JP2011518314A - クロマトグラフィーカラムの性能を監視するための自動化システムおよび方法、ならびにその応用 - Google Patents

Abstract

本発明は、プロセスクロマトグラフィーにおいてカラムの性能を監視するための自動化システムおよび方法、ならびにその応用を提供する。一実施形態では、カラムの性能は、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、例えば、伝導率値またはｐＨ値等の、複数の工程値を生成することによって監視される。当該工程値は変換され、当該工程値に存在するノイズが抑圧される、変換された工程値を生成する。カラムの性能パラメーターは、その変換された工程値に基づいて計算され、クロマトグラフィーカラムを通じた第２の移動相液体の移動の最中に表示される。
【選択図】図１

Description

生物医薬品業界では、充填床カラムを用いたプロセスクロマトグラフィーは、複合生物学的製剤の製造において主要な要素である。製剤の品質および性能（例えば、生物学的活性）を保証するために、高い充填品質が要求される。従って、充填品質を監視し、許容不可能な充填品質を有する充填床カラムを再充填するか取り替えなければならない。

従来では、３つの数値パラメーター、つまり、カラム１つ当たりの段数（ｐｌａｔｅ ｎｕｍｂｅｒ）（Ｎ）、理論段相当高さ（ＨＥＴＰ）、および非対称性（Ａｓ）が、充填床カラムの品質を描写するのに用いられる。これらのパラメーターは、非吸着溶質の注入パルスの分散度を評価するのに、パルス注入実験またはいわゆるＨＥＴＰの実行を実施することによって得られる。

充填品質を評価するためのパルス注入法に従い、十分に充填されたカラムは低いＨＥＴＰ値（例えば、０．１ｃｍ未満）を有するべきである。Ｎから導かれた概念、ＨＥＴＰは、試料ゾーンがクロマトグラフィーカラム内を移動した距離に対する広がりの測定値を提供する。試料ゾーンはカラム内にある標本の帯域であり、これは、標本がカラムを抜け出し、検出器（分析器）によって監視される場合、カラム出口における標本の特定の特性に対応するピークとして出現する。ＮおよびＨＥＴＰの数学的定義は下記の通りである：
Ｎ＝Ｖ_Ｒ ^２／σ^２ （１）、および、
ＨＥＴＰ＝Ｌ／Ｎ （２）
式中、Ｖ_Ｒは保持容積であり、これは、半分の標本質量がカラムに加えられる時間から、半分の標本質量がカラムから抜け出した時間までに送り出される容積として定義され、σ^２は出口容積の分布の変数であって、Ｎは無次元数である。Ｌはカラムの長さ（または高さ）である。

注入パルス法における注入されたトレーサー溶液はディラックパルスであると推測され、これはＣ_０（初期のトレーサー濃度）の高さ、および、カラムの容積と関連した微小幅を有する。その初期状態は、平衡状態にあるが、いかなる標本も伴わない移動相および固定相のみを含むカラムに対応する。当該注入パルス法は、パルス内にあるトレーサーの出口容積の分布が、正規（例えば、ガウス）分布曲線を辿るか、あるいは密接に辿るということも推測する。従って、Ｎの計算結果は、パルス注入実験（例えば、ピークにおける容積、および、トレーサーの濃度がピーク濃度の半分である、曲線上にある２つの点における容積）の最中に導かれた、濃度−容積曲線からのちょうど３つのデータ点によって決定される。正規密度関数に関して、半分のピーク高さにおける曲線の幅であるＷ_１／２は、２σ（２ｌｎ２）^１／２に等しい。従って、
σ＝Ｗ_１／２／２（２ｌｎ２）^１／２ （３）。
必然的に、Ｎの計算結果は下記式によって得られる：
Ｎ＝Ｖ_Ｒ ^２／（Ｗ_１／２／２（２ｌｎ２）^１／２）^２ （４）、
Ｎ＝Ｖ_Ｒ ^２／（Ｗ_１／２ ^２／４（２ｌｎ２）） （５）、
Ｎ＝５．５４５（Ｖ_Ｒ／Ｗ_１／２）^２ （６）。

ＨＥＴＰの値は、上の等式（２）を用いることによって得られる。

充填床カラムの品質を描写するのに用いられる、第３のパラメーターであるＡｓは、ピーク広がりの性質（例えば、フロンティングまたはテーリング）を反映する。上のように、パルス注入法の場合において、パルス注入実験の最中に得られた全体のデータセットからのちょうど３つのデータ点は、Ａｓ値を決定するのに用いられる。この値は、ピーク頂点とクロマトグラフィー曲線の正面との間の距離に対する、ピーク頂点とクロマトグラフィー曲線の背面との間の距離の（ピーク高さの１０％における）比を取ることによって計算される。従って、１より大きいＡｓ値はテーリングピークである一方で、１未満のＡｓ値はフロンティングピークである。十分に充填されたカラムは、ほぼ一貫したＡｓ値を有すると推測される。

パルス注入実験またはＨＥＴＰの実行からのピークがガウスでない状況が頻繁にあるので、パルス注入法に従って計算されるＮ、ＨＥＴＰ、およびＡｓの値はしばしば、カラムの効率または充填品質を正確に描写しない。これは大きいプロセスクロマトグラフィーのカラムに関して特に真実であり、これはガウス分布に適合しないピークを日常的に与える。実際には、ガウス分布に基づく計算は、カラム充填における床の状態または欠陥の変化に対して無反応であり得る。このことの理由は、計算に用いられた数個のデータ点以外における遷移内の何処かに偏差が生じる場合、その偏差が検出されないということである。同じ理由で、これらの臨界点で生じるノイズに大きな重点を置いて、不正確な計算結果につながるので、当該パルス注入法は着実ではない。

上述した欠点に加え、充填品質を決定するためのパルス注入法を、大型のプロセスクロマトグラフィーにおける使用にあまり相応しくないものにする、現実的な理由と経済的な理由もある。例えば、パルス注入実験を実行する場合、パルスの容積はその結果に影響を及ぼす。小さいパルスを大きいカラム内へ正確に導入することは困難であるので、製造規模におけるＨＥＴＰの実行の再現性は、特にカラム内の微妙な変化が関連するところで一般的に低い。この弱点は、パルス注入法で測定したパラメーターを統計的な工程制御を伴う使用に不適切にし得る。さらに、ＨＥＴＰの実行は製造工程の外部にあり、当該実行から導かれたパラメーターは、カラムが実際に当該製造工程の最中に用いられる場合、カラムの効率または充填品質の直接の測定値ではない。カラムの状態は、ＨＥＴＰの実行と実際の製造工程の実行との間で変化し得る。その変化が十分に大きい場合、当該変化はその後のプロセスクロマトグラフィーに対して、潜在的に壊滅的な影響を及ぼし得る。最終的に、当該パルス注入法は、カラムの効率を確認するために、定期的にＨＥＴＰの実行を行うことを要求する。これらのＨＥＴＰの実行は工程リソースを浪費し、製造の遅延を引き起こし得る。

必要とされるものは、上述した欠陥を克服する新たな監視システムおよび監視方法である。

本発明は、カラムの性能を監視するための自動化システムおよび方法、ならびにその応用を提供する。これらの自動化システムおよび方法は、プロセスクロマトグラフィーに特に十分に相応しい。

一実施形態では、カラムの性能は、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、例えば、伝導率値（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｖａｌｕｅ）またはｐＨ値等の、複数の工程値を生成することによって、監視される。当該工程値は（例えば、フィルタリングすること、および／または平滑化することによって）変換され、当該工程値に存在するノイズが抑圧される、変換された工程値を生成する。カラムの性能パラメーターは、その変換された工程値に基づいて計算され、クロマトグラフィーカラムを通じた第２の移動相液体の移動の最中に表示される。その表示された性能パラメーターは、例えば、クロマトグラフィーカラムの充填品質に関して、および、クロマトグラフィー工程を継続するか、またはクロマトグラフィーカラムを再充填するか取り替えることができるまで、クロマトグラフィー工程を停止するか否かに関して、操作者が決定を下すことを可能にする。

本発明がクロマトグラフィーカラムの効率および／または充填品質の直接的な測定を提供する一方で、監視されるカラムが製品を製造するために用いられているということは、本発明の一特長である。製品の製造を妨げることも遅らせることもなく、クロマトグラフィーカラムの効率および／または充填品質を決定するために本発明を用いることができるということも、本発明の一特長である。

