JP2004309250A - Data processor for chromatograph - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はクロマトグラフ装置用のデータ処理装置に関し、更に詳しくは、検出器として各種の分光光度計を用いたクロマトグラフ装置のデータ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液体クロマトグラフ装置(LC)では、一定流量で以てカラムに流れる移動相中に液体試料を注入し、カラムを通過する過程でその液体試料に含まれる複数の試料成分を時間的に分離させ、カラム出口に設けた検出器によりその各試料成分を順次検出する。この検出器として例えばフォトダイオードアレイ検出器(以下、PDA検出器という)を用いると、カラム出口から溶出する試料成分に対応する相対強度信号を波長方向に分散させて、その波長毎の測光値を同時に取得することができる。即ち、このLC分析では、時間tと相対強度Sという2つのディメンジョンに加えて、波長λという第3のディメンジョンを持つデータを取得することができ、このデータに基いて3次元クロマトグラムを作成することができる。
【0003】
こうした3次元クロマトグラムでは、或る時間t1でピークトップが出現したとき、その時間t1において波長方向の情報を切り出したスペクトル(吸光又は反射スペクトル)を得ることができる。そこで、各ピークに対応する物質を同定するために、物質とその物質のピークトップにおけるスペクトルとの対応関係を予め参照テーブルに登録しておく。そして、未知試料のクロマトグラフ分析によって得られたピークトップの時刻におけるスペクトルを求め、このスペクトルと参照テーブルに登録してあるスペクトルとの形状の類似性を判断し、その結果に基づいて、未知物質の成分を同定するような手法が採られている(例えば、特許文献1など参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭61−111425号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたクロマトグラフ分析において、複数の試料を測定する場合には、必ずしもその試料に含まれる物質1つ1つが何であるのかを同定する必要はなく、他の試料又は過去に分析された試料との成分の同一性又は類似性のみを調べればよい場合も多々ある。例えば、水のサンプルが複数ある場合、その成分を同定しなくとも、同じ成分が含まれているかどうかさえ分かれば、それらのサンプル同士が同じ水源から得られたものかどうかを知ることができる。
【0006】
しかしながら、上記のようなピーク同定方法では、同定対象である物質のスペクトルが予め参照テーブルに登録されている必要があり、参照テーブル中に該当するような物質が存在しないようなピークに関しては、同定不能として結論付けられることになる。そのため、上記のように単に試料同士の類似性を判定したい場合であっても、その試料成分が参照テーブル中に存在しないときには類似性の判定は不可能であった。
【0007】
本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、その主な目的は、その試料に含まれる成分が参照テーブル中に存在せずクロマトグラムに出現するピークに対する成分が同定できない場合であっても、複数の試料に含まれる成分同士や試料同士の類似性を判断することができるようにしたデータ処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段、及び効果】
上記課題を解決するために成された第1発明は、成分分離用のカラムから溶出する試料のスペクトルを逐次採取するクロマトグラフ用のデータ処理装置において、
a)過去に分析された試料に関してそのクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータをデータベース化して保存しておくデータ記憶手段と、
b)前記データ記憶手段に保存されている又は新規に分析した試料のクロマトグラムのピーク又はそのピークに属するスペクトルを分析者が指定するための指定手段と、
c)任意の2つのスペクトルの類似度を算出するスペクトル類似度算出手段と、
d)前記指定手段により指定されたスペクトル又は指定されたピークに対する代表スペクトルを検索キーとし、前記データ記憶手段に保存されている全スペクトルデータ又はその中で分析者による指示に基づいて限定された範囲に含まれるピークのスペクトルデータを検索対象として、前記スペクトル類似度算出手段により算出されるスペクトル類似度が高いピークを検索する検索手段と、
を備えることを特徴としている。
【0009】
この第1発明に係るデータ処理装置では、過去に分析された試料に関してそのクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータをデータベース化してデータ記憶手段に保存しておく。ここで、ピークに属するスペクトルデータとしては、ピークを代表するスペクトル、典型的にはピークトップの位置でのスペクトルデータとすることが好ましい。分析者は指定手段により、そのデータ記憶手段に保存されている又は新規に分析した試料のクロマトグラムのピークやそのピークに属するスペクトルを検索キーとして指定する。一方、検索対象について何らかの条件、例えば分析日時、分析者、特定の試料区分等を絞りたい場合にはこうした条件も入力する。検索手段は、スペクトルが指定された場合にはそのスペクトルデータを、ピークが指定された場合にはそのピークに対する代表スペクトルデータをスペクトル類似度算出手段に与えるとともに、データ記憶手段に保存されている全スペクトルデータ又は上記のように分析者による指示に基づいて限定された範囲に含まれるピークのスペクトルデータから順次選択したスペクトルデータをスペクトル類似度算出手段に与え、順次スペクトル類似度を計算させる。そして、検索対象の中から高いスペクトル類似度を与えるピークを抽出する。
【0010】
従って、そのピークに対する成分の同定が為されているか否かに拘わらず、検索対象の中に同一又は類似した成分を有する試料が存在する場合には、これが高いスペクトル類似度を与えるピークとして抽出されることになる。これによって、或る試料に対して過去に同様の試料を分析したことがある場合、それを自動的に検索し、且つ同一性の程度を表す指標としてスペクトル類似度を併せて分析者に提供することができる。その結果、従来のデータ処理装置と比較して、分析者は試料成分の同定や推定を行うことが容易になり、またその正確性も向上する。
【0011】
上記第1発明はスペクトル形状の類似性からピークの類似性を判断し、それによって試料成分の同一性や類似性を判断するものであるが、たとえ同一の試料成分であっても分析条件によってスペクトル形状が変形することを利用し、クロマトグラムデータではなく分析条件情報を検索する構成とすることもできる。
【0012】
即ち、第2発明は、成分分離用のカラムから溶出する試料のスペクトルを逐次採取するクロマトグラフ用のデータ処理装置において、
a)過去の分析に使用された各種分析条件の下での標準試料のクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータを、分析条件情報に対応付けてデータベース化して保存しておくデータ記憶手段と、
b)前記データ記憶手段に保存されている又は新規の分析に使用した分析条件の下での標準試料のクロマトグラムのピーク又はそのピークに属するスペクトルを分析者が指定するための指定手段と、
c)任意の2つのスペクトルの類似度を算出するスペクトル類似度算出手段と、
d)前記指定手段により指定されたスペクトル又は指定されたピークに対する代表スペクトルを検索キーとし、前記データ記憶手段に保存されている全スペクトルデータ又はその中で分析者による指示に基づいて限定された範囲に含まれるスペクトルデータを検索対象として、前記スペクトル類似度算出手段により算出されるスペクトル類似度が高い分析条件情報を検索する検索手段と、
