CN108780074B - 色谱数据处理方法以及色谱数据处理装置 - Google Patents

Abstract

色谱数据处理方法以及色谱数据处理装置，提取在基于处理对象即观测数据的色谱上检测的各峰的波长光谱，制作将其强度值归一化的光谱集合。然后，选择其中一个波长光谱，并以与该光谱的向量方向正交的方式，对基于观测数据的在各测量时间点的波长光谱的向量进行投影。此外，对集合内的各波长光谱的向量也同样地投影。由此，选择的光谱从集合消失。然后，重复上述处理，直到集合内光谱消失，合计所得到的信号。合计后的信号变成表示未知的基线的波形形状的信号，因此通过将其与从观测数据得到的每个波长的色谱进行拟合求出基线的光谱，根据该基线光谱与基线色谱计算每个波长的基线信号。由此，无需用户进行参数的设定等，能够自动推定基线。

Description

色谱数据处理方法以及色谱数据处理装置

技术领域

本发明涉及对三维色谱数据进行处理的色谱数据处理方法以及色谱数据处理装置，更详细而言，涉及用于推定色谱的基线或获取从色谱去除基线后的峰色谱的色谱数据处理方法以及装置，所述三维色谱数据是通过将光电二极管阵列(PDA)检测器等的多通道型检测器或质谱仪用作检测器的液相色谱仪(LC)或气相色谱仪(GC)收集的、除了时间、信号强度以外还具有波长或质荷比等的其他参数。

背景技术

在使用了PDA检测器等的多通道型检测器的LC中，将向流动相注入试样的注入时间点作为基点，相对于从色谱柱出口洗脱的试样液重复获取规定波长范围内的吸收光谱，由此能够得到具有时间、波长以及吸光度(信号强度)这三个维度的三维色谱数据。此外，在液相色谱质谱仪 (LC-MS)或气相色谱质谱仪(GC-MS)中，通过在质谱仪中重复进行规定的质荷比范围内的扫描测量，能够得到具有时间、质荷比以及信号强度(离子强度)这三个维度的三维色谱数据。

图2(a)是由上述LC得到的三维色谱数据的概念图。通过从这样的三维色谱数据提取在特定波长(例如，波长λ₀)的时间方向上的吸光度数据，能够制作如图2(b)所示的在该波长λ₀中的色谱(以下称为“波长色谱”)。此外，通过从三维色谱数据提取在特定的测量时刻(例如时刻tp)的波长方向上的吸光度数据，能够制作该时刻tp的吸收光谱。

在基于这样的色谱数据而对试样所包含的已知的化合物进行定量的情况下，通常，制作该目标化合物对光的吸收最大地显现的吸收波长的波长色谱。然后，在该波长色谱上找出来自目标化合物的峰，计算该峰的面积值，并与预先求出了其面积值的标准曲线进行对照，计算定量值。因此，为了进行准确的定量,重要的是在色谱上精度良好地求出与目标化合物相对应的峰的面积值。

然而，一般来说，波长色谱上存在来自流动相等的基线。此外，也存在来自目标化合物的峰与来自其它化合物的峰重叠的情况。因此，为了准确地求出与目标化合物相对应的峰面积值，需要准确地推定来自流动相等的基线并找出去除了该基线的影响的、真正的峰区域。

用于LC系统的一般的数据处理装置，具备基于由测量得到的色谱波形而自动地推定基线的峰波形处理功能。然而，在自动的波形处理中，无法根据色谱波形的形状而推定适当的基线的情况也较多。因此，如非专利文献1所公开的那样，在以往的数据处理装置中，用户通过手动适当地改变或设定波形处理的参数或适用的波形处理的算法，由此能够推定更适当的基线。

图8是表示基于非专利文献1记载的波形处理，根据色谱波形推定的基线以及峰P的面积值计算对象区域(图中用斜线所示区域)的一例的图。在图8中，(a)是在去除负峰之后将信号零电平作为基线将峰垂直分割的例子，(b)是将各峰的底部之间用直线连接而作为基线的例子， (c)是将各峰的底部之间用曲线连接而作为基线的例子。根据这些例子可知，峰面积值因基线的绘制方法而大不相同。

