JP2007139623A - クロマトグラフ用データ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分析開始前に装置が安定した状態になったかどうかを判定するために、クロマトグラムのベースラインの安定性を確実に、且つ分析者による面倒な数値入力を行うことなく評価する。
【解決手段】過去に正常に分析が行われたときのベースラインデータが選定され（Ｓ１）、そのデータ点数と同数のクロマトグラムデータがＬＣ分析部により得られたならば（Ｓ２）、発生順にサンプリング点毎に両データの差を計算し（Ｓ３）、全てのサンプリング点のデータ差から評価指標値、例えば最大のデータ差とそのときのベースラインデータとの比率を算出する（Ｓ４）。そして、この指標値が所定の許容値以内であればベースラインが安定したものと判断し（Ｓ５でＹｅｓ）分析を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフなど、分離カラムを有するクロマトグラフにより得られるデータを解析処理するためのデータ処理装置に関する。

クロマトグラフ分析では、カラムにて時間方向に分離された各試料成分の保持時間（リテンションタイム）を横軸に、検出器で検出された各試料成分の相対強度（濃度）を縦軸にとって表したクロマトグラムが作成される。図３はこうした分析を実行するための液体クロマトグラフ分析装置での分析の手順を概略的に示すフローチャートである。

分析者はまず装置の電源を投入して装置を起動させる（ステップＳ１１）。この起動に伴い、各種の初期設定が自動的に実行される。次に、カラムや試料導入部などの流路の洗浄が実行され（ステップＳ１２）、洗浄が終了すると初期条件での運転が開始される（ステップＳ１３）。これにより、試料を含まない移動相がカラムに供給され、検出器はカラムを通過してきた移動相に含まれる物質に対する検出信号を出力し始める。一般に、移動相をカラムに流し始めてから暫くの間、検出器により得られる検出信号は安定しない。そこで、装置の状態が安定して正確な検出信号を得られるようになった後に分析を開始するために、クロマトグラムのベースラインの安定性を確認する（ステップＳ１４）。ベースラインが安定していると判断されると、移動相に試料を注入してカラムに送り込むことにより分析を開始する（ステップＳ１５）。実際に試料の同定や定量に利用できるクロマトグラムはこの分析開始以降に取得できる。

従来一般に、上記ステップＳ１４におけるクロマトグラムのベースライン安定性の確認は、ディスプレイ上に時々刻々と更新表示されるクロマトグラムを分析者自身が目視で判断することにより行われていた。具体的には、分析開始前のクロマトグラムでは通常、そのベースラインが変動せずに現れる筈であるから、ディスプレイに表示されるクロマトグラム上でベースラインの変動状態を分析者が目視で確認し、変動が小さいと判断したときに分析開始を許可するようにしていた。

しかしながら、このような方法では、ベースラインの安定性の判断基準が分析者によって異なるため、ベースラインが安定していると判断して分析を開始したものの実際には未だベースラインが不安定であったために分析が無駄になって再度分析を実行する必要があるといったおそれがあった。また、分析が無駄にならないにしても、ベースラインの安定性の判断基準の曖昧さにより分析によって得られたクロマトグラムの精度がばらつくおそれがある。さらにまた、分析者の経験や技量によっても分析の精度や信頼性が左右されることになる。

こうしたことから、従来、クロマトグラフ分析装置により得られた検出信号からクロマトグラムのベースラインの安定性の指標となるノイズやドリフトなどのパラメータ値を計算し、それらの値が予め設定された許容範囲に収まっているか否かを判定することでベースラインの安定性を確認できるようにした装置が知られている（例えば特許文献１など参照）。

こうした方法の場合、ノイズやドリフト等のパラメータ値の計算の開始時間や終了時間、或いは安定性の判断基準となる許容値などの数値を事前に分析者が入力する必要がある。これらの数値としてどのような値を設定すべきであるかは明確でなく、特に許容値はカラムの種類等の分析条件に応じて適宜に変更する必要があることが多い。また、上記値はノイズ計算用とドリフト計算用とで別々に設定する必要がある。こうしたことから、そうした値の入力ミスや誤った値の設定による、ベースライン安定性の判定ミスを誘発するおそれがある。特に、一般に許容値は電圧値として入力設定されるが、その単位はμＶ、ｍＶ、Ｖと様々に設定可能であるため、分析者の意図とは異なる値を誤って設定しがちである。さらにまた、上記のような値は恣意的に設定することが可能であるため、実際にはベースラインが安定しない状態でも分析を実行することができ、実際に採取されたデータの妥当性や信頼性に疑義が生じるおそれもある。