を備えることを特徴としている。
【0013】
この構成によれば、過去に分析した結果に基づいて、類似性の高いスペクトル形状が得られる分析条件情報を容易に探すことができるので、分析条件によるピーク保持時間の変動やスペクトル形状の変化といった分析結果の分析条件依存性を把握し、分析対象成分に対する最適な分析条件や解析条件等の検討をより簡単に行うことができるようになる。
【0014】
上記第1及び第2発明に係るデータ処理装置においては、検索手段によって取得される検索結果を様々な形式で分析者に提供することができるが、例えば一実施態様として、前記検索手段による検索によって抽出された結果をスペクトル類似度の高低の順序に並び替えて出力する出力手段をさらに備える構成とすることができる。ここでいう出力とは例えば、表示手段の表示画面上への表示出力、又は印刷手段による紙などの印刷などである。なお、検索手段による検索結果に対して所定閾値を設定し、スペクトル類似度がその閾値を超えるもののみを選択してその中でスペクトル類似度の高いものから順に並べるとよい。
【0015】
また上記課題を解決するために成された第3発明は、成分分離用のカラムから溶出する試料のスペクトルを逐次採取するクロマトグラフ用のデータ処理装置において、
a)過去に分析された試料に関して、少なくともそのクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータが参照可能であるようにクロマトグラムデータをデータベース化して保存しておくデータ記憶手段と、
b)前記データ記憶手段に保存されているクロマトグラムのうち、任意の複数のクロマトグラムを分析者が指定するための指定手段と、
c)前記指定手段により指定された複数のクロマトグラムに出現するピークに関して、異なるクロマトグラム間のピーク同士の全ての組み合わせについて、それぞれスペクトル類似度を算出するスペクトル類似度算出手段と、
d)該スペクトル類似度算出手段により算出された全てのスペクトル類似度又は所定の閾値以上のスペクトル類似度を、その算出根拠となったピークの表示に関連付けて且つスペクトル類似度の高低を差別化して出力する出力手段と、
を備えることを特徴としている。
【0016】
この第3発明に係るデータ処理装置において、スペクトル類似度算出手段は、指定手段により指定された複数のクロマトグラムに出現する1乃至複数のピークのスペクトルデータをデータ記憶手段から読み出し、異なるクロマトグラム間のピーク同士の全ての組み合わせについて、それぞれスペクトル類似度を算出する。そして出力手段は、スペクトル類似度算出手段により算出された全てのスペクトル類似度又は所定の閾値以上のスペクトル類似度を、その算出根拠となったピークの組との関連が容易に視認できるような形態で、且つスペクトル類似度の高低が容易に視認できるような形態で以て出力する。これにより、過去に分析した複数の試料において、含有成分の同一性や類似性を簡便に調査及び判定することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、第1発明の一実施例であるデータ処理装置を適用した高速液体クロマトグラフ装置(HPLC)について図面を参照して説明する。図1はこのHPLCの全体構成図である。
【0018】
溶離液槽1から送液ポンプ2により吸引された溶離液(移動相)に、インジェクタ3で分析対象の試料液が注入され、カラム4へと送り込まれる。試料中の各成分がカラム4を通過する時間(保持時間)はその成分の性質により異なるため、試料中の各成分は時間方向に分離してカラム4の出口から溶出する。カラム4の出口に設けられた検出部5では、カラム4からの溶出液をフローセル51に通過させ、このフローセル51に光源52からの白色光を透過させる。白色光はフローセル51において、溶出液に含まれる成分に特有の波長で吸収を受ける。その透過光を分光器53で波長分散させ、フォトダイオードアレイ54により波長毎の光強度を同時に検出する。
【0019】
このフォトダイオードアレイ54による検出信号は増幅器6で信号増幅され、A/D変換器7によりデジタル信号に変換された後にパーソナルコンピュータ(以下、パソコンと称す)8に入力される。パソコン8には、各種データ解析のためのプログラムが格納されており、取得したデータに対してそれらプログラムに従った解析処理を実行することにより、試料に含まれる成分の定性分析や定量分析などを実行する。その結果は、パソコン8に付設されたモニタに表示されたり或いはプリンタで印字出力される。なお、パソコン8はデータ処理のみならず、このHPLCの各部の動作を制御する機能も有している。
【0020】
上記構成のHPLCでは、検出部5ではカラム4からの溶出液に対して吸光度スペクトルを時々刻々と採取する。従って、パソコン8に入力されるデータは、図2に示すように、所定のデータ採取時間間隔毎に波長λ方向に広がるスペクトルデータである。各測定時刻毎にスペクトルデータを波長方向に積算してこれを縦軸とし、横軸に時間tをとれば通常の2次元クロマトグラムとなる。
【0021】
図3はこのパソコン8の要部の構成を示すブロック図である。CPUを中心に構成される主制御・処理部10は機能的にスペクトル類似度算出部11及びスペクトル類似度判定部12を含み、キーボードやマウス等のポインティングデバイスから成る入力部13、モニタ15の画面上に表示する表示信号を出力する表示制御部14、一時的な記憶手段であるワークメモリ16、ハードディスク駆動装置などで構成されるデータ記憶部20等が接続されている。
【0022】
データ記憶部20はこのHPLCで既に採取されたクロマトグラムデータに関する一種のデータベースであり、各クロマトグラムに出現するピークの属性情報(例えばピークの保持時間、成分名、面積、高さなど)が保存されるピーク属性情報記憶部21と、各ピークに対してその代表スペクトルのスペクトルデータが保存されている代表スペクトル記憶部22と、各分析毎に全てのクロマトグラムデータが保存されるクロマトグラムデータ記憶部23とが、それぞれ互いに関連付けられて設けられている。ここでいうクトマログラムデータは、時間軸、相対強度軸及び波長軸の3次元空間内に配置されるデータの集合であって、代表スペクトルのスペクトルデータもこのクロマトグラムデータから計算により求めることが可能である。しかしながら、その計算には時間を要するため、本装置では代表スペクトルのスペクトルデータをクトマログラムデータとは別に予め保存している。それによって、或るピークが指示された場合に、そのピークの代表スペクトルのスペクトルデータが代表スペクトル記憶部22から迅速に読み出せるようになっている。ここで代表スペクトルはピークトップの位置におけるスペクトルとして定義するが、必ずしもそれに限るものではない。
【0023】
次に、本実施例のデータ処理装置における特徴的なデータ処理を図4のフローチャートに沿って説明する。
まず、オペレータは或る試料を分析を実行したときに結果として得られる2次元クロマトグラム(以下、「2次元」を省略し単にクロマトグラムという)をモニタ15の表示画面上に表示させ、入力部13の操作により、そのクロマトグラムに現れるピークの任意の1つを検索キーとして指定する(ステップS10)。但し、必ずしもクロマトグラムを表示することは必須ではなく、例えばそのクトマログラムに対し所定のアルゴリズムに則って検出したピークを列挙したピークテーブルを表示し、その中から検索キーとなるピークを指定するようにしてもよい。
【0024】