像这样地，例如在用户判断通过执行某种算法的波形处理而绘制的基线不适当的情况下，通过选择其他的算法的波形处理，求出更适当的基线，从而能够提高峰面积值的精度。然而，在该情况下，用户(例如负责分析的操作员)必须自行判断以下内容：是用直线还是曲线连接相邻的峰的底部，或者在峰的边缘看起来较长地延伸的情况下，将到哪部分为止看作是来自目标化合物的峰的边缘。为了准确地进行这样的判断，操作员需要对峰波形处理具有一定程度的经验或者技术。此外，判断可能会因负责的操作员不同而不同，其结果是，即使原始色谱相同，也可能会在去除了基线的峰色谱波形的形状或峰面积值中产生偏差。

此外，存在于各波长中的波长色谱的基线影响吸收光谱的波形形状。因此，在基于峰出现在吸收光谱中的位置(即吸收波长)而对化合物进行鉴定的情况下，需要按照相互不同波长中的波长色谱而适当地推定基线。然而，由于通过一次测量得到的波长色谱的数量巨大，所以实际上不可能手动地一个一个地对它们进行参数等的设定并执行基线推定处理。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：《对峰波形处理进行确认》，[online],株式会社岛津制作所，2015年11月13日检索，网址<URL： http://www.an.shimadzu.co.jp/hplc/support/lib/lctalk/23/23lab .htm>

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种色谱数据处理方法以及装置，该色谱数据处理方法基于如上所述的三维色谱数据，无需用户进行麻烦的判断以及参数的输入或设定，就能够相对于色谱波形推定适当的基线。

此外本发明的另一目的是提供一种色谱数据处理方法以及装置，该色谱数据处理方法能够分别在每个波长得到的波长色谱或每个质荷比得到的质谱(萃取离子色谱图)中，自动地推定适当的基线。

用于解决上述技术问题的方案

为了解决上述技术问题而完成的本发明的色谱数据处理方法是对三维色谱数据进行处理的色谱数据处理方法，所述三维色谱数据是从测量对象即试样而收集的、具有时间轴、信号强度轴以及第3参数轴，其特征在于，具有：

(a)光谱峰获取步骤，获取与基于处理对象即三维色谱数据生成的色谱上检测的峰相对应的、表示第3参数值与信号强度值的关系的光谱；

(b)基线色谱波形推定步骤，将多维向量投影在与所述光谱峰获取步骤中得到的光谱以向量表达时的向量方向正交的方向上，并求出由此得到的投影向量的大小作为时间序列信号，基于该时间序列信号推定表示色谱中的基线的基线色谱的波形形状，所述多维向量是分别以向量表达根据所述三维色谱数据在各测量时间点的光谱。

此外，本发明的色谱数据处理装置是实施上述本发明的色谱数据处理方法的装置，在对从测量对象即试样收集的、具有时间轴、信号强度轴以及第三参数轴的三维色谱数据进行处理的色谱数据处理装置中，其特征在于，具备：

(a)光谱峰获取部，分别获取与基于处理对象即三维色谱数据生成的色谱上检测的各峰相对应的、表示第3参数值与信号强度值的关系的光谱；

(b)基线色谱波形推定部，将多维向量投影在与所述光谱峰获取部得到的光谱以向量表达时的的向量方向正交的方向上，并求出由此得到的投影向量的大小作为时间序列信号，基于该时间序列信号推定表示色谱中的基线的基线色谱的波形形状，所述多维向量是分别以向量表达根据所述三维色谱数据在各测量时间点的光谱。

相对于包含由色谱仪的色谱柱而在时间方向上分离的各种化合物的试样，在通过PDA检测器等的多通道型检测器重复获取吸收光谱或荧光光谱等，由此来收集三维色谱数据的情况下，上述“第3参数轴”是指波长轴。

此外，相对于包含由色谱仪的色谱柱而在时间方向上分离的各种化合物的试样，在通过由质谱仪重复获取质谱而收集三维色谱数据的情况下，上述“第3参数轴”是指质荷比m/z轴。

进而此外，在通过全二维GC、全二维LC等的全二维色谱仪收集三维色谱数据的情况下，上述“第3参数轴”是指时间(保持时间)。该情况下，三个轴中两个是时间轴，其中一个时间轴的时间刻度大，另一个时间轴表示较细的时间刻度。

此外，在此所说的“三维色谱数据”也可以是通过流动注射分析(FIA ＝FlowInjection Analysis)法代替经由色谱仪的色谱柱而对试样进行成分分离，相对于未成分分离而被导入至PDA检测器等的多通道型检测器或质谱仪的试样得到的数据。

