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Die
Erfindung betrifft einen Chromatographen, und spezieller einen Chromatographen,
der ein Verfahren mit gleitendem Mittelwert zum Verringern von Störsignalen
in den Daten verwendet.
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Zur
Störsignal-Verringerung
existieren die folgenden drei Verfahren, die in Chromatographen
im allgemeinen verwendet werden:
- – ein erstes
Verfahren verwendet eine RC-Schaltung aus einer Spule und einem
Kondensator in einer Ausgangsstufe für ein analoges Signal, um Störsignale
mit kurzem Zyklus zu verringern;
- – ein
zweites Verfahren setzt ein analoges Signal in ein digitales Signal
um, das dann exponentieller Glättung
unterzogen wird, was ähnliche
Wirkung wie eine RC-Schaltung hat, um ein Ausgangssignal herzuleiten;
- – ein
drittes Verfahren, wie es im Dokument JP-A-62-291562 angegeben ist,
setzt ein analoges Signal in ein digitales Signal um und wendet
dann ein Verfahren mit gleitendem Mittelwert unter Verwendung einer Anzahl
von Datenpunkten des digitalen Signals zur Störsignal-Verringerung an, woraufhin ein
Ausgangssignal hergeleitet wird. Als bei einem gleitenden Mittelwert
verwendete Gleichung ist die Gleichung gemäß Savostzky & Golay geeignet.
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Wenn
die erste und zweite Technik eine Schaltung oder eine Glättungsgleichung
verwenden, die für einen
starken Störsignal-Verringerungseffekt
sorgt, wird in die benötigten
Signale auch eine Verzerrung eingeführt, was zu einer Beeinträchtigung
der Signaltrennung führt.
Außerdem
verringert eine derartige Schaltung oder Glättungsgleichung auch die Signalhöhe (Spitzenwerthöhe), so
dass kein verbessertes Signal/Rauschsignal-Verhältnis (nachfolgend als S/R-Verhältnis bezeichnet)
erzielt werden kann, was ein wesentliches Ziel dieser Techniken
ist.
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Bei
der dritten Technik wird das analoge Signal mit regelmäßigen Intervallen
abgetastet, um es in ein digitales Signal umzusetzen, wobei die
digitalen Abtastwerte an einer vorbestimmten Anzahl von Abtastpunkten
vor und nach jedem Abtastpunkt für
jeden Abtastzeitpunkt gemittelt werden. Diese Technik kann Störsignale
verringern, ohne dass in die benötigten
Signale eine Verzerrung eingeführt
wird, und demgemäß kann das S/R-Verhältnis dadurch
verbessert werden, dass die Anzahl der bei der Bildung des gleitenden
Mittelwerts verwendeten Datenabtastwerte erhöht wird oder das Datenintervall
(Abtastintervall) erhöht
wird. Diese Art der Mittelwertberechnung, jedoch ohne Bezug auf
die Chromatographie, ist aus
US
5,068,818 bekannt.
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Jedoch
leidet das dritte Verfahren unter einer Verzögerung des Ausgangssignals
hinsichtlich des echten Signals. Wenn z. B. der gleitende Mittelwert
unter Verwendung von elf Datenabtastwerten an Abtastpunkten angewandt
wird, die um ein Abtastintervall von 100 ms beabstandet sind, ist
das Ausgangssignal um 500 ms gegenüber dem echten Signal (später beschrieben)
verzögert.
Insbesondere dann, wenn die Anzahl der bei der Bildung des gleitenden
Mittelwerts verwendeten Anzahl von Datenpunkten (Anzahl von Abtastwerten) erhöht wird,
um einen größeren Störsignal-Verringerungseffekt
zu erzielen, wird auch die Verzögerung
größer. Auch
dann, wenn sich der Störsignal-Verringerungseffekt
häufig ändert, ändert sich
in ähnlicher
Weise die Verzögerungszeit
häufig
gegenüber
dem echten Signal.
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Ein
Chromatograph verwendet eine Haltezeit zum Identifizieren von Komponenten
einer Probe. Die Haltezeit erstreckt sich vom Zeitpunkt, zu dem
eine Probe in eine Säule
eingespeist wird und Komponenten der Probe aus der Säule eluieren,
bis zum Zeitpunkt, zu dem die Komponenten als Spitzenwerte beobachtet werden.