次いで、オペレータは、上記検索キーの類似度検索対象の範囲を入力部13の操作により指定する(ステップS11)。範囲の指定方法としては様々な方法が考えられるが、例えば、これまで採取した全てのデータを対象する方法、過去に採取されたデータのうち特定の期間(例えば昨年11月の1ヶ月間など)を指定する方法、データを保存してあるファイルに特定の文字列(例えば「水質」)を含むものを指定する方法、データファイルをグループ分けして複数のフォルダに収納して整理してある場合に特定のフォルダを指定する方法など、が考えられる。
【0025】
オペレータにより処理開始の指示が与えられると(ステップS12)、主制御・処理部10は検索キーとして指定されたピークの代表スペクトルのスペクトルデータを代表スペクトル記憶部22から読み出し、ワークメモリ16のA領域に格納する(ステップS14)。なお、ステップS10においてピークではなく初めから1つのスペクトルを指定するようにしてもよく、その場合にはステップS14の処理は省略できる。
【0026】
続いて、ステップS11で指定された検索範囲内の1番目のピークに対応する代表スペクトルのスペクトルデータを代表スペクトル記憶部22から読み出し、これをワークメモリ16のB領域に格納する(ステップS15)。そして、スペクトル類似度算出部11はワークメモリ16のA領域とB領域とに格納した2つのスペクトルデータのスペクトル類似度rを計算し、その値をワークメモリ16のC領域にそのときの検索対象ピークを識別可能な情報に対応付けて記憶する(ステップS16)。類似度算出方法としては、例えば特開昭61−111425号公報に記載されている方法を用いることができる。即ち、スペクトル中のn種類の波長λk(kは1〜nの整数)における強度Ikを成分とするn次元ベクトルを定義し、検索キーである代表スペクトルにより定義されるn次元ベクトルと検索対象である代表スペクトルにより定義されるn次元ベクトルとの内積を両ベクトルの大きさの積で除したものをスペクトル類似度rとして定める。両スペクトルが完全に一致した場合にスペクトル類似度rは1となり、1に近いほど類似性が高い。
【0027】
次に、検索対象の全てのピークに関するスペクトル類似度の算出処理が終了したか否かを判定し(ステップS17)、未終了であれば、指定された検索範囲内の次のピークの代表スペクトルのスペクトルデータを読み出してきてワークメモリ16のB領域に上書きし(ステップS18)、ステップS16へと戻る。従って、ステップS16〜S18の処理の繰り返しにより、検索キーとなる1個のピークの代表スペクトルと指定された検索範囲に含まれるN(Nは1以上)個のピークの代表スペクトルとのスペクトル類似度rが順次計算されてワークメモリ16のC領域に記憶される。
【0028】
検索対象範囲内の全てのピークについてスペクトル類似度の算出処理が終了すると、ステップS17からS19へと進み、スペクトル類似度判定部12がワークメモリ16のC領域に記憶されているN個のスペクトル類似度rのそれぞれについて、予め設定されている閾値以上であるか否かをチェックし、スペクトル類似度rが閾値未満であるピークについては検索結果から除外する(ステップS19)。この判定閾値は予めオペレータが入力設定するようにしてもよいし、その装置自体がデフォルト値として保有していてもよい。
【0029】
スペクトル類似度判定部12はスペクトル類似度rが相対的に低いピークを上記のようにスクリーニングした後に、残った検索結果であるピークを、スペクトル類似度rの高い順つまり類似性が高いと看做せる順序に並べ替える(ステップS20)。そして、表示制御部14を介してモニタ15の表示画面上にその検索結果を表示する(ステップS21)。その際に、ピーク属性情報記憶部21からそのピークに関する属性情報を取得するとともに、クロマトグラムデータ記憶部23からクトマログラムデータを取得し、ピークの名称やクロマトグラム、或いは必要に応じてそのほかの情報を添えて表示するとよい。
【0030】
このようにモニタ15の表示画面に表示された検索結果を見て、オペレータは検索キーとしたピークが過去に分析したいずれのピークと類似しているのかを容易に且つ確実に知ることができ、そのピークの成分が同定されておらずに成分名が不明であったとしても、同一の成分であるか否かといった判断を下すことができる。
【0031】
上記説明では検索対象をスペクトルデータとして実質的にはピークの類似性を判断していたが、第2発明に係るデータ処理装置の一実施例として、分析のメソッドつまり分析条件情報を検索対象とした構成とすることもできる。こうした検索を可能とするためには、1乃至複数種類の標準試料を様々な分析条件の下で分析した結果取得されたクロマトグラムデータをレファレンスデータベースとする。そして、所望の1つの分析条件情報に対応付けられているスペクトルを検索キーとする一方、上記レファレンスデータベースに保存されているスペクトルを検索対象とし、上記説明と同様にして検索範囲の各スペクトルに対してそれぞれスペクトル類似度を算出し、そのスペクトル類似度の高い順に分析条件情報を並び替えて表示すればよい。
【0032】
また、上記ステップS10で検索キーとして1個のピーク又はスペクトルを指定する代わりに複数のピーク又はスペクトルを検索キーとして指定し、それら複数の検索キーに対してクロマトグラムデータとピークとを検索するようにしてもよい。この場合には、指定された全ての検索キーに対してそれぞれ判定閾値以上のスペクトル類似度を有するピークとそのピークを持つクロマトグラムを上位に位置付けてスペクトル類似度の高い順に並べるとよい。或いは、検索キーに該当したピークの数が多いクロマトグラムの順に並び替えてもよい。これによれば、複数の成分を含有する試料について、それと同じ複数の成分を含む可能性の高い試料を過去の分析の中から検索することができる。
【0033】
次に、第3発明に係るデータ処理装置の一実施例について説明する。この実施例のデータ処理装置の基本的な構成は上記実施例と同様であるが、データ処理の手順と表示方法とが上記実施例とは相違するのでその点について図5及び図6を参照して説明する。図5はこの実施例によるデータ処理手順を示すフローチャート、図6はその結果としてモニタの表示画面に表示されるグラフの一例を示す図である。
【0034】
まず、オペレータは成分の同定や比較を行いたいピークを含む複数のクロマトグラムを入力部13の操作により選択し(ステップS30)、更にスペクトル類似度の判定閾値を入力する(ステップS31)。オペレータにより処理開始の指示が与えられると(ステップS32)、主制御・処理部10は上記指定されたクロマトグラムに出現する全てのピークの代表スペクトルのスペクトルデータを代表スペクトル記憶部22から読み出し、ワークメモリ16に格納する(ステップS33)。
【0035】
次に、スペクトル類似度算出部11は、ワークメモリ16に記憶した全てのスペクトルデータについて、異なるクロマトグラム間のピークをそれぞれ1個ずつ選択し、その2つのスペクトルデータのスペクトル類似度rを計算し、その値をワークメモリ16のC領域にそのときのピークの組み合わせを識別可能な情報に対応付けて記憶する(ステップS34)。そして、全ての可能なピークの組み合わせについてスペクトル類似度rの算出処理を終了したか否かを判定し(ステップS35)、未終了である場合には、次のピークの組み合わせを選択して(ステップS36)ステップS34へと戻る。従って、ステップS34〜S36の処理の繰り返しにより、異なる2つのクロマトグラムからそれぞれ1個ずつのピークを選択したときの全ての組み合わせについて、その2つのピークに対する代表スペクトルのスペクトルデータのスペクトル類似度rが計算されてワークメモリ16に保存される。
【0036】
N通りの全てのピークの組み合わせについてスペクトル類似度の算出処理が終了すると、ステップS35からS37へと進み、スペクトル類似度判定部12がワークメモリ16のC領域に記憶されているN個のスペクトル類似度rのそれぞれについて、予め設定されている閾値以上であるか否かをチェックし、スペクトル類似度rが閾値未満であるピークについては検索結果から除外する。こうしてスクリーニングされた検索結果を、次のように処理してモニタ15の表示画面上に表示する(ステップS38)。