在本发明的色谱数据处理方法以及装置中，将表示第3参数值与信号强度值的关系的光谱、例如将吸收光谱或质谱作为以向量表达的多维向量来处理。例如如果是吸收光谱，则离散的各波长的吸光度的集合是吸收光谱，所以将吸收光谱作为(a(λ1)，a(λ2)，a(λ3)，……， a(λn))表示，能够定义将a(λm)作为成分的多维向量定义。在此，a(λ m)是波长m(λ＝1～n)的吸光度。此外，色谱也能够同样地作为多维向量来处理。

处理对象即上述三维色谱数据，能够对如下的两个向量的直积进行合计而建模化，其中一个向量是在包括时间轴和信号强度轴的两个轴的平面上绘制的、将每个化合物的色谱用向量进行表达，另一向量是在包括第3参数轴(例如波长轴或质荷比轴)与信号强度轴的两个轴的平面上绘制的、将每个测量时间点的光谱用向量进行表达。目前，若试样所含化合物为两种，则相对于该试样得到的三维色谱数据D按照如下等式建模化。

D＝C₁·S₁ ^T+C₂·S₂ ^T

在此，C₁以及C₂分别是相对于第1以及第2的化合物的色谱信号的向量表达，S₁、S₂分别是第1以及第2的测量时间点中的波长光谱信号的向量表达。

如果第1化合物的波长光谱S₁已知，则能够求出与该波长光谱S₁正交的向量R₁，通过将该向量R₁乘以由上述等式表示的三维色谱数据D，则与上述等式的右边的第1化合物相关的项消失，第2化合物的色谱信号C₂乘以常数(波长光谱S₂的向量与向量R₁的内积)而得到的α·C₂。该α·C₂是表示第2化合物的色谱信号C₂的波形形状的向量。即使试样中所含的化合物的数量为3种以上，这个也是相同的。即，可以说在试样中所含的化合物为2种以上的情况下，只要其中1种化合物的波长光谱未知并且所有其他化合物的波长光谱是已知的，则能够求出一种未知化合物的色谱信号的波形形状。

并且，这是指如果将基线视为一种未知化合物的色谱，则在相对于色谱上出现的所有峰(与所有化合物相对应的峰)的波长光谱已知时，求出未知的基线的波形形状。在本发明的色谱数据处理方法以及装置中，根据这样的原理推定基线的波形形状。

即，在本发明的色谱数据处理方法中，在光谱峰获取步骤中，在基于处理对象即三维色谱数据生成的色谱上检测峰，获取分别与所检测的峰对应的光谱。相对于一个峰即相对于一种化合物，只需得到一个光谱即可。由此，除了未知的基线之外的所有化合物的光谱变为已知。然后，在继续实施的基线色谱波形推定步骤中，分别对于根据三维色谱数据的各测量时间点的光谱的向量，使其在如上所述地与峰相对应地得到的光谱的向量方向正交的方向上投影，求出投影向量的大小作为每个测量时间点的信号值即时间序列信号。由此，求出与上述α·C₂对应的信号，即表示基线的波形形状的信号。

另外，在色谱上检测出的峰是多个，与该峰相对应的光谱也是多个的情况下，例如，只要按照与该光谱相对应的向量求出基于与其正交的方向上的投影向量的大小的时间序列信号，并在每个测量时间点对该多个时间序列信号进行合计而求出一个时间序列信号即可。然而，当进行这样的合计时，需要各信号大小的基准必须是一致的，因此，优选是例如在对与各峰相对应的光谱的信号强度进行归一化之后，实施基线色谱波形推定步骤的处理。

即使基线的强度值本身不明，如果可以如上所述地推定基线的波形形状，则基于该推定结果，能够判断例如根据以往的各种各样的基线推定方法而推定的多个基线候补中的哪一个更为适当。

此外，本发明的色谱数据处理方法优选的第1方案，其特征在于，还具有基线光谱推定步骤，对根据所述三维色谱数据生成的每个第3参数值的色谱的一部分或者每个该一部分，进行在所述基线色谱波形推定步骤中得到的基线色谱波形的拟合，由此求出每个第3参数值的基线的信号强度值，基于此推定表示基线中的第3参数值与信号强度值的关系的基线光谱。

