质量分析数据解析方法以及装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于可靠地估计结构式已知的原物质的结构的一部分由于代谢等发生变化所得到的未知物质的结构。源自原物质的产物离子和源自未知物质的产物离子具有各种各样的子结构，但源自未知物质的产物离子中的具有包含结构变化部位(P)的子结构的离子和具有该结构变化前的子结构的源自原物质的产物离子的质量差与原物质的质量和未知物质的质量之差一致。因此，提取具有这样的质量差的产物离子的组合，与根据已知的原物质的结构式求出的子结构进行比较，由此求出产生结构变化部位(P)的最小的公共子结构。在未知物质的结构中，除该最小公共子结构以外的部分的结构与原物质相同，因此基于原物质的结构式、最小公共子结构以及根据原物质与未知物质的质量差预测出的结构变化的种类，来估计未知物质的结构。
【专利说明】质量分析数据解析方法以及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对由MSn(n为2以上的整数)型的质量分析装置获得的数据进行解析处理来解析物质的结构的方法以及装置，更为详细地说，涉及一种用于估计派生的未知物质等的结构的质量分析数据解析方法以及装置，该派生的未知物质是结构已知的原物质由于某种因素导致结构的一部分发生变化而产生的。
【背景技术】
[0002]近年来，在高分子化合物等各种物质的结构解析中盛行利用能够进行MSn分析的质量分析装置。即，当通过碰撞诱导分解(CID)使源自样本中含有的目标成分的离子裂解时，在依赖于键能等的特定的部位处分子键发生断裂，产生各种各样的产物离子、中性丢失碎片。因此，从由样本生成的各种离子中选择具有与目标成分相应的特定的质量电荷比m/z的离子，通过CID使所选择的该离子裂解，对裂解产生的各种产物离子进行质量分析来获取MS2谱。在该MS2谱中包含与源自目标成分的各种碎片(包含产物离子、中性丢失碎片)有关的信息，因此能够通过对该MS2谱数据进行解析处理来估计目标成分的化学结构。
[0003]然而，实际上，利用从通过一次分解操作而获得的MS2谱、通过反复进行多次分解操作而获得的MSn谱所收集的信息来决定未知物质的结构式未必是容易的工作。例如在由氨基酸之类的特定的元素组成且排列结构也是一维(链状)的高分子化合物的情况下，基于MSn谱的结构估计比较容易。与此相对地，分子量为50?1000左右的普通的低分子化合物的结构式非常多样且排列也复杂，因此大多情况下难以基于MS1Hf进行结构估计。在这种情况下有用的结构解析方法是利用收录有已知物质的MSn峰型等的数据库进行的数据库检索(参照专利文献I等)。然而，数据库中收录的已知物质有限，因此检索也经常不成功。
[0004]例如，当合成药品时，除了作为目标的物质以外还同时生成结构类似的多个副产物，因此有时想要检查样本中含有的多种副产物的结构的相似性、差异性等。另外，当检查药品在生物体内的代谢时，有时还想要知道包含未知的物质在内的多个代谢物的结构的相似性、差异性。在这种情况下，即使设为在数据库中收录了与结构已知的目标物质有关的信息，通常也不可能结构略微不同的副产物、代谢物全部被收录在数据库中。因此，经常会残留即使进行数据库检索也无法决定结构式的未知物质。
[0005]专利文献1:美国专利申请公开第2006/0085142号公报
【发明内容】
_6] 发明要解决的问题
[0007]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供如下一种质量分析数据解析方法以及装置:基于MSn谱数据以高效且高可靠性来估计与结构已知的原物质类似或者由该原物质发生结构变化而产生的未知物质。
[0008]用于解决问题的方案
[0009]为了解决上述问题而完成的第一发明是一种质量分析数据解析方法，用于基于针对结构已知物质的质量分析数据、针对使该结构已知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据、针对与上述结构已知物质结构局部地不同的未知物质的质量分析数据以及针对使上述未知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据，来解析上述未知物质的结构，该质量分析数据解析方法的特征在于，
[0010] 基于根据针对上述结构已知物质和上述未知物质的质量分析数据求出的两物质的质量差，来预测结构已知物质与未知物质的结构差异；
[0011 ] 提取使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由预测出的上述结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的多个组合；
[0012]将该多个组合中包含的源自未知物质的各碎片分别视为结构不同的子结构，使用根据在上述组合中与源自未知物质的碎片成为一组的源自结构已知物质的碎片的质量而推测出的子结构的信息，来找出最小的公共子结构；
