JP2014137350A - Method for removing noise of chromatogram, and chromatography apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体クロマトグラフィー等で得たクロマトグラムのノイズ除去技術に関する。 The present invention relates to a noise removal technique for chromatograms obtained by liquid chromatography or the like.
液体クロマトグラフで検出した波形データは、理想的には分析対象の成分にのみ由来する。しかし、一般には、ノイズ波形が成分に由来する波形に重畳し、目的とする成分の検出に大きな影響を及ぼす。一例を示せば、非特許文献1には、「13データの質の保証」としてノイズの波形データからノイズの大きさを求め、検出下限を定義することが記載されている。
The waveform data detected by the liquid chromatograph is ideally derived only from the component to be analyzed. However, in general, a noise waveform is superimposed on a waveform derived from a component, which greatly affects detection of a target component. As an example, Non-Patent
液体クロマトグラフィーとしてポストカラム法を採用すると、比較的大きな周期性のあるノイズを観測する場合がある。複数の周期による波形が重畳し、そこに試料成分の信号が重なると、検出を妨げることになる。そこで、周期的なノイズの発生原因とされるポンプの脈流を抑えることなど、装置の構造的な発明がなされている(例えば特許文献1)。 When the post-column method is adopted as liquid chromatography, a relatively large periodic noise may be observed. If waveforms with a plurality of periods are superimposed and the sample component signals overlap there, detection will be hindered. Thus, a structural invention of the device has been made such as suppressing the pulsating flow of the pump, which is a cause of periodic noise generation (for example, Patent Document 1).
また、コンピュータによるデータ処理では、非特許文献2において、マススペクトル波形に含まれる細かいノイズを平滑化する手法として、Low-Pass、High-Pass、およびGaussianと呼ばれる重み付きの移動平均について記載されている。規則性を有するノイズ除去のためには、スペクトル波形をフーリエ変換した結果に見られる大きなピークを除去し、逆フーリエ変換することが示されている。すなわち、フーリエ変換の結果から周期性を示す部分を除くことができれば、逆フーリエ変換で得られたスペクトル波形からは周期的なノイズが除去され、スムージングとして機能することを紹介している。
In addition, in computer data processing, Non-Patent
非特許文献2のフーリエ変換・逆フーリエ変換による方法は、液体クロマトグラフのノイズ除去の手段としても特許文献2に開示されている。ここでは、クロマトグラフィー用データ処理方法として、測定データのフーリエ変換によって周波数と振幅を示すスペクトルを求め、ベースラインのドリフトに由来するゼロ近傍の周波数領域と、ノイズに由来する高周波数領域を除外し、逆フーリエ変換することによってドリフトやノイズの影響を排除したクロマトグラムを得ている。
The method by Fourier transform / inverse Fourier transform of
ただし、逆フーリエ変換で求めたクロマトグラムには、ピークが寄与している低周波数領域も除かれるため、ベースラインが下がるとの記載がある(特許文献2)。フーリエ変換の結果には、ベースラインと試料成分の影響が混在していると考えられ、特定の周波数の値で線引きすることは難しい。また、フーリエ変換による方法の原理的な課題として、再構成クロマトグラムのベースラインがピークの影響で波打つため、三角関数でフィットして影響を除外することが示されている(特許文献2)。 However, in the chromatogram obtained by inverse Fourier transform, there is a description that the low frequency region to which the peak contributes is also removed, so that the baseline is lowered (Patent Document 2). It is thought that the influence of the base line and the sample component is mixed in the result of the Fourier transform, and it is difficult to draw a line with a specific frequency value. Further, as a fundamental problem of the method by Fourier transform, it is shown that the base line of the reconstructed chromatogram is waved by the influence of the peak, so that the influence is excluded by fitting with a trigonometric function (Patent Document 2).
しかしながら、背景技術のように、液体クロマトグラフで検出した波形データをフーリエ変換し、その結果からノイズ成分を除去して逆フーリエ変換する方法では、例えば検出下限や定量下限で問題になる微量領域に適用するには課題がある。例えば、ポストカラム法の液体クロマトグラフィー装置においては、移動相を送り出すポンプと、反応試薬を送り出すポンプとが使用されるが、これらの二つのポンプの間で脈動が生じ、微小なノイズが発生することがあり、このノイズを除去することは、従来技術では困難であった。 However, as in the background art, the method of Fourier transforming waveform data detected by a liquid chromatograph, removing noise components from the result, and performing inverse Fourier transform, for example, in a trace region that is problematic at the lower limit of detection and the lower limit of quantification. There are challenges to apply. For example, in a post-column method liquid chromatography device, a pump that sends out a mobile phase and a pump that sends out a reaction reagent are used, and pulsation occurs between these two pumps, generating minute noise. In some cases, it has been difficult to remove this noise with the prior art.
従来技術は、少なくとも液体クロマトグラフの測定結果に見られる周期的なノイズを除去する技術としては十分に確立されているとは言い難い。 It is difficult to say that the prior art is sufficiently established as a technique for removing at least periodic noise found in measurement results of a liquid chromatograph.
本発明の目的は、試料成分に由来する波形に周期的なノイズが顕著に重畳しているような、検出下限付近の微量領域でも良好にノイズを除去することが可能なクロマトグラムのノイズ除去方法及びクロマトグラフィ装置を実現することである。 An object of the present invention is to provide a chromatogram noise removal method capable of satisfactorily removing noise even in a minute region near the detection lower limit in which periodic noise is remarkably superimposed on a waveform derived from a sample component. And realizing a chromatographic apparatus.
