JP2002517722A - プロセス制御 - Google Patents
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Abstract
Description
分混合物を分析するための流れをベースにした分離プロセスおよび/または流れ
分析プロセスをモニタすることに関する。
ラフィ(GC)、毛管電気泳動法(CE)、毛管電気クロマトグラフィ(CEC
)、超臨界流体クロマトグラフィ(SFC)がある。これらの方法は、すべて、
流れをベースにした分離プロセス、流れ注入分析(FLA)および連続流れ分析
(CFA)であり、流れ分析プロセスである。これらのプロセスは、混合物の異
なった成分(たとえば、薬剤)の濃度を分析するのに使用される。これらのプロ
セスは、特に、高精度および低濃度開示能力のために使用される。一方、これら
の特徴は、信頼できる結果についての高度な安定性を必要とする原因となってい
る。それ故、安定性、したがって、結果の精度を確保するためにプロセスをモニ
タする種々の方法が開発されてきた。
の米国特許では、入口(カラムの前にある)の空気圧マニホルド内の流量、流圧
および温度を測定することによって、ガスクロマトグラフの入口流体流を制御し
ている。測定値によって、変動している圧力および温度が流体流を制御すること
によって補正され、それによって、クロマトグラフィ・プロセスについてのでき
るだけ一定の状態を達成している。
ューブの閉塞を示している可能性がある。このような閉塞は、この従来技術で行
われているように圧力の増大を補正するだけでは解決できない多くの他の問題が
生じさせた。この従来技術の方法を使用することによって、圧力増大の原因を検
討しないために、システムに損害を生じさせる危険があるの明らかである。さら
に、単にシステムの入口側での温度、圧力の変動を補正するだけでは、プロセス
に生じる可能性のあるすべての状態をカバーするというわけにはいかない。した
がって、結果が安定、正確に留まる保証はまだない。したがって、この方法は、
安定性チェックと組み合わせてしばしば使用される。このチェックは、分析しよ
うとしている物質に続けて、既知の結果を与える標準物質、すなわち、既知の物
質をシステムに通すことによって行われる。もしも、たとえば一連の20サンプ
ルを分析しようとしている場合には、通常、1つの標準物質を3つのサンプル毎
に通す。これは、時間がかかる作業であり、コストが過剰となる。
lication to on-line gas and liquid process chromatography」というタイト
ルの論文(Laboratory Information manager, Vol. 17, No. 2, pp.201-211, No
v. 1992)に開示されている。この方法は、プロセスの結果(すなわち、クロマ
トグラム)を分析する。そこにおいて、各ピークは異なった物質に対応し、そし
て、ピークによって取り囲まれている領域は濃度に対応する。量を正しく解釈す
ることができるようにするために、繰り延べ標準概念が使用される。このことは
、既知の、比較的長いカラムを通る通過時間を有する標準物質を、サンプルを注
入した直後にシステムに注入し、それを基準として使用することを意味する。そ
れによって、標準物質のピーク変動が、全クロマトグラムを調整するのに使用さ
れる。
了し、クロマトグラム分析が実施されてしまうまで、検出されないのである。さ
らに、システムのドリフト(特に、フラットなドリフト)は、検出するのが難し
いか不可能であるが、長い目で見れば、システムの性能に有害であるかも知れな
い。
とができるのはもちろんである。しかしながら、いくつかの異なったタイプのエ
ラーを検出し、また、エラーの原因を追跡し、システムのどの部分がエラーを生
じさせたかを決定することが難しい点で、このような組み合わせ方法でも別々の
方法でもなお大きな欠点がある。
スおよび/または流れ分析プロセスをモニタする方法であって、エラー追跡を容
易にし、プロセス進行中にエラー発生を検出するのを可能にする方法を提供する
ことにある。
じて複数の位置でプロセス状態を測定することによって測定信号を得る段階と、
測定信号に信号処理を行い、この信号処理が、複数の測定信号を相互に関連がな
いより少ない数の主信号に凝縮するための多変量データ分析を含んでいる段階と
、前記主信号を記録する段階と、前記主信号対時間を表示し、前記システム状態
の変化を表示された主信号の1つまたはそれ以上によって示す段階とを包含する
ことを特徴とする方法によって達成される。
るエラーの追跡をかなり容易にする。さらに、いくつかの極めて重要な位置でシ
ステムをモニタし、それによって、分析の強固性および信頼性をかなり向上させ
ることによって、システム・キャリブレータとして標準物質を使用する必要性は