【0037】
即ち、図6に示すように、表示画面40内には、指定されたクロマトグラム(この場合にはA、B、Cの3個)を表示し、スペクトル類似度の算出の根拠となったピークの組み合わせがそれぞれ線41で結ばれることで示され、その組み合わせに関するスペクトル類似度rが表示枠42内に数値で表示される。ピーク同士を結ぶ線41の太さは、スペクトル類似度rが高いつまり類似性が高いと看做せる組み合わせであるほど太く描かれており、それによってより視覚的に類似性の相違が理解し易くなっている。また、表示色や表示の濃淡などを利用して、ピークの組み合わせや類似度の高低を視覚的にわかり易く示すようにしてもよい。
【0038】
図6では、クロマトグラムBに出現する各ピークとクロマトグラムAに出現する各ピーク、同じくクロマトグラムBに出現する各ピークとクロマトグラムCに出現する各ピークとの組み合わせしか表示されていないが、これは表示が煩雑になって分かりにくくなることを避けるためであり、例えばクロマトグラムB又はその中の任意の1個のピークが指定されたときに、そのクロマトグラムBを中心として他のクロマトグラムA及びCとの比較を表示するようにし、他のクロマトグラムA及びC同士の比較については表示が消えるようになっている。もちろん、こうした表示の形態はこれに限らず、様々に変形することができる。
【0039】
こうした表示画面において、或るピークと他のピークとのスペクトル類似度rが1に近い場合、それらのピークが同一成分に由来する可能性が高いものと判断することができる。ここで、それらのピークのいずれか一方でも既に成分が同定されていれば、その成分名を参照することができる。例えば図6において、クロマトグラムBの第2番目のピークB2が未同定成分であるものとする。このピークB2とクロマトグラムCの第2番目のピークC2とのスペクトル類似度rがかなり1に近いことから、両者は同一成分であるものと推測することができる。このとき、オペレータがクロマトグラムCのピーク属性情報を参照するために、クロマトグラムCの第2番目のピークC2の上にカーソル43を移動させ、マウスでクリック操作を行うと、このピークC2に関して既に成分同定が為されていれば、その成分名(ここでは「安息香酸」)44が画面上に表示される。
【0040】
こうした操作によりクロマトグラムBの第2番目のピークB2の成分も「安息香酸」であると推測できる。そこで、オペレータが上記操作に引き続いてクロマトグラムBの第2番目のピークB2の上にカーソル43を移動させ、マウスでクリック操作を行うと、この未同定成分のピークB2に関する成分名入力ダイアログが表示されるから、そこでキーボードから「安息香酸」という成分名を入力すればよい。これによって、クロマトグラムBの第2番目のピークB2に関する成分名の情報がピーク属性情報に追加される。このようにして、ピーク同士のスペクトル類似度を参考にして、未同定成分の成分を推定することもできる。
【0041】
もちろん、この実施例においてオペレータが最初にクロマトグラムを指定する際に、そのクロマトグラムに出現するピークの1つ以上をスペクトル類似度算出処理から除外するように指定したり、逆に特定のピークのみをスペクトル類似度算出処理に加えるようにしたりする等の適宜の変更を行っても構わない。このようにしてスペクトル類似度を算出する対象を絞ることにより、処理時間を短縮することができるとともに、不要な結果が多数表示画面上に現れて煩雑になることを回避することができる。
【0042】
また、上記実施例はいずれも単に本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本発明に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1発明の一実施例であるデータ処理装置を備えた高速液体クロマトグラフ(HPLC)の全体構成図。
【図2】このHPLCで採取される3次元クロマトグラムの一例を示す図。
【図3】本実施例のデータ処理装置を具現化するパソコンの要部の構成を示すブロック図。
【図4】本実施例のデータ処理装置において行われる処理のフローチャート。
【図5】第3発明の一実施例であるデータ処理装置におけるデータ処理手順を示すフローチャート。
【図6】図5のデータ処理の結果としてモニタの表示画面に表示されるグラフの一例を示す図。
【符号の説明】
1…溶離液槽
2…送液ポンプ
3…インジェクタ
3…入力部
4…カラム
5…検出部
51…フローセル
52…光源
53…分光器
54…フォトダイオードアレイ
6…増幅器
7…A/D変換器
8…パソコン
10…主制御・処理部
11…スペクトル類似度算出部
12…スペクトル類似度判定部
13…入力部
14…表示制御部
15…モニタ
20…データ記憶部
21…ピーク属性情報記憶部
22…代表スペクトル記憶部
23…クロマトグラムデータ記憶部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a data processing device for a chromatographic device, and more particularly, to a data processing device for a chromatographic device using various spectrophotometers as detectors.
[0002]
[Prior art]
In a liquid chromatograph (LC), a liquid sample is injected into a mobile phase flowing through a column at a constant flow rate, and a plurality of sample components contained in the liquid sample are temporally separated during the passage through the column. Each sample component is sequentially detected by a detector provided at the column outlet. For example, when a photodiode array detector (hereinafter referred to as a PDA detector) is used as this detector, a relative intensity signal corresponding to a sample component eluted from a column outlet is dispersed in a wavelength direction, and a photometric value for each wavelength is obtained. Can be obtained at the same time. That is, in this LC analysis, in addition to the two dimensions of time t and relative intensity S, data having a third dimension of wavelength λ can be obtained, and a three-dimensional chromatogram is created based on this data. be able to.
[0003]