本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
クロマトグラムから周期性ノイズ信号波形を抽出し、抽出した周期性ノイズ信号波形をフーリエ変換し、振幅と周波数とからなる振幅スペクトルを算出し、信号成分を除去するための周波数閾値を算出し、周波数閾値未満の周波数成分を振幅スペクトルから除去し、改訂振幅スペクトルを算出し、周期性ノイズ信号波形を再構築し、クロマトグラムから除去するクロマトグラムのノイズ除去方法及びクロマトグラフィー装置。 Extract the periodic noise signal waveform from the chromatogram, Fourier transform the extracted periodic noise signal waveform, calculate the amplitude spectrum consisting of the amplitude and frequency, calculate the frequency threshold for removing the signal component, A chromatogram denoising method and a chromatographic apparatus for removing a frequency component less than a threshold from an amplitude spectrum, calculating a revised amplitude spectrum, reconstructing a periodic noise signal waveform, and removing the waveform from the chromatogram.
試料成分に由来する波形に周期的なノイズが顕著に重畳しているような、検出下限付近の微量領域でも良好にノイズを除去することが可能なクロマトグラムのノイズ除去方法及びクロマトグラフィー装置を実現することができる。 Realized chromatogram noise removal method and chromatographic apparatus that can remove noise well even in a very small amount of area near the lower limit of detection, where periodic noise is significantly superimposed on the waveform derived from the sample component. can do.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
液体クロマトグラフは、分離カラムと呼ばれる管の中を移動相と呼ばれる液体の流れに乗って、分析対象となる複数の試料成分が、それぞれに応じた速度で進むことにより、個々の成分を時間的に分離する分析手法である。ここで分離された試料成分は、移動相と試料成分との光の吸収の違いなどの特性を利用して検出される。もし移動相と光の吸収に差がない試料成分の場合、その検出は難しい。 A liquid chromatograph rides a liquid flow called a mobile phase in a tube called a separation column, and multiple sample components to be analyzed move at a speed corresponding to each of them, so that each component is temporally moved. This is an analysis method that separates The sample component separated here is detected using characteristics such as a difference in light absorption between the mobile phase and the sample component. If the sample component has no difference in light absorption from the mobile phase, it is difficult to detect.
そこで、反応試薬によって分離された試料成分に化学的な修飾を施すことにより、光の吸収などの物性を変え、その検出を容易にするポストカラム法と呼ばれる手法がある。この場合、移動相を送液するポンプと反応試薬を送液するポンプの影響で、光の吸収量などの経時変化を示すクロマトグラムにおいて、周期的なノイズが測定されることがある。本発明はこのような測定データから周期性ノイズを除去するためのものである。 Therefore, there is a technique called post-column method in which physical properties such as light absorption are changed by chemical modification of the sample components separated by the reaction reagent to facilitate the detection. In this case, periodic noise may be measured in a chromatogram showing a change over time such as the amount of absorbed light due to the influence of a pump for feeding a mobile phase and a pump for feeding a reaction reagent. The present invention is for removing periodic noise from such measurement data.
図2は、本発明が適用される、ポストカラム法の液体クロマトグラフィー装置の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a post-column method liquid chromatography apparatus to which the present invention is applied.
図2において、液体クロマトグラフィー装置は、移動相を送り出す第1ポンプ10と、その移動相の流れに試料成分を乗せる試料注入装置11と、個々の試料成分を移動速度で分離するための分離カラム12と、分離カラム12により分離された試料成分に対して反応試薬を送り出す第2ポンプ13と、試料成分と反応試薬とを混合し、試料成分を化学的に修飾する反応コイル14と、反応コイル14により修飾された試料成分を検出する検出器15と、検出器15により検出された光の吸収量などを蓄積および解析するデータ処理部16とを備える。データ処理部16は表示部を有し、この表示部は閾値等の入力、波形表示、データ表示等を行う画面を備えている。
In FIG. 2, the liquid chromatography apparatus includes a
ここで、本発明におけるノイズ除去処理は、データ処理部16において実施される。図2の例ではポンプ2台の構成を示したが、3台以上の構成でも本発明は適用可能である。また、本発明は周期的なノイズが測定される状況であれば適用可能であり、ポストカラム法に限定されない。観測する対象として、光の吸収量の例を示したが、蛍光を計る場合や、質量分析装置による測定などでも応用できる。
Here, the noise removal processing in the present invention is performed in the
図1は、データ処理部16におけるノイズ除去処理に関する内部構成を示す図である。図1において、実線は処理の流れ、点線はデータの流れを示す。液体クロマトグラフで測定した、光の吸収量の経時変化を元波形1としている。データ処理部16は、周期性ノイズ抽出部2と、フーリエ変換部3と、周期性ノイズ再構築部4と、ノイズ除去部5と、ノイズ除去波形記憶部6とを備える。周期性ノイズ再構築部4により求められた周期性ノイズ再構築波形9と、元波形1とからノイズ除去部5によりノイズ除去処理を施したものが、ノイズ除去波形6である。これらの各処理について、以下に詳述する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an internal configuration related to noise removal processing in the