本発明の具体的な実施形態としては、クロマトグラフィーカラムの性能を監視するための第１の方法であって、（１）第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、複数の工程値を生成するステップと、（２）前記複数の工程値を変換し、複数の変換された工程値を生成し、そこで、その変換が前記複数の工程値に存在するノイズを抑圧するステップと、（３）前記複数の変換された工程値に基づいて性能パラメーターを計算するステップと、（４）前記クロマトグラフィーカラムを通じた第２の移動相液体の移動の最中に、（３）で計算された性能パラメーターを表示するステップと、（５）前記クロマトグラフィーカラムの充填品質に関して、（４）で表示された性能パラメーターに基づいて決定を下すステップとを含む方法が挙げられるが、これに限定されない。

一実施形態では、本発明は、クロマトグラフィー工程を制御するための第２の方法であって、（１）第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、複数の工程値を生成するステップと、（２）前記複数の工程値を変換し、複数の変換された工程値を生成し、そこで、その変換が前記複数の工程値に存在するノイズを抑圧するステップと、（３）クロマトグラフィーカラムを通じた第２の移動相液体の移動の最中に、前記複数の変換された値に基づいて性能パラメーターを計算するステップと、（４）（３）で計算された性能パラメーターが値の特定の範囲内にない場合、前記クロマトグラフィーカラムを通じた前記第２の移動相液体の移動の最中に、前記クロマトグラフィー工程を停止するステップとを含む方法を提供する。

本発明の一実施形態では、ステップ（１）は、（ａ）伝導率値、（ｂ）ｐＨ値、（ｃ）塩濃度値、（ｄ）光吸収値、（ｅ）適切な波長の光で励起した後の蛍光値、（ｆ）屈折率値、（ｇ）電気化学応答値（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｖａｌｕｅ）、および（ｈ）質量分析値から成る群から選択される、複数の値を生成するステップを含む。

本発明の１つの実施形態では、ステップ（２）は、前記複数の工程値をフィルタリングするステップを含む。別の実施形態では、ステップ（２）は、前記複数の工程値を平滑化するステップを含む。さらに別の実施形態では、ステップ（２）は、前記複数の工程値の移動平均を計算するステップを含む。

本発明の一実施形態では、ステップ（３）は、段数（Ｎ）の値、理論段相当高さ（ＨＥＴＰ）の値、および非対称性（Ａｓ）の値のうち１つを計算するステップを含む。

一実施形態では、第１の方法のステップ（５）は、（４）で計算された性能パラメーターが値の特定の範囲外にある場合、クロマトグラフィーカラムの充填品質は許容不可能であるという決定を下すステップを含む。１つの実施形態では、自動化警告システムが起動され、使用者にその決定を通知する。

一実施形態では、第１の方法のステップ（５）は、（４）で計算された性能パラメーターが値の特定の範囲内にある場合、クロマトグラフィーカラムの充填品質は許容可能であるという決定を下すステップを含む。

実施形態では、当該クロマトグラフィーカラムの性質は、生体分子化合物または薬理化合物の分離の最中に監視される。１つの実施形態では、当該生体分子化合物または薬理化合物は、（ａ）タンパク質、（ｂ）核酸、（ｃ）炭水化物、（ｄ）脂質、（ｅ）薬理学的に活性な小分子、および（ｆ）（ａ）〜（ｅ）のうち何れかの混成形態（ｈｙｂｒｉｄ ｆｏｒｍ）または改変体形態（ｖａｒｉａｎｔ ｆｏｒｍ）から成る群から選択される。

実施形態では、実施されるクロマトグラフィー法は、（ａ）ガスクロマトグラフィー、（ｂ）液体クロマトグラフィー、（ｃ）親和性クロマトグラフィー、（ｄ）超臨界流体クロマトグラフィー、（ｅ）イオン交換クロマトグラフィー、（ｆ）サイズ排除クロマトグラフィー、（ｇ）逆相クロマトグラフィー、（ｈ）二次元クロマトグラフィー、（ｉ）高速タンパク質液体クロマトグラフィー（ＦＰＬＣ）、（ｊ）向流クロマトグラフィー、（ｋ）キラルクロマトグラフィー、および（ｌ）水系順相（ＡＮＰ）クロマトグラフィーから成る群から選択される。

本発明の一実施形態では、クロマトグラフィーカラムの性能を監視するための第１のシステムを提供する。この第１のシステムは、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応する工程値に作用し、フィルタリングされた工程値を出力するフィルターと、前記フィルターから受け取った、フィルタリングされた工程値に作用し、変換された工程値を出力する平滑化モジュールと、前記平滑化モジュールから受け取られた、変換された工程値に作用し、クロマトグラフィーカラムの充填品質を示す性能パラメーターを出力するパラメーター計算機と、前記性能パラメーターを表示する表示部とを備える。

一実施形態では、当該第１のシステムは、検出器から工程値を受け取り、その受け取られた工程値のどれが、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応するかを特定するデータ収集モジュールをさらに備える。

第１のシステムの一実施形態では、当該データ収集モジュールは、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応する、受け取られた工程値の正規化された値を計算する。

第１のシステムの一実施形態では、当該平滑化モジュールは、そのフィルタリングされた値の移動平均を計算する。

一実施形態では、当該パラメーター計算機は、段数（Ｎ）の値、理論段相当高さ（ＨＥＴＰ）の値、および非対称性（Ａｓ）の値のうち１つを計算する。

一実施形態では、当該表示部はコンピューター用監視装置である。当該表示部は、使用者がカラムの容積および床の高さのうちの１つに関する情報を入力することを可能にする、グラフィカルユーザーインターフェースを含み得る。

本発明のさらなる実施形態、特長、および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および実施が、添付図面を参照して以下に詳しく記載されている。

本明細書に盛り込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を例解し、本記述とともに、本発明の原理を説明し、関連技術の当業者が本発明を作成および使用することを可能にするのにさらに役立つ。

本発明の一実施形態による、一例のプロセスクロマトグラフィーシステムを例解する略図である。 本発明の一実施形態による、一例のプロセスクロマトグラフィーシステムの一部を例解する略図である。 本発明の一実施形態によるカラムの性能を監視するための一例のシステムを例解する略図である。 クロマトグラフィーの段階遷移の工程データ例を例解する略図である。 クロマトグラフィーの段階遷移の工程データ例を例解する略図である。 クロマトグラフィーの漸増遷移の一例の図表を例解する略図である。 クロマトグラフィーの漸増遷移の一例の正規化図表を例解する略図である。 本発明によるフィルタリングモジュールの影響例を例解するグラフである。 本発明によるフィルタリングモジュールの影響例を例解するグラフである。 本発明による平滑化モジュールの影響例を例解するグラフである。 本発明による平滑化モジュールの影響例を例解するグラフである。 本発明の一実施形態による、プロセスクロマトグラフィーシステムのためのユーザーインターフェース例を例解する略図である。 本発明の一実施形態による、プロセスクロマトグラフィーシステムのためのユーザーインターフェース例を例解する略図である。

本発明は、添付図面を参照して記載されている。ある要素が最初に登場する図面は概して、対応する参照番号内にある最左の１つまたは複数の桁によって示される。

本発明は、例えば、プロセスクロマトグラフィーにおいて、カラムの性能を監視するための自動化システムおよび方法、ならびにその応用を提供する。後に続く本発明の詳細な説明では、「１つの実施形態」、「一実施形態」、「一例の実施形態」などへの言及は、その記載した実施形態が特定の特長、構造、または特性を含み得るが、全ての実施形態がその特定の特長、構造、または特性を必ずしも含み得ないということを示す。そのうえ、このような語句は同一の実施形態に必ずしも言及していない。さらに、特定の特長、構造、または特性が一実施形態に関連して記載される場合、明確に記載されているか否かにかかわらず、他の実施形態に関連してこのような特長、構造、または特性を生じさせることが、当業者の知識の範囲内にあるということが提起される。