In such a three-dimensional chromatogram, when a peak top appears at a certain time t1, a spectrum (absorption or reflection spectrum) obtained by extracting information in the wavelength direction at the time t1 can be obtained. Therefore, in order to identify the substance corresponding to each peak, the correspondence between the substance and the spectrum at the peak top of the substance is registered in a reference table in advance. Then, the spectrum at the time of the peak top obtained by the chromatographic analysis of the unknown sample is determined, the similarity of the shape between this spectrum and the spectrum registered in the reference table is determined, and based on the result, the unknown substance is determined. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-61-111425
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In such chromatographic analysis, when a plurality of samples are measured, it is not always necessary to identify what each substance contained in the sample is, and it is not necessary to identify components of other samples or samples analyzed in the past. In many cases, only the identity or similarity of the data needs to be examined. For example, when there are a plurality of water samples, it is possible to know whether or not the samples are obtained from the same water source, without identifying the components, as long as the same components are included.
[0006]
However, in the peak identification method as described above, the spectrum of the substance to be identified needs to be registered in the reference table in advance, and the peak for which no such substance exists in the reference table is identified. It will be concluded as impossible. Therefore, even when it is desired to simply determine the similarity between samples as described above, it is impossible to determine the similarity when the sample component does not exist in the reference table.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to solve the problem that the components contained in the sample are not present in the reference table and the components corresponding to the peaks appearing in the chromatogram cannot be identified. Even if there is, it is an object of the present invention to provide a data processing device capable of determining the similarity between components contained in a plurality of samples or between samples.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Effects]
A first invention made to solve the above-mentioned problem is a data processing device for a chromatograph that sequentially collects a spectrum of a sample eluted from a column for component separation,
a) data storage means for storing and storing spectral data belonging to peaks appearing in the chromatogram of a sample analyzed in the past in a database;
b) designation means for an analyst to designate a peak of a chromatogram of a sample stored in the data storage means or a newly analyzed sample or a spectrum belonging to the peak;
c) spectrum similarity calculating means for calculating the similarity between any two spectra;
d) A spectrum designated by the designation means or a representative spectrum corresponding to the designated peak is used as a search key, and all spectrum data stored in the data storage means or a range limited based on an instruction therein by an analyst. Search means for searching for peaks having a high spectral similarity calculated by the spectrum similarity calculating means, with the spectral data of the peak included in
It is characterized by having.