(1)周期性ノイズ抽出部2(第1ステップ)
図3は、図1に示した周期性ノイズ抽出部2の内部構成図である。また、図5は、元波形の一例を示す図であり、図6は、図5に示した波形の一部拡大図である。図7は処理結果波形を示す図である。
(1) Periodic noise extraction unit 2 (first step)
FIG. 3 is an internal block diagram of the periodic
図3において、周期性ノイズ抽出部2は、周期性ノイズ特性解析部21と、閾値設定部22と、周期性ノイズ粗抽出部23と、基準位置計算部24と、周期性ノイズ抽出処理部25とを備える。
In FIG. 3, the periodic
図5において、横軸は時間(分)、縦軸は光の吸収量を示す吸光度のクロマトグラムである。ピーク等が存在しない領域において、周期的なノイズが大きく観測されており、帯状に見えている。図5に示した元波形の16分および31分30秒付近を拡大し、それぞれ、図6の(A)及び(B)に示してある。図6の(A)には少なくとも3成分が観測され、(B)にも1成分は観測されていると思われるが、(B)のピークには周期性のノイズが成分に由来するピークに重畳している。この状態でピークの面積や高さを正確に求めることは難しい。
In FIG. 5, the horizontal axis is time (minutes), and the vertical axis is an absorbance chromatogram indicating the amount of light absorbed. In a region where no peak or the like exists, periodic noise is greatly observed and looks like a band. The vicinity of 16 minutes and 31
そこで、図3に示した周期性ノイズ特性解析部21では、元波形の極小点に着目して周期性ノイズの出現領域を識別する。例えば、隣の極小点との距離の標準偏差(SD値)を求める。閾値設定部22は、SD値の3.3×2倍など予め指定された倍率を乗じた閾値を出力する。周期性ノイズ粗抽出部23は、閾値設定部22から出力された閾値(ノイズ抽出閾値)により、周期性ノイズとなる極小点かどうかを判定し、周期性ノイズと判定されたものを周期性ノイズ粗抽出波形として出力する。また、周期性ノイズ粗抽出部23の処理は、クロマトグラムの全域に適用する。
Therefore, the periodic noise
一例を図6、図7を参照して説明する。図6の(A)および(B)のグラフ中の×印は極小点である。ここで隣接する×印間の距離を求め、閾値未満であれば×印間の波形データは有効としている。閾値以上の距離の場合は無効な領域として、前後の有効な領域の×印間を直線で補完して波形データとした。このような処理の結果として求めた波形を図7の(A)、(B)に周期性ノイズ粗抽出波形として示す。図7の(A)、(B)は、それぞれ、図6の(A)、(B)の波形に対応している。 An example will be described with reference to FIGS. The crosses in the graphs of FIGS. 6A and 6B are local minimum points. Here, the distance between adjacent X marks is obtained. If the distance is less than the threshold value, the waveform data between the X marks is valid. When the distance is greater than or equal to the threshold value, the waveform data is obtained by complementing the space between the x marks of the preceding and following effective regions with a straight line as an invalid region. Waveforms obtained as a result of such processing are shown as periodic noise rough extraction waveforms in FIGS. 7A and 7B correspond to the waveforms of FIGS. 6A and 6B, respectively.
図7の(A)に示すように、図6の(A)において周期性ノイズが見られない3本のピークは排除されノイズ部分のみを残すことができる。一方、図6の(B)はピークの全域に周期性ノイズを含んでいるため、図7の(B)には図6の(B)と同じ波形となった。 As shown in FIG. 7A, the three peaks in which no periodic noise is seen in FIG. 6A are eliminated and only the noise portion can be left. On the other hand, since (B) in FIG. 6 includes periodic noise in the entire peak region, the waveform in (B) in FIG. 7 has the same waveform as in (B) in FIG.
ここでは、周期性ノイズの判定として、極小点間の距離に着目したが、横軸の値や縦軸の値のみに着目する方法も考えられる。 Here, as the determination of the periodic noise, attention is paid to the distance between the minimum points, but a method of focusing only on the value on the horizontal axis or the value on the vertical axis is also conceivable.
次に、基準位置計算部24の処理について説明する。図7に示す周期性ノイズは、例えば図7の(B)に示す波形に顕著なように、試料成分の情報なども含んでいる。極力周期性ノイズのみを抽出し、試料成分に由来する信号を排除する目的で、時間ごとの基準位置を求める。ここでは周期性ノイズ判定の結果として得られた波形に対し、前後30秒間のデータによる移動平均を実施し、基準位置とした。図7の(A)、(B)に、基準位置の例を示す。
Next, processing of the reference
周期性ノイズ抽出処理部25では、図7に示す周期性ノイズ粗抽出波形から基準位置の波形を時間ごとに減算し、周期性ノイズ抽出波形26とする。その結果の拡大図を図8の(A)および(B)に示した。ここで求めた波形は周期性ノイズを主な成分としているものの、試料成分などの影響が多少残っている。この波形は、後述するフーリエ変換に利用され、さらには周期性ノイズの再構築の元になるものであり、本来の周期性ノイズに極力近い波形が抽出されることが望ましい。
The periodic noise
(2)フーリエ変換部3(第2ステップ)
図4は、フーリエ変換部3の内部構成図である。図1におけるフーリエ変換部3は、図4に示すように、離散フーリエ変換部31と、振幅スペクトル等計算部32と、振幅スペクトル平滑化部33と、周波数閾値判定部34と、振幅スペクトル改訂部35と、周期性ノイズ重畳部36とを備えている。なお、符号38は、フーリエ変換結果である実数部、虚数部、振幅スペクトル、周波数、位相を記憶する記憶部である。
(2) Fourier transform unit 3 (second step)
FIG. 4 is an internal configuration diagram of the
図4において、まず、離散フーリエ変換部31は、周期性ノイズ抽出波形を離散フーリエ変換し、実数部と虚数部を求める。図9の(A)に示した波形が実数部、図9の(B)に示した波形が虚数部である。
In FIG. 4, first, the discrete
さらに、振幅スペクトル等計算部32は、振幅スペクトルを求め、その各要素に対応する周波数と位相を計算する。図10は周波数成分の強さを示している振幅スペクトルの例を示すグラフである。図9、図10の場合、これらのグラフの横軸は周波数(カウント/分)となる。特に図10には、1カウント/分前後に特徴的なピークがある。
Furthermore, the amplitude spectrum etc.