本発明の一実施形態では、カラムの性能は、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、例えば、伝導率値またはｐＨ値等の、複数の工程値を生成することによって監視される。当該工程値は（例えば、フィルタリングすること、および／または平滑化することによって）変換され、当該工程値に存在するノイズが抑圧される、変換された工程値を生成する。カラムの性能パラメーターは、その変換された工程値に基づいて計算され、クロマトグラフィーカラムを通じた第２の移動相液体の移動の最中に表示される。その表示された性能パラメーターは、例えば、クロマトグラフィーカラムの充填品質に関して、および、クロマトグラフィーカラムを再充填するか取り替えることができるまで、クロマトグラフィー工程を継続するか、またはクロマトグラフィー工程を停止するか否かに関して、操作者が決定を下すことを可能にする。

図１は、本発明の一実施形態による、一例のプロセスクロマトグラフィーシステム１００の略図である。諸実施形態において、システム１００が、例えば、複合混合物中にある生体分子を分離し、単一の生体分子を単離し、および／または汚染物質を除去するのに用いられる。

図１に示されるように、システム１００は、液体供給システム１０２と、材料注入システム１０４と、クロマトグラフィー分離カラム１０６と、工程制御部１０８と、表示部１１２を有する操作者のステーション／コンピューター１１０とを含む。移動相液体供給システム１０２は、カラム１０６を通じて材料注入システム１０４によって注入される原材料を後押しするのに用いられる、その１種または複数種の移動相液体を保持および供給する１つもしくは複数の貯蔵器を含む。移動相液体供給システム１０２に属するポンプは、その移動相液体に高圧を与える。諸実施形態では、その１種または複数種の移動相液体を調整するために、例えば、２種以上の溶媒を特定の比率で混合することによって、それらのポンプを用いることができる。材料注入システム１０４は、例えば、その１種または複数種の移動相液体への分離および／または精製を必要とする原材料を注入するのに用いられる。クロマトグラフィー分離カラム１０６は、その注入された原材料を分離および／または精製するのに用いられる。

一実施形態では、工程制御部１０８と操作者のステーション／コンピューター１１０が、プロセスクロマトグラフィーシステム１００を制御するために用いられる。工程制御部１０８と操作者のステーション／コンピューター１１０は、例えば、操作者の入力情報に反応し、（例えば、ポンプおよび弁のような）システム１００の様々な構成要素の操作を制御する。諸実施形態では、工程制御部１０８および／または操作者のステーション／コンピューター１１０の部分を含む、システム１００の１つ以上の要素が、テキサス州オースティンにあるEmerson Process Managementより市販されている、DeltaV（商標）Digital Automation System等の、市販のデジタル自動化システムを用いることによって実行される。

一実施形態では、より詳細に以下に記載されている通り、工程制御部１０８と操作者のステーション／コンピューター１１０は、カラム１０６の出口容積つまり出力を監視し、カラム１０６の充填品質または効率に関して決定を下すために用いられる。監視されるカラムの充填品質または効率が許容不可能であると決定される場合、その疑わしいカラムが再充填されるか取り替えられるまで、操作者はそのクロマトグラフィー工程を停止することができる。

図２は、クロマトグラフィーカラム１０６の出口容積つまり出力を監視し、工程制御部１０８に工程監視データを提供するために用いられる、一例の検出器２０２を例解する略図である。検出器２０２による工程データ出力は、カラムの分散パラメーターまたは性能パラメーターを生成するように、工程制御部１０８および／または操作者のステーション／コンピューター１１０によって操作される。一実施形態では、性能パラメーターを生成するように操作される工程データは、第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応するデータである。本明細書で用いられているように、クロマトグラフィーの段階遷移は、例えば、伝導度、ｐＨなどのような、測定可能な物理的特性の変化によって反映される、カラム１０６に与えられる移動相液体の比較的急な変化である。段階遷移は一般的に、連続的に流れる手法における、１種の移動相液体（例えば、溶液）の、別種の移動相液体（溶液）による置換に起因する、破過曲線または洗い出し曲線の形態にある。図５Ａに示されるように、３つの相（例えば、基準相、遷移相、および飽和相または停滞相）を有すると段階遷移を考えることができ、この段階遷移はパルスまたは勾配とは異なる。

諸実施形態では、検出器２０２は、カラム１０６の効率および／または充填品質を決定するのに有用な工程特性を監視することができる、任意の種類の検出器であり得る。一実施形態では、検出器２０２は電気伝導性検出器である。他の実施形態では、検出器２０２は、紫外線（ＵＶ）検出器、蛍光検出器、屈折検出器、ｐＨ検出器などである。

図３は、本発明の一実施形態による、カラムの性能を監視するための一例のシステム３００を例解する略図である。図３に示されるように、システム３００は、データ収集モジュール３０２と、フィルタリングモジュール３０４と、平滑化モジュール３０６と、パラメーター計算機３０８と、メモリー３１０とを含む。これらのモジュールはいくつかの機能を実行し、これらの機能は、クロマトグラフィーの段階遷移に対応する一連の工程値を特定するステップと、前記工程データ値に存在するノイズを抑圧／濾去するステップと、カラムの性能を監視するのに用いることができる性能パラメーターを計算するステップとを含む。

上述したように、検出器２０２は、クロマトグラフィーカラム１０６を抜け出す液体を監視し、工程監視データを出力するために用いられる。一実施形態では、検出器２０２の出力（例えば、伝導率値）は、制御部１０８および／または操作者のステーション／コンピューター１１０の一部であり得る、データ収集モジュール３０２に供給される。データ収集モジュール３０２は、当該モジュールがメモリー内で受け取る工程データを一時的に保存する。

諸実施形態では、カラム１０６の出口容積つまり出力は定期的に標本抽出され、その標本値はデータ収集モジュール３０２に送信される。その標本抽出の間隔は、時間基準間隔または容積基準間隔のどちらでもよい。この時間基準間隔または容積基準間隔は、図８Ｂで例解されているユーザーインターフェース８５０等の、グラフィクスユーザーインターフェースを用いる実施形態において使用者が選択可能である。１つの実施形態では、その既定の標本間隔は２秒毎であり、データ収集モジュール３０２は、最低限の１８０分の標本抽出されたデータを保存するのに十分なメモリーを有する（例えば、データ収集モジュール３０２は、少なくとも５，４００個の標本値を保存することができる）。一実施形態では、容積基準の標本速度は、その収集されたデータおよびその後の処理が影響を及ぼされないように、例えば、移動相液体の流れにおける開始と停止の繰り返しか、あるいは、移動相液体の流速の変化によって用いられる。

本明細書に記載されている遷移解析を実施するデータ収集の目的で、ｔ＝０の点（すなわち、０番目時点）は、当該カラムがポンプ／システムの洗浄後に直列型にされる相および／または点におけるデータ収集の開始点として定義され得る。遷移解析目的のためのデータ収集の実際の開始点および終了点は、ｔ＝０が原点である状態で、０．２〜２．２の既定範囲のカラム容積を有する、操作者に定義される遷移窓である。

本発明の実施形態では、クロマトグラフィーの段階遷移の最中に、工程データを収集するのに用いられる標本抽出速度は、特定のプロセスクロマトグラフィーの実行のために収集されるデータを保存するのに必要な量の記憶容量を最小化するような他の期間とは異なる（例えば、より大きい）。

図４は、クロマトグラフィーの段階遷移の最中に収集されたデータ例を例解する。図４に示されるように、当該データは、容積基準の標本間隔を用いて標本抽出された伝導率値を含む。一実施形態では、性能パラメーターの計算のために用いられる段階遷移のデータは、上述したように、０．０カラム容積の代わりに、０．２カラム容積で開始するように選択される。これは、システムの洗浄に起因して、０．０〜０．２カラム容積の領域内に頻繁に存在するが、段階遷移に関連しない応答信号を回避するためである。