Daher würde
eine Verzögerung
beim Bereitstellen von Ausgangsdaten, und insbesondere eine variierende
Verzögerung
aufgrund einer Änderung
der Messcharakteristik einer genauen Identifizierung hinderlich sein.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Chromatographen zu schaffen,
der Komponenten einer Probe selbst dann genau identifizieren kann,
wenn zur Störsignalverringerung
ein Verfahren mit gleitendem Mittelwert verwendet wird.
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Diese
Aufgabe ist durch den Chromatographen gemäß dem beigefügten Anspruch
1 gelöst.
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Da
sich bei diesem Chromatographen die Haltezeit nie aufgrund einer
Verzögerung
zum Erzeugen des Mittelungssignals gemäß dem gleitenden Mittelwert ändert, ist
die Aufgabe der Erfindung gelöst.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 ist ein Blockdiagramm,
das schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Chromatographen
veran schaulicht;
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2 ist ein Blockdiagramm,
das einen speziellen Aufbau eines Detektors in 1 veranschaulicht;
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3 ist ein Blockdiagramm,
das schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Chromatographen
veranschaulicht;
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4 ist ein Kurvenbild, das
ein durch das Ausführungsbeispiel
der Erfindung erzeugte Chromatogramm im Vergleich mit einem solchen
gemäß einem
bekannten Beispiel zeigt; und
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5 ist ein zeitbezogenes
Diagramm zum Erläutern
der Funktion des erfindungsgemäßen Chromatographen.
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In 1 stellen durchgezogene
Linien die Strömung
einer mobilen Phase dar, während
gestrichelte Linien Signalflüsse
darstellen. Auch zeigt 5 ein
zeitbezogenes Diagramm für
Eingangs- und Ausgangssignale an jeweiligen Komponenteneinheiten
des Chromatographen.
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Eine
Eluierungslösung,
die eine mobile Phase ist, wird durch eine Pumpe 2 unter
Druck gesetzt und mit gleichmäßiger Strömungsrate
einer Säule 4 zugeführt. von
einer Proben-Einspeiseeinrichtung 3 wird eine Probe injiziert
und durch die Säule 4 in
Komponenten aufgeteilt, die von einem Detektor 5 erfasst
werden, der dann ein elektrisches Signal erzeugt. Das Ausgangssignal 6 des
Detektors 5 wird durch einen Datenprozessor 7 überwacht,
der eine Verarbeitung zum Herleiten von Daten in Zusammenhang mit
einem sogenannten Chromatogramm ausführt, wie Berechnungen für das Chromatogramm,
zu Positionen und Höhen
von Spitzenwerten im Chromatogramm usw. Im Ergebnis werden Komponenten
durch zugehörige
Spitzenwertpositionen identifiziert, d. h. durch Zeitpunkte (Haltezeiten) ab
dem Einspeisen der Probe in die Säule 4 bis zur Erfassung des
Signals, und eine quantitative Bestimmung der jeweiligen Komponenten
kann aus den Stärken
von Signaländerungswerten
(Spitzenwerthöhen)
erfolgen, wie als Spitzenwerte beobachtet.
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Das
Vorstehende ist eine allgemeine Beschreibung zur Verarbeitungsfunktion
eines Chromatographen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, zusätzlich zum
vorstehend angegebenen Betrieb, ein Probeneinspeise-Zeitpunktsignal 8 von
der Proben-Einspeiseeinrichtung 3 an den Detektor 5 geliefert,
wobei dieses Probeneinspeise-Zeitpunktsignal 8 dazu dient,
ein Datensammel-Verarbeitungsstartsignal 9 zu erzeugen,
das um eine Zeit verzögert
ist, die einer Signalverzögerung
aufgrund der Berechnung des gleitenden Mittelwerts entspricht, wie
sie vom Detektor 5 zur Filterung ausgeführt wird, um Störsignale
zu verringern. Das Datensammel-Verarbeitungsstartsignal 9 wird
dann an den Datenprozessor 7 gegeben.