特許第３６６１３１８号公報

本発明は上記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、分析者による数値の入力設定を不要にする又は入力設定する場合でもその数を減らし且つ入力ミスを生じにくいものとすることにより、確実にベースラインの安定性を判定し、装置が安定した状態で分析を実行できるようにしたクロマトグラフ用データ処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、分離カラムを有するクロマトグラフにより取得されたデータを処理するデータ処理装置であって、
a)過去において分析が正常に実行された際のクロマトグラムのベースラインデータ又は基準とするべく取得されたベースラインデータを記憶しておくベースラインデータ記憶手段と、
b)試料を注入して分析を開始するに先立って、クロマトグラフにより順次取得されるクロマトグラムデータと前記ベースラインデータ記憶手段に記憶されているベースラインデータとを比較することにより、分析開始前のクロマトグラムにおけるベースラインの安定性を評価する評価手段と、
を備え、前記評価手段によりベースラインの安定性に問題がないと評価された場合に分析を開始することができるようにしたことを特徴とする。

即ち、本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置は、ベースラインの安定性の評価に関して、従来のように、分析開始前にクロマトグラフにより順次取得されるクロマトグラムデータに基づいてベースラインの安定性を評価する指標値としてノイズやドリフトを反映した値を算出しこれを基準値と比較する、という絶対的な評価を行うのではなく、過去において分析が正常に実行された際のクロマトグラムのベースラインデータやもともとベースラインを測定する目的で実行された予備分析により取得されたベースラインデータなどと、実際にクロマトグラフにより時々刻々と取得されるクロマトグラムデータとを比較するという相対的な評価を行うものである。

本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置の一実施態様として、前記評価手段は、前記ベースラインデータ記憶手段に記憶されている所定個数のベースラインデータと、これと同数の、クロマトグラフにより得られるクロマトグラムデータとについて、そのサンプル発生順に対応するデータ毎の値の差分を算出して、それら差分に基づく評価指標値を算出する指標値算出手段と、前記評価指標値が予め決められた許容範囲内であるか否かを判定することでベースラインの安定性を評価する指標値判定手段と、を含む構成とすることができる。

本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置によれば、或る決まったデータ点数を有するベースラインデータとの相対比較であるため、従来のようにノイズやドリフトなどのパラメータ毎の計算開始時間や終了時間を分析者が設定する必要はない。また、ベースライン安定性の評価基準となる許容値は絶対値ではなく相対値、例えば％値とすればよいので、一般的には分析条件等に応じて変更する必要はなく、分析者が分析毎に入力設定する必要はなくなる。また、分析者が手動で許容値を入力設定する場合でも、％値等であれば直感的に理解し易く入力ミスも軽減できる。これにより、分析開始前に装置の安定性を判断する際に分析者の負担が軽減され、入力ミスや判断ミス等に起因する無駄な分析の実行を減らすことができるとともに分析結果の信頼性を向上させることができる。また、分析者の技量や経験などに依存した曖昧さも排除できるので、その点でも分析結果の信頼性を向上させることができ、異なる分析結果の比較の信頼度も上がる。

また例えば液体クロマトグラフ装置で図３に示したような手順で分析を実行する場合、従来、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１５についてはワークステーション（パーソナルコンピュータ）で自動化が可能であったものの、ステップＳ１４については前述のように分析者の介在が必要であったため自動化が行えなかった。これに対し、本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置によればステップＳ１４についても自動化が可能となるため、分析に関わる全作業について自動化を実現することが可能となり、分析者の負荷が軽減されるとともにスループットの向上が期待できる。

本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置を、液体クロマトグラフ分析に適用したを場合を例に挙げて図１、図２により説明する。図１は本実施例による液体クロマトグラフ分析装置の要部の全体構成図、図２は本実施例による液体クロマトグラフ分析装置での特徴的なデータ処理の処理手順を示すフローチャートである。