[0013]根据所找出的该公共子结构、上述结构已知物质的已知的结构以及所预测出的结构差异来估计未知物质的结构。
[0014]为了解决上述问题而完成的第二发明是一种用于实施第一发明所涉及的质量分析数据解析方法的装置，用于基于针对结构已知物质的质量分析数据、针对使该结构已知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据、针对与上述结构已知物质结构局部地不同的未知物质的质量分析数据以及针对使上述未知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据，来解析上述未知物质的结构，该质量分析数据解析装置的特征在于，具备:
[0015]a)子结构信息存储单元，其将根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据已知的结构已知物质的结构求出的子结构相关联地进行存储；
[0016]b)结构差异预测信息设定单元，其用于设定基于根据针对上述结构已知物质和上述未知物质的质量分析数据求出的两物质的质量差而预测出的、与结构已知物质和未知物质的结构差异有关的信息；
[0017]c)碎片组合提取单元，其提取使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由上述结构差异预测信息设定单元设定的预测结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的多个组合；以及
[0018]d)结构估计单元，其将该多个组合中包含的源自未知物质的各碎片分别视为结构不同的子结构，通过上述子结构信息存储单元获取与在上述组合中同源自未知物质的碎片成为一组的源自结构已知物质的碎片的质量相关联的子结构的信息并进行比较，由此找出最小的公共子结构，根据所找出的该公共子结构、上述结构已知物质的已知的结构以及所预测出的结构差异来估计未知物质的结构。
[0019]在第一和第二发明中，所谓针对结构已知物质的质量分析数据和针对使该结构已知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据，可以是通过对结构已知物质实际进行质量分析(MS1分析)和MSn(n为2以上的整数)分析而获取到的数据，但也可以是基于键能等已知的信息通过预先计算来估计求出的质量分析数据(MS1谱数据、MSn谱数据)。另一方面，未知物质的结构局部不清楚，因此所谓针对未知物质的质量分析数据和针对使上述未知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据，是通过对未知物质实际进行质量分析(MS1分析)和MSn(n为2以上的整数)分析而获取到的数据。
[0020]在第一和第二发明中，所谓作为结构解析的对象的“未知物质”，例如是从结构已知的原物质由于代谢等化学变化而生成的物质。另外，当通过合成等来生成原物质时，也可以是其结构的一部分被替换、发生缺失或者被附加了其它成分而生成的副产物。另外，“未知物质”也可以不是由某个物质发生变化而产生的物质，只要是与结构已知物质结构局部地不同而其它结构相同的物质即可。
[0021]另外，在第一和第二发明中，“碎片”是指通过分解而生成的产物离子、或者产物离子和中性丢失碎片这两者。产物离子能够通过质量分析来进行检测，因此在质量分析数据中包含的、更为具体地说基于质量分析数据制作的质谱(MS1Hf)上表现为峰。另一方面，中性丢失碎片无法通过质量分析来直接检测，例如作为上述质谱(MS1Hf)上表现的产物离子峰与前体离子峰的质量差来求出。
[0022]原物质等结构已知物质的结构已知，因此在假设其化学结构式中各种键合部位断裂时生成的各种碎片的子结构、质量能够通过预先计算而求出。因此，例如能够基于针对通过使结构已知物质分解一次以上并进行质量分析而得到的碎片的质量分析数据来求出各碎片的实测的质量，并与通过如上所述的计算而求出的质量进行对比，来确定各碎片的子结构，由此制作子结构信息存储单元的存储信息。当然，也可以不进行实际的测量而仅根据计算以及基于该计算进行的预测来制作子结构信息存储单元的存储信息。另外，也可以不预先求出这种各碎片的质量与子结构相关联的信息，而根据需要、即在提供了某个碎片的质量时，从结构已知物质的已知的结构导出与该质量对应的子结构。
[0023]根据针对结构已知物质的质量分析数据来求出结构已知物质的质量，根据针对未知物质的质量分析数据来求出未知物质的质量。这两个物质的质量差是由于结构已知物质与未知物质的结构差异而产生的，因此能够根据该质量差来某种程度地预测结构差异。当然，结构的差异越复杂则结构差异的预测越困难，因此本发明所能够应用的是存在能够根据质量差预测结构差异的程度的比较小规模的结构差异的未知物质的结构解析。