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Gemäß 2 besteht der Detektor 5 aus
einer CPU 10, einem Speicher 11, einer Anzeige 12 zum Anzeigen
von Signalwerten und Einstellbedingungen, einer Eingabeeinrichtung 13 zum
Eingeben von Messbedingungen, einschließlich der Bedingung eines gleitenden
Mittelwerts (Anzahl zu mittelnder Datenpunkte = Anzahl von Abtastwerten)
usw.
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Ein
Signal 14, das eine Änderung
in einer Eluierungslösung
anzeigt (Absorptionssignal, wenn ein Absorptionsdetektor verwendet
wird), wird mit regelmäßigen Intervallen
durch einen A/D-Wandler 15 abgetastet (hier Intervalle
von 100 ms), um in ein digitales Signal umgesetzt zu werden. Das
digitale Signal erfährt
entsprechend dem Verfahren für
einen gleitenden Mittelwert eine Verringerung von Störsignalen,
und zwar mit den Bedingungen für
den gleitenden Mittelwert, wie sie durch die CPU 10 über die
Eingabeeinrichtung 13 ein gestellt wurden.
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Die
mittels der Eingabeeinrichtung 13 eingegebenen Bedingungen
für den
gleitenden Mittelwert sind dadurch bestimmt, dass eine zeitliche
Breite für
Daten eingestellt wird, die bei der Verarbeitung in Zusammenhang
mit dem Verfahren des gleitenden Mittelwerts verwendet werden (nachfolgend
als "Ansprechzeit" bezeichnet). Wenn
z. B. angenommen wird, dass die Ansprechzeit auf "eine Sekunde" eingestellt ist,
werden, da das Abtastintervall 100 ms beträgt, Datenabtastwerte
für elf
Datenpunkt, einschließlich
fünf Punkten
vor und nach einem aktuellen Datenpunkt, bei der Verarbeitung in
Zusammenhang mit dem Verfahren des gleitenden Mittelswerts verwendet.
Auf ähnliche
Weise werden, wenn die Ansprechzeit auf "zwei Sekunden" eingestellt ist, Datenabtastwerte an
21 Punkten verwendet, und wenn sie auf "vier Sekunden" eingestellt ist, werden Datenabtastwerte
an 41 Punkten verwendet.
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Dann
werden die verarbeiteten Daten durch einen D/A-Wandler 16 in ein
analoges Signal umgesetzt und als Ausgangssignal 6 an den
Datenprozessor 7 geliefert. In diesem Fall sind die durch
das Ausgangssignal 6 repräsentierten Daten um eine Zeit
verzögert,
die der Zeit entspricht, die dazu erforderlich ist, die Verarbeitung
zur Verringerung von Störsignalen
auszuführen,
wobei die Verzögerung
gegenüber
denjenigen Daten besteht, die unmittelbar vom A/D-Umsetzer 15 in
die CPU 10 eingegeben werden (siehe 5). Wenn z. B. die Ansprechzeit auf "eine Sekunde" eingestellt ist,
wird, da Datenabtastwerte an fünf
Punkten (Abtastpunkten) vor und nach dem aktuellen Datenwert zusätzlich zu
diesem erforderlich sind, eine Verzögerungszeit für den letzteren
Abschnitt mit fünf
Punkten (500 ms) hinzugefügt.
Allgemein gesagt, wird eine längere
Verzögerungszeit
zum Ausgangssignal proportional zur Ansprechzeit hinzugefügt, wobei
jedoch eine längere
Ansprechzeit für
einen größeren Effekt
hinsichtlich einer Verringerung von Störsignalen sorgt.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt das Ausgangssignal der CPU 11 in
Form einer Liste für
den Fall, dass eine Verringerung von Störsignalen für ein Eingangssignal (digitales
Eingangssignal in die CPU 10 nach A/D-Umsetzung) ausgeführt wird,
wobei die Ansprechzeit auf "eine
Sekunde" eingestellt
ist.