如果根据上述第1方案求出基线光谱，则可以得到每个第3参数值的常数α，因此能够求出每个第3参数值的色谱中的基线。由此，也能够对第3参数值例如每个波长或每个质荷比制作去除了基线而仅保留峰的峰色谱。

此外，在本发明的色谱数据处理方法中，优选是，也可以在所述光谱峰获取步骤中，通过使用滤波器，推定色谱上存在峰的时间范围，并在该时间范围内获取与峰对应的光谱，所述滤波器在输入随时间变化缓慢的信号波形时输出零，而在输入随时间变化迅速的信号波形时输出非零。

在此，上述滤波器例如能够使用Savitzky-Golay滤波器等。

一般而言，基线中的信号的时间变化比峰信号的时间变化缓慢得多。因此，通过使用上述特性的滤波器，能够相当准确并且迅速地检测来自化合物的峰。当然，也可以将这种使用滤波器的方法与其他的峰检测方法进行组合使用。

另外，上述滤波器只要具有以如下方式确定的滤波器参数即可：在提供的色谱中，相对于仅存在基线或者推定为仅存在基线的时间范围的信号的输出、与相对于存在峰或者推定为存在峰的时间范围的信号的输出之比最大。

发明效果

根据本发明的色谱数据处理方法以及装置，例如无需用户进行的繁琐的判断并输入或设定参数，而能够以高精度推定在根据三维色谱数据生成的色谱中重叠的基线的波形形状，该三维色谱数据是由使用了PDA 检测器等的多通道型检测器或质谱仪作为检测器的色谱仪收集的。由此，基于基线的波形形状的推定结果，能够准确地判断例如根据以往的各种各样的基线推定方法推定的多个基线候补中的哪一个更为适当，并能够进行高精度的基线校正。

此外，根据本发明的色谱数据处理方法的第1方案，能够推定每个波长、每个质荷比等的色谱中的基线。由此，能够对每个波长或质荷比精度良好地制作去除基线而仅存在峰的峰色谱，例如，能够基于与各化合物对应的峰的准确的面积值进行高精度的定量。

附图说明

图1是具备实施本发明的色谱数据处理方法的数据处理装置的LC装置的一实施例的概略构成图。

图2(a)是表示由LC分析得到的三维色谱数据的概念图，图2(b) 是波长色谱的一例的图。

图3是本实施例的LC装置中的峰波形处理整体的概略流程图。

图4是表示用于获取本实施例的LC装置中的光谱集合{Sn}的具体的步骤的流程图。

图5是基于本实施例的LC装置中的光谱峰的基线色谱波形推定处理的流程图。

图6是表示基线波形与峰波形的分离结果的一例的色谱。

图7是表示基线波形与峰波形的分离结果的一例的波长光谱。

图8是表示根据以往的峰波形处理方法，相对于色谱波形而推定的基线以及峰P的面积值计算对象区域的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的色谱数据处理方法以及装置的一实施例进行说明。

图1是具备实施本发明的色谱数据处理方法的数据处理装置的LC装置的一实施例的概略构成图。

本实施例的LC装置具备LC部1、数据处理部2、输入部3以及显示部4。在LC部1中，送液泵12从流动相容器11抽吸流动相并以恒定流量向注射器13供给流动相。注射器13在规定的时机将试样液注入到流动相中。被注入的试样液被压入流动相并被导入至色谱柱14，在通过色谱柱14的期间该试样液中的各化合物在时间方向上被分离并洗脱。连接于色谱柱14出口的PDA检测器15，相对于随着时间经过依次被导入的洗脱液重复测量在规定的波长范围内的吸光度分布(吸收光谱)。根据该测量得到的信号在模拟数字转换器(ADC)16中转换成数字数据，并作为三维色谱数据输入到数据处理部2。

接收上述数据的数据处理部2具备以下等的功能块：色谱数据存储部21，容纳三维色谱数据；基线推定部22，基于三维色谱数据推定色谱的基线；峰色谱计算部23，使用推定的基线求出去除基线后的峰色谱；定性处理部24，基于求出的峰色谱进行定性处理并鉴定化合物；定量处理部25，基于峰色谱进行定量计算。连接至数据处理部2的输入部3例如是用于用户输入数据处理所需的各种参数等，显示部4用于向客户提示色谱等的图表或定性/定量结果等。