この液体クロマトグラフ分析装置の構成は、大別すると、試料に対して実際の分析を行って解析に必要なデータ（クロマトグラムデータ）を採取するＬＣ分析部１と、ＬＣ分析部１の各部を制御したり、採取されたデータに対し所定の波形処理や演算処理を行って定性分析や定量分析結果を導き出したりするデータ処理／制御部２とから成る。データ処理／制御部２の機能の大部分は、パーソナルコンピュータ上で所定のデータ処理／制御プログラムを実行することにより具現化することができる。

ＬＣ分析部１においては、送液ポンプ１１の動作により移動相容器１０から移動相（溶離液）が吸引され、一定流量で以てオートインジェクタ１２を介しカラム１３へと供給される。オートインジェクタ１２は所定のタイミングで以て液体試料を移動相中に注入する。注入された試料は移動相に乗ってカラム１３へと導入され、カラム１３を通過する間に試料中の各成分が時間的に分離される。例えば紫外可視分光光度計である検出器１４はカラム１３から溶出する試料成分を順次検出し、検出信号を増幅してデータ処理／制御部２に送る。

データ処理／制御部２では、検出器１４から送られてきたアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換部２０により所定のサンプリング周期で以てサンプリングし、各サンプルをデジタル信号に変換してデータ記憶部２１のデータ一時格納部２２に格納する。データ記憶部２１のデータ保存部２３には過去に取得されたクロマトグラムデータやベースラインのみを測定する目的で試料を注入せずに分析を実行することにより得られたデータなどが、分析毎にファイル形式で保存されている。比較判定処理部２４はデータ保存部２３に保存されているデータを参照して、データ一時格納部２２に格納されたデータで表されるベースラインの安定性を評価するために後述のような比較判定処理を実行する。データ解析処理部２５はデータ記憶部２１に記憶されているクロマトグラムデータに基づきクロマトグラムを作成し、さらに所定の解析処理を実行することで定性や定量を行う。制御部２６にはキーボードやマウス等の入力部２７や、液晶ディスプレイ等の表示部２８が接続されており、ＬＣ分析部１の各部やデータ解析処理部２５などの動作を統括的に制御する。この制御部２６の制御により自動分析が可能となっている。

上記構成の液体クロマトグラフ分析装置では、図示しない電源スイッチの操作により電源が投入されると制御部２６を始めとする各部に電力が供給されて装置として起動する（ステップＳ１１）。その後、所定のシーケンスで以て移動相或いは図示しない洗浄液等が流路に流されることで流路が洗浄され（ステップＳ１２）、予め決められた初期条件で運転が開始される（ステップＳ１３）。運転開始後に本実施例の特徴であるクロマトグラムのベースライン安定性評価処理が実行されるわけであるが、これについて図２により詳しく説明する。

まず、制御部２６の制御の下で比較判定処理部２４は、データ保存部２３に保存されているデータの中で、参照とするベースラインデータDrを選定する（ステップＳ１）。この選定は分析者が手動で、つまり入力部２７からの指定により行うようにしてもよいが、自動で実行することもできる。例えば、過去に分析により取得されたデータの中で、同一の分析条件（移動相の種類）の下で分析が正常に実行されたデータのファイルを指定し、そのクロマトグラムデータの中の分析開始前のベースラインデータを用いることができる。また、例えばグラジエント分析などを行う場合には、時間経過に伴う移動相の混合比率の変更に応じてベースラインが変動するから、予め試料を注入せずにベースラインデータを取得してこれをデータ保存部２３に保存しておくことが行われる。したがって、同一の分析条件の下でのベースラインデータが用意されている場合には、これを自動的に選択するようにしてもよい。

ベースラインデータDrが選択されると、そのデータ点数Ｂは既知であるから、ＬＣ分析部１の検出器１４により取得され、Ａ／Ｄ変換部２０でデジタル化された検出データ（クロマトグラムデータDs）を同じデータ点数Ｂだけデータ一時格納部２２に格納する（ステップＳ２）。その後、サンプルの発生順（時間の順）にベースラインデータDrのサンプルとクロマトグラムデータDsのサンプルとの差分を計算し、上記データ点数Ｂ分について全ての差分を求める（ステップＳ３）。

そして、上記のようにして求めたＢ個の差分に基づいて評価指標値Ｖを算出する（ステップＳ４）。具体的には、例えばＢ個の差分の中で最大のものを選択し、その差分のサンプリング位置におけるベースラインデータDrの値に対するその差分の値の％値、つまりベースラインデータDrの値がDr1であり差分がΔDであるときにＶ＝（ΔD／Dr1）×100、で評価指標値Ｖを求める。また、差分のばらつき（分散）に基づいて評価指標値Ｖを導出してもよい。

