもよい。以下同様。）から、検量線の作成に使用するマススペクトルを操作者が選択するためのマススペクトル選択画面５０（図４）を表示部２９に表示する。マススペクトル選択画面５０には、マススペクトルデータ保存部２２に保存されているマススペクトルの一覧を示すスペクトルリスト５１が表示される。スペクトルリスト５１には、各マススペクトルのファイル名その他の情報が表示されると共に、チェックボックス５１１が表示される。操作者がチェックボックス５１１にチェックを入れる操作を行うと、チェックされたマススペクトル５２１、５２２、５２３…がマススペクトル選択画面５０中に表示される。操作者がチェックを入れる操作、又はチェックを外す操作を行う毎に、チェック対象のマススペクトルが表示、又は消去される。なお、図４では、チェックボックス５１１には４箇所にチェックが入れられているのに対して、マススペクトルは３つのみ示されているが、スクロールバーを移動させることによってもう１つのマススペクトルが表示され（代わりに一番上に表示されていたマススペクトル５２１が隠れ）、表示されるマススペクトルは合わせてチェックボックス５１１のチェックと同数の４つである。

マススペクトルの選択が終了した後、操作者が所定の操作を行うと、検量線作成画面２９０（図２）が表示部２９に表示される。その際、マススペクトル表示領域２９１には、マススペクトル選択画面５０で選択された１又は複数のマススペクトルがそれぞれ、分析対象である成分に対応するピーク付近のm/zの範囲を拡大して表示される。また、マススペクトル表示領域２９１中の各マススペクトルには、分析対象のピークの中央に縦向きの線で中心位置マーク２９１１が表示されると共に、その中心位置マーク２９１１から左右それぞれ等距離の位置に縦向きの線で両端位置マーク２９１２及び２９１３が表示され、さらに、ベースラインマーク２９１４も表示される。中心位置マーク２９１１は、操作者が化合物（成分）データ表示領域２９４で分析対象の成分を選択する操作を行うことにより、その成分に対応するm/zの位置に設定される。操作者がデータ表示領域２９４で分析対象の成分を変更する操作を行えば、マススペクトル表示領域２９１に表示されるピーク（ピーク付近のm/zの範囲）及び中心位置マーク２９１１の位置も変更される。両端位置マーク２９１２及び２９１３、並びにベースラインマーク２９１４は、最初の段階では仮の位置として、所定の基準に基づいてピーク範囲決定部２５が決定した値に対応する位置に表示される。

面積算出部２６は、これら仮の位置であるピークの両端の位置及びベースラインの位置に基づいて、当該ピークの面積を計算したうえで、検量線作成部２７は仮の検量線を作成して検量線表示領域２９２に表示する。本実施形態では検量線のグラフと併せて、検量線を示す関数（ここで示した例では１次関数）式も表示する。また、一致度算出部２７１は、面積算出部２６で算出されたピークの面積及び濃度と検量線作成部２７で作成された検量線との一致度を算出して一致度表示領域２９３に表示する。なお、両端位置マーク２９１２及び２９１３、ベースラインマーク２９１４、検量線のグラフ及び関数式並びに一致度は、最初の段階では表示せずに、次に述べる操作者による操作が行われた後にのみ表示するようにしてもよい。

この状態で、ピーク範囲設定部２４の動作により、操作者はマウスを用いて、マススペクトル表示領域２９１中に表示されている両端位置マーク２９１２又は２９１３を横軸方向に、ベースラインマーク２９１４を縦軸方向に、それぞれ移動させることができる（図２中の太矢印）。ここで、マススペクトル表示領域２９１中にマススペクトルが複数表示されている場合には、操作者がそのうちの１つのマススペクトルにおいて両端位置マーク２９１２若しくは２９１３又はベースラインマーク２９１４を移動させると、ピーク範囲設定部２４はそれに連動して、他のマススペクトルに表示されている両端位置マーク２９１２若しくは２９１３又はベースラインマーク２９１４も移動させる。また、ピーク範囲設定部２４は、操作者が両端位置マーク２９１２及び２９１３のいずれか一方を移動させると、それに伴って他方も中心位置マーク２９１１に対して対称の位置に移動するように表示させる。ピーク範囲設定部２４は、これらのマークの移動に伴って、ピーク幅数値入力・表示欄２９５１に表示されるピークの幅（全幅）の値、及びベースライン数値入力・表示欄２９５２に表示されるベースラインの値（しきい値）を変更する。