[0024]当将某个物质的离子作为前体离子并通过碰撞诱导分解(CID)等进行分解时，在同一物质的各处键发生断裂，因此生成结构的一部分相同且具有不同质量的各种碎片。因此，使未知物质分解而得到的各种碎片中的几种碎片应该结构的一部分相同。另外，在该相同的子结构中包含所预测出的结构差异的情况下，应该存在如下的源自结构已知物质的碎片:质量相对于源自未知物质的这些碎片的各质量相差由预测出的结构差异所引起的质量差的量。因此，使源自结构已知物质的各碎片的质量与源自未知物质的各碎片的质量相组合，计算该质量差并提取出质量差与由预测出的结构差异产生的质量差一致的组合。
[0025]如果如上所述由分解导致的键的断裂位置多种多样，则应该能够提取出多个、一般来说多至某种程度的组合。因此，将作为该组合的其中一方的源自未知物质的各碎片分别视为具有相同的结构差异的子结构，利用根据各自成组的源自结构已知物质的碎片的质量推测出的子结构的信息，来锁定产生了所预测出的结构差异的相同的子结构。如果找出最小的公共子结构，则根据结构已知物质的已知的结构可获知不相同的子结构，因此基于该不相同的子结构、相同的子结构以及所预测出的结构差异来估计未知物质的结构，例如通过显示等将结构式的候选呈现给用户。
[0026]但是，即使设为源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量之差与由所预测出的结构差异产生的质量差一致，在针对源自结构已知物质的碎片的质量分析数据中原本存在具有上述质量差的碎片的情况下，源自上述未知物质的碎片也未必包含所预测出的结构差异。因此，在第一和第二发明中，优选确认在针对源自结构已知物质的碎片的质量分析数据中是否存在与上述组合质量相同的组合，在存在的情况下，在对未知物质的结构进行估计之后将该组合作为可靠性低的组合来进行处理。
[0027]在此，“作为可靠性低的组合来进行处理”的最简单的方法是从未知物质的结构估计中排除该质量的组合，但除此以外，例如也可以通过委托用户判断来进行该处理。具体地说，例如也可以委托用户选择是将具有与结构差异对应的质量差的组合中含有的源自未知物质的碎片视为包含结构差异的碎片，还是视为原本就包含在结构已知物质中的碎片而并非由结构差异产生的碎片。另外，也可以通过利用针对使结构已知物质、未知物质各自分解两次以上而生成的碎片的质量分析数据，来估计目标碎片是包含结构差异的碎片，还是原本就包含在结构已知物质中的碎片。
[0028]另外，由代谢等引起的结构从结构已知物质到未知物质的变化(结构已知物质和未知物质的结构存在差异的地方)不一定是一处，有时也为两处以上。另外，即使设为结构差异为一处，根据结构已知物质的质量与未知物质的质量之差所能预测到的结构差异也不一定为一个。因此，在第一和第二发明中，优选在无法提取出使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由预测出的上述结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的组合的情况下，在对结构已知物质与未知物质的结构差异的预测进行变更之后，再次进行未知物质的结构估计。
[0029]另外，如上所述，在结构已知物质和未知物质中，结构局部存在差异的地方未必为一处，有时也为两处以上，因此在第一和第二发明中，优选在假设结构已知物质与未知物质的结构差异为一处的情况下，基于根据针对上述结构已知物质和上述未知物质的质量分析数据求出的两物质的质量差来预测结构差异，在无法提取出使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由预测出的上述结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的组合的情况下，估计为结构已知物质与未知物质的结构差异为多处。
[0030]此外，在第一和第二发明中，基本上使用通过对使结构已知物质和未知物质分别作为前体离子仅分解一次而得到的碎片进行质量分析而收集到的质量分析数据、即MS2谱数据即可，但在仅使用MS2谱数据无法估计、或无法以足够高的可信赖性估计未知物质的结构的情况下，可以使用对使结构已知物质、未知物质分别分解两次以上而得到的碎片进行质量分析而收集到的质量分析数据、即η为3以上的MS1Hf数据。
[0031]发明的效果
[0032]根据本发明所涉及的质量分析数据解析方法以及装置，例如能够高效且以高可靠性对由于代谢之类的化学变化等导致结构已知物质的结构的一部分发生变化而得到的未知物质的结构进行估计。特别是针对将结构式非常多样且排列也复杂的、分子量为50?1000左右的低分子化合物设为结构已知物质的代谢物、副产物或类似化合物等，即使针对结构局部不同的物质的数据库不完善，也能够准确地估计作为目标的未知物质的结构，在用户决定物质的结构时提供有用的信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是包括本发明所涉及的质量分析数据解析装置的质量分析系统的一个实施例的概要结构图。