另外，通常数据处理部2的实体是个人计算机或更高功能的工作站，能够构成为通过在该计算机上使预先安装于这些计算机的专用数据处理软件工作，从而具体实现上述各功能块。

在本实施例的LC分析装置中，通过在LC部1中对一个试样执行LC 分析，收集从试样注入时间点即测量开始时间点到测量结束时间点的时间范围内、如图2( a) 所示的三维色谱数据，并将其作为一个数据文件存储于色谱数据存储部21。若用户(以下称为“操作员”)在输入部3中指定作为处理对象的数据文件并指示开始执行峰波形处理，则基线推定部 22以及峰色谱计算部23执行如下所述的特征数据处理。

图3是峰波形处理整体的概略流程图。

在此，将吸收光谱或色谱作为以向量表达的多维向量进行处理。例如如果是吸收光谱，则因为离散的各波长的吸光度的集合是吸收光谱，所以将吸收光谱表示为(a(λ1)，a(λ2)，a(λ3)，……，a(λn))，能够定义以a(λm)作为成分的多维向量。在此，a(λm)是波长m(λ＝1～ n)的吸光度。

处理对象即具有波长、时间、信号强度这三个维度的三维色谱数据 D，能够将以向量表达的色谱信号的直积与以向量表达的波长光谱(吸收光谱)信号的直积进行合计，从而建模化，所述色谱信号表示试样中的每种化合物的时间与信号强度值的关系，所述波长光谱(吸收光谱)信号表示每个测量时刻的波长与信号强度值的关系。即，三维色谱数据D 能够以如下的(1)等式建模化。

D＝C₁.S₁ ^T+C₂.S₂ ^T+…+C_m.S_n ^T…(1)

C₁～C_m表示对第1到第m的化合物的色谱信号的向量表达，S₁～S_n表示从第1到第n的各测量时刻(测量时间点)中的波长光谱信号的向量表达。

在此，规定了以下三点作为推定基线的前提条件。此外，这些条件在LC分析等中是适当的。

[条件A]在处理对象即色谱数据的至少一方的端部(即所有测量时间范围的起点或终点)中，基线是主要的信号成分，除此之外没有有意义的信号成分，即没有来自化合物的信号成分。

[条件B]基线的变动与来自化合物的峰的信号变动相比十分缓慢，即时间变化小。

[条件C]基线的波长光谱不同于任何化合物的波长光谱。

在上述三个条件下，基线推定部22以及峰色谱计算部23，按照以下步骤推定基线，并计算去除了该基线的峰色谱。

首先，基线推定部22从色谱数据存储部21读取LC分析得到的三维色谱数据(以下称为“观测数据”)(步骤S1)，基于从该观测数据求出的波长光谱，推定表示色谱中的基线的时间变化的基线色谱的波形形状(步骤S2)。另外，在此明确的仅是波形形状，每个波长的强度值本身是不明的。

接着，峰色谱计算部23基于在步骤S2中推定的基线色谱波形，推定每个波长的基线色谱的强度值，即基线的波长光谱(以下称为“基线光谱”)(步骤S3)。然后，根据基线色谱的向量与基线光谱的向量的直积，求出每个波长的色谱中的基线信号(步骤S4)，对每个波长通过从观测数据减去基线信号，计算去除了基线而仅存在峰波形的峰色谱(步骤S5)。

对上述步骤S2～S5的各处理进行详细地说明。在此，为了简化说明，对样品中仅包含第1和第2两种化合物的例子进行考虑。在这种情况下，观测数据D由等式(2)表示。

D＝C₁.S₁ ^T+C₂.S₂ ^T…(2)

若现在假设第1化合物的波长光谱S₁为已知，则能够求出与该波长光谱S₁的向量方向正交的向量R₁。如果将该向量R₁乘以观测数据D，则如下面等式(3)所示，能够得到第2化合物的色谱信号C₂的向量乘以常数(波长光谱S₂的向量与向量R₁的内积)的α·C₂。

D·R＝C₁·S₁ ^T·R₁+C₂·S₂ ^T·R₂＝0+C₂·(S₂ ^T·R₂)＝α·C₂…(3)