[0009]
In the data processing apparatus according to the first invention, spectral data belonging to peaks appearing in the chromatogram of a sample analyzed in the past is made into a database and stored in the data storage means. Here, it is preferable that the spectrum data belonging to the peak is a spectrum representing the peak, typically, the spectrum data at the position of the peak top. The analyzer specifies the peak of the chromatogram of the sample stored in the data storage or newly analyzed sample and the spectrum belonging to the peak as the search key by the specifying means. On the other hand, when it is desired to narrow down some conditions for the search target, for example, analysis date and time, an analyst, a specific sample classification, etc., such conditions are also input. The search means provides the spectrum similarity calculation means with the spectrum data when the spectrum is designated and the representative spectrum data corresponding to the peak when the peak is designated, and all the data stored in the data storage means. The spectrum data or the spectrum data sequentially selected from the spectrum data of the peaks included in the limited range based on the instruction from the analyst as described above is provided to the spectrum similarity calculating means, and the spectrum similarity is calculated sequentially. Then, a peak that gives a high spectral similarity is extracted from the search targets.
[0010]
Therefore, regardless of whether a component is identified for the peak or not, if a sample having the same or similar component exists in the search target, this is extracted as a peak giving a high spectral similarity. Will be. With this, when a similar sample has been analyzed in the past for a certain sample, it is automatically searched, and the spectrum similarity is provided to the analyst together with an index indicating the degree of identity. be able to. As a result, as compared with the conventional data processing apparatus, the analyst can easily identify and estimate the sample components, and the accuracy thereof can be improved.
[0011]
In the first invention, the similarity of peaks is determined from the similarity of the spectrum shapes, and the identity and similarity of the sample components are determined based on the similarity. By utilizing the fact that the shape is deformed, a configuration may be employed in which analysis condition information is searched for instead of chromatogram data.
[0012]
That is, the second invention is a data processing device for a chromatograph that sequentially collects a spectrum of a sample eluted from a column for component separation,
a) data storage means for storing spectrum data belonging to peaks appearing in the chromatogram of the standard sample under various analysis conditions used in the past analysis in a database in association with the analysis condition information, and
b) designation means for the analyst to designate a peak of a chromatogram of a standard sample or a spectrum belonging to the peak under the analysis conditions stored in the data storage means or under the analysis conditions used for the new analysis;
c) spectrum similarity calculating means for calculating the similarity between any two spectra;
d) A spectrum designated by the designation means or a representative spectrum corresponding to the designated peak is used as a search key, and all spectrum data stored in the data storage means or a range limited based on an instruction therein by an analyst. Searching means for searching for analysis condition information having a high spectrum similarity calculated by the spectrum similarity calculating means, with the spectral data included in the search object as a search target,
It is characterized by having.
[0013]
According to this configuration, it is possible to easily search for analysis condition information that can provide a spectrum shape with high similarity based on the results of past analysis. The analysis condition dependency of the analysis result can be grasped, and the optimum analysis conditions and analysis conditions for the components to be analyzed can be more easily examined.
[0014]
In the data processing apparatus according to the first and second aspects of the present invention, the search result obtained by the search means can be provided to the analyst in various formats. An output unit that rearranges the extracted result in the order of the degree of spectrum similarity and outputs the result may be further provided. The output here is, for example, a display output on a display screen of a display unit, or printing of paper or the like by a printing unit. A predetermined threshold value may be set for the search result by the search means, and only those having a spectral similarity exceeding the threshold may be selected and arranged in descending order of the spectral similarity.
[0015]
Further, a third invention made to solve the above-mentioned problem is a chromatographic data processing device for sequentially collecting spectra of a sample eluted from a column for component separation,
a) data storage means for storing chromatogram data in a database so that at least spectral data belonging to peaks appearing in the chromatogram of a sample analyzed in the past can be referred to;
b) designation means for the analyst to designate any of a plurality of chromatograms among the chromatograms stored in the data storage means;
c) spectrum similarity calculating means for calculating the spectral similarity for all combinations of peaks between different chromatograms with respect to the peaks appearing in the plurality of chromatograms specified by the specifying means,
d) Associating all the spectral similarities calculated by the spectral similarity calculating means or the spectral similarities equal to or more than a predetermined threshold value with the display of the peak on which the calculation is based, and differentiating the level of the spectral similarity. Output means for outputting,
It is characterized by having.
[0016]
In the data processing device according to the third invention, the spectrum similarity calculating means reads out, from the data storage means, spectral data of one or more peaks appearing in the plurality of chromatograms specified by the specifying means, and The spectral similarity is calculated for each combination of the peaks. The output means is configured to easily recognize all the spectrum similarities calculated by the spectrum similarity calculation means or the spectrum similarities equal to or greater than a predetermined threshold value with the set of peaks on which the calculation is based. And output in such a form that the level of the spectrum similarity can be easily visually recognized. This makes it possible to easily investigate and determine the identity and similarity of the components contained in a plurality of samples analyzed in the past.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a high-performance liquid chromatograph (HPLC) to which a data processing device according to an embodiment of the first invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of this HPLC.