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Wie
oben angegeben, werden zum Erfassen eines Datenabschnitts von einer
Sekunde Eingangs-Abtastwerte für
insge samt elf Punkte, d. h. jeweils fünf Punkte vor und nach dem
Bezugs-Eingabezeitpunkt für der
Mittelung unterzogene Daten und der Eingabe-Abtastwert zum Bezugs-Eingabezeitpunkt
gemittelt und ausgegeben, wenn das Abtastintervall auf 100 ms eingestellt
ist. Genauer gesagt, werden, wenn angenommen wird, dass ein Zeitpunkt
Tn einen Bezugspunkt bildet, Eingangs-Abtastwerte
(Dn-5 bis Dn+5)
an elf Abtastpunkten von Tn-5 bis Tn+5 zueinander addiert, und die Summe wird
durch "11" geteilt, um ein
Ausgangssignal On herzuleiten. Bei dieser Verarbeitung wird, da
elf Datenabtastwerte addiert und durch 11 geteilt werden,
um den Mittelwert herzuleiten, der Störsignalwert theoretisch auf
1 durch Wurzel 11 verringert.
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In
diesem Fall tritt eine Intervallen zwischen fünf Punkten entsprechende Signalverzögerungszeit
(500 ms) zwischen dem Eingangssignal Dn und
dem Ausgangssignal On auf, wie es in der Tabelle 1 dargestellt ist. Auf ähnliche
Weise tritt eine zehn Punkte Intervallen entsprechende Verzögerung von
1 Sekunde auf, wenn die Ansprechzeit auf "zwei Sekunden" eingestellt ist, und eine 20 Punkte
Intervallen entsprechende Verzögerung
von zwei Sekunden tritt auf, wenn die Ansprechzeit auf "vier Sekunden" eingestellt ist.
Daher würden, wenn
ein Ausgangssignal mit einer Verzögerungszeit vom Datenprozessor 7 empfangen
und einer Datenverarbeitung zum Herleiten von Daten betreffend ein
Chromatogramm unterzogen würden,
diese Ausgangsdaten mit einer um die Verzögerungszeit erhöhten Haltezeit
ausgegeben werden, was der Identifizierung der Komponenten einer
Probe hinderlich wäre.
(Gemäß dem zeitbezogenen
Diagramm von 5 startet
der Datenprozessor 7 mit der Verarbeitung zu einem durch
eine gestrichelte Linie gekennzeichneten Startzeitpunkt.)
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Um
dieses Problem zu überwinden,
ist die Proben-Einspeiseeinrichtung 3 bei diesem Ausführungsbeispiel
mit einer Einrichtung zum Erzeugen des Probeneinspeise-Zeitpunktsignals 8 versehen,
so dass dieses Signal dann in den Detektor 5 eingegeben
wird, wenn eine Probe mittels der Proben-Einspeiseeinrichtung 3 eingespeist
wird. Der Detektor 5 ist seinerseits mit einer Einrichtung
versehen, die auf das in den Detektor 5 eingegebene Probeneinspeise-Zeitpunktsignal 8 reagiert,
um das Datensammel-Verarbeitungsstartsignal 9 mit einem
Intervall einer Verzögerungszeit
zu erzeugen, die aus einer zuvor eingestellten Ansprechzeit berechnet
wurde, so dass der Detektor 5 das Datensammel-Verarbeitungsstartsignal 9 zusammen
mit dem Ausgangssignal 6 an den Datenprozessor 7 liefert.
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Dann
anerkennt der Datenprozessor 7 die Gültigkeit des Ausgangssignals 6 erst,
nachdem das Datensammel-Verarbeitungsstartsignal 9 in ihn
eingegeben wurde, und er startet die Datenverarbeitung betreffend
ein Chromatogramm. (Gemäß dem zeitbezogenen
Diagramm von 5 startet
der Datenprozessor 7 die Verarbeitung zu einem durch eine
durchgezogene Linie gekennzeichneten Startzeitpunkt.)
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Das
Verzögerungsintervall
zwischen dem Ausgabezeitpunkt des Datensammel-Verarbeitungsstartsignals 9 und
dem Probeneinspeise-Zeitpunktsignal 8 ist eindeutig bestimmt,
wenn das Abtastintervall und die Anzahl von Abtastwerten (Ansprechzeit)
vorgegeben sind. (Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt, da das Abtastintervall
100 ms ist, das Verzögerungsintervall
500 ms, wenn die Ansprechzeit eine Sekunde ist; es beträgt eine
Sekunde, wenn die Ansprechzeit zwei Sekunden beträgt, und
es beträgt
zwei Sekunden, wenn die Ansprechzeit vier Sekunden beträgt.)