[0034]图2是表示本实施例的质量分析系统的代谢物结构估计处理的过程的一例的流程图。
[0035]图3是本实施例的质量分析系统的代谢物结构估计处理的概念图。
[0036]图4是表示子结构从属于针对原物质的MS2谱峰的一例的图。
[0037]图5是表示原物质的MS2谱与代谢物的MS2谱的比较的一例的图。
[0038]图6是示出表示在针对原物质的MS2分析中得到的产物离子与在针对代谢物的MS2分析中得到的产物离子的质量差的对应表的一例的图。
[0039]图7是示出表示在针对原物质的MS2分析中得到的产物离子与在针对代谢物的MS2分析中得到的产物离子的质量差的对应表、以及表示在针对原物质的MS2分析中得到的中性丢失碎片与在针对代谢物的MS2分析中得到的中性丢失碎片的质量差的对应表的一例的图。
【具体实施方式】
[0040]下面，参照附图来说明包括本发明所涉及的质量分析数据解析装置的质量分析系统的一个实施例。图1是本实施例的质量分析系统的概要结构图。
[0041]作为分析对象的样本被导入到离子源I，在离子源I中，样本所含有的成分被离子化。所生成的离子经由离子导向器2被导入到由环形电极和一对端盖电极构成的三维四极型的离子阱3，在此，进行前体离子的筛选，并且通过与从外部导入的CID气体接触，来通过CID促进前体离子的裂解。由于裂解而生成的各种产物离子被赋予规定的动能后一齐从离子阱3放出，并被导入到飞行时间型质谱仪(T0FMS)4。在飞行于该飞行空间的期间，产物离子发生分离，在时间上存在偏差地到达离子检测器5而被检测。由离子检测器5得到的检测信号被输入到数据处理部6，在此，进行从飞行时间向质量电荷比的换算，制作MSn谱并且执行基于该谱数据的各种处理。
[0042]离子源1、离子阱3、飞行时间型质谱仪4等各部的动作由分析控制部8控制，该分析控制部8、数据处理部6在中央控制部7的控制下进行动作。中央控制部7例如连接有包括键盘等的操作部9和监视器等显示部10。一般地，中央控制部7、分析控制部8、数据处理部6的功能大多能够通过执行安装于计算机的专用的处理/控制程序来实现。数据处理部6除了数据存储部61以外还包括代谢物结构估计部62、质量-子结构数据保持部63，如后所述，为了估计未知的代谢物的结构而执行特征性的数据处理。
[0043]此外，在图1所示的质量分析系统中，是三维四极型离子阱与飞行时间型质谱仪相组合而成的结构，但质谱仪的结构并不限于此。例如如果是仅执行MS2分析的质谱仪，则也可以使用三重四极型质谱仪。
[0044]本实施例的质量分析系统的特征在于对代谢物、副生成物、分解物等结构未知的物质的结构进行估计的数据解析处理，该代谢物、副生成物、分解物等是由于代谢等某种因素导致结构式已知的原物质(结构已知物质)的结构的一部分发生变化而得到的。在此，列举出由于代谢而由原物质生成的代谢物作为例子来进行说明，但结构的变化并不限于代谢，能够对应于由一部分结构的替换、脱落、附加(修饰)等引起的各种变化。另外，并非一定利用于对由原物质发生结构变化而产生的物质的结构估计，而能够利用于对与结构已知的物质结构局部不同的未知物质普通的结构估计。
[0045]图2是表示包含对样本的测量的代谢物结构估计处理的过程的一例的流程图。另夕卜，图3是代谢物结构估计处理的概念图。首先，使用图3来说明该代谢物结构估计处理的概念。
[0046]这里，考虑如图3所示的具有简化的结构式的原物质A和该原物质A的结构的一部分发生变化的代谢物A’。P所示的部位是结构变化部位。原物质A的结构式已知，代谢物A’的结构式未知。当通过CID等使原物质A裂解时，在其结构中的多种部位处键发生断裂而生成各种碎片。该碎片中含有具有电荷的(即能够通过质量分析进行检测的)产物离子和中性的(即不能通过质量分析直接检测的)中性碎片，但在此为了简化说明不进行区分(或者认为全部是产物离子)。
[0047]代谢物A’的结构几乎与原物质A相同，因此当使代谢物A’在与原物质A的分解相同的条件下分解时，在与原物质A大致相同的部位处键发生断裂而生成各种碎片。在源自原物质A的各种碎片和源自代谢物A’的各种碎片中还存在具有相同的质量(如果是离子则为质量电荷比)的碎片，但当将源自代谢物A’的包含结构变化部位P的碎片与源自原物质A的结构变化前的状态的碎片进行比较时，质量应该相差由该结构变化引起的量。换句话说，当检查到源自原物质A的某个碎片与源自代谢物A’的某个碎片的质量差时，如果与对应于结构变化的质量差、即原物质A与代谢物A’的质量差AM—致，则可以说很大可能是仅结构变化部位P不同的相同的子结构。如上所述，分子键在多种部位处发生断裂，因此如上所述那样视为仅结构变化部位P不同的相同的子结构的、源自原物质A的碎片与源自代谢物A’的碎片的组合应该大量存在。