[0018]
The sample liquid to be analyzed is injected by the injector 3 into the eluent (mobile phase) sucked by the
[0019]
The signal detected by the
[0020]
In the HPLC configured as described above, the
[0021]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a main part of the
[0022]
The
[0023]
Next, characteristic data processing in the data processing apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the operator displays a two-dimensional chromatogram (hereinafter, simply referred to as “chromatogram” for simplicity of “two-dimensional”) obtained on the execution of a certain sample on the display screen of the
[0024]
Next, the operator specifies the range of the similarity search target of the search key by operating the input unit 13 (step S11). There are various methods for specifying the range. For example, a method for all data collected so far, a specific period of data collected in the past (for example, one month in November last year, etc.) To specify a file that contains a specific character string (for example, "water quality") in the file where the data is stored. If the data files are grouped and stored in multiple folders. For example, there is a method of designating a specific folder.
[0025]
When an instruction to start processing is given by the operator (step S12), the main control /
[0026]
Subsequently, the spectrum data of the representative spectrum corresponding to the first peak in the search range specified in step S11 is read from the representative spectrum storage unit 22, and stored in the area B of the work memory 16 (step S15). Then, the spectrum
[0027]
Next, it is determined whether or not the calculation processing of the spectrum similarity for all the peaks to be searched has been completed (step S17). If not completed, the representative spectrum of the next peak within the specified search range is determined. The spectrum data is read out and overwritten on the area B of the work memory 16 (step S18), and the process returns to step S16. Therefore, by repeating the processing of steps S16 to S18, the spectral similarity between the representative spectrum of one peak serving as a search key and the representative spectrum of N (N is 1 or more) peaks included in the designated search range. r is sequentially calculated and stored in the C area of the
[0028]
When the calculation process of the spectrum similarity is completed for all the peaks in the search target range, the process proceeds from step S17 to S19, where the spectrum
[0029]
After screening the peaks having a relatively low spectral similarity r as described above, the spectrum
[0030]
By looking at the search results displayed on the display screen of the
[0031]
In the above description, the similarity of the peak is substantially determined by using the search target as the spectrum data. However, as one embodiment of the data processing apparatus according to the second invention, the analysis method, that is, the analysis condition information is set as the search target. It can also be configured. In order to enable such a search, chromatogram data obtained as a result of analyzing one or more types of standard samples under various analysis conditions is used as a reference database. Then, while a spectrum associated with one piece of desired analysis condition information is used as a search key, a spectrum stored in the reference database is set as a search target, and each spectrum in the search range is searched for in the same manner as described above. Then, the spectral similarity may be calculated for each of them, and the analysis condition information may be rearranged and displayed in descending order of the spectral similarity.
[0032]
In step S10, instead of specifying one peak or spectrum as a search key, a plurality of peaks or spectra are specified as search keys, and chromatogram data and peaks are searched for the plurality of search keys. It may be. In this case, peaks having spectral similarities equal to or greater than the determination threshold and chromatograms having the peaks for all specified search keys may be positioned at the top and arranged in descending order of spectral similarity. Or you may sort in the order of the chromatogram in which the number of peaks corresponding to the search key is large. According to this, with respect to a sample containing a plurality of components, a sample having a high possibility of containing the same plurality of components can be searched from the past analysis.
[0033]
Next, an embodiment of the data processing apparatus according to the third invention will be described. The basic configuration of the data processing apparatus of this embodiment is the same as that of the above embodiment, but the data processing procedure and the display method are different from those of the above embodiment. Will be explained. FIG. 5 is a flowchart showing a data processing procedure according to this embodiment, and FIG. 6 is a view showing an example of a graph displayed on the display screen of the monitor as a result.
[0034]
First, the operator selects a plurality of chromatograms including peaks whose components are to be identified and compared by operating the input unit 13 (step S30), and further inputs a determination threshold of the spectrum similarity (step S31). When an instruction to start processing is given by the operator (step S32), the main control /
[0035]
Next, the spectrum
[0036]
When the calculation processing of the spectrum similarity is completed for all the N combinations of peaks, the process proceeds from step S35 to S37, where the spectrum
[0037]
That is, as shown in FIG. 6, the designated chromatogram (in this case, three of A, B, and C) is displayed on the
[0038]
In FIG. 6, only a combination of each peak appearing in the chromatogram B and each peak appearing in the chromatogram A, and each peak similarly appearing in the chromatogram B and each peak appearing in the chromatogram C are displayed, This is to prevent the display from becoming complicated and difficult to understand. For example, when the chromatogram B or any one of the peaks is designated, the chromatogram B and other chromatograms around the peak are designated. The comparison with A and C is displayed, and the display of the comparison between the other chromatograms A and C disappears. Of course, the form of such display is not limited to this, and can be variously modified.
[0039]
In such a display screen, when the spectral similarity r between a certain peak and another peak is close to 1, it can be determined that there is a high possibility that those peaks are derived from the same component. Here, if a component has already been identified in any one of those peaks, the component name can be referred to. For example, in FIG. 6, it is assumed that the second peak B2 of the chromatogram B is an unidentified component. Since the spectral similarity r between this peak B2 and the second peak C2 of the chromatogram C is quite close to 1, it can be inferred that both are the same component. At this time, when the operator moves the
[0040]
By such an operation, it can be estimated that the component of the second peak B2 of the chromatogram B is also "benzoic acid". Then, when the operator moves the
[0041]
Of course, in this embodiment, when the operator first specifies a chromatogram, one or more peaks appearing in the chromatogram are specified to be excluded from the spectrum similarity calculation process, or conversely, only a specific peak is specified. May be added to the spectrum similarity calculation process. By narrowing down the target for calculating the spectrum similarity in this way, the processing time can be shortened, and it is possible to prevent a large number of unnecessary results from appearing on the display screen and becoming complicated.
[0042]
Further, each of the above embodiments is merely an example of the present invention, and it is apparent that the present invention is included in the present invention even if it is appropriately modified, modified, or added within the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a high-performance liquid chromatograph (HPLC) including a data processing device according to an embodiment of the first invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a three-dimensional chromatogram collected by this HPLC.