次いで、上記評価指標値Ｖが予め決めておいた許容値以内であるか否かを判定する（ステップＳ５）。例えば、評価指標値Ｖが上述したような差分の最大値の％値である場合に、許容値を１％或いは３％などを定めておくとよい。この許容値は絶対値ではなく相対値であるため、通常、分析条件によって変える必要はなく、予め決めた値を用いて判定を行うことができる。もちろん、予め決めた値をデフォルト値として必要に応じて分析者が入力部２７から適宜に変更できるようにしてもよい。

そして、ステップＳ５で評価指標値Ｖが許容値以内であると判定された場合には、その時点でＬＣ分析部１で取得されているクロマトグラムのベースラインが安定していると判断し（ステップＳ６）、分析の開始を許可する。したがって、自動的に分析が開始されるものである場合には、制御部２６の制御の下でオートインジェクタ１２により液体試料が移動相に注入され、試料がカラム１３に導入されて分析が実行される。

これに対し、ステップＳ５で評価指標値Ｖが許容値を超えていると判定された場合には、クロマトグラムのベースラインが安定していない、つまりは装置の状態が未だ安定していないと判断してステップＳ２に戻り、上述したような処理を繰り返してベースラインの安定性を評価する。したがって、ベースラインが安定していると評価された時点で分析の開始が許可されることになる。

なお、上記説明では、クロマトグラムデータDsとベースラインデータDrとについてサンプリング点毎に差分をとってその差分を利用して評価指標値を求めていたが、他の計算手法により評価指標値を求めることもできる。例えば、クロマトグラムデータDsとベースラインデータDrとについてそれぞれ上記データ点数Ｂのデータから従来と同様の手法により、ノイズ、ドリフトを計算し、その計算結果の差分から評価指標値を求めてもよい。また。それ以外にも様々な計算手法が考え得るが、予め一つの計算手法に固定するのではなく、いくつかの計算手法を用意しておいて分析者が入力部２７から選択できるようにしてもよい。

また、上記実施例は一例であって本発明の趣旨に沿って適宜変形や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば、上記実施例は本発明を液体クロマトグラフに適用していたが、ガスクロマトグラフ等、他のクロマトグラフにも適用できることは当然である。

本発明に係るデータ処理装置を適用した液体クロマトグラフ分析装置の一実施例の要部の全体構成図。 本実施例による液体クロマトグラフ分析装置での特徴的なデータ処理の処理手順を示すフローチャート。 液体クロマトグラフ分析装置での分析の手順を概略的に示すフローチャート。

符号の説明

１…ＬＣ分析部
１０…移動相容器
１１…送液ポンプ
１２…オートインジェクタ
１３…カラム
１４…検出器
２…データ処理／制御部
２０…Ａ／Ｄ変換部
２１…データ記憶部
２２…データ一時格納部
２３…データ保存部
２４…比較判定処理部
２５…データ解析処理部
２６…制御部
２７…入力部
２８…表示部

Claims (2)

1. 分離カラムを有するクロマトグラフにより取得されたデータを処理するデータ処理装置であって、
   a)過去において分析が正常に実行された際のクロマトグラムのベースラインデータ又は基準とするべく取得されたベースラインデータを記憶しておくベースラインデータ記憶手段と、
   b)試料を注入して分析を開始するに先立って、クロマトグラフにより順次取得されるクロマトグラムデータと前記ベースラインデータ記憶手段に記憶されているベースラインデータとを比較することにより、分析開始前のクロマトグラムにおけるベースラインの安定性を評価する評価手段と、
   を備え、前記評価手段によりベースラインの安定性に問題がないと評価された場合に分析を開始することができるようにしたことを特徴とするクロマトグラフ用データ処理装置。
2. 前記評価手段は、
   前記ベースラインデータ記憶手段に記憶されている所定個数のベースラインデータと、これと同数の、クロマトグラフにより得られるクロマトグラムデータとについて、そのサンプル発生順に対応するデータ毎の値の差分を算出して、それら差分に基づく評価指標値を算出する指標値算出手段と、
   前記評価指標値が予め決められた許容範囲内であるか否かを判定することでベースラインの安定性を評価する指標値判定手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ用データ処理装置。
   
   

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