諸実施形態では、ほとんどの段階遷移が完全に２カラム容積以内であるので、当該データ範囲は０．２〜２．２カラム容積の範囲内にあるように選択される。その範囲の末端における追加の０．２カラム容積は、多くの段階遷移がテーリングを有するので、保持容積（Ｖ_Ｒ）の周辺におけるデータ分布の平衡を保つためのものである。当該保持容積は、半分の標本質量がカラムに加えられる時間から、半分の標本質量がカラムから抜け出した時間までに送り出される容積である。テーリングは主な段階遷移の垂下肩である。テーリングの潜在的原因としては、粒子（例えば、クロマトグラフィーの媒質）の大きさの不均一な分布、または不十分な充填圧力の何れか一方の結果としての、カラムの床内における大きい空隙容積と、分布網（フリット）の下にある空気と、網（フリット）の部分的な目詰まりまたはクロマトグラフィーの媒質とが挙げられる。テーリングとは対照的に、フロンティングは主な段階遷移の前にある主要な肩である。フロンティングが最初の試験で見られないが（例えば、カラムが新しく充填される時）、再使用後に出現し、カラムの洗浄によって緩和されない場合、その原因は床内でのチャネリングか、あるいは床の頂部上のヘッドスペースの発生のためである可能性がある。ヘッドスペースは、カラム内での粒子の再分布か、あるいは床の圧縮成形の何れか一方の結果でもあり得る。粒子の再分布は、充填床における粒径の初期分布がカラム全体にわたって均一でない場合、例えば、大きい粒子が底部に沈下し、かつ細粒子が頂部に沈下した状態で、重力沈下で充填されたカラムが粒径勾配を形成する場合に起こる。一般的に、段階遷移が完了するのに２．２カラム容積超過を必要とする場合、そのＨＥＴＰ値は高くなり、調査が恐らく保証される。

フィルタリングモジュール３０４は、データ収集モジュール３０２から受け取った工程データに作用し、当該データ内に存在するノイズを低減／濾去する。フィルタリングモジュール３０４によって実行されるフィルタリング技術は、当該データ内に含まれる情報を保護する一方で、パラメーター計算機３０８によって計算された性能パラメーターの精度に干渉し得るノイズを除去する。

一実施形態では、フィルタリングモジュール３０４はスパイクノイズを低減／濾去する。スパイクノイズまたはスパイクは一般的に工程データ内に存在し、例えば、検出器２０２の電子測定装置における電気サージまたは他の種類の浮動によって引き起こされ得る。これらのスパイクは、それらの前の値に直ちに戻る、検出データにおける上昇または下落である。スパイクは通常、真の応答信号と比べて比較的小さい大きさを有する。スパイクノイズを低減／濾去する、任意の利用可能なフィルターまたはフィルター技術を用いることができる。

本発明の一実施形態では、フィルタリングモジュール３０４は多数のカスケーディングフィルターを実行し、ノイズを除去／濾去する。例えば、一実施形態では、第１のフィルターが、値が評価される（Ｃ_ｉ）前の工程値（Ｃ_ｉ−１）と、値が評価された後の工程値（Ｃ_ｉ＋１）とを比較することによって機能する、データ収集モジュール３０２から受け取られた工程データ値に適用される。値Ｃ_ｉ−１と値Ｃ_ｉ＋１が同一である場合、以下の表１に示されるように、値Ｃ_ｉは値Ｃ_ｉ＋１によって置き換えられる。値Ｃ_ｉ−１とＣ_ｉ＋１が同一でない場合、値Ｃ_ｉは不変である。

例えば、クロマトグラフィーの段階遷移の最中に起こり得る高密度データの標本抽出の場合では、フィルタリングモジュール３０４の一部として追加のフィルタリングを実行することが望ましくあり得る。高密度データの標本抽出は、スパイクが連続した２〜３個の工程データ値に干渉し得る状況を導き得る。これに対応するために、例えば、値Ｃ_ｉが評価される前の工程値Ｃ_ｉ−２と、その後の工程値Ｃ_ｉ＋２とを比較することによって、追加のフィルタリングを実行することができる。値Ｃ_ｉ−２と値Ｃ_ｉ＋２が同一である場合、以下の表２に示されるように、値Ｃ_ｉは値Ｃ_ｉ＋２によって置き換えられる。値Ｃ_ｉ−２と値Ｃ_ｉ＋２が同一でない場合、値Ｃ_ｉは不変である。

実施形態では、以下の表３および表４によって例解されている他のフィルターも、スパイクノイズを抑圧／濾去するために適用される。表３によって例解されているフィルターに関しては、値Ｃ_ｉ−２と値Ｃ_ｉ＋１が等しい場合、値Ｃ_ｉは値Ｃ_ｉ＋１によって置き換えられる。表４によって例解されているフィルターに関しては、値Ｃ_ｉ−１と値Ｃ_ｉ＋２が等しい場合、値Ｃ_ｉは値Ｃ_ｉ＋２によって置き換えられる。

諸実施形態では、例えば、クロマトグラフィーの段階遷移に関連する、一連のデータ値の先端または後端に存在し得るノイズを抑圧／濾去するために、フィルタリングモジュール３０４の一部としてフィルターを実行してもよい。さらに、本明細書で述べられているスパイクノイズフィルターおよび他のフィルターは、工程データ値に存在する任意のスパイクノイズをさらに抑圧／濾去するために、何回かかつ交互に、データ収集モジュール３０２から受け取られた工程データ値に適用してよい。

カラムの性能パラメーターを計算する際のノイズの影響が、Ｖ_Ｒからのノイズの距離に関連し、そのノイズの大きさは二の次であるので、フィルタリングモジュール３０４は、スパイクを当該遷移（例えば、１カラム容積が段階遷移に入る点）の外へかつ遠くに押しのけることによって、乱雑なデータスパイクを除去または抑圧する１つ以上のフィルターを諸実施形態において実行する。このことは、例えば、ノイズの存在を特定する遷移の各側において、工程データ値の総和（ΣΔＣ）と、絶対工程データ値の総和（Σａｂｓ（ΔＣ））とを比較し、Ｃ_ｉ−３、Ｃ_ｉ−２、Ｃ_ｉ−１、Ｃ_ｉ＋１、Ｃ_ｉ＋２、およびＣ_ｉ＋３の値から選択される最小値とノイズを含む値（Ｃ_ｉ）を置き換えることにより、任意の特定されたノイズをその遷移の中間点から外へ遠ざけることによって達成される。諸実施形態では、このフィルタリング操作は、その工程値に繰り返し作用し、そのノイズをその遷移の中間点から外へ追い出すために用いられる。１つの実施形態では、このフィルタリング操作は、例えば、５〜１０回繰り返される。諸実施形態では、これら５〜１０回のフィルタリング操作で、他のフィルタリング操作を散在させることができる。

１つの実施形態では、段階遷移データの凹領域および／または凸領域を除去するフィルタリング操作は、上記フィルター操作の最初の発生の後で１０回行われる。凸領域および／または凹領域は、存在する場合、一般的に遷移破過曲線の先頭および末端で見つかる。当該凹／凸除去フィルターは、凹／凸領域を調節／平板化するために、隣接する工程値を用いて、特定された凸領域および／または凹領域を調節することによって実行される。

１つの実施形態では、最大の工程標本値（例えば、上で用いられた１カラム容積の遷移点ではなく、段階遷移の真の中間点）に対応する遷移点の外へかつ遠くに押しのけることによって、離れて乱雑なデータスパイクを除去または抑圧するフィルターが実行される。このフィルターは、ノイズの存在を特定する最大の工程標本値の各側において、工程データ値の総和（ΣΔＣ）と、絶対工程データ値の総和（Σａｂｓ（ΔＣ））とを比較し、Ｃ_ｉ−３、Ｃ_ｉ−２、Ｃ_ｉ−１、Ｃ_ｉ＋１、Ｃ_ｉ＋２、およびＣ_ｉ＋３の値から選択される最小値とノイズを含む値（Ｃ_ｉ）を置き換えることにより、任意の特定されたノイズをその最大の工程標本値から外へ遠ざけることによって、上記フィルタリング技術と同様に実行される。

上述したように、図５Ａは、クロマトグラフィーの漸増遷移の一例の図表を例解する略図である。図５Ｂは、クロマトグラフィーの漸増遷移の一例の正規化図表を例解する略図である。一実施形態では、フィルタリングモジュール３０４によって行われた最後の操作は、そのフィルタリングされた工程値を正規化するためのものである。図５Ｂに例解されているように、クロマトグラフィーの段階遷移に対応する正規化値を、下記等式を用いて計算することができる：
Ｃ_正規化＝（Ｃ−Ｃ_ｍｉｎ）／（Ｃ_ｍａｘ−Ｃ_ｍｉｎ） （７）
式中、Ｃ_正規化は正規化工程値（例えば、伝導度）を表し、Ｃはこれから正規化されるデータ値を表し、Ｃ_ｍｉｎは正規化されている値の群の最小の検出値を表し、Ｃ_ｍａｘは正規化されている値の群の最大の検出値を表す。