、劇的に減少する。したがって、標準物質を取り扱うことによってこれまで占有
されていた時間が混合物分析のために解放される。
は、システムを通じて複数の位置でプロセス状態を測定する手段と、前記測定手
段からの信号を処理する手段であり、複数の測定信号を相互に関連がないより少
ない数の主信号に凝縮する多変量データ分析を包含する信号処理手段と、前記主
信号を記録する手段と、前記主信号対時間を表示する手段であり、前記プロセス
状態の変化を表示された主信号のうち1つまたはそれ以上によって示す手段とを
包含する。
して、添付図面に関連した以下の詳細な説明によって、明らかになろう。
セスをモニタする方法を提供する。以下において、本発明は、液体クロマトグラ
フィ・プロセスに適用されたものとして例示し、説明する。もちろん、上述のグ
ループに含まれる他のプロセスに等しく適用できる。
ラム8、カラム10および検出器12を包含する。検出器は、紫外線検出器であ
る。あるいは、移動相勾配を創り出し、稼働中に移動相組成物における連続的な
変化を許すために、2つまたはそれ以上の別々のポンプを使用してもよい。しか
しながら、図示の用途において、この方法は、アイソクラチック、すなわち、一
定の移動相組成物セットアップに適用される。
ェクタ6によって、分析しようとしている混合物が、移動相2に添加され、溶解
される。移動相は、溶媒の機能を果す。プレカラムでは、カラムから抜き取れな
い粒子が捕獲される。それによって、分析カラムの寿命が延びる。カラムにおい
ては、異なった速度で通過しながら混合物の成分が分離される。これらの成分は
、検出器により検出され、クロマトグラムがプロットされ、成分各々についての
個別のピークを示す。
る必要がある場合に薬剤混合物分析のためにしばしば使用されるので、分析の結
果が信頼できることが重要である。したがって、プロセスを安定に保つことが必
要である。本発明の方法は、このような需要のあるプロセスをモニタするのに有
利に使用される。安定性に大きく影響する特徴は、たとえば、カラムの温度およ
び検出器の機能である。システムの異なった位置での圧力もまた重要である。し
かしながら、もっと重要なのは、圧力が、システムおよびそれの種々の部分につ
いての性能のインジケータであるということである。本発明のこの実施例によれ
ば、圧力は、プレカラムの前およびカラムの後でポンプにおいて測定される。圧
力を検出するためのセンサは、それぞれ、P1、P2、P3によって示されている
。さらに、カラムの温度は、センサTで測定される。検出器12のUVランプを
通る電流は、電流センサIで測定される。そして、移動相のpHは、pHメータH
で測定される。
ステムが確実に安定するようにする。これは、結果として生じたクロマトグラム
の高分析品質を保証する。センサP1〜P3、T、I、Hから得られた測定信号は
、以下にさらに詳しく説明するように連続的に記録される。システムにおけるい
かなる変化も、検出され、時間に関して記録される。したがって、変化が何時生
じたかを知ることができる。最も重要なパラメータがシステムの戦略的な位置で
測定されるので、何が起こったか、そして、それがシステムのどこで起こったか
を知ることもできる。
るので、人間のオペレータが扱うにはあまりに多すぎる。それ故、それらの固有
の情報を凝縮するなんらかの方法がなければならない。本発明によれば、解決策
は、信号の情報をもっと少ない(好ましくは、相互に関連がない)信号に凝縮す
るために多変量データ分析(MVDA)を使用することにある。基本的なMVD
A方法は、それ自体公知であるが、今までは、これらの方法がこの技術分野で役
立つとは誰も気が付かなかったのである。以下において、これらの方法の応用を
説明する。
テップにおいて、並列にサンプリングされる。したがって、各サンプルは6つの
異なったサンプル値を含む。これらは、MVDAによって信号処理される。これ
らの方法は、この実施例で適用される主成分分析(PCA)と呼ばれる方法を包
含する。PCAにおいては、複数の変数は、より少ない変数、好ましくは2つの
変数で近似され、これらは主成分と呼ばれる。これらの主成分は、信号の主特徴
をキャプチャし、相互に関連がない。したがって、第3ステップ104において
、PCAの導入として、サンプル値はマトリックスX内に配置されている。そこ
において、各行は異なったサンプルを表し、各列は異なった信号を表している。
サンプル値のオフセットを減らすために、第2ステップ102において、信号の
すべての先のサンプル値の平均をその信号の各新しいサンプル値から減じてから
、前記新しいサンプル値をマトリックスXに導入する。それによって、すべての
信号の値は、マトリックス列によって構成される多次元座標系内に集中する。
リックスTおよびP′の積によって近似計算される。これらのマトリックスは、
Xの基本的パターンをキャプチャする。Xの完全分解は、X=TP′+Eとして