该α·C₂表示第2化合物的色谱信号C₂的波形形状。

即使试样所包含的化合物的数量为3种以上，只要其中一种化合物的波长光谱未知而其它所有化合物的波长光谱是已知的，就可以说是相同的。并且，这意味着若将基线视为一种未知化合物的色谱，如果已知色谱上出现的所有峰(与所有化合物相对应的峰)的波长光谱，则求出未知的基线的形状。在此，根据这样的原理推定基线。

图5是表示上述步骤S2中的基线色谱波形推定处理的详细步骤的流程图。

基线推定部22对基于观测数据而生成的色谱进行峰检测，提取所有的峰。然后，从观测数据中提取色谱上各峰的峰顶的测量时间点的波长光谱，并获取包括它在内的光谱集合{S_n}(步骤S10)。

此时，为了检测与去除了基线的波长光谱的影响的各化合物对应的峰，利用上述条件B。即，由于基线的时间变动缓慢，所以基线在局部充分地逼近多项式。另一方面，来自色谱中出现的化合物的峰的信号变动与基线的变动相比十分迅速，因此在该峰存在的情况下，在想要逼近多项式时会产生系统性的逼近误差。因为该系统性的逼近误差在存在峰的多个波长中同样发生，所以提取系统误差的数据成为不受基线的影响的、与纯粹的色谱峰相对应的波长光谱。

因此，在此为了检测峰，利用如下的滤波器：对于像存在于基线色谱那样的缓慢变化或仅具有线性或指数函数等简单变化的信号输出零, 而对于峰信号输出非零的系统误差。但是，在存在峰的波长中，需要对于所有的波长都相同地产生系统误差。即，需要不依赖于色谱中基线与峰高的比率,而得到将该峰的高度乘以与峰色谱的形状对应的固定数的值。这意味着可以说该滤波器是线性滤波器。作为这样的滤波器，例如，能够使用Savitzky-Golay滤波器等。

图4是表示用于获取上述步骤S10中的光谱集合{S_n}的具体的步骤的一例的流程图。

首先，基于上述条件A，将测量时间范围的端部中的波长光谱确定为假设的基线光谱(步骤S20)。“端部”包括测量时间范围的起点(测量开始时间点)和终点(测量结束时间点)这两点，虽然可以使用任一个的端部中的波长光谱，但是为了提高基线推定的精度，优选在选择起点的波长光谱时和选择终点的波长光谱时分别实施后续处理，并分别取推定基线的平均等。

接着，使用Savitzky-Golay滤波器对每个波长的色谱信号进行二次函数逼近，以求出该残余(系统误差)信号(步骤S21)。然后，切出每个波长存在残余信号即滤波器输出为非零的时间范围，并求出该时间范围内的波长光谱(步骤S22)。由此，得到对应于色谱上所有峰的波长光谱。然而，在所得到的波长光谱中，如果存在与假设基线光谱基本相同的波长光谱的情况下，则将其废弃(步骤S23)。这是因为这样的光谱可能导致运算错误。

通过如上所述地收集最终得到的波长光谱来制作光谱集合{S_n}(步骤S24)。

返回到图5继续进行说明。如果在步骤10中得到光谱集合{S_n}，则对于该集合{S_n}中包含的各波长光谱进行使L2范数变为1的归一化(步骤S11)。然后，从归一化后的光谱集合{S_n’}中，选择相对于基线光谱的向量方向正交的成分(正交方向上的向量的大小)最大的波长光谱S_max (步骤S12)，判断该正交成分是否小于预先确定的规定值(步骤S13)。在最大正交成分的值小于规定值的情况下，若判断不存在应当分离的峰，则从步骤S13进行到S17。

另一方面，最大正交成分的值在规定值以上，则从步骤S13进行到 S14，以与所选波长光谱S_max的向量方向正交的方式，分别对基于观测数据的各测量时间点的波长光谱的向量进行投影(步骤S14)。具体而言，将在某个测量时间点中的波长光谱的向量作为A时，将其更新为 A-(A·S_max)·S_max。进而，对光谱集合{Sn’}所含的所有波长光谱的向量，也以与上述波长光谱S_max的向量方向正交的方式进行投影(步骤S15)。由此，所选波长光谱S_max的向量的大小变为零，因此从光谱集合{S_n’}被去除。此后，判断光谱集合{S_n’}中是否剩下波长光谱(步骤S16)，如果剩下，则从步骤S16返回到S12，重复步骤S12～S16的处理。