図６Ａ〜６Ｂは、本発明によるフィルタリングモジュール３０４の影響例を例解するグラフである。当該段階遷移の前半部のみが明確のために示される。

図６Ａ内のグラフの領域６００によって例解されているように、検出器による未加工の工程データ出力はいくつかのスパイクを含む。図６Ｂ内のグラフの領域６０２によって例解されているように、未加工の工程データがフィルタリングモジュール３０４によって影響される場合、これらのスパイクは除去される。フィルタリングモジュール３０４によって行われるノイズフィルタリングは、その遷移に含まれる傾向情報を不変にしておく一方で、その工程データからスパイクを除去する。重大なことには、フィルタリングモジュール３０４は、パラメーター計算機３０８によって実行される計算の中に組み込まれる場合、その計算結果に多大な影響を及ぼし得る可視のノイズ／スパイクを除去する。フィルタリングモジュール３０４は、パラメーター計算機３０８によって行われる計算が正確かつ着実あることを可能にする。

平滑化モジュール３０６は、検出データ値に存在するノイズをさらに抑圧し、傾向情報を高めるために諸実施形態で用いられる。１つの実施形態では、平滑化モジュール３０６は、移動平均アルゴリズムを受け取ったデータ値に適用することによってこれを達成する。諸実施形態で用いられる平均化の程度（例えば、移動平均を生成するように共に平均化されるデータ値の数）は、そのデータ密度に基づいて決定される。ノイズ低減の程度は平均化されているデータ値の数の平方根に比例するので、ノイズの抑圧／低減は、移動平均で用いられるデータ値の数に直接比例しない。諸実施形態では、過剰な平均化は、そのデータにおける傾向が、増加したノイズ抑圧の追加された恩恵を伴わずに曖昧にされないことを保証するために回避される。諸実施形態では、移動平均を実行するのに用いられるデータ値の数は、処理されている生成物によって変化する。移動平均を生成するために、２〜４個と少ないデータ値を用いて満足な結果を得ることができる。他の諸実施形態では、遷移データの明白な平坦化も、平滑化されているデータの完全性の劣化も伴わずに十分な平滑化を提供するために、１０個、２０個、または４０個と多い点を用いることができる。

１つの実施形態では、平滑化モジュール３０６は、容積値と正規化工程値の両方がクロマトグラフィーの段階遷移の遷移相を平滑化するために、１０個毎の工程データ点の移動平均を必要とする。効果的なノイズ抑圧を可能にする平均化の程度は、そのデータ密度に関連する。

図７Ａ〜７Ｂは、本発明による平滑化モジュール３０６の影響例を例解するグラフである。図７Ａ内のグラフによって例解されているように、当該フィルタリングされた工程データは、識別可能な傾向を必ずしも明らかに示さない（例えば、領域７００内の情報を参照されたい）。しかしながら、本発明による平滑化モジュール３０６により平滑化した後、傾向データが図７Ｂ内のグラフの領域７０２に明らかに示されている。平滑化モジュール７０２の効果は、隠されたノイズを抑圧または濾去し、その工程データ内に含まれる傾向データを高めるものである。

本明細書で述べられているように、本発明の諸実施形態では、実行されるフィルタリング操作と平滑化操作の種類、および、各フィルタリング操作と平滑化操作の反復が何回行われるかを決定する操作入力を用いて、フィルタリングモジュール３０４と平滑化モジュール３０６をプログラムすることができる。従って、既定値が本発明の実施形態に対して指定される。１つの実施形態では、これらの操作およびその既定値は以下の通りである。

最初に、データ収集モジュール３０２から受け取られた工程データは、そのデータ内の乱雑なスパイクを除去するためにフィルタリングされる。各工程値Ｃ_ｉに関して、工程値であるＣ_ｉ＋ｂとＣ_ｉ−ｃが比較される。Ｃ_ｉ＋ｂがＣ_ｉ−ｃに等しい場合、値Ｃ_ｉ＋ｃが値Ｃ_ｉを置き換えるために用いられる。そうでない場合、値Ｃ_ｉは変化しない。このフィルタリング工程は、操作者が指定した配列［（ｂ，ｃ）］の幅に従って繰り返される（すなわち、反復される）。入力配列が全く指定されない場合、その既定配列は、Ｄｅｆａｕｌｔ：［（ｂ，ｃ）］＝［（１，１），（２，２），（１，１），（２，１），（１，１），（１，２），（１，１），（１，１）］である。

次に、当該工程データは１カラム容積に等しい容積の両側（例えば、遷移の左側（Ｌ：０＜Ｖ＜１カラム容積）、および、遷移の右側（Ｒ：Ｖ／１カラム容積）において、工程値の総和（ΣΔＣ）および絶対工程値の総和（Σａｂｓ（ΔＣ））の総和を計算することによって、ノイズのためにフィルタリングされる。左側の工程値Ｃ_ｉに関しては、ΣΔＣ_Ｌ，ｉ＝Σａｂｓ（ΔＣ）_Ｌ，Ｉである場合、値Ｃ_ｉは変化しない。そうでない場合、Ｃ_ｉは（Ｃ_ｉ−ｎ：Ｃ_ｉ＋ｎ）の最小値と置き換えられ、式中、ｎは使用者に定義されるパラメーターである。右側の工程値Ｃ_ｉに関しては、ΣΔＣ_Ｒ，ｉ＝Σａｂｓ（ΔＣ）_Ｒ，Ｉである場合、値Ｃ_ｉは変化しない。そうでない場合、Ｃ_ｉは（Ｃ_ｉ−ｎ：Ｃ_ｉ＋ｎ）の最小値と置き換えられる。このフィルタリング操作は、ｎという異なる値に対して「ｒ」回繰り返され、ここで、ｒは操作者によって定義されるパラメーターである。値が全く指定されない場合、その既定値は、Ｄｅｆａｕｌｔ：ｎ＝３；ｒ＝１＝配列幅［ｎ］である。

当該遷移工程データの凹領域および／または凸領域は、１カラム容積の値の左側と右側における値を計算することによって除去される。これらの凹または凸は一般的に、移動相液体流内における短い中断によって引き起こされる。左側の値Ｃ_ｉに関しては、ΔＣ_ｉ＋１＜０かつＣ_ｉ＞Ｃ_ｍｉｎである場合、値Ｃ_ｉはＣ_ｉ＋１に設定される。そうでなければ、Ｃ_ｉは変化しない。右側の値Ｃ_ｉに関しては、ΔＣ_ｉ＜０かつＣ_ｉ＜Ｃ_ｍａｘである場合、値Ｃ_ｉはＣ_ｉ−１に設定される。そうでなければ、Ｃ_ｉは変化しない。最後に、その新たな右側と左側の値は、Ｃに対する新たな値を得るために結合される。このフィルタリング工程は、遷移データ内の凸領域／凹領域を滑らかにするために「ｍ」回反復され、ここで、ｍは操作者により定義されるパラメーターである。その既定値は、Ｄｅｆａｕｌｔ：ｍ＝１０である。

適用される次のノイズフィルターは上記のものと同様である。最初に、値ΣΔＣと値Σａｂｓ（ΔＣ）は、１カラム容積の値の両側（すなわち、左側（Ｌ）および右側（Ｒ））で計算される。左側のＣ_ｉに関しては、ΣΔＣ_Ｌ，ｉ＝Σａｂｓ（ΔＣ）_Ｌ，Ｉである場合、Ｃ_ｉは変化しない。そうでない場合、Ｃ_ｉは（Ｃ_ｉ−ｎ：Ｃ_ｉ＋ｎ）の最小値に設定される。右側のＣ_ｉに関しては、ΣΔＣ_Ｒ，ｉ＝Σａｂｓ（ΔＣ）_Ｒ，Ｉである場合、Ｃ_ｉは変化しない。そうでない場合、Ｃ_ｉは（Ｃ_ｉ−ｎ：Ｃ_ｉ＋ｎ）の最大値に設定される。そのフィルタリングはｎという異なる値に対して「ｐ」回繰り返され、ここで、ｐおよびｎは操作者により定義されるパラメーターである。その既定値は、Ｄｅｆａｕｌｔ：４，５，１０，２０，３０，３０；ｐ＝６＝配列幅［ｎ］である。