また、操作者は、ピーク幅数値入力・表示欄２９５１にピークの幅の値を、ベースライン数値入力・表示欄２９５２にベースラインの値を、それぞれ入力することもできる。操作者がこれら２つの値のいずれか一方又は両方を入力したとき、ピーク範囲設定部２４は、ピークの両端の位置及び／又はベースラインの位置を変更する。ここでピークの両端の位置は、ピーク幅数値入力・表示欄２９５１の入力値の1/2の値をピークの中心のm/zの値に加えた値で示される位置を一方の端の位置とし、当該入力値の1/2の値をピークの中心のm/zの値から減じた値で示される位置を他方の端の位置とする。

こうしてピーク範囲設定部２４の動作によりピークの両端の位置及び／又はベースラインの位置が設定されたときに、面積算出部２６は設定された位置を用いて、各標準試料における当該位置にあるピークの面積を計算したうえで、検量線作成部２７がそれらの面積と各標準試料の濃度に基づいて検量線を作成し、検量線表示領域２９２に表示される検量線を更新すると共に、一致度算出部２７１が一致度を算出して一致度の表示を更新する。

例えば、図２に示した初期の検量線作成画面２９０から、図５に示すように両端位置マーク２９１２及び２９１３並びにベースラインマーク２９１４の位置が変更され、それに伴ってピーク幅数値入力・表示欄２９５１及びベースライン数値入力・表示欄２９５２の数値が更新され、検量線のグラフ及び関数式並びに一致度（図中の「R*R」）も更新される。図６に、ピーク幅数値入力・表示欄２９５１及びベースライン数値入力・表示欄２９５２の数値の更新前(a)と更新後(b)の検量線及び一致度を拡大して示す。両者の検量線のグラフにはそれぞれ、検量線の作成に用いた濃度の異なる標準試料について算出された面積値（強度）と濃度の関係を示す点が4個示されている。また、成分定量部２８は、検量線の作成時と同じピークの両端の位置及びベースラインの位置を用いて未知試料中の互いに異なる測定点４３から得られたマススペクトルからピークの強度を計算し、作成された検量線に適用することにより、各測定点４３における対象成分の濃度を求める。検量線表示領域２９２には、未知試料のピーク面積（濃度）を表す点が（図２、５中の例では7個）示される。更新前と更新後の検量線を対比すると、標準試料の点は、更新前よりも更新後の方が見た目での検量線からのずれが小さい。実際、一致度の値は、更新前よりも更新後の方が1に近く、標準試料の点と検量線のずれがより小さいことを示している。未知試料の点は、更新前と更新後で異なる濃度の位置にプロットされており、検量線の一致度より、更新後の検量線で示された濃度の方が正確であると考えられる。

本実施形態の質量分析装置１及び質量分析装置用データ処理装置２０によれば、マススペクトルと検量線が同じ表示部２９の検量線作成画面２９０に表示されるため、操作者は検量線を見ながらピークの両端の位置やベースラインの位置の変更を行うことができる。そのうえ、操作者がピークの両端の位置やベースラインの位置を変更する毎に、自動的に検量線が更新されるため、それらを変更する度に検量線を作成し直すための操作を行う必要が無い。そのため、正しい両端位置及びベースラインの位置を容易に設定することができる。さらに、両端位置マーク２９１２若しくは２９１３又はベースラインマーク２９１４の位置を操作者が移動させることでそれらの位置を設定することにより、それらのマークの移動に伴って時々刻々と検量線の表示が更新されてゆくことから、操作者はマークを移動させながら最適なピークの両端の位置及びベースラインの位置を探すことができ、それらの設定がより一層容易になる。