表すことができる。ここで、Eは、ノイズ・マトリックスである。Xが100×
6マトリックス、すなわち、100サンプルである場合、Tは100×2マトリ
ックス、すなわち2つの主成分であり、P′は2×6マトリックスである。Eは
100×6マトリックスである。マトリックスXを分解しているときに数学的に
行われたことは、二次元スペースに六次元スペースを投影することであり、マト
リックスTおよびP′の決定は、最小二乗計算によってマトリックスEを最小に
することに基づく。したがって、主成分モデル(PCモデル)は、マトリックス
Tの2つの列にまたがる平面となる。
の列は、図3に示すようにプロットされる。このスコア・ベクトル・プロット(
以下、トータル・プロットと呼ぶ)は、N個のサンプル毎に連続的更新される。
ここで、Nは所定数、たとえば200または400である。したがって、前記ス
コア・ベクトルを発生するPCAは、分析の始めのすべてのサンプルを含んでい
るこれまでに増加したXマトリックスについて実施される。
ロットが行われる。これは、ノイズ・マトリックスEの標準偏差として決定され
る、それぞれ、t1およびt2の残差のプロットである。より詳しくは、決定し
たt1を有するサンプル毎に、残差r1が決定される。そして、決定されたt2
を有する残差r2が決定される。しかしながら、トータル・プロットと比べて、
DModXプロットの更新、すなわちDModXプロットに基づくt1、t2、
r1、r2の計算は、すべての先のサンプルに基づかず、最後のN個のサンプル
に基づく。ここで、Nは、サンプルの所定数、たとえば、200または400で
ある。すなわち、N個のサンプルの新しいバッチ毎に、計算が行われ、DMod
Xプロットが更新される。一方、DModXプロット全体としては、トータル・
プロットで行ったとまったく同様に、分析の全履歴を表示すると好ましい。
ロットからはっきりと見えるのに対し、突然の外乱はDModXプロットで最も
良くわかる。したがって、実際、測定性能は、リアルタイムでモニタ可能である
。スコア・ベクトルが相互に関連がないので、システム動作の偏差はグラフt1
、t2の一方に現れる可能性があり、他は影響を受けない。単純なテスト(異な
ったタイプのエラーをシステムの異なった位置でシミュレーションする)から、
どんなタイプの表示がどんな問題に関係しているかを経験的に得ることができる
。この方法のユーザがその経験を得たことにより、偏差の原因を非常に急速に発
見することが可能になる。これは、既存の方法からのかなりの改善である。エラ
ー追跡は、非常に時間がかかり、高価となる。
までの距離を決定する。この距離は、PCモデル上の値の直角投影に沿って測定
される。この距離が所定限度を上回る場合には、アラーム(たとえばランプ)が
警報を出す。
存されるので、トータル・プロット、DModXプロットをバックログするばか
りでなく、あらゆるセンサ信号もバックログして故障または外乱の発生した正確
な時間、位置を発見することができる。したがって、故障追跡を行う手段および
可能性は、従来技術方法にくらべてかなり改善される。信号データに関連してプ
ロットを評価するだけで、システムのどの部分がエラー発生したかということを
短時間で知ることもしばしば可能である。2つのPCA派生プロットは、好まし
くは、どの時点で発生したかを決定するために使用され、この時点での信号デー
タを検討することによって、しばしば、システムのどこでエラーが発生したかを
決定することができる。
例と解釈されるべきである。特許請求の範囲の請求項に定義されている発明の範
囲内で多くの変更例が可能である。このような変更例のいくつかを以下に説明す
る。
、すなわち、まさにサンプル値のプロットをモニタ上に与えることができる。そ
れによって、PCA派生プロットのうち任意のもののエラー表示とタイミングの
合った不連続性についてこれらのプロットをすばやくスキャンすることができる
。したがって、PCA派生プロットが効率よく偏差を示すのに対し、生データ・
プロットはこの偏差の原因を発見するのに役立つ。したがって、この方法は、シ
ステムの異なった部分の機能をモニタするのにも有用である。
している時に、これを毎回正確に同じ方法で行うことが非常に重要である。図5
を参照して、別の変更例として、この方法は、以下のステップを包含する。ステ
ップ500において、インジェクタ6は、一言で言えば、注入が実施されること
になっていることを示す信号を発生する。次いで、ステップ502において、こ
の信号が検出される。信号検出の際に、サンプル周波数が増大し、そして、タイ
ムアウトがステップ504でセットされる。サンプル周波数は、短時間、増大し
た率に保持され、この間に、注入の経過およびそれに続くいくつかの瞬間をカバ
ーする。ステップ506においてタイムアウトが経過したとき、ステップ508
において、サンプル周波数が正常率にリセットされる。この瞬間的に増大した解