在步骤S16中判断为否的情况下，或者在步骤12中判断为否的情况下，存在将仅剩下正交成分的观测数据乘以各种各样的系数而得到的色谱信号C₂。即，存在α值为各种各样的α·C₂。此时，该常数α可能是负极性。因此，在将求出的色谱信号α·C₂的常数α与正极性对齐的基础上，在每个测量时间点对所有该色谱信号的信号值进行合计，由此计算表示基线色谱波形的信号(步骤S17)。这样能够推定基线色谱波形。

接着，对上述步骤S3中的基线色谱推定的步骤进行说明。

根据上述条件A，由于测量时间范围的端部的信号仅是基线信号，所以为了匹配其高度即信号电平，只要拟合上述推定的基线色谱波形即可。然而，例如，由于噪声等的影响，存在使用在测量时间范围的端部的信号作为拟合的基准未必适当的情况。因此，以根据经验确定的适当的划分数对整个测量时间范围进行分割而求出多个局部时间范围，对每个局部时间范围尝试如上述那样的拟合，然后，将拟合情况最良好的局部时间范围看作是仅存在基线成分的时间范围。

在此，按照如下步骤进行拟合状况是否良好的判断即可。

首先，在每个波长且在每个局部时间范围，基于观测数据对色谱进行基线的拟合并计算残余信号。将该残留信号的L1范数作为表示拟合中的误差程度的分数值。即，拟合越良好，得分值越小。

然而，在基线逐渐变大时，色谱的推定误差也随之而存在变大的倾向。因此，为了校正该影响，优选是求出局部时间范围内的输入信号的峰-峰(Peak-to-peak)值，以该值的平方根除以分数值即可。此外，在分数值接近即分数值差在规定范围以内的局部时间范围为多个的情况下，以优先地处理接近推定为仅存在基线的测量时间范围的端部的局部时间范围的方式，将接近该端部的局部时间范围中的1倍、远离端部的部分时间范围中最大6倍的权重乘以分数值即可。然后，在每个局部时间范围对各波长所得到的分数值进行合计，并且计算相对于该局部时间范围的最终分数值。在该合计时，也可以例如基于经验知识或装置的SN比的测量结果等来进行加权。

如果以这种方式分别求出每个局部时间范围的分数值，则选择其中给出的最小的分数值的局部时间范围作为基线区间。然后，根据该基线区间中的基线，确定基线的每个波长的强度，即基线光谱。

另外，残余信号的评价基准不限于L1范数，也可以使用L2范数或最大-最小值等。此外，除了通过对每个局部时间范围进行划分来尝试拟合之外，也可以通过使用移动窗口或加权移动窗口对每个窗口尝试拟合。

如上所述，求出基线色谱波形以及基线光谱。如前所述，这些直积成为推定的每个波长的基线信号。并且，从基于观测数据得到的每个波长的色谱减去该波长中的基线，能够求出基线校正后的即去除基线影响的峰色谱。

图6是表示在使用本实施例的色谱数据处理方法时的基线信号与峰信号的分离结果的一例的色谱，图7是表示相同分离结果的一例的光谱。这些是对有意地将指数函数的基线分别添加到在实际测量中得到的色谱以及波长光谱中的数据，通过应用上述峰波形处理尝试分离基线信号与峰信号的结果。图6(b)是在图6(a)中峰存在的时间范围以及该峰的隆起部分的放大图。根据该图6(b)，在峰存在的时间范围能够良好地推定曲线状的基线，由此可知峰信号被良好地从基线分离。此外，从图 7可知，在波长光谱中峰信号和基线信号也被良好地分离。

另外，在上述说明的处理中，虽然利用色谱的基线推定结果求出峰色谱，但也可以原样利用基线推定结果而不进行去除基线的处理，而将该推定结果用于选择以各种方法或算法求出的基线。

例如，如图8的例子所述，以往的数据处理装置搭载有波形处理功能，自动地求出利用直线基线或高斯函数等的曲线基线等。因此，如果通过如上所述的数据处理获得基线推定结果，则也可以参照该基线推定结果在通过现有的多个波形处理求出的基线中选择最适当的基线。

此外，根据本实施例的数据处理方法，首先求出各色谱上的峰的纯波长光谱，然后依次求出基线色谱波形、基线光谱。因此，也可以在求出各色谱上的峰的纯波长光谱的阶段，根据出现在该波长光谱中的吸收峰的波长等对化合物进行鉴定。