FIG. 3 is an exemplary block diagram showing a configuration of a main part of a personal computer which embodies the data processing device of the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of processing performed in the data processing device of the present embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a data processing procedure in a data processing device according to an embodiment of the third invention.
FIG. 6 is a view showing an example of a graph displayed on a display screen of a monitor as a result of the data processing of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
1 ... Eluent tank
2 ... Liquid pump
3. Injector
3. Input part
4 ... Column
5 Detector
51… Flow cell
52 ... light source
53 ... Spectroscope
54 ... Photodiode array
6 ... Amplifier
7 A / D converter
8 ... PC
10: Main control / processing unit
11: Spectrum similarity calculation unit
12: spectrum similarity determination unit
13 ... input section
14. Display control unit
15 Monitor
20 Data storage unit
21: Peak attribute information storage unit
22 ... Representative spectrum storage unit
23: Chromatogram data storage
Claims (4)
a)過去に分析された試料に関してそのクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータをデータベース化して保存しておくデータ記憶手段と、
b)前記データ記憶手段に保存されている又は新規に分析した試料のクロマトグラムのピーク又はそのピークに属するスペクトルを分析者が指定するための指定手段と、
c)任意の2つのスペクトルの類似度を算出するスペクトル類似度算出手段と、
d)前記指定手段により指定されたスペクトル又は指定されたピークに対する代表スペクトルを検索キーとし、前記データ記憶手段に保存されている全スペクトルデータ又はその中で分析者による指示に基づいて限定された範囲に含まれるピークのスペクトルデータを検索対象として、前記スペクトル類似度算出手段により算出されるスペクトル類似度が高いピークを検索する検索手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ用データ処理装置。In a chromatographic data processor for sequentially collecting the spectrum of a sample eluted from a column for component separation,
a) data storage means for storing and storing spectral data belonging to peaks appearing in the chromatogram of a sample analyzed in the past in a database;
b) designation means for an analyst to designate a peak of a chromatogram of a sample stored in the data storage means or a newly analyzed sample or a spectrum belonging to the peak;
c) spectrum similarity calculating means for calculating the similarity between any two spectra;
d) A spectrum designated by the designation means or a representative spectrum corresponding to the designated peak is used as a search key, and all spectrum data stored in the data storage means or a range limited based on an instruction therein by an analyst. Search means for searching for peaks having a high spectral similarity calculated by the spectrum similarity calculating means, with the spectral data of the peak included in
A data processing device for a chromatograph, comprising:
a)過去の分析に使用された各種分析条件の下での標準試料のクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータを、分析条件情報に対応付けてデータベース化して保存しておくデータ記憶手段と、
b)前記データ記憶手段に保存されている又は新規の分析に使用した分析条件の下での標準試料のクロマトグラムのピーク又はそのピークに属するスペクトルを分析者が指定するための指定手段と、
c)任意の2つのスペクトルの類似度を算出するスペクトル類似度算出手段と、
d)前記指定手段により指定されたスペクトル又は指定されたピークに対する代表スペクトルを検索キーとし、前記データ記憶手段に保存されている全スペクトルデータ又はその中で分析者による指示に基づいて限定された範囲に含まれるスペクトルデータを検索対象として、前記スペクトル類似度算出手段により算出されるスペクトル類似度が高い分析条件情報を検索する検索手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ用データ処理装置。In a chromatographic data processor for sequentially collecting the spectrum of a sample eluted from a column for component separation,
a) data storage means for storing spectrum data belonging to peaks appearing in the chromatogram of the standard sample under various analysis conditions used in the past analysis in a database in association with the analysis condition information, and
b) designation means for the analyst to designate a peak of a chromatogram of a standard sample or a spectrum belonging to the peak under the analysis conditions stored in the data storage means or under the analysis conditions used for the new analysis;
c) spectrum similarity calculating means for calculating the similarity between any two spectra;
d) A spectrum designated by the designation means or a representative spectrum corresponding to the designated peak is used as a search key, and all spectrum data stored in the data storage means or a range limited based on an instruction therein by an analyst. Searching means for searching for analysis condition information having a high spectrum similarity calculated by the spectrum similarity calculating means, with the spectral data included in the search object as a search target,
A data processing device for a chromatograph, comprising:
a)過去に分析された試料に関して、少なくともそのクロマトグラムに出現するピークに属するスペクトルデータが参照可能であるようにクロマトグラムデータをデータベース化して保存しておくデータ記憶手段と、
b)前記データ記憶手段に保存されているクロマトグラムのうち、任意の複数のクロマトグラムを分析者が指定するための指定手段と、
c)前記指定手段により指定された複数のクロマトグラムに出現するピークに関して、異なるクロマトグラム間のピーク同士の全ての組み合わせについて、それぞれスペクトル類似度を算出するスペクトル類似度算出手段と、
d)該スペクトル類似度算出手段により算出された全てのスペクトル類似度又は所定の閾値以上のスペクトル類似度を、その算出根拠となったピークの表示に関連付けて且つスペクトル類似度の高低を差別化して出力する出力手段と、
を備えることを特徴とするクロマトグラフ用データ処理装置。In a chromatographic data processor for sequentially collecting the spectrum of a sample eluted from a column for component separation,
a) data storage means for storing chromatogram data in a database so that at least spectral data belonging to peaks appearing in the chromatogram of a sample analyzed in the past can be referred to;
b) designation means for the analyst to designate any of a plurality of chromatograms among the chromatograms stored in the data storage means;
c) spectrum similarity calculating means for calculating the spectral similarity for all combinations of peaks between different chromatograms with respect to the peaks appearing in the plurality of chromatograms specified by the specifying means,
d) Associating all the spectral similarities calculated by the spectral similarity calculating means or the spectral similarities equal to or more than a predetermined threshold value with the display of the peak on which the calculation is based, and differentiating the level of the spectral similarity. Output means for outputting,
A data processing device for a chromatograph, comprising:
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