[0048]原物质A的结构式已知，因此能够容易地求出在多种部位处键发生了断裂的状态的子结构。将这样求出的子结构的质量与通过MS2分析求出的各碎片的质量进行对比，由此能够检查源自原物质A的各碎片的子结构。如果使用这样检查出的信息，则能够针对视为除结构变化部位P以外的部位是相同的子结构的、源自原物质A的碎片与源自代谢物A’的碎片的组合，分别求出与源自原物质A的碎片对应的子结构。然后，将这些不同的子结构进行比较，由此只要能够找出最小的公共子结构，就认为该公共子结构是产生结构变化部位P的子结构。在代谢物A’中，除上述公共子结构以外的部分应该与原物质A相同，在公共子结构中发生了原物质A与代谢物A’的质量差AM所对应的结构变化，因此如果能够根据该质量差Λ M预测结构变化的状态，就能够基于这些信息高精度地估计代谢物A’的结构。
[0049]但是，存在几个前提以能够进行如上所述的结构估计。例如，在源自原物质A的各种碎片中存在具有与原物质A和代谢物Α’的质量差AM相同的质量差的两个碎片的情况下，即使设为源自代谢物A’的碎片和源自原物质A的碎片的质量差与质量差AM—致，也无法辨别该源自代谢物A’的碎片是由代谢等的结构变化而产生的碎片，还是与结构变化无关而与原来的源自原物质A的碎片相同的碎片。即，在该情况下，存在辨别的不确定性。因此，优选预先检查在源自原物质A的各种碎片中是否存在具有与原物质A和代谢物A’的质量差AM相同的质量差的两个碎片，至少对如上所述的存在不确定性的碎片进行识别，来执行与之相应的处理。具体地说，例如考虑进行以下之类的应对:询问用户是否将如上所述的预计存在不确定性的碎片的信息用于从代谢物的结构估计中排除的结构估计，进行与其指示相应的处理。
[0050]另外，上述说明以仅在一处发生由代谢导致的结构变化为前提，在多个不同的部位处发生了结构变化的情况下无法进行如上所述的单纯的判断。在这种情况下，例如需要考虑多个结构变化的组合。
[0051]另外，在上述说明中没有考虑，但在碎片中存在产物离子和中性丢失碎片，存在在产物离子中存在结构变化部位P的情况和在中性丢失碎片中存在结构变化部位P的情况。在由某个前体离子生成产物离子的情况下，必定存在与该产物离子成对的中性丢失碎片。因而，在某个产物离子中存在结构变化部位P的情况下，在与之对应的中性丢失碎片中不存在结构变化部位P，因此，如源自原物质A的中性丢失碎片与源自代谢物A’的中性丢失碎片的质量差为O那样的中性丢失碎片的组合大量出现。相反地，在某个中性丢失碎片中存在结构变化部位P的情况下，在与之对应的产物离子中不存在结构变化部位P，因此，如源自原物质A的产物离子与源自代谢物A’的产物离子的质量差为O那样的产物离子的组合大量出现。基于该情况，对源自原物质A的产物离子与源自代谢物A’的产物离子的质量差、以及源自原物质A的中性丢失碎片与源自代谢物A’的中性丢失碎片的质量差二者进行检查，如果确认二者的一致性，则代谢物A’的结构估计的可靠性提高。在后述的处理过程中使用这样的方法。
[0052]另外，在上述说明中，仅考虑了通过对前体离子进行一次分解操作而生成的碎片，但也可以在结构估计中利用通过两次以上的分解操作而生成的碎片、即η为3以上的MS3谱数据。例如，在如上所述源自代谢物Α’的碎片与源自原物质A的碎片的质量差和代谢物Α’与原物质A的质量差AM—致、而存在无法判断该源自代谢物Α’的碎片是否为由代谢等的结构变化产生的碎片的不确定性的情况下，优选使用基于MS3谱的信息来判断源自代谢物Α’的碎片是由代谢等的结构变化产生的碎片，还是与原来的源自原物质A的碎片相同的碎片。
[0053]此外，在某个子结构中有可能存在结构变化部位P、并且为了确认该情况而进行η为3以上的MSn分析的情况下，优选将有可能存在结构变化部位P且质量尽可能小的离子设定为前体离子。由此，不需要的产物离子少量即可，因此易于获得与结构变化部位P相关联的息。
[0054]接着，参照图2所示的流程图和作为实际的处理的一例的图4?图7对本实施例的质量分析系统的代谢物结构估计处理的详细情况进行说明。
[0055]在实际的解析处理之前，首先，基于在针对原物质的质量分析中获得的结果，来准备代谢物的结构估计所需的信息。即，当开始解析时，在分析控制部8的控制下，执行针对结构式已知的原物质的MS测量以及MS2测量，将这些测量数据保存到数据存储部61 (步骤SI)。接着，代谢物结构估计部62使在步骤SI中获取到的MS2谱中出现的各峰的质量从属于由于该物质的已知的结构的键的断裂而产生的子结构，制作质量与子结构对应的对应表并存储到质量-子结构数据保持部63 (步骤S2)。此外，也可以在步骤SI中，不对原物质实际进行MS测量以及MS2测量，而通过基于从已知的结构获得的键能等信息进行计算来获取MS谱数据、MS2谱数据，在步骤S2中基于这些数据来制作质量与子结构对应的对应表。
[0056]图4是表示作为原物质的一例的丁螺环酮(Buspirone)的结构式和MS2谱的图。能够通过基于装置的质量误差等针对在MS2谱中出现的各峰的质量所决定的质量范围与根据上述子结构计算出的质量的对比，使各峰从属于子结构。例如，在MS2谱中m/zl22.0678的峰与在结构式上的a的位置处键发生断裂而产生的产物离子b相关联。这样，MS2谱中的大多数峰能够与子结构相关联。另外，MS2谱中出现的峰是由产物离子产生的，但如上所述在使原物质分解而产生的碎片中还存在中性的中性丢失碎片，中性丢失碎片在MS2谱上具有前体离子的质量与产物离子峰的质量之差。因此，还制作将像这样根据MS2谱求出的中性丢失碎片的质量与子结构相关联的对应表，并存储到质量-子结构数据保持部63。