また、この例では2台のポンプ10、13を0.5mL/分と0.6mL/分で送液しており、それぞれに起因する5、10、15、20、25、30カウント/分と、6、12、18、24、30、36カウント/分の二つのシリーズの周期性ノイズが重畳している。ここで整数倍となる周波数成分のシリーズは、ポンプに由来する周期性ノイズが正弦波や余弦波ではないことに起因する。またシリーズ化されていない1カウント/分前後の周波数領域は周期性ノイズではないと考えられる。
In this example, two
(3)周期性ノイズ再構築部4(第3ステップ、第4ステップ)
図1の周期性ノイズ再構築部4の処理動作について、図4を参照して説明する。
(3) Periodic noise reconstruction unit 4 (third step, fourth step)
The processing operation of the periodic
周期性ノイズを再構築するには、図10に示した振幅スペクトルから周期性ノイズに相当する周波数と振幅を求め、横軸が時間、縦軸が吸光度となる元波形の形式に再構築する必要がある。 In order to reconstruct periodic noise, it is necessary to obtain the frequency and amplitude corresponding to the periodic noise from the amplitude spectrum shown in FIG. 10 and reconstruct it in the original waveform format in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents absorbance. There is.
一般に、離散フーリエ変換で求めた個々の実数部と虚数部の値から、コサイン波の振幅と位相を求めて重畳させる方法と、離散フーリエ変換の結果から周期性ノイズに相当する情報を残して逆フーリエ変換する方法がある。ここでは、前者にて周期性ノイズを再構築した。 In general, the amplitude and phase of the cosine wave are obtained from the values of the individual real part and imaginary part obtained by the discrete Fourier transform and superimposed, and the information corresponding to the periodic noise is retained from the result of the discrete Fourier transform. There is a method of Fourier transform. Here, periodic noise was reconstructed in the former.
まず、前述の1カウント/分前後を排除するための周波数の閾値を求める準備として、振幅スペクトル平滑化を振幅スペクトル平滑化部33が行う。予め設定された窓値に示す点数により、フーリエ変換結果である振幅スペクトルを平滑化し、平滑化振幅スペクトルを作成する。平滑化前の振幅スペクトルの一例を図11の(A)に示し、平滑化した振幅スペクトルの一例を図11の(B)に示した。
First, the amplitude
次に、周波数閾値判定部34は、平滑化振幅スペクトルにおいて最初に観測される1カウント/分前後のピークの裾に相当する周波数を求め、それを閾値(周波数閾値)とする。ノイズ成分は信号成分より周波数が高いと考えられるため、信号成分を除去するためにこの閾値を求める。ただし、閾値の設定は信号成分を除去するために、ここに示した基準とは異なる他の基準を採用することも可能である。閾値の一例を図11の(B)において矢印で示した。
Next, the frequency threshold
さらに、振幅スペクトル改訂部35は、振幅スペクトルから閾値より小さい周波数領域を排除し、改訂振幅スペクトルとする(第3ステップ)。
Further, the amplitude
図11の(C)は、閾値2.5を図11の(A)に示した振幅スペクトルに適用した場合の例である。 FIG. 11C shows an example in which the threshold value 2.5 is applied to the amplitude spectrum shown in FIG.
改訂振幅スペクトルを求めた後は、周期性ノイズ重畳部36は、0以外の振幅の値全てについて、対応する周波数と位相から特定される余弦波の波形を重畳し、周期性ノイズ再構築波形37を求める(第4ステップ)。
After obtaining the revised amplitude spectrum, the periodic
ここで求めた周期性ノイズ再構築波形の例を図12に示す。ここで、図12の(A)、(B)に示す波形は、図8の(A)、(B)に示す波形を処理したものである。 An example of the periodic noise reconstructed waveform obtained here is shown in FIG. Here, the waveforms shown in FIGS. 12A and 12B are obtained by processing the waveforms shown in FIGS. 8A and 8B.
本発明の一実施例では、振幅スペクトルにおいて周期性ノイズかどうかの判定が比較的容易である。これは、周期性ノイズの再構築において、試料成分の情報が混ざる可能性が低く、精度よくノイズを除去できることを意味している。 In one embodiment of the present invention, it is relatively easy to determine whether there is periodic noise in the amplitude spectrum. This means that in reconstructing periodic noise, there is little possibility of mixing sample component information, and noise can be accurately removed.
なお、周期性ノイズかどうかを判定する周波数の閾値は、予め固定値として指定しておく方法がある。また、振幅スペクトルで観測されるピークのシリーズにおいて、最も遅い周波数を与えるピークにより設定する方法も考えられる。例えば、5カウント/分のピークを基準に、−2.5カウント/分など特定の値を減じて閾値とする方法や、5カウント/分のピークの立ち上がり位置を閾値とするなどである。 Note that there is a method in which the frequency threshold for determining whether or not the noise is periodic noise is specified as a fixed value in advance. In addition, a method of setting a peak giving the slowest frequency in a series of peaks observed in the amplitude spectrum is also conceivable. For example, with a peak of 5 counts / minute as a reference, a method of setting a threshold by subtracting a specific value such as −2.5 counts / minute, or using a rising position of a peak of 5 counts / minute as a threshold.
