JP2015152567A - クロマトグラフ稼働状態監視装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】分析中に装置が正常に稼働していたことを示す証拠を、少ないデータ量で記録することができるクロマトグラフ稼働状態監視装置を提供する。
【解決手段】クロマトグラフ稼働状態監視装置100は、分析対象の試料の特性に依存しない外部条件に起因したクロマトグラフの稼働状態の異常の有無を監視する装置であって、前記外部条件に関するデータである外部条件関連データを時系列で測定する外部条件測定部(圧力センサ19A、カラムオーブン温度計19B、室温温度計19C)と、1回又は複数回の分析毎に得られた複数の前記外部条件関連データに基づいて指標値を算出する指標値算出部23と、1回又は複数回の分析毎に、該分析に係るデータと関連づけて、前記指標値を保存する指標値保存部(データ保存部24)とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、クロマトグラフが正常に稼働しているか否かを監視するクロマトグラフ稼働状態監視装置に関する。
クロマトグラフ(液体クロマトグラフ、及びガスクロマトグラフ)では、分析中に何らかの事情によって、移動相の圧力、室温、カラムオーブンの温度等、試料の特性に依存しない外部条件が変化すると、保持時間等のデータを正確に得ることができない。そのため、分析中にそれら外部条件を継続的に測定し、測定値が正常な範囲を逸脱した場合には、ユーザに音や光などで警告を発する、自動的に分析を中断する、あるいは自動的に異常を解消する処置を行ったうえで分析を再開する等、異常な状態で分析が継続されることを防止する措置が取られている(例えば特許文献1参照)。
近年、食品検査、新医薬品の開発・評価などの分野において、測定結果の信頼性を確保するために、GLP(Good Laboratory Practice)やGMP(Good Manufacturing Practice)と呼ばれる基準(ガイドライン)が導入されている。GLP/GMPでは、試験・検査の設定条件やその結果等を含むデータの管理に厳しい基準が設けられており、測定に使用された分析システムの妥当性の証明が要求される。クロマトグラフを用いた分析においても、単に異常な状態での分析を防止するだけでは足りず、正常な分析が行われたことの証拠を残す必要がある。そのために、上述の外部条件のデータを、各分析で試料から得られたデータやその他の情報と関連づけて保存することが行われている。
このように保存された外部条件のデータは、正常な分析が行われたことの証拠だけでなく、当該データの時間変化に基づいて異常を未然に防止するために用いることもできる。例えば、移動相の圧力がカラムの劣化に伴って変動することから、当該圧力のデータは、正常な範囲内において徐々に異常値に近づくという時間変化を示す。この時間変化から、カラムの交換時期を見積もることができる。
特開平11-326300号公報
外部条件は分析中に継続的に測定されるため、外部条件のデータは膨大な量となる。外部条件の妥当性を検証するためには、それら膨大な量のデータから情報を読み取る必要があり、労力を要するうえに、データを見誤ってしまうおそれもある。異常の未然防止のためのデータ解析の際も同様である。
本発明が解決しようとする課題は、分析中に装置が正常に稼働していたことを示す証拠を、少ないデータ量で記録することができるクロマトグラフ稼働状態監視装置を提供することである。
上記課題を解決するために成された本発明に係るクロマトグラフ稼働状態監視装置は、分析対象の試料の特性に依存しない外部条件に起因したクロマトグラフの稼働状態の異常の有無を監視する装置であって、
a) 前記外部条件に関するデータである外部条件関連データを時系列で測定する外部条件測定手段と、
b) 1回又は複数回の分析毎に得られた複数の前記外部条件関連データに基づいて指標値を算出する指標値算出手段と、
c) 1回又は複数回の分析毎に、該分析に係るデータと関連づけて、前記指標値を保存する指標値保存手段と
を備えることを特徴とする。
本発明に係るクロマトグラフ稼働状態監視装置によれば、1回又は複数回の分析毎に得られた複数の前記外部条件関連データに基づいて算出される指標値を指標値保存手段に保存するため、外部条件関連データをそのまま保存する場合よりも、保存されるデータの量が少なくなる。
クロマトグラフにおいては、同種の試料を複数連続して分析する場合には、同一条件による分析が繰り返し行われる。この場合、外部条件は、装置に異常が生じていない限り、各分析においてほぼ同じ時間履歴を辿る。そこで、同一条件による分析を繰り返し行う場合において、前記指標値には、1回の分析における分析開始時からの複数の時間における外部条件関連データと、該分析の直前に行われた分析における分析開始時からの同時間における外部条件関連データを比較することにより得られる値を用いることができる。例えば、n回目の分析における分析開始時からのN個の時間ti=t1, t2, …tNにおいて得られる外部条件関連データをPn(ti)=Pn(t1), Pn(t2), …Pn(tN)とし、その直前の分析である(n-1)回目の分析において得られる外部条件関連データをPn-1(ti)=Pn-1(t1), Pn-1(t2), …Pn-1(tN)とし、
(i) 差の最大値Rn=|Pn(tmax)-Pn-1(tmax)|(ここでtmaxは|Pn(ti)-Pn-1(ti)|が最大となる時間)
Figure 2015152567