像度によって、インジェクタの性能が詳細にモニタ可能である。
役に立つならば、その数を任意に拡張してもよい。たとえば、モデム・センサ技
術を使用するならば、いくつかの温度および/または流量測定を、システムの種
々の位置においてインラインで行うことができる。多変量分析によって、それら
は相互に関連がない2、3の信号に同様に凝縮されることになろう。主成分また
は他のタイプの同様に決定された信号の数は、公知の技術に従って増減できる。
しかしながら、2つが最適の選択であることが多い。
sition)あるいはPLS(Partial Least Squares)も使用できる。
Claims (16)
- 【請求項1】 成分混合物を分析するための流れをベースにした分離プロセ
スおよび/または流れ分析プロセスをモニタする方法であって、システムを通じ
て複数の位置でプロセス状態を測定することによって測定信号を得る段階と、測
定信号に信号処理を行い、この信号処理が、複数の測定信号を相互に関連がない
より少ない数の主信号に凝縮するための多変量データ分析を含んでいる段階と、
前記主信号を記録する段階と、前記主信号対時間を表示し、前記システム状態の
変化を表示された主信号の1つまたはそれ以上によって示す段階とを包含するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 信号処理段階が、測定信号をサンプリングする段階と、分析
の異なったプロセス段階で異なったサンプリング頻度を使用する段階とを包含す
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 さらに、プロセス進行中に任意のエラー発生を検出する段階
と、前記システムのどの部分が前記エラーを生じたかを決定する段階とを包含す
ることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 多変量データ分析が、主成分分析を包含し、2つの主成分が
測定され、2つの異なったダイアグラムに表示され、一方のダイアグラムが、特
にシステム状態のドリフトを開示するのに採用され、他のダイアグラムが、特に
システム状態の急激な偏差あるいは短時間の偏差を開示するのに採用されること
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 - 【請求項5】 分析プロセスが、液体クロマトグラフィ・プロセスであり、
前記測定信号が、ポンプの圧力、プレカラムの前の圧力、カラムの温度および検
出器の電流を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 混合物が、薬剤物質を包含することを特徴とする請求項1〜
5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 成分混合物を分析するための流れをベースにした分離プロセ
スおよび/または流れ分析プロセスをモニタする装置であって、システムを通じ
て複数の位置でプロセス状態を測定する手段と、前記測定手段からの信号を処理
する手段であり、複数の測定信号を相互に関連がないより少ない数の主信号に凝
縮する多変量データ分析を包含する信号処理手段と、前記主信号を記録する手段
と、前記主信号対時間を表示する手段であり、前記プロセス状態の変化を表示さ
れた主信号のうち1つまたはそれ以上によって示す手段とを包含することを特徴
とする装置。 - 【請求項8】 プロセス状態を測定する前記手段が、少なくとも1つのセン
サを包含することを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 前記少なくとも1つのセンサが、圧力センサであることを特
徴とする請求項8に記載の装置。 - 【請求項10】 前記少なくとも1つのセンサが、温度センサであることを
特徴とする請求項8に記載の装置。 - 【請求項11】 前記少なくとも1つのセンサが、電流センサであることを
特徴とする請求項8に記載の装置。 - 【請求項12】 前記少なくとも1つのセンサが、pHメータであることを
特徴とする請求項8による装置。 - 【請求項13】 好ましい数のセンサが6つであることを特徴とする請求項
8〜12のいずれかに記載の装置。 - 【請求項14】 センサのうちの3つが圧力センサであることを特徴とする
請求項13に記載の装置。 - 【請求項15】 流れをベースにした分離プロセスおよび/または流れ分析
プロセスをモニタするための、請求項1〜6のいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項16】 薬剤混合物の分析のための、請求項15記載の使用。
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