また、振幅スペクトルが示す振幅の値が小さいものは、余弦波の振幅が小さく、再構築される周期性ノイズへの寄与も小さい。そこで、整数倍をとる周波数のシリーズを構成する部分のみ、改訂振幅スペクトルにコピーする方法が処理速度などの点で有効となる。例えば、振幅スペクトルから振幅の数値の標準偏差を求め、その値に一定の係数を乗じて振幅の閾値とし、閾値より大きい振幅を得たものを改訂振幅スペクトルにコピーする方法がある。その際、標準偏差を求める範囲を0〜5カウント/分などと限定し、その区間を移動することにより閾値を変化させるなどの応用が考えられる。 In addition, when the amplitude value indicated by the amplitude spectrum is small, the amplitude of the cosine wave is small and the contribution to the reconstructed periodic noise is small. Therefore, a method of copying only the portion constituting the series of frequencies taking an integral multiple to the revised amplitude spectrum is effective in terms of processing speed. For example, there is a method in which the standard deviation of the numerical value of the amplitude is obtained from the amplitude spectrum, the value is multiplied by a certain coefficient as the amplitude threshold value, and the amplitude obtained larger than the threshold value is copied to the revised amplitude spectrum. In that case, the range which calculates | requires a standard deviation is limited to 0-5 count / min etc., and the application of changing a threshold value by moving the area, etc. can be considered.
5、10、・・・カウント/分のように整数倍となる周波数のシリーズの判定においては、次の別法が考えられる。 In the determination of a series of frequencies that are integer multiples such as 5, 10,...
(a)ピーク判定結果から求める方法
振幅スペクトルから個々のピークを判定し、周波数が整数倍になっているシリーズを求める。
(A) Method for obtaining from peak determination result Individual peaks are determined from the amplitude spectrum, and a series in which the frequency is an integral multiple is obtained.
(b)ポンプの制御情報から導く方法
周期性ノイズは、ポンプが液を送る際の内部のくり返し動作に起因している。送液の流量などの情報から、5カウント/分など繰り返しの頻度を得る。これにより、周波数のシリーズを求める。
(B) Method of Deriving from Pump Control Information Periodic noise is caused by an internal repetitive operation when the pump sends liquid. The frequency of repetition, such as 5 counts / minute, is obtained from information such as the flow rate of the liquid. This determines the frequency series.
(4)ノイズ除去部5(第5ステップ)
ノイズ除去部5は、ノイズ除去として、再構築した周期性ノイズを元波形から減算する。図12の(A)及び(B)は、ノイズ除去部5によりノイズ除去した後の波形を示している。ノイズ除去後の波形はノイズ除去波形記憶部に格納される。
(4) Noise removing unit 5 (fifth step)
The
このように、周期性ノイズが大幅に除外された波形を得ることができた。移動平均などによりノイズを除外する従来の方法では、ピークの幅の広がりや高さが低くなるなど、影響が出やすかった。また、フーリエ変換を用いた従来の方法では、試料成分も除外するなどの影響が出ていた。 In this way, it was possible to obtain a waveform from which periodic noise was largely excluded. The conventional method of excluding noise by moving average or the like is likely to have an effect such as the broadening of the peak width and the reduction of the height. In addition, the conventional method using Fourier transform has an influence such as excluding the sample component.
これに対して、本発明の一実施例によるノイズ除去方法の場合は、それらの影響を極力低減することができる。 On the other hand, in the case of the noise removal method according to one embodiment of the present invention, the influence can be reduced as much as possible.
従来の技術によれば、ノイズ波形を除外するために、フーリエ変換・逆フーリエ変換を用いて試料成分に由来する波形を導出しようとしている。そもそも周期性のない波形を導出するため、離散的フーリエ変換の欠点が障害となっていた。 According to the conventional technique, in order to exclude a noise waveform, a waveform derived from a sample component is derived using Fourier transform / inverse Fourier transform. In the first place, in order to derive a waveform having no periodicity, the drawback of the discrete Fourier transform was an obstacle.
本発明の一実施例では、フーリエ変換、逆フーリエ変換をノイズの再構築に特化することにより、欠点を回避し、精度の向上を図った。フーリエ変換に先立ち、フーリエ変換と相性のよい、周期性ノイズを主な成分とする波形データを求めているところに特徴がある。 In one embodiment of the present invention, the Fourier transform and the inverse Fourier transform are specialized for noise reconstruction, thereby avoiding defects and improving accuracy. Prior to the Fourier transform, there is a feature in that waveform data having a main component of periodic noise, which is compatible with the Fourier transform, is obtained.
ここで、本発明においては、第4ステップで、改訂振幅スペクトルについて、逆フーリエ変換を行い、周期性ノイズ再構築波形を算出することも可能である。 Here, in the present invention, it is also possible to calculate the periodic noise reconstructed waveform by performing inverse Fourier transform on the revised amplitude spectrum in the fourth step.