[0057]接着，对结构未知(其中，来自原物质的由于代谢而发生结构变化的物质是已知的)的代谢物样本执行MS测量以及MS2测量，将这些测量数据保存到数据存储部61 (步骤S3)。此外，在样本中混入了多个代谢物的情况下，优选按照信号强度从高到低的顺序自动从MS测量的结果中选择离子并设定为前体离子，来执行MS2测量，或者，将由MS测量得到的质谱显示在显示部10的画面上，使用户选择解析对象的离子峰，并将其选择出的离子设定为前体离子，来执行MS2测量。
[0058]代谢物结构估计部62基于根据针对原物质的MS测量结果求出的质量与根据针对代谢物的MS测量结果求出的质量的质量差，来预测由代谢导致的结构变化的种类(步骤S4)。例如在后述的例子中，原物质是m/z386.2547，代谢物是m/z402.2500，质量差约为+16。在这种情况下，当假设结构变化为一处修饰时，能够将氢氧化物(H替换为羟基0H)列举为结构变化的候选之一。一般地，质量差越大则所预测的结构变化的种类越增加。因此，例如将所预测的结构变化的种类作为候选来进行列表化，在该表中一个接一个地按如下所述的过程执行结构式估计处理，在无法获得恰当的解(代谢物的结构式的候选)的情况下，在上述列表中列举出其它的结构变化的候选来执行结构式估计即可。
[0059]接着，代谢物结构估计部62将基于数据存储部61中存储的测量数据获得的原物质的MS2谱与代谢物的MS2谱进行比较(步骤S5)。具体地说，着眼于根据原物质的MS2谱求出的各产物离子的质量与根据代谢物的MS2谱求出的各产物离子的质量之差、以及根据原物质的MS2谱求出的各中性丢失碎片的质量与根据代谢物的MS2谱求出的中性丢失碎片的质量之差，检查产物离子之间或者中性丢失碎片之间的质量差是否和原物质与代谢物的质量差一致，作为与该产物离子对应的碎片的中性丢失碎片之间或者作为与该中性丢失碎片对应的碎片的产物离子之间的质量差是否为O (步骤S6)。
[0060]如果将步骤S6的处理定式化则能够如下那样表示。在此，关于各符号，定义Pre为前体离子、Pi为产物离子、Nls为中性丢失碎片、Mod为由代谢导致的质量变化，如果是源自代谢物，则附加“’”符号。另外，由原物质、代谢物生成的产物离子、中性丢失碎片大量存在，因此，使用下标以对其进行识别。例如，关于原物质，能够记为Pre=Pin+Nlsn，关于代谢物，能够记为 Pre，=Pre+ModO=Pin’ +Nlsn，。其中，设为 ModO= Σ (η=I ?m)Modn。[0061]求出源自原物质的产物离子与源自代谢物的产物离子的质量差，但不清楚哪个产物离子彼此对应，因此在此基本上设为循环地检查源自原物质的所有产物离子与源自代谢物的所有产物离子的组合。针对中性丢失碎片也是同样。
[0062]S卩，针对所有产物离子的组合以P1-Pi’ =α进行计算，针对所有中性丢失碎片的组合以Nls-Nls’=β进行计算。在此，如图3所说明那样，如果与源自代谢物的产物离子Pin’对应的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P，则应该Pin’ -Pin=ModO。另外，在假定仅一处结构变化的情况下，如果源自代谢物的产物离子Pin’的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P，则与该产物离子Pin’成对的中性丢失碎片Nlsn’中不含有由代谢产生的结构变化部位P。也就是说，NISn-Nlsn’ =0。基于该情况，如果产物离子的质量差a=MOd0且与之相对应的中性丢失碎片的质量差β=0，则能够判断为产物离子Pin’的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P。同样地，如果源自代谢物的中性丢失碎片Nlsn’的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P，则与该中性丢失碎片Nlsn’成对的产物离子Pin’中不包含由代谢产生的结构变化部位P。也就是说，Pin_Pin’=0。基于该情况，如果中性丢失碎片的质量差β =ModO且与之相对应的产物离子的质量差α=0，则能够判断为中性丢失碎片Nlsn’的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P。
[0063]另一方面，在不存在a =0或者β =0的产物离子的组合或者中性丢失碎片的组合的情况下，能够判断为由代谢导致的结构变化的预测不妥当或者一处结构变化这一假定本身不妥当。这是在步骤S6中判断为“否”的情况，在这种情况下，在变更了由代谢导致的结构变化的预测之后(步骤S10)，返回到步骤S5来再次执行上述处理。