適用される次のフィルタリング技術は、Ｖ＿ΔＣ_ｍａｘ（すなわち、ΔＣ_ｍａｘに対応する容積値）の両側のΣΔＣとΣａｂｓ（ΔＣ）を計算するためのものである。左側の値Ｃ_ｉに関しては、ΣΔＣ_Ｌ，ｉ＝Σａｂｓ（ΔＣ）_Ｌ，Ｉである場合、値Ｃ_ｉは変化しない。そうでない場合、Ｃ_ｉはＣ_ｍｉｎに設定される。右側のＣ_ｉに関しては、ΣΔＣ_Ｒ，ｉ＝Σａｂｓ（ΔＣ）_Ｒ，Ｉである場合、Ｃ_ｉは変化しない。そうでない場合、Ｃ_ｉはＣ_ｍａｘに設定される。そのフィルタリング工程は「ｑ」回繰り返され、ここで、ｑは操作者により定義されるパラメーターである。その既定値は、Ｄｅｆａｕｌｔ：ｑ＝１である。

フィルタリングモジュール３０４によってフィルタリングした後、そのフィルタリングされた工程値は上記の様式で正規化される。

正規化後、そのフィルタリングされた工程値と容積値の移動平均を取ることによって、その正規化されフィルタリングされた工程値は平滑化され、平滑化された工程値と平滑化された容積値を生成する。これはＮ点の移動平均アルゴリズムを用いて行われ、ここで、Ｎは操作者により定義される値である。Ｎに対する既定値は、Ｄｅｆａｕｌｔ：Ｎ＝１０である。

一実施形態では、システム３００は、表示部１１２上に下記のもの（Ｃ_正規化（フィルタリング後）対Ｖ、ΔＣ（フィルタリング後）対Ｖ、および、ΔＣ（フィルタリングおよび移動平均平滑化後）対Ｖ）に視覚表示（すなわち、プロット）を提供することができる。操作者は、このプロット機能を作用および停止する選択権と融通性を有する。

パラメーター計算機３０８は、例えば、平滑化モジュール３０６から受け取ったデータ値に作用し、クロマトグラフィーカラム１０６の充填品質および／または効率を評価するのに用いることができる、１つ以上の性能パラメーター３１２を生成する。一実施形態では、パラメーター計算機３０８は、図３に例解されている性能パラメーター３１２（例えば、ＨＥＴＰ、歪度、Ｎ、Σ、尖度、τ、Ｖ_Ｒなど）のうちの１つ以上を計算する。性能パラメーター３１２は、クロマトグラフィーシステム１００の操作を監視する操作者がその性能パラメーターを監視し、１つ以上の性能パラメーター値が許容可能な値範囲を超えるつまりその外側にあるか否かを決定することができるように、諸実施形態でユーザーインターフェースの表示部上に表示され、それによって、クロマトグラフィーカラム１０６が再充填または再配置される必要があり得ることを示す。一実施形態で、操作者が、例えば、性能パラメーター３１２が予想された機能する値範囲を超える、つまりその外側にあることを特定する場合、操作者は当該カラムを調べるか、あるいは、例えば、そのクロマトグラフィー工程を継続することが許容可能であるか否か、または、カラムを再充填または再配置することができるまで当該工程を中断するべきか否かを決定するために管理者等の、より経験豊かな個人に連絡することができる。

性能パラメーター３１２を計算する目的で、工程クロマトグラフィーの段階遷移が、出口容積の累積度数分布曲線として扱われる。出口容積の分布の統計パラメーター、およびその後導かれる分散パラメーターは、本明細書で記載されているようにフィルタリングおよび／または平滑化された後、その段階遷移データから直接計算される。出口容積の分布が任意の所定の関数に従うという想定は全くされない。従って、異なる形状の段階遷移に本発明を十分に適用することができる。その上、曲線の分布についていかなる想定もすることなく、段階遷移からの全体のデータセットを考慮に入れることによって決定される歪度パラメーターが、カラムの非対称性を記述するのに用いられる。これは、データセットからのデータ点を用いるのみである、従来の非対称性の計算とは顕著に異なる。

一実施形態では、値ΔＣと値ΔＣ／ΔＶは、上記の正規化工程値（Ｃ_正規化）および容積値（Ｖ）に基づいて計算される。Ｎ、ＨＥＴＰ、歪度、尖度、σ^２、Ｖ_ＲとＶ_Ｒ１、ΔＣ／ΔＶ＿ｍａｘ、およびτ（分）に対する計算は、以下に提供されている積分方程式を用いて行われ、ここで、当該式中のＣは上記の正規化工程値（Ｃ_正規化）を指す。

メモリー３１０は、性能パラメーター３１２、ならびに、クロマトグラフィーシステム１００の操作を評価するのに有用な他の値を保存するために用いられる。諸実施形態では、メモリー３１０は、例えば、コンピューター用ハードドライブメモリー、フラッシュメモリー、光学式ドライブメモリー、テープメモリーなどのような、任意の種類の利用可能なメモリーであり得る。一実施形態では、メモリー３１０は、遷移分析データとその計算結果を出力ファイル内に保存する。例えば、一組の工程の周期および／またはバッチにわたって、その計算された遷移分析パラメーター（例えば、Ｎ、ＨＥＴＰ、歪度、尖度、σ^２、Ｖ_Ｒなど）をプロットするためにこのデータを用いることができる。当該操作者は、このプロット機能を作動および停止する選択権を諸実施形態で有する。諸実施形態では、計算された性能パラメーターは、連続ヒストリアンおよびバッチヒストリアンのデータ構造内に保存される。

本明細書の記述を鑑みると当然のことながら、生成物／標本がカラム上に装填される前の段階と、生成物／標本がカラムから溶出した後の別の段階とを分析することによって各クロマトグラフィーの両端を保護するために、システム３００を用いることができる。装填の前の段階を監視することで、次の段階が継続するのにそのカラムの充填品質が十分であるか否かを操作者が決定することが可能になる。その監視段階は後に、例えば、その充填品質が精製工程全体にわたって保持されたか否かを示す。

図８Ａ〜８Ｂは、本発明の一実施形態による、プロセスクロマトグラフィーシステムのためのユーザーインターフェース例を例解する略図である。諸実施形態では、当該ユーザーインターフェースは、性能パラメーターと、クロマトグラフィー工程の操作者が、効果的かつ効率的にクロマトグラフィーシステムの操作を管理することを可能にする他の情報とを表示する。特に、表示される性能パラメーターは、操作者にクロマトグラフィーカラムの充填品質を評価し、そのカラムが予想通りに機能しているか否かを決定することを可能にする。

図８Ａは、一例のグラフィカルユーザーインターフェース８００の略図である。図８Ａに示されるように、ユーザーインターフェース８００は、日付−時刻表示部８０２と、性能パラメーター表示部８０４と、データ収集開始ボタン８０６と、ショートカットアイコン８０８とを含む。日付−時刻表示部８０２は、最後のクロマトグラフィーの遷移分析実行の開始日時と開始時刻、および停止日時と停止時刻を特定する表示部を含む。性能パラメーター表示部８０４は、例えば、Ｎ、ＨＥＴＰ、歪度などのような、いくつかの性能パラメーターを表示する。本明細書に記載されているように、当該表示された性能パラメーターは、プロセスクロマトグラフィーの操作者に信頼できる、目視によるカラム性能の検査を提供し、工程調節が必要である時を決定するためにそれらを用いることができる。当該表示された性能パラメーターは、操作者がクロマトグラフィーコラムを再充填または再配置するべきか否かを決定することを可能にもする。そのデータ収集開始（「収集を開始する」）ボタンは、工程データの収集を開始するのに用いられる。ショートカットアイコン８０８は、例えば、グラフ機能および制御機能等の、本明細書に記載されている本発明の他のアプリケーションおよび／または機能を起動するのに用いられる。