なお、本発明は必ずしもポストカラム法による場合に限定されず、プレカラム法のクロマトグラフィー装置においても適用可能である。例えば、複数のポンプで複数種類の溶離液の組成を変化させて送液するグラジエント送液方式において生じる周期性のあるノイズが重畳したクロマトグラムにも適用できる。 The present invention is not necessarily limited to the case of the post-column method, and can also be applied to a pre-column method chromatography apparatus. For example, the present invention can be applied to a chromatogram in which periodic noise generated in a gradient liquid feeding method in which a plurality of pumps change the composition of a plurality of types of eluents to feed.
なお、本発明は必ずしも液体クロマトグラフィーに限定されるものではなく、ガスクロマトグラフィーなどでも周期性のあるノイズが重畳したクロマトグラムであれば適用することができる。さらに、検出器についても特に限定する必要はなく、質量分析計を含めクロマトグラムに準ずる波形データを出力するものであればかまわない。 Note that the present invention is not necessarily limited to liquid chromatography, and can be applied to gas chromatographs as long as they have a chromatogram superimposed with periodic noise. Further, the detector is not particularly limited as long as it outputs waveform data according to the chromatogram including the mass spectrometer.
図13は、本発明におけるデータ処理部16において周期性ノイズを除外することを想定したパラメータ入力画面の一例を示す図である。図13に示す入力画面における各入力項目の意味は次のとおりである。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a parameter input screen assuming that periodic noise is excluded in the
「Select Noise Threshold」は、周期性ノイズかどうかを判定するための、ノイズ波形の谷と谷の間の距離の閾値である。この値より大きいと、周期性ノイズとは見なさない。なお、画面中のSDは波形の谷と谷の間の距離の標準偏差であり、例えば元データの0〜3分の領域から求める。そのばらつきを正規分布と見立て、この例では3.3SDの2.0倍を閾値としており、3.3SDの何倍とするかをオペレータにより選択可能となっている。 “Select Noise Threshold” is a threshold of the distance between valleys of a noise waveform for determining whether or not the noise is periodic noise. Above this value, it is not considered as periodic noise. Note that SD in the screen is a standard deviation of the distance between the valleys of the waveform, and is obtained from, for example, an area of 0 to 3 minutes of the original data. The variation is regarded as a normal distribution, and in this example, 2.0 times 3.3SD is set as a threshold value, and the operator can select how many times 3.3SD is set.
「Baseline Calc Window(min)」は、周期性ノイズの基準位置を求めるための移動平均の範囲である。この例では1.0分の範囲を指定している。図13に示した画面例ではクロマトグラムにおける各時間の基準位置をBaseline と呼んでいるが、一般的に言われる試料成分のBaselineを意味するものではなく、周期性ノイズの基準としてのBaselineである。「Baseline Calc Window(min)」はオペレータにより設定の変更が可能である。 “Baseline Calc Window (min)” is a moving average range for obtaining a reference position of periodic noise. In this example, a range of 1.0 minute is specified. In the screen example shown in FIG. 13, the reference position of each time in the chromatogram is called “Baseline”, but it does not mean the baseline of the sample component generally called, but is the Baseline as a reference of periodic noise. . “Baseline Calc Window (min)” can be changed by the operator.
「DFT Select」は、例えば、図10に示すような振幅スペクトルにおいて、特徴的な大きな振幅の周波数成分を抽出するための閾値である。図13に示した例では振幅の標準偏差をSDとして、3.3SDの1.5倍としている。標準偏差は、振幅スペクトルの中央である75カウント/分の振幅から0カウント/分の方向に範囲を拡大しながら求める。また、判定する周波数を中心に、例えば10カウント/分など特定の周波数の範囲を決めて標準偏差を求める。 “DFT Select” is, for example, a threshold value for extracting a frequency component having a characteristic large amplitude in an amplitude spectrum as shown in FIG. In the example shown in FIG. 13, the standard deviation of the amplitude is SD, which is 1.5 times 3.3SD. The standard deviation is obtained while the range is expanded in the direction of 0 count / min from the amplitude of 75 count / min, which is the center of the amplitude spectrum. In addition, a standard deviation is obtained by determining a specific frequency range such as 10 counts / minute around the frequency to be determined.
このようにして閾値を設けることによって、5、6、10、12、・・・カウント/分のように特徴的な振幅の周波数成分を抽出することにより、より効率的な周期的ノイズの再構築を可能としている。3.3SDの何倍とするかについては、オペレータにより選択可能となっている。 By providing a threshold in this way, it is possible to reconstruct a more efficient periodic noise by extracting frequency components having characteristic amplitudes such as 5, 6, 10, 12,... Is possible. 3.3 The number of times of SD can be selected by the operator.
「Frequency」は、周期性ノイズの周波数成分を求める周波数範囲である。図13に示したでは3.5〜75.0カウント/分の範囲。特に、図10の場合0〜3.5カウント/分に見られるピークは周期性ノイズ以外と考えられるため、この部分を排除するように設定する。最後の75.0カウント/分は周波数の最大値となる。 “Frequency” is a frequency range for obtaining a frequency component of periodic noise. The range shown in FIG. 13 is 3.5 to 75.0 counts / minute. In particular, in the case of FIG. 10, since the peak seen at 0 to 3.5 counts / minute is considered to be other than the periodic noise, it is set so as to exclude this portion. The last 75.0 counts / minute is the maximum frequency.
以上のように、本発明によれば、液体クロマトグラフの波形データから、周期的な成分のみを除去し、試料に由来する微量成分の検出を容易にすることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to remove only periodic components from the waveform data of the liquid chromatograph and facilitate detection of trace components derived from the sample.