[0064]如果一处结构变化这一假定和由代谢导致的结构变化的预测妥当，则能够在多个产物离子P1、Pi’的组合中检测出与ModO相同的值的质量差。这是由于如所述那样存在多种包含结构变化部位P的子结构。因此，在步骤S6中判断为“是”的情况下，代谢物结构估计部62找出如上述那样检测与ModO相同的值的质量差的多个产物离子P1、Pi’的组合，参照质量-子结构数据保持部63中存储的对应表来提取最小公共子结构(步骤S7)。
[0065]如果如上所述那样提取出最小公共子结构，则将其与已知的原物质的结构式进行比较。由此，获知不包含结构变化部位P的部分的结构，因此基于原物质的结构式、最小公共子结构以及所预测出的结构变化的信息来估计代谢物的结构式(步骤S8)。此外，判明存在结构变化部位P的是最小公共子结构，但在最小公共子结构中具有多个可能存在结构变化部位P的地方的情况下，不知道结构变化部位P存在于哪个地方。在这种情况下，只要求出多个所估计的结构式的候选即可。然后，将得到的结构式的候选显示在显示部10的画面上来提供给用户(步骤S9)。
[0066]图5是图4所示的原物质的MS2谱和m/z402.2500的代谢物的MS2谱。当将两个MS2谱中出现的峰的质量(质量电荷比m/z)进行对比时，可知存在多个如下那样的峰的组合:质量偏差了与原物质和代谢物的前体离子之间的质量差大致相同的量。另一方面，还获知在两个MS2谱中存在具有相同的质量的峰。可以说该峰是有可能引发上述的辨别的不确定性的峰。
[0067]当循环地求出如上所述的源自原物质的产物离子与源自代谢物的产物离子的质量差时，如果如图6所示那样制作将两个产物离子的质量分别按行方向、列方向排列并在二者交差的位置的单元格内记述所计算出的质量差的表，则易于理解。图6是将根据图5所示的原物质和代谢物的MS2谱上的峰求出的质量以及质量差汇总到表上的图。一目了然在该表中的几个产物离子的组合中质量差为相当于原物质与代谢物的质量差的+16。
[0068]图7是在上方示出与图6相同的求出产物离子的组合的质量差而得到的表并且在下方示出求出与之对应的中性丢失碎片的组合的质量差而得到的表的图。可知上下表中的单元格的位置是对应的，在上方的表中质量差为+16的单元格多数所对应的下方的表中的单元格中质量差为O。能够判断为与这些单元格对应的产物离子的组合以及中性丢失碎片的组合满足上述的产物离子的质量差a =ModO且与之对应的中性丢失碎片的质量差β=0这个条件，与产物离子Pin’对应的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P。在图7的上方的表上，例示了一部分基于存储在质量-子结构数据保持部63的对应表的子结构(用点划线包围的部分)。这样，子结构分别与源自原物质的产物离子的各质量对应，因此能够从可判断为产物离子Pin’的子结构包含由代谢产生的结构变化部位P的子结构中容易地找出最小的公共子结构。
[0069]但是，在原物质的MS2谱中原本就存在具有与ModO相同的质量差的峰的情况下，该峰也出现在代谢物的MS2谱中，实际上尽管不具有结构变化部位P，但也有可能错误地判断为具有结构变化部位P、即是接受了代谢的子结构。因此，在进行步骤S5中的比较之前，判断在原物质的MS2谱中是否原本就存在具有与ModO相同的质量差的峰。关于该情况，如果制作例如在行方向、列方向两个方向上都排列源自原物质的产物离子的质量并将根据它们计算出的质量差记述在各单元格内的表，则易于理解。在该表上，设为某个产物离子的质量Ml与其它产物离子的质量M2之差与ModO大致一致。认为这是由于当使原来的前体离子的结构分解时，偶然出现具有与结构变化部位P相同的质量差的产物离子。在这种情况下，在代谢物的MS2谱中具有与M2相同的质量的峰有可能是质量为Ml的子结构的一部分由于代谢而成为结构变化部位P的峰、或者可能是与质量为M2的子结构相同的峰。这是上述的辨别的不确定性。因而，只要使用上述的预先判断结果例如从结构估计中排除存在不确定性的产物离子(或者中性丢失碎片)来进行代谢物的结构估计即可。
[0070]在上述实施例中列举出的具体例中，在与产物离子对应的子结构中产生由代谢导致的结构变化，但显然即使在与中性丢失碎片对应的子结构中产生了由代谢导致的结构变化的情况下，也能够利用相同的方法进行代谢物的结构估计。当然，在这种情况下，在图7所示的上下表中，在下方的表中发现与由代谢导致的结构变化对应的中性丢失碎片之间的质量差，在上方的表中发现产物离子之间的质量差为O的质量差。另外，在这种情况下，也需要如上述那样进行预先判断是否存在与结构变化无关地质量差偶然一致的离子的处理。
[0071]此外，上述实施例是本发明的一例，即使在本发明的宗旨的范围内适当地进行修改、变更、追加等显然也包含在本申请的权利要求书中。
[0072]附图标记说明
[0073]1:离子源；2:离子导向器；3:离子阱；4:飞行时间型质谱仪；5:离子检测器；6:数据处理部；61:数据存储部；62:代谢物结构估计部；63:子结构数据保持部；7:中央控制部；8:分析控制部；9:操作部；10:显示部。
