JP2008256546A - 多段検量線作成方法、および分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、不連続な吸光度変化を示す特異物質に対してでも、高精度な定量を行うことができる分析装置用の多段検量線を作成することを目的とする。
【解決手段】本発明は、濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成する多段検量線作成方法において、検量測定点群の相関係数を低濃度側から高濃度側に向けて順じ検量測定点毎に求め、求めた相関係数が予め設定されたしきい値から外れた場合には、一つ手前の前点まででその検量測定の区間検量線を確定し、この確定した前点を次の検量測定の始点として更に高濃度側に向け、順じ検量測定点毎に相関関係を求めながら次々と区間検量線の作成を繰返すことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、検定をもって検量線を作成し濃度を算出する分析装置で使用する検量線作成方法、かつ、単一な増加直線または増加曲線により単一な検量線近似できない特異物質の反応の定量方法に使用する検量線作成方法、および分析装置に関するものである。

定量分析では、目的成分の既知濃度の標準試料を調製後、特定波長の光をあて、その物質の吸光度を測定して検量線を作成する。濃度未知の試料物質の濃度を求める場合、同様にして試料物質に特定波長の光をあて吸光度を測定し、予め作成された標準試料の検量線から目的物質の濃度を定量する方法が用いられる。

一般に検量線は、低濃度から高濃度までを直線、あるいは、２次式等の単一な近似式で近似することができるが、試料物質や添加する反応試薬の特性などにより、近似直線、あるいは近似曲線から逸脱する場合がある。

このような場合、標準試料の各濃度の吸光度を直線で結ぶ折れ線検量線が広く用いられる。

これらの近似方法のほかに低濃度領域と高濃度領域をそれぞれ個別の関数で近似する方法で定量する技術が確立されている。

特開２００１−１１６６８８号公報

従来、単一増加の吸光度反応を示すものに対しては、直線、あるいは曲線近似で検量線を作成する方法を用いてきたが、不連続な吸光度変化を示す特異物質に対しては高精度な定量を行うことができない。

このような場合、標準試料の各濃度の吸光度を直線で結ぶ折れ線検量線法を用いられてきたが、すべての吸光度点を直線で結ぶため、吸光度に直線性をもつ物質の場合、標準試料の調製不良などにより直線性を逸脱してしまうと、実際とは異なる検量線を作成してしまい、検量線の良否を自動で判断することが困難となる。

直線性が確立されている区間検量線では、その区間を最小二乗法により検量線（近似直線）を作成し、得られた検量線の相関係数にて良否判定することが有効な手段となる。

本発明は、上記の課題に対処し、低濃度−高濃度領域の検量線範囲において、低濃度領域と高濃度領域の２つの個別関数にて近似する方法においても、不連続な吸光度変化を示す特異物質に対しては、高精度な定量を行うことができる検量線を作成することを目的とする。

また、本発明は、上記の課題に鑑み、直線性が確立されている区間をオペレータにより指定することができ、その区間の相関係数により良否判定を行うため、検量線の良否をオペレータの判断なしで判定することが可能となる分析装置を提供することを目的とする。

本発明は、濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成する多段検量線作成方法において、検量測定点群の相関係数を低濃度側から高濃度側に向けて順じ検量測定点毎に求め、求めた相関係数が予め設定されたしきい値から外れた場合には、一つ手前の前点まででその検量測定の区間検量線を確定し、この確定した前点を次の検量測定の始点として更に高濃度側に向け、順じ検量測定点毎に相関係数を求めながら次々と区間検量線の作成を繰返すことを特徴とする。

また、本発明は、濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成される多段検量線の作成機能と、多段検量線に関する検量線情報設定画面を表示する表示部を有する分析装置において、前記検量線情報設定画面は、検量測定点群内でオペレータが指定した検量測定の区間検量線を切替え、かつ検量測定点毎に求める検量測定点群の相関係数より区間検量線を評価できる項目が表示されることを特徴とする。

本発明によれば、検定に用いる定量範囲において、不連続な吸光度変化を示す特異物質に対しても、高い定量精度を得ることができる検量線を作成できる。

また、本発明によれば、直線性が確立されている区間をオペレータにより指定することができ、その区間の相関係数により良否判定を行うため、検量線の良否をオペレータの判断なしで判定することが可能となる分析装置を提供できる。

本発明の実施例について述べる前に、比較参考例を示す図２、図３、図４、図５を引用して、これまでの検量線について簡単に説明する。

検量線は、図２に示すように低濃度から高濃度までを直線、あるいは、２次式等の単一な近似式で近似することができるが、図３に示すように試料物質や添加する反応試薬の特性などにより、近似直線、あるいは近似曲線から逸脱する場合がある。

このような場合、図４に示すような標準試料の各濃度の吸光度を直線で結ぶ折れ線検量線が広く用いられる。

また、図５に示すような濃度区間内で吸光度に直線性をもつ物質の場合、標準試料の調製不良などにより直線性を逸脱した場合、点線で示すように実際とは異なる検量線を作成してしまい、検量線の良否を自動で判断することが困難となる。