図８Ｂは、一例のグラフィカルユーザーインターフェース８５０の略図である。図８Ｂに示されるように、ユーザーインターフェース８５０は、日付−時刻表示部８０２と、性能パラメーター表示部８５２と、現在の遷移分析状況表示部８５４と、プログラム調節パラメーター８５６とを含む。日付−時刻表示部８０２は、最後の遷移分析実行の日付および時刻に関する情報を表示する。性能パラメーター表示部８５２は、本明細書に記載されている性能パラメーターのほとんどまたは全部を表示し、ユーザーインターフェース８００上に示されないいくつかのパラメーターを含む。現在の遷移分析状況表示部８５４は、現在の遷移分析実行の進行／状況を表示する。プログラム調節パラメーター８５６は、例えば、システム３００のフィルタリングモジュール３０４と平滑化モジュール３０６の操作を制御するプログラムパラメーターを入力および編集するために用いられる。

本発明の諸実施形態では、ユーザーインターフェース８００および８５０を追加の機能を含むように修正することができる。例えば、諸実施形態において、当該表示された性能パラメーターのうち１つがその通常の操作範囲の外にある場合、表示部の色は変更され、それによって操作者の注意をその変更に引き付ける。

本明細書の記述を鑑みると関連技術の当業者にとって明白となるように、例えば、チャネル形成、カラムの乾燥、流量分配器下における気泡蓄積などのような、カラムを再充填するのに必要とする状況を認識するのに用いることができることに加え、カラムが再充填を必要としないことを確認するために、本発明を同様に良好に用いることができることは、本発明の一特徴である。多くの場合では、企業は、カラムの品質に関する客観的証拠の欠如が原因で、カラムを不必要に再充填する。本発明を用いてカラムの充填品質を確認することによって、企業は、多数回の再利用の後にその充填品質を維持する、カラムを再充填することに関連する人件費および材料費を回避することができる。加えて、異なる充填方法（例えば、重力沈下対スラリーの連続流）を評価するために本発明を用いることができる。

本明細書に記載されている本発明の他の特長は、遷移データをピークに変換することなく段階遷移からのカラムの分散パラメーターを直接計算する能力と、工程データに存在するノイズを低減するための新たな技術と、歪度を用いて遷移の非対称性を記述することとを含む。本発明のこれらの特長ならびに他の特長は、段階遷移のデータセットからＮ、ＨＥＴＰ、および歪度の値を正確に計算することを可能にする。これらの計算値または性能パラメーターは両方とも、やがてカラム内に現れ得る微妙な変化に敏感であり、それらはカラム内の全体的な完全性の欠陥を検出することができる。本発明に従って計算された性能パラメーターを、例えば、製造クロマトグラフィーの統計的工程制御（ＳＰＣ）を改善するために用いることもできる。

本発明のシステムおよび方法は、多種多様のクロマトグラフィー法への適用に有用である。例えば、用いられてよいいくつかの種類のクロマトグラフィー法としては、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー（例えば、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）があるが、これに限定されない）、親和性クロマトグラフィー（例えば、抗体親和性クロマトグラフィー、Ｆｃ受容体親和性クロマトグラフィー、および配位子受容体親和性クロマトグラフィーがあるが、これらに限定されない）、超臨界流体クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、二次元クロマトグラフィー、高速タンパク質液体クロマトグラフィー（ＦＰＬＣ）、向流クロマトグラフィー、キラルクロマトグラフィー、および、水系順相（ＡＮＰ）クロマトグラフィーが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明は、例えば、生物製剤および医薬品（または薬理化合物）の生成および製造においても特に有用である。例えば、本発明の方法およびシステムを用いて製造することができる、様々な種類の生物製剤および医薬品の多様性の抽出小標本が以下に示される。ここで列挙されている分子および化合物の一般的区分および特定の実施例は、例示の目的のため（実施例の抽出標本を提供するため）だけにあり、本発明に限定されるものとして解釈されるものではない。

生体分子の例、小分子および巨大（「高」）分子：
タンパク質／ポリペプチド／ペプチド（例えば、組み換え型タンパク質、組み換え型融合タンパク質、抗体／免疫グロブリン、糖タンパク質、ペプチドホルモン、補体タンパク質、凝固因子タンパク質、酵素タンパク質、受容体タンパク質、タンパク質配位子、構造タンパク質、金属タンパク質があるが、これらに限定されない）、
核酸／ポリヌクレオチド（例えば、ＤＮＡとＲＮＡの一重らせん構造形態、二重らせん構造形態、三重らせん構造形態、および四重らせん構造形態を含むが、これらに限定されないデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）分子およびリボ核酸（ＲＮＡ）分子があるが、これらに限定されず、ならびに、例えば、核酸分子のＡ−ＤＮＡ形態、Ｂ−ＤＮＡ形態、およびＺ−ＤＮＡ形態があるが、これらに限定されない）、
炭水化物／多糖類（例えば、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類があるが、これらに限定されない）、
脂質（例えば、脂肪、油、蝋、コレステロール、ステロール、脂溶性ビタミン（ビタミンＡ、ビタミンＤ、ビタミンＥ、ビタミンＫ等）、モノグリセリド、ジグリセリド、リン脂質、脂肪酸エステル、脂肪酸アシル、グリセロ脂質、グリセロリン脂質、スフィンゴ脂質、ステロール脂質、プレノール脂質、糖脂質、ポリケチドを含むが、これらに限定されない）、
他の小分子、有機化合物、および薬理活性分子（例えば、アミノ酸、ステロイドホルモン、アミン由来ホルモンがあるが、これらに限定されない）、および、
上の何れかの混成物および変異体（例えば、共有結合した核酸／ポリペプチドの混成物、ならびに、例えば、標識または「タグ」付けされた化合物等（毒性成分または他の治療成分と結合した、放射性同位体で標識付けされた１つまたは複数の化合物（例えば、ペグ化化合物）等）の、上の化合物の任意の他の組み合わせまたは変異）。

特定の実施形態の先行の記述は、当該技術の技能の範囲内にある知識を適用することによって、必要以上の実験を伴うことなく、かつ、本発明の一般的概念から逸脱することなく、他者が様々な用途のためにこのような特定の実施形態を容易に修正し、および／または適合させることができる、本発明の一般的性質をそのように完全に明らかにする。それ故、このような適合および修正は、本明細書に示されている教示および指導に基づいて、開示されている実施形態の同等物の意味および範囲の中にあるように意図されている。本明細書の表現法または用語法は、本明細書の用語法または表現法がその教示および指導を踏まえて熟練した職人によって解釈されることになるように、記述のためのものであり、制限の目的のためのものではないということを理解されたい。

本明細書に記載されている特長例の多くがクロマトグラフィーの漸増遷移について言及している一方で、本発明が漸増遷移および漸減遷移の両方に対して同様に良好に機能するということを留意されたい。その上、本発明は、特定の機能の実施およびその関係を例解する、機能的な基礎的要素を活用して上に記載されている。これらの機能的な基礎的要素の境界は、記述の便宜のために本明細書に適宜定義されている。特定の機能およびその関係が適切に実行される限り、交互の境界を定義することができる。

本発明の幅および範囲は、上記のどの例示の実施形態によっても制限されるものではないが、以下の特許請求の範囲およびその同等物に従ってのみ定義されるものである。加えて、詳細な記述（発明を実施するための形態）の項（概要および要約の項（要約書）でない）が、特許請求の範囲を解釈するために用いられるように意図されているということを理解されたい。その概要および要約の項（要約書）は、その１人または複数人の発明者によって意図されるような、１つ以上であるが全部でない本発明の例示的実施形態を説明し得、それ故、決して本発明およびその添付の特許請求の範囲を制限することを意図していない。

Claims (31)