【权利要求】
1.一种质量分析数据解析方法，用于基于针对结构已知物质的质量分析数据、针对使该结构已知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据、针对与上述结构已知物质结构局部地不同的未知物质的质量分析数据以及针对使上述未知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据，来解析上述未知物质的结构，该质量分析数据解析方法的特征在于， 基于根据针对上述结构已知物质和上述未知物质的质量分析数据求出的两物质的质量差，来预测结构已知物质与未知物质的结构差异； 提取使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由预测出的上述结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的多个组合； 将该多个组合中包含的源自未知物质的各碎片分别视为结构不同的子结构，使用根据在上述组合中与源自未知物质的碎片成为一组的源自结构已知物质的碎片的质量而推测出的子结构的信息，来找出最小的公共子结构； 根据所找出的该公共子结构、上述结构已知物质的已知的结构以及所预测出的结构差异来估计未知物质的结构。
2.根据权利要求1所述的质量分析数据解析方法，其特征在于， 上述碎片是产物离子，或者是产物离子和中性丢失碎片这两者。
3.根据权利要求2所述的质量分析数据解析方法，其特征在于， 确认在针对源自结构已知物质的碎片的质量分析数据中是否存在与上述组合质量相同的组合，在存在的情况下，在对未知物质的结构进行估计之后将该组合作为可靠性低的组合来进行处理。
4.根据权利要求2所述的质量分析数据解析方法，其特征在于， 在无法提取出使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由预测出的上述结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的组合的情况下，在对结构已知物质与未知物质的结构差异的预测进行变更之后，再次进行未知物质的结构估计。
5.根据权利要求2所述的质量分析数据解析方法，其特征在于， 在假定结构已知物质与未知物质的结构差异为一处的情况下，基于根据针对上述结构已知物质和上述未知物质的质量分析数据求出的两物质的质量差来预测结构差异， 在无法提取出使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由预测出的上述结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的组合的情况下，估计为结构已知物质与未知物质的结构差异为多处。
6.一种质量分析数据解析装置，用于基于针对结构已知物质的质量分析数据、针对使该结构已知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据、针对与上述结构已知物质结构局部地不同的未知物质的质量分析数据以及针对使上述未知物质分解一次以上而得到的碎片的质量分析数据，来解析上述未知物质的结构，该质量分析数据解析装置的特征在于，具备: a)子结构信息存储单元，其将根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据已知的结构已知物质的结构求出的子结构相关联地进行存储； b)结构差异预测信息设定单元，其用于设定基于根据针对上述结构已知物质和上述未知物质的质量分析数据求出的两物质的质量差而预测出的、与结构已知物质和未知物质的结构差异有关的信息； c)碎片组合提取单元，其提取使根据针对源自上述结构已知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量和根据针对源自上述未知物质的碎片的质量分析数据求出的各碎片的质量之差与由上述结构差异预测信息设定单元设定的预测结构差异产生的质量差一致那样的、源自结构已知物质的碎片的质量与源自未知物质的碎片的质量的多个组合；以及 d)结构估计单元，其将该多个组合中包含的源自未知物质的各碎片分别视为结构不同的子结构，通过上述子结构信息存储单元获取与在上述组合中同源自未知物质的碎片成为一组的源自结构已知物质的碎片的质量相关联的子结构的信息并进行比较，由此找出最小的公共子结构，根据所找出的该公共子结构、上述结构已知物质的已知的结构以及所预测出的结构差异来估计未知物质的结构。
【文档编号】G01N27/62GK103703360SQ201180072499
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2011年8月3日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】山口真一 申请人:株式会社岛津制作所