上記の課題を解決した本発明の実施例について、実施例の図を引用し、以下に説明する。

本実施例では、土壌中の酸化カリウムを比色分析にて分析した例について説明する。

図６に、酸化カリウムの濃度と吸光度の関係を示す。

酸化カリウムは、ある特定の反応試薬を添加し、その吸光度の変化量により濃度を算出する。

しかし、酸化カリウムの吸光度変化は、一般の反応とは異なり、図６に示すように、低濃度側からある濃度域までは低傾きな直線１で反応するが、その濃度を超えた領域では、急勾配の傾きをもつ直線２での反応を示す。

このような場合、従来のような最小二乗法（１次、２次、３次）による単一な近似法では、最適な近似を行うことが困難となる。

そこで、この吸光度の変化量が著しく増加する点を自動で検出し、その点を基点として、次の検量線に切換える多段近似にすることにより定量を行うことが望まれる。

図１に検量線切替え手順を示す。

１〜Ｎ点の濃度の異なる標準物質の吸光度と濃度に対し、１点目を始点ｎとして、ｎと２点目の吸光度と濃度（ｍ）の関係から、最小二乗法（一次式）にて近似式：ｙ＝ａｘ＋ｂを作成し、相関係数Ｒを記憶手段に記憶する。

ここで演算機能により算出された、相関係数Ｒ，及び係数ａ，ｂを前回値の値として、Ｒｐ，Ａｐ，Ｂｐにそれぞれ記憶手段に記憶する。

次に、予め設定された相関係数Ｒ’のしきい値との判定を行い、Ｒ≧Ｒ’の関係にある場合は、ｎ，ｍ及びｍ＋１点目の吸光度と濃度関係から、一次近似式を作成し、相関係数Ｒを演算機能により算出する。

同様にして、予め設定された、相関係数Ｒ’のしきい値と判定（演算機能で判定）を行い、Ｒ≧Ｒ’を満たさなくなるまで、検量測定点範囲を拡張する。ｎ〜ｍにおいて、Ｒ＜Ｒ’の関係を満たした場合、ｎ〜ｍ−１の検量測定点において第Ｓ区間の検量線として記憶手段に記憶する。

次に、ｍ−１点を始点ｎとして、ｎとｎ＋１との吸光度と濃度関係から、一次近似式を作成し、演算した相関係数を記憶手段に記憶する。

以下、同様な方法でＮ点までの多段検量線を作成する。

しきい値を０．９９５に設定した場合の例を、図７を用いて説明する。

しきい値とは、濃度区間内で直線近似した場合の相関係数との比較値を表すもので、この値を下回る相関係数が算出された場合、直線性を逸脱（外れた場合）したものと判断し、次の区間検量線に切り替えるために使用する数値である。

図７の始点Ｓ１からＳ３点までの区間濃度では、直線性（０．９９５以上の相関係数）が見られるが、Ｓ１からＳ４点の区間で近似した場合、直線性を逸脱（相関係数：０．９９５を下回る）していることがわかる。

この結果より、Ｓ４点を含めないＳ１からＳ３までの区間で第一区間検量線を確定する。

次に、第一区間検量線の終点：Ｓ３を始点にして、Ｓ３〜Ｓ４、Ｓ３〜Ｓ５の間で相関係数を算出する。ここで得られた相関係数が、設定したしきい値（０．９９５）以上の値として得られるため、Ｓ３〜Ｓ５の間で第二区間検量線を確定する。

こうして、検量測定点群の相関係数を低濃度から高濃度に向けて順じ検量測定点毎に求め、求めた相関係数が予め設定されたしきい値から外れた場合には、一つ手前の前点まででその検量測定の区間検量線を確定し、この確定した前点を次の検量測定の始点として更に高濃度側に向け、順じ検量測定点毎に相関係数を求めながら次々と区間検量線の作成を繰返すことにより、多段の検量線が作成される。

この多段検量線作成は、種々の演算機能を含む検量線作成機能により齎される。

以上の方法により、図７に示す例では、２本の検量線を作成して定量分析を行うことが可能となる。

この２本の検量線を含む多段検量線を用いることにより、不連続な吸光度変化を示す特異物質に対してでも、高精度な定量を行うことができる。

次に、手動設定による検量線切替え方法について図８、及び図９を用いて説明する。

手動設定による検量線切換え方法では、予め区間検量線をオペレータが指定し、その区間毎に検量線式を作成するものである。

図８に、オペレータ操作画面例を示す。

オペレータは、検量線を作成するために使用する標準試料数を図８の符号５に設定する。

次に、各区間検量線において、各測定点から最小二乗法で作成した直線の相関係数との比較値を図８の符号６に入力する。

この値は、各区間で作成された検量線の良否判定に使用する値となる。設定した値以上の相関係数が得られなかった場合、その検量線には期待していた直線性がなく、分析装置、あるいは検量線作成に使用した標準試料に異常があると判断できる。

次に、各測定点の濃度値を標準試料数分入力し、その測定点が区間検量線のどの区間に相当するかを、区間検量線（符号７）に入力する。

図８の例では、検量線点数が５点で、測定点１〜３（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）にて第一区間検量線を、測定点４〜５（Ｓ４，Ｓ５）で第ニ区間検量線を作成する指定を行った例である。