特に、本発明においては、周期性ノイズ抽出波形を離散フーリエ変換し、振幅スペクトルを平滑化し、周波数が0から大となる方向の最初のピークの裾を閾値とし、平滑化前の振幅スペクトルから、この閾値以下の周波数領域を除去し、信号成分を除去している。これによって、信号成分を良好に除去した周期性ノイズ波形を得ることができ、元波形からノイズ成分のみを除去した信号波形を算出することができる。 In particular, in the present invention, the periodic noise extraction waveform is subjected to discrete Fourier transform, the amplitude spectrum is smoothed, the bottom of the first peak in the direction in which the frequency increases from 0 to the threshold, and the amplitude spectrum before smoothing is The frequency region below this threshold is removed to remove the signal component. Thereby, it is possible to obtain a periodic noise waveform from which signal components have been successfully removed, and to calculate a signal waveform from which only noise components have been removed from the original waveform.
本発明は、液体クロマトグラフで観測される周期性のノイズを除去する基本技術であり、特にポストカラム法における検出下限、定量下限の改善が期待できる。 The present invention is a basic technique for removing periodic noise observed in a liquid chromatograph, and in particular, improvement of the detection lower limit and the quantitation lower limit in the post-column method can be expected.
例えば、ポストカラム法の一種であるBTBポストカラム法では、ギ酸、リンゴ酸、乳酸、酢酸、クエン酸などの有機酸の高感度分析に寄与できる。有機酸は、食品のみならず、医薬品、化学工業、環境分析、バイオなど多くの分野で分析対象とされている。また、OPA(オルトフタルアルデヒド)ポストカラム法では食品や生体試料中のアミノ酸を、NIN(ニンヒドリン)ポストカラム法ではタンパク質、ペプチドおよび、生体試料におけるアミノ酸の分析、リン酸フェニルヒドラジンポストカラム法では糖の分析と、応用範囲は多岐に及ぶ。 For example, the BTB post column method, which is a kind of post column method, can contribute to highly sensitive analysis of organic acids such as formic acid, malic acid, lactic acid, acetic acid, and citric acid. Organic acids are targeted for analysis not only in foods but also in many fields such as pharmaceuticals, chemical industry, environmental analysis, and biotechnology. The OPA (orthophthalaldehyde) post-column method analyzes amino acids in foods and biological samples, the NIN (ninhydrin) post-column method analyzes proteins, peptides, and amino acids in biological samples, and the phenylhydrazine phosphate post-column method uses sugar. Analysis and application range is wide-ranging.
検出下限、定量下限が1桁改善されると、1桁薄い微量成分を分析することができる。一般に、微量成分を分析する場合、目的とする成分を抽出して濃縮するなどの手段が講じられる。たとえば、河川水100リットルを濃縮して目的成分の感度を得ている場合、検出感度が1桁上がれば10分の1の量で済む。 When the detection lower limit and the quantification lower limit are improved by one digit, a trace component that is one digit thinner can be analyzed. Generally, when analyzing a trace amount component, means, such as extracting and concentrating the target component, are taken. For example, when 100 liters of river water is concentrated to obtain the sensitivity of the target component, if the detection sensitivity increases by an order of magnitude, the amount can be reduced to 1/10.
実験動物やヒトなどの生体試料を分析対象とする場合はさらに切実であり、患者由来の病変組織などは分析に必要な量を確保することすら難しい場合も多い。さらに、マウス等のモデル生物を何匹犠牲にするかといった、動物愛護の問題にも波及する。 It is even more compelling when analyzing biological samples such as experimental animals and humans, and it is often difficult to secure the amount of patient-derived diseased tissue necessary for analysis. Furthermore, it will spread to animal welfare issues such as how many model organisms such as mice are sacrificed.
よって、本発明は、試料に由来する微量成分の検出を容易に行うことができることから、分析に必要な量が微量で済み、生体に与える負担を軽減することができる。 Therefore, since the present invention can easily detect a trace component derived from a sample, the amount necessary for the analysis is very small, and the burden on the living body can be reduced.