図７に、表示部２９に検量線作成画面２９０と共に試料中の成分の濃度の分布を表す分布画像２９００を表示する例を示す。試料中位置情報取得部２８１１は、撮影部１２で撮影された光学画像に基づいて、試料中の測定点４３の位置の情報を取得する。分布画像２９００には、試料中位置情報取得部２８１１で取得された測定点４３が中心となるように関心領域４２を分割した微小領域に対応付けられて分割された複数の濃度表示領域２９０１が、分布画像表示制御部２８１２により表示されている。そして、各濃度表示領域２９０１では、その濃度表示領域２９０１に対応する試料中の微小領域で得られたマススペクトルに基づいて成分定量部２８で定量された濃度が、濃淡表示されている。濃淡表示の代わりに、色の相違で表示してもよいし、濃度を高さとして立体視した画像で表示してもよい。あるいは、各濃度表示領域２９０１に濃度の数値を表示してもよい。

これら検量線作成画面２９０及び分布画像２９００が表示されている状態で、操作者がピークの両端の位置やベースラインの位置を変更する毎に、検量線作成部２７で検量線が変更され、それに伴って、試料中の各微小領域で得られたマススペクトル基づいて定量される濃度が成分定量部２８によって変更される。そして、分布画像表示制御部２８１２は、各濃度表示領域２９０１の表示を変更後の濃度に合わせて変更する。これにより、操作者によるピークの両端の位置やベースラインの位置の変更に対応して、自動的に分布画像２９００が変更されることとなる。

上記実施形態の説明中にいくつかの変形例を記載したが、本発明は上記実施形態及び上記変形例には限定されず、本発明の主旨の範囲内で更なる変形が可能である。

例えば、上記実施形態では試料表面の複数の測定点に対してそれぞれレーザビームを照射することにより生じるイオンを用いて質量分析を行ったが、その代わりに、特許文献２に記載のように試料表面の複数の測定点に対してそれぞれ探針を接触させたうえで電圧を印加することにより生じるイオンを用いて質量分析を行っても、同様の結果を得ることができる。また、本発明の適用範囲は複数の測定点に対して質量分析を行う場合には限定されず、試料全体に対して1回の質量分析を行う場合にも適用できる。

上記実施形態では、操作者が両端位置マーク２９１２若しくは２９１３又はベースラインマーク２９１４の位置を移動させたり、ピーク幅数値入力・表示欄２９５１やベースライン数値入力・表示欄２９５２に数値を入力すれば、自動的に検量線が更新されるようにしたが、それらの位置を移動や数値の入力後に、さらに画面上に表示される「確定」ボタンを押下すること等の操作を行った時点で検量線が更新されるようにしてもよい。

１…質量分析装置（分析装置）
１０…質量分析部
１１…試料台
１１１…イオン化室
１１２…真空チャンバ
１２…撮像部
１３…レーザ照射部
１５…イオン導入部
１６…イオンガイド
１７…イオントラップ
１８…フライトチューブ
１９…検出器
２０…質量分析装置用データ処理装置（スペクトルデータ処理装置）
２１…マススペクトルデータ作成部（スペクトルデータ作成部）
２２…マススペクトルデータ保存部（スペクトルデータ保存部）
２３…マススペクトル表示制御部（スペクトル表示制御部）
２４…ピーク範囲入力部
２５…ピーク範囲決定部
２６…面積算出部
２７…検量線作成部
２７１…一致度算出部
２８…成分定量部
２９…表示部
２９０…検量線作成画面
２９１…マススペクトル表示領域（スペクトル表示領域）
２９１１…中心位置マーク
２９１２、２９１３…両端位置マーク
２９１４…ベースラインマーク
２９２…検量線表示領域
２９２１…チェックボックス
２９３…一致度表示領域
２９４…データ表示領域
２９５…ピーク範囲数値入力・表示領域
２９５１…ピーク幅数値入力・表示欄
２９５２…ベースライン数値入力・表示欄
２９００…分布画像
２９０１…濃度表示領域
３０…質量分析制御部
３１…関心領域設定部
３２…測定点設定部
３３…分析条件設定部
３４…分析制御部
４１…試料プレート
４２…関心領域
４３…測定点
５０…マススペクトル選択画面
５１…スペクトルリスト
５１１…チェックボックス
５２１、５２２、５２３…マススペクトル

Claims (5)