1. クロマトグラフィーカラムの性能を監視するための方法であって、
   （１）第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、複数の工程値を生成するステップと、
   （２）前記複数の工程値を変換し、複数の変換された工程値を生成し、そこで、前記変換が前記複数の工程値に存在するノイズを抑圧するステップと、
   （３）前記複数の変換された工程値に基づいて性能パラメーターを計算するステップと、
   （４）前記クロマトグラフィーカラムを通じた前記第２の移動相液体の移動の最中に、前記（３）で計算された性能パラメーターを表示するステップと、
   （５）前記クロマトグラフィーカラムの充填品質に関して、前記（４）で表示された性能パラメーターに基づいて決定を下すステップと、
   を含む方法。
2. 前記（１）が、
   ａ）伝導率値、
   ｂ）ｐＨ値、
   ｃ）塩濃度値、
   ｄ）光吸収値、
   ｅ）適切な波長の光で励起した後の蛍光値、
   ｆ）屈折率値、
   ｇ）電気化学応答値、および、
   ｈ）質量分析値
   から成る群から選択される複数の値を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記（２）が前記複数の工程値をフィルタリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記（２）が前記複数の工程値を平滑化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記（２）が前記複数の工程値に対して移動平均を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記（３）が、段数（Ｎ）の値、理論段相当高さ（ＨＥＴＰ）の値、および非対称性（Ａｓ）の値のうちの１つを計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記（５）が、前記（４）で計算された性能パラメーターが値の特定の範囲外にある場合、前記クロマトグラフィーカラムの充填品質は許容不可能であるという決定を下すステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記決定が、自動化警告システムを起動して使用者に前記決定を通知する、請求項７に記載の方法。
9. 前記（５）が、前記（４）で計算された性能パラメーターが値の特定の範囲内にある場合、前記クロマトグラフィーカラムの充填品質は許容可能であるという決定を下すステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記クロマトグラフィーカラムの性能が、生体分子化合物または薬理化合物の分離の最中に監視される、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
11. 前記生体分子化合物または薬理化合物が、
    （ａ）タンパク質、
    （ｂ）核酸、
    （ｃ）炭水化物、
    （ｄ）脂質、
    （ｅ）薬理学的に活性な小分子、および、
    （ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）のうち何れか一つの混成形態または改変体形態、
    から成る群から選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記実施されるクロマトグラフィー法が、
    （ａ）ガスクロマトグラフィー、
    （ｂ）液体クロマトグラフィー、
    （ｃ）親和性クロマトグラフィー、
    （ｄ）超臨界流体クロマトグラフィー、
    （ｅ）イオン交換クロマトグラフィー、
    （ｆ）サイズ排除クロマトグラフィー、
    （ｇ）逆相クロマトグラフィー、
    （ｈ）二次元クロマトグラフィー、
    （ｉ）高速タンパク質液体クロマトグラフィー（ＦＰＬＣ）、
    （ｊ）向流クロマトグラフィー、
    （ｋ）キラルクロマトグラフィー、および、
    （ｌ）水系順相（ＡＮＰ）クロマトグラフィー、
    から成る群から選択される、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
13. クロマトグラフィーカラムの性能を監視するためのシステムであって、
    第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応する工程値に作用し、フィルタリングされた工程値を出力するフィルターと、
    前記フィルターから受け取った、フィルタリングされた工程値に作用し、変換された工程値を出力する平滑化モジュールと、
    前記平滑化モジュールから受け取った、変換された工程値に作用し、前記クロマトグラフィーカラムの充填品質を示す性能パラメーターを出力するパラメーター計算機と、
    前記性能パラメーターを表示する表示部と、
    を備えるシステム。
14. 検出器から工程値を受け取り、その受け取られた工程値のどれが、前記第１の移動相液体と前記第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応するかを特定するデータ収集モジュールをさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記データ収集モジュールが、前記第１の移動相液体と前記第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移に対応する、前記受け取られた工程値の正規化された値を計算する、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記フィルターが伝導率値に作用する、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記平滑化モジュールが前記フィルタリングされた値の移動平均を計算する、請求項１３に記載のシステム。
18. 前記パラメーター計算機が、段数（Ｎ）の値、理論段相当高さ（ＨＥＴＰ）の値、および非対称性（Ａｓ）の値のうちの１つを計算する、請求項１３に記載のシステム。
19. 前記表示部がコンピューター用監視装置である、請求項１３に記載のシステム。
20. 前記表示部が、使用者がカラムの容積および床の高さのうちの１つに関する情報を入力することを可能にするグラフィカルユーザーインターフェースを含む、請求項１３に記載のシステム。
21. 前記クロマトグラフィーカラムの性能が、生体分子化合物または薬理化合物の分離の最中に監視される、請求項１３〜２０の何れか一項に記載のシステム。
22. 前記生体分子化合物または薬理化合物が、
    （ａ）タンパク質、
    （ｂ）核酸、
    （ｃ）炭水化物、
    （ｄ）脂質、
    （ｅ）薬理学的に活性な小分子、および、
    （ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）のうち何れか一つの混成形態または改変体形態、
    から成る群から選択される、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記実施されるクロマトグラフィー法が、
    （ａ）ガスクロマトグラフィー、
    （ｂ）液体クロマトグラフィー、
    （ｃ）親和性クロマトグラフィー、
    （ｄ）超臨界流体クロマトグラフィー、
    （ｅ）イオン交換クロマトグラフィー、
    （ｆ）サイズ排除クロマトグラフィー、
    （ｇ）逆相クロマトグラフィー、
    （ｈ）二次元クロマトグラフィー、
    （ｉ）高速タンパク質液体クロマトグラフィー（ＦＰＬＣ）、
    （ｊ）向流クロマトグラフィー、
    （ｋ）キラルクロマトグラフィー、および、
    （ｌ）水系順相（ＡＮＰ）クロマトグラフィー、
    から成る群から選択される、請求項１３〜２２の何れか一項に記載のシステム。
24. クロマトグラフィー工程を制御するための方法であって、
    （１）第１の移動相液体と第２の移動相液体との間におけるクロマトグラフィーの段階遷移の最中に検出器を用いて、複数の工程値を生成するステップと、
    （２）前記複数の工程値を変換し、複数の変換された工程値を生成し、そこで、前記変換が前記複数の工程値に存在するノイズを抑圧するステップと、
    （３）クロマトグラフィーカラムを通じた前記第２の移動相液体の移動の最中に、前記複数の変換された値に基づいて性能パラメーターを計算するステップと、
    （４）前記（３）で計算された性能パラメーターが値の特定の範囲内にない場合、前記クロマトグラフィーカラムを通じた前記第２の移動相液体の移動の最中に、前記クロマトグラフィー工程を停止するステップと、
    を含む方法。
25. 前記（１）が、
    ａ）伝導率値、
    ｂ）ｐＨ値、
    ｃ）塩濃度値、
    ｄ）光吸収値、
    ｅ）適切な波長の光で励起した後の蛍光値、
    ｆ）屈折率値、
    ｇ）電気化学応答値、および、
    ｈ）質量分析値
    から成る群から選択される複数の値を生成するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記（２）が前記複数の工程値をフィルタリングするステップを含む、請求項２４に記載の方法。
27. 前記（２）が前記複数の工程値に対して移動平均を計算するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
28. 前記（３）が、段数（Ｎ）の値、理論段相当高さ（ＨＥＴＰ）の値、および非対称性（Ａｓ）の値のうちの１つを計算するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
29. 前記クロマトグラフィーカラムの性能が、生体分子化合物または薬理化合物の分離の最中に監視される、請求項２４〜２８の何れか一項に記載の方法。
30. 前記生体分子化合物または薬理化合物が、
    （ａ）タンパク質、
    （ｂ）核酸、
    （ｃ）炭水化物、
    （ｄ）脂質、
    （ｅ）薬理学的に活性な小分子、および、
    （ｆ）前記（ａ）〜（ｅ）のうち何れか一つの混成形態または改変体形態、
    から成る群から選択される、請求項２９に記載の方法。
31. 前記実施されるクロマトグラフィー法が、
    （ａ）ガスクロマトグラフィー、
    （ｂ）液体クロマトグラフィー、
    （ｃ）親和性クロマトグラフィー、
    （ｄ）超臨界流体クロマトグラフィー、
    （ｅ）イオン交換クロマトグラフィー、
    （ｆ）サイズ排除クロマトグラフィー、
    （ｇ）逆相クロマトグラフィー、
    （ｈ）二次元クロマトグラフィー、
    （ｉ）高速タンパク質液体クロマトグラフィー（ＦＰＬＣ）、
    （ｊ）向流クロマトグラフィー、
    （ｋ）キラルクロマトグラフィー、および、
    （ｌ）水系順相（ＡＮＰ）クロマトグラフィー、
    から成る群から選択される、請求項２４〜３０の何れか一項に記載の方法。

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