1・・・元波形記憶部、2・・・周期性ノイズ抽出部、3・・・フーリエ変換部、4・・・周期性ノイズ再構築部、5・・・ノイズ除去部、6・・・ノイズ除去波形記憶部、9・・・周期性ノイズ再構築部波形記憶部、10・・・第1ポンプ、11・・・試料注入装置、12・・・分離カラム、13・・・第2ポンプ、14・・・反応コイル、15・・・検出器、16・・・データ処理部、21・・・周期性ノイズ特性解析部、22・・・閾値設定部、23・・・周期性ノイズ粗抽出部、24・・・基準位置計算部、25・・・周期性ノイズ抽出処理部、26・・・周期性ノイズ抽出波形、31・・・離散フーリエ変換部、32・・・振幅スペクトル等計算部、33・・・振幅スペクトル平滑化部、34・・・周波数閾値判定部、35・・・振幅スペクトル改訂部、36・・・周期性ノイズ重畳部、37・・・周期性ノイズ再構築波形、38・・・フーリエ変換結果記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
抽出した周期性ノイズ信号波形をフーリエ変換し、振幅と周波数とからなる振幅スペクトルを算出する第2のステップと、
算出した振幅スペクトルに存在する信号成分を除去するための周波数閾値を算出し、算出した周波数閾値未満の周波数成分を上記振幅スペクトルから除去し、改訂振幅スペクトルを算出する第3のステップと、
上記改訂振幅スペクトルに基づいて周期性ノイズ信号波形を再構築する第4のステップと、
上記再構築した周期性ノイズ信号波形を上記クロマトグラムから除去する第5のステップと、
を備えることを特徴とするクロマトグラムのノイズ除去方法。 A first step of extracting a periodic noise signal waveform from a chromatogram using a noise extraction threshold;
A second step of Fourier-transforming the extracted periodic noise signal waveform to calculate an amplitude spectrum composed of amplitude and frequency;
A third step of calculating a frequency threshold for removing a signal component present in the calculated amplitude spectrum, removing a frequency component less than the calculated frequency threshold from the amplitude spectrum, and calculating a revised amplitude spectrum;
A fourth step of reconstructing a periodic noise signal waveform based on the revised amplitude spectrum;
A fifth step of removing the reconstructed periodic noise signal waveform from the chromatogram;
A method for removing noise from a chromatogram, comprising:
上記送液部から液体を送液する流路に試料を注入する試料注入部と、
当該注入された試料中に含まれる試料成分を分離する分離カラムと、
上記分離カラムにより分離された試料成分を検出する検出器と、
を備え、
上記データ処理部は、
ノイズ抽出閾値を用いて、クロマトグラムから周期性ノイズ信号波形を抽出する周期性ノイズ抽出部と、抽出した周期性ノイズ信号波形をフーリエ変換し、振幅と周波数とからなる振幅スペクトルを算出するフーリエ変換部と、算出した振幅スペクトルに存在する信号成分を除去するための周波数閾値を算出し、算出した周波数閾値未満の周波数成分を上記振幅スペクトルから除去し、改訂振幅スペクトルを算出し、算出した上記改訂振幅スペクトルに基づいて周期性ノイズ信号波形を再構築する周期性ノイズ再構築部と、上記再構築した周期性ノイズ信号波形を上記クロマトグラムから除去するノイズ除去部とを有することを特徴とするクロマトグラフィー装置。 A liquid feeding section for feeding a liquid;
A sample injection part for injecting a sample into a flow path for supplying liquid from the liquid supply part;
A separation column for separating a sample component contained in the injected sample;
A detector for detecting a sample component separated by the separation column;
With
The data processing unit
Using a noise extraction threshold, a periodic noise extraction unit that extracts a periodic noise signal waveform from a chromatogram, and a Fourier transform that calculates an amplitude spectrum composed of amplitude and frequency by Fourier-transforming the extracted periodic noise signal waveform And a frequency threshold for removing a signal component present in the calculated amplitude spectrum, removing a frequency component less than the calculated frequency threshold from the amplitude spectrum, calculating a revised amplitude spectrum, and calculating the revised A chromatographic apparatus comprising: a periodic noise reconstructing unit that reconstructs a periodic noise signal waveform based on an amplitude spectrum; and a noise removing unit that removes the reconstructed periodic noise signal waveform from the chromatogram. Graphy equipment.
第1のポンプから送られてきた移動相に試料を注入する試料注入部と、
試料が注入された移動相から試料成分を分離する分離カラムと、
上記分離カラムにより分離された試料成分に反応試薬を送り出す第2のポンプと、
試料成分と上記第2のポンプにより送り出された反応試薬とを混合し試料成分を化学的に修飾する反応コイルと、
上記反応コイルにより修飾された試料成分を検出する検出器と、
上記検出器により検出されたクロマトグラムを解析するデータ処理部と、
を備え、上記データ処理部は、
ノイズ抽出閾値を用いて、クロマトグラムから周期性ノイズ信号波形を抽出する周期性ノイズ抽出部と、抽出した周期性ノイズ信号波形をフーリエ変換し、振幅と周波数とからなる振幅スペクトルを算出するフーリエ変換部と、算出した振幅スペクトルに存在する信号成分を除去するための周波数閾値を算出し、算出した周波数閾値未満の周波数成分を上記振幅スペクトルから除去し、改訂振幅スペクトルを算出し、算出した上記改訂振幅スペクトルに基づいて周期性ノイズ信号波形を再構築する周期性ノイズ再構築部と、上記再構築した周期性ノイズ信号波形を上記クロマトグラムから除去するノイズ除去部とを有することを特徴とするクロマトグラフィー装置。 A first pump for feeding the mobile phase;
A sample injection unit for injecting a sample into the mobile phase sent from the first pump;
A separation column for separating sample components from the mobile phase into which the sample has been injected;
A second pump for delivering a reaction reagent to the sample components separated by the separation column;
A reaction coil for mixing the sample component and the reaction reagent delivered by the second pump to chemically modify the sample component;
A detector for detecting a sample component modified by the reaction coil;
A data processing unit for analyzing the chromatogram detected by the detector;
The data processing unit includes:
Using a noise extraction threshold, a periodic noise extraction unit that extracts a periodic noise signal waveform from a chromatogram, and a Fourier transform that calculates an amplitude spectrum composed of amplitude and frequency by Fourier-transforming the extracted periodic noise signal waveform And a frequency threshold for removing a signal component present in the calculated amplitude spectrum, removing a frequency component less than the calculated frequency threshold from the amplitude spectrum, calculating a revised amplitude spectrum, and calculating the revised A chromatographic apparatus comprising: a periodic noise reconstructing unit that reconstructs a periodic noise signal waveform based on an amplitude spectrum; and a noise removing unit that removes the reconstructed periodic noise signal waveform from the chromatogram. Graphy equipment.
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