此外，在上述实施例中的色谱数据处理方法或LC分析装置是本发明的一例，即便在本发明的主旨的范围内进行适当的变形、添加、修改，也当然被本申请专利的权利要求所包含。

例如，在本发明中，获取处理对象即三维色谱数据的色谱的检测器，可以不是如上所述的PDA检测器等的多通道型检测器，也可以是能够进行高速波长扫描的紫外可见分光光度计、红外分光光度计、近红外分光光度计、荧光分光光度计等。此外，也可以是如上所述地将质谱仪作为检测器的液相色谱质谱仪或气相色谱质谱仪。

此外，并非是通过色谱仪的色谱柱的分析，而在利用PDA检测器等检测通过流动注射分析(FIA)法导入的试样的情况下得到的数据也是具有时间、波长以及吸光度这三个维度的三维数据，实质上与通过液相色谱仪收集的三维色谱数据相同。因此，很明显本发明也可以应用于对这样的数据进行处理的装置。

附图标记说明

1 LC部

11 流动相容器

12 送液泵

13 注射器

14 色谱柱

15 PDA检测器

2 数据处理部

21 色谱数据存储部

22 基线推定部

23 峰色谱计算部

24 定性处理部

25 定量处理部

3 输入部

4 显示部

Claims (5)

1.一种色谱数据处理方法，对从测量对象的试样收集的、具有时间轴、信号强度轴以及第3参数轴的三维色谱数据进行处理，其特征在于，具有：

(a)光谱峰获取步骤，分别获取与在基于处理对象即三维色谱数据生成的色谱上检测的各峰相对应的、表示第3参数值与信号强度值的关系的光谱；

(b)基线色谱波形推定步骤，将多维向量投影在与所述光谱峰获取步骤中得到的光谱以向量表达时的向量方向正交的方向上，并求出由此得到的投影向量的大小作为时间序列信号，基于该时间序列信号推定表示色谱中的基线的基线色谱的波形形状，所述多维向量是分别以向量表达根据所述三维色谱数据在各测量时间点的光谱；

还具有基线光谱推定步骤，对根据所述三维色谱数据生成的每个第3参数值的色谱的一部分或者每个该一部分，进行在所述基线色谱波形推定步骤中得到的基线色谱波形的拟合，由此求出每个第3参数值的基线的信号强度值，基于此推定表示基线中的第3参数值与信号强度值的关系的基线光谱。

2.如权利要求1所述的色谱数据处理方法，其特征在于，在所述光谱峰获取步骤中，通过使用滤波器，推定色谱上存在峰的时间范围，并在该时间范围内获取与峰对应的光谱，所述滤波器在输入随时间变化缓慢的信号波形时输出零，而在输入随时间变化迅速的信号波形时输出非零。

3.如权利要求2所述的色谱数据处理方法，其特征在于，所述滤波器是Savitzky-Golay滤波器。

4.如权利要求2所述的色谱数据处理方法，其特征在于，所述滤波器具有以如下方式确定的滤波器参数：在提供的色谱中，相对于仅存在基线或者推定为仅存在基线的时间范围的信号的输出、与相对于存在峰或者推定为存在峰的时间范围的信号的输出之比最大。

5.一种色谱数据处理装置，对从测量对象的试样收集的、具有时间轴、信号强度轴以及第3参数轴的三维色谱数据进行处理，其特征在于，具备：

(a)光谱峰获取部，分别获取与在基于处理对象即三维色谱数据生成的色谱上检测的各峰相对应的、表示第3参数值与信号强度值的关系的光谱；

(b)基线色谱波形推定部，将多维向量投影在与所述光谱峰获取部得到的光谱以向量表达时的向量方向正交的方向上，并求出由此得到的投影向量的大小作为时间序列信号，基于该时间序列信号推定表示色谱中的基线的基线色谱的波形形状，所述多维向量是分别以向量表达根据所述三维色谱数据在各测量时间点的光谱，

(c)基线光谱推定部，对根据所述三维色谱数据生成的每个第3参数值的色谱的一部分或者每个该一部分，进行在所述基线色谱波形推定部中得到的基线色谱波形的拟合，由此求出每个第3参数值的基线的信号强度值，基于此推定表示基线中的第3参数值与信号强度值的关系的基线光谱。

Images