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Daher
kann selbst dann, wenn die Einstellung für die Ansprechzeit häufig geändert wird,
um für
eine Einstellung eines Störsignal-Verringerungseffekts
zu sorgen, der Ausgabezeitpunkt des Datensammel-Verarbeitungsstartsignals 9 au tomatisch
im Detektor 5 auf Grundlage der eindeutig bestimmten Verzögerungszeit geändert werden,
was es ermöglicht,
immer ein Chromatogramm ohne jede Verzögerung hinsichtlich der Haltezeit
im Datenprozessor 7 zu erzeugen.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 3 kennzeichnen durchgezogene
Linien die Strömung
einer mobilen Phase, während
gestrichelte Linien Signalflüsse
kennzeichnen, ähnlich
wie in 1. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
ist eine Steuerung 20 vorhanden, um einen Detektor 5,
eine Pumpe 2 usw. anzusteuern. Die Ansprechzeit des Detektors 5 wird
als eine der Messbedingungen von der Steuerung 20 eingestellt
und als Bedingungs-Einstellsignal 21 an den Detektor 5 geliefert.
Wenn von einer Proben-Einspeiseeinrichtung 3 ein Probeneinspeise-Zeitpunktsignal 8 in
die Steuerung 20 eingegeben wird, wird von der Steuerung 20 ein
Gradientenstartsignal 25 synchron mit dem Probeneinspeise-Zeitpunktsignal 8 an
die Pumpe 2 gegeben. Ein Datensammel-Verarbeitungsstartsignal 9 wird,
auf ähnliche
Weise wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel,
mit einer der Ansprechzeit entsprechenden Verzögerungszeit ab der Eingabe
des Probeneinspeise-Zeitpunktsignals 8, ausgegeben.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
variiert die Haltezeit im Datenprozessor 7 selbst dann
nie, wenn die Einstellung der Ansprechzeit häufig geändert wird, um einen Störsignal-Verringerungseffekt
einzustellen. Außerdem
ist es bei diesem Ausführungsbeispiel
möglich,
gleichzeitig ein Signal zu behandeln, das in wünschenswerter Weise mit dem
Einspeisen einer Probe synchronisiert ist (wenn ein Gradienten-Eluiervorgang gestartet
wird oder dergleichen), was die Erfindung in einem derartigen Fall
effektiv macht, in dem Komponenten einer mobilen Phase während der
Analyse geändert
werden.
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Hinsichtlich
der Chromatogramme in 4 kennzeichnet
eine Kurve 22 ein Chromatogramm, das ohne jede Verarbeitung
zum Verringern von Störsignalen
hergeleitet wurde. Im Gegensatz zu diesem Chromatogramm 22 kennzeichnet
eine Kurve 23 ein Chromatogramm, das mit einer Verarbeitung
zur Verringerung von Störsignalen
gemäß einem
Verfahren zum Ermitteln des gleitenden Mittelwerts hergeleitet wurde,
jedoch ohne die Verarbeitung gemäß der Erfindung.
Während
im Chromatogramm 23 Störsignale
verringert sind, sind die Positionen von Spitzenwerten verschieden
von denen im Chromatogramm 22, und die Haltezeit ist völlig verschoben.
Durch eine Kurve 24 ist ein Chromatogramm gekennzeichnet,
das durch Realisieren der Erfindung hergeleitet wurde. Dieses Chromatogramm 24 zeigt
verringerte Störsignale
sowie Spitzenwerte im wesentlichen an denselben Positionen wie denen
im Chromatogramm 22.
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Gemäß der Erfindung
ist es, wie oben beschrieben, möglich,
einen Chromatographen zu realisieren, der selbst dann frei von jeder Änderung
der Haltezeit ist, wenn zur Verringerung von Störsignalen ein Verfahren mit
gleitendem Mittelwert verwendet wird. Es ist auch möglich, einen
Chromatographen zu realisieren, der selbst dann dauernd eine Verzögerung der
Haltezeit beseitigt, wenn sich ein Effekt zur Verringerung von Störsignalen ändert.
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Aus
dem Vorstehenden ist es daher ersichtlich, dass die Erfindung einen
Chromatographen schafft, der Komponenten einer Probe selbst dann
genau identifizieren kann, wenn zur Verringerung von Störsignalen ein
Verfahren mit gleitendem Mittelwert verwendet wird.