オペレータは、上述の設定を行った後、分析装置に標準試料を設置し、分析を開始する。

分析終了後、各測定点で得られた吸光度と入力した濃度値より、区間毎に検量線を作成し、検量線毎の相関係数を符号６で入力した値と比較を行い、符号８の領域に良好／不良の結果として表示する。

図９に、分析装置からの分析終了後の検量線作成方法について示す。

分析装置からＮ点の吸光度値を取得後、オペレータによりあらかじめ指定された区間検量線毎に、最小二乗法により直線近似し、検量線式（濃度＝係数１×吸光度＋係数２）の係数１、係数２、及び相関係数Ｒ（ｎ）を算出し、表示部の画面上に表示する。

表示された検査線情報設定画面は、標準試料数の入力欄５、相関係数の入力欄６、濃度（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）、区間検量線の入力欄７、検量線評価（第一区間・良好／第ニ区間・良好）の入力欄８が表示される。また、ＯＫ・Ｃａｎｃｅｌは、結果表示ではなく、設定内容の登録に使用するタッチボタンを示す。

この検査線情報設定画面により、検量線作成後、各区間検量線での相関係数が自動評価して表示するため、検量線の良否判定を容易に確認することができる。

上述した多段検量線の作成や検査線情報設定画面を表示する機能は、分析装置の検査線作成プログラムに則って実行される。この検査線作成プログラムは、記録媒体や通信回線を介して分析装置に収められる。

本発明の実施例に係わる自動検量線作成方法を示すフローチャート図である。 本発明との比較参考例を示すもので、一次、二次近似による検量線を示したものである。 本発明との比較参考例を示すもので、検量線作成方法では、近似できない反応を示した例である。 本発明との比較参考例を示すもので、単一近似法では近似できない反応過程を折れ線検量線法で検量線を作成した例である。 本発明との比較参考例を示すもので、折れ線検量線にて検量線を作成した場合、不測の吸光度が得られた場合に異なる検量線を作成してしまう例を示したものである。 単調増加とならない吸光度変化を示す例である。 本発明の実施例に係わるもので、多段検量線の作成例を示したものである。 本発明の実施例に係わるもので、手動方法による検量線作成のパラメータ入力画面例を示したものである。 本発明の実施例に係わるもので、手動検量線作成方法を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…低濃度側直線性を示す擬似線、２…高濃度側直線性を示す擬似線、３…第一区間の検量線、４…第ニ区間の検量線、５…標準試料数の入力欄、６…期待する相関係数の入力欄、７…区間検量線の入力欄、８…区間検量線毎の良否判定の表示欄。

Claims (4)

1. 濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成する多段検量線作成方法において、
   検量測定点群の相関係数を低濃度側から高濃度側に向けて順じ検量測定点毎に求め、求めた相関係数が予め設定されたしきい値から外れた場合には、一つ手前の前点まででその検量測定の区間検量線を確定し、
   この確定した前点を次の検量測定の始点として更に高濃度側に向け、順じ検量測定点毎に相関係数を求めながら次々と区間検量線の作成を繰返すことを特徴とする多段検量線作成方法。
2. 濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成される多段検量線を記憶する記憶手段が備わる分析装置において、
   検量測定点群の相関係数を低濃度側から高濃度側に向けて順じ検量測定点毎に求め、求めた相関係数が予め設定されたしきい値から外れた場合には、一つ手前の前点まででその検量測定の区間検量線を確定し、この確定した前点を次の検量測定の始点として更に高濃度側に向け、順じ検量測定点毎に相関係数を求めながら次々と区間検量線の作成を繰返す検量線作成機能を備えていることを特徴とする分析装置。
3. 濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成される多段検量線の作成機能と、多段検量線に関する検量線情報設定画面を表示する表示部を有する分析装置において、
   前記検量線情報設定画面は、検量測定点群内でオペレータが指定した検量測定の区間検量線を切替え、かつ検量測定点毎に求める検量測定点群の相関係数より区間検量線を評価できる項目が表示されることを特徴とする分析装置。
4. 濃度及び吸光度を低濃度側から高濃度側に亘り測定し、夫々の測定点の検量に基づいて作成される多段検量線の作成機能と、多段検量線に関する検量線情報設定画面を表示する表示部を有する分析装置の検量線作成プログラムにおいて、
   検量測定点群の相関係数を低濃度側から高濃度側に向けて順じ検量測定点毎に求め、求めた相関係数が予め設定されたしきい値から外れた場合には、一つ手前の前点まででその検量測定の区間検量線を確定し、この確定した前点を次の検量測定の始点として更に高濃度側に向け、順じ検量測定点毎に相関係数を求めながら次々と区間検量線の作成を繰返す検量線作成機能と、
   前記検量線情報設定画面では、検量測定点群内でオペレータが指定した検量測定の区間検量線を切替え、かつ検量測定点毎に求める検量測定点群の相関係数より区間検量線を評価できる項目が表示される機能と、が収まって分析装置の検量線作成プログラム。

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