1. 試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルを対象として、所定の成分を互いに異なる既知の濃度で含有する複数の試料からそれぞれ得られたスペクトルに基づいて、各試料における前記成分の濃度と該試料のスペクトルの該成分に対応するピークの面積の関係を示す検量線を作成する装置であって、
   a) スペクトル表示領域と検量線表示領域を有する表示部と、
   b) 1又は複数の前記スペクトルを前記スペクトル表示領域に表示するスペクトル表示制御部と、
   c) 前記表示されたスペクトルに含まれる前記成分に対応するピークの両端の位置又はベースラインの位置を、前記スペクトル上に表示され操作者の操作により移動可能であるマークの位置に基づいて操作者に設定させるピーク範囲設定部と、
   d) 前記ピークの両端の位置又はベースラインの位置を所定の基準により決定するピーク範囲決定部と、
   e) 前記ピーク範囲設定部により前記ピークの両端の位置が設定される毎に該設定されたピークの両端の位置に基づき、又は前記ピーク範囲決定部により前記ベースラインの位置が決定される毎に該決定されたベースラインの位置に基づき、前記ピークの面積を算出する面積算出部と、
   f) 前記面積算出部で算出された前記ピークの面積と、該ピークの既知の濃度に基づいて検量線を作成し、前記検量線表示領域に表示する検量線作成部と
   を備えることを特徴とするスペクトルデータ処理装置。
2. 前記表示部が、前記面積算出部で算出された面積及び該面積に対応する濃度と該検量線との一致度を表示する一致度表示領域を有し、
   さらに、
   検量線作成部で検量線が作成される毎に、前記一致度を算出して前記一致度表示領域に表示させる一致度算出部を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のスペクトルデータ処理装置。
3. 前記スペクトル表示制御部が、スペクトル表示領域に表示させるスペクトル中の前記成分に対応するピークに目印をさらに表示させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスペクトルデータ処理装置。
4. 前記表示部が、分析対象の試料中の複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルから求められる前記成分の濃度の分布を表示する分布画像表示領域を有し、
   さらに、
   前記複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、該スペクトルが得られた試料中の位置を取得する試料中位置情報取得部と、
   前記検量線作成部で検量線が作成される毎に、前記複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、前記面積算出部が算出したピークの面積を該検量線に適用することにより前記成分の濃度を求める成分定量部と、
   前記成分定量部で濃度が求められる毎に、前記複数の位置でそれぞれ得られたスペクトルについて、前記濃度に関する情報を、前記位置に対応する前記分布画像表示領域中の位置に表示させる分布画像表示制御部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のスペクトルデータ処理装置。
5. a) 試料に含まれる成分により定まる所定の位置にピークトップを有するスペクトルを取得する分析部と、
   b) 所定の成分を互いに異なる既知の濃度で含有する複数の試料からそれぞれ、前記分析部によって得られたスペクトルに基づいて、各試料における前記成分の濃度と該試料のスペクトルの該成分に対応するピークの面積の関係を示す検量線を作成する装置であって、
   b-1) スペクトル表示領域と検量線表示領域を有する表示部と、
   b-2) 1又は複数の前記スペクトルを前記スペクトル表示領域に表示するスペクトル表示制御部と、
   b-3) 前記表示されたスペクトルに含まれる前記成分に対応するピークの両端の位置又はベースラインの位置を、前記スペクトル上に表示され操作者の操作により移動可能であるマークの位置に基づいて操作者に設定させるピーク範囲設定部と、
   b-4) 前記ピークの両端の位置又はベースラインの位置を所定の基準により決定するピーク範囲決定部と、
   b-5) 前記ピーク範囲設定部により前記ピークの両端の位置が設定される毎に該設定されたピークの両端の位置に基づき、又は前記ピーク範囲決定部により前記ベースラインの位置が決定される毎に該決定されたベースラインの位置に基づき、前記ピークの面積を算出する面積算出部と、
   b-6) 前記面積算出部で算出された前記ピークの面積と、該ピークの既知の濃度に基づいて検量線を作成し、前記検量線表示領域に表示する検量線作成部と
   を有するスペクトルデータ処理装置と
   を備えることを特徴とする分析装置。

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