Figure 2015152567

のいずれか1つ又は複数を指標値として用いることができる。なお、以下では差の平均値の記号を「xn」と略記する。
また、前記指標値の計算において、Pn-1(ti)の代わりに、(n-m)回目からn-1回目までの合計m回(mは自然数。1を含む。)の分析を通した外部条件関連データの平均値Pn-1,m(ti)を用いてもよい。そのような平均値Pn-1,m(ti)は、
Figure 2015152567

で表される。
前記外部条件関連データには、移動相の圧力、移動相の流量、室温、カラムオーブンの温度のいずれか1つ又は複数を用いることができる。
本発明に係るクロマトグラフ稼働状態監視装置において、前記指標値が所定の異常値の範囲にあるときに、所定の措置を行う指標値異常対策措置手段を設けてもよい。所定の措置には、警告を発信するもの、分析を停止する措置を行うもの、異常を解消する措置を行う(例えば上記特許文献1に記載の)ものが挙げられる。
本発明に係るクロマトグラフ稼働状態監視装置では、複数の前記外部条件関連データに基づいて算出される指標値を指標値保存手段に保存するため、外部条件関連データをそのまま保存する場合よりも、分析中に装置が正常に稼働していたことを示す証拠を少ないデータ量で記録することができる。そのため、外部条件の妥当性を検証することや異常の未然防止のためのデータ解析を行うことが容易になる。
本発明に係るクロマトグラフ稼働状態監視装置の一実施例を用いた液体クロマトグラフの概略構成図。 本実施例のクロマトグラフ稼働状態監視装置において、外部条件関連データの差の最大値Rnを算出及び保存する過程を示すフローチャート。 本実施例のクロマトグラフ稼働状態監視装置において、外部条件関連データの差の平均値xnを算出及び保存する過程を示すフローチャート。 本実施例のクロマトグラフ稼働状態監視装置において、外部条件関連データの類似度Snを算出及び保存する過程を示すフローチャート。 本実施例のクロマトグラフ稼働状態監視装置において、m回の分析を通した外部条件関連データの平均値Pn-1,m(ti)を算出する過程を示すフローチャート。
本発明に係るクロマトグラフ稼働状態監視装置の実施例を、図1〜図5を用いて説明する。
図1は、本実施例のクロマトグラフ稼働状態監視装置が組み込まれた液体クロマトグラフ1の概略構成図である。液体クロマトグラフ1は、分析装置部10とデータ処理部20を有する。分析装置部10は、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、カラムオーブン15、及び検出器16を有する。移動相容器11には移動相が貯留されており、この移動相が送液ポンプ12によってオートインジェクタ13、カラム14、検出器16の順に通過するよう送液される。カラム14はカラムオーブン15に収容され、カラムオーブン15が正常に動作している限り、一定の温度に維持される。検出器16では、カラム14を通過した各成分が検出され、その検出信号が分析用データとしてデータ処理部20に送信される。検出器16は分光光度計であり、一般的な液体クロマトグラフで広く用いられているものであるため、詳細な説明は省略する。
送液ポンプ12とオートインジェクタ13の間の流路には、移動相の圧力を測定する圧力センサ19Aが設けられている。また、カラムオーブン15の内部に、該内部の温度を測定するカラムオーブン温度計19Bが設けられている。さらに、分析装置部10の外に、室温を測定する室温温度計19Cが設けられている。
データ処理部20は、分析用データに関する処理を行う分析用データ保存処理部21、外部条件関連データに基づく処理を行う外部条件関連データ取得部22及び指標値算出部23、並びに分析用データ保存処理部21で処理された分析用データと指標値算出部23で算出された指標値を保存するデータ保存部24を有する。分析用データ保存処理部21では、検出器16の検出信号に対して後述のようにデータ保存部24に保存するための処理を行う。外部条件関連データ取得部22では、圧力センサ19A、カラムオーブン温度計19B及び室温温度計19Cにより得られる外部条件関連データを収集し、指標値算出部23に送信する。指標値算出部23では、これらの外部条件関連データに対して後述の処理を行うことにより指標値を算出する。指標値算出部23には、指標値の算出の際に用いるデータを一時的に保存する一時データ保存部231が設けられている。
また、データ処理部20には、指標値異常対策措置部25が設けられている。指標値異常対策措置部25は、指標値算出部23で算出された指標値を取得し、この指標値が所定の異常値の範囲にあるときに、警告音を発するものである。なお、警告音と共に、又はその代わりに、警告灯を発光させたり、異常が発生している旨を後述の表示部27に表示したりすることにより警告するようにしてもよい。あるいは、これら警告と共に、又はその代わりに、分析を停止する措置を取るようにしてもよい。
データ処理部20は上記各部の他に、該各部及び液体クロマトグラフ1を制御する制御部26、表示部(ディスプレイ)27、及びキーボードやマウスなどの入力部28を有する。
上記構成のうち、圧力センサ19A、カラムオーブン温度計19B及び室温温度計19C(外部条件測定手段)、外部条件関連データ取得部22及び指標値算出部23(指標値算出手段)、データ保存部24(指標値保存手段)、並びに指標値異常対策措置部25を合わせたものにより、クロマトグラフ稼働状態監視装置100が構成されている。
次に、液体クロマトグラフ1の動作を説明する。ここでは、試料の数がnmaxであって、それらの試料に対する分析を順次行う場合について述べる。
移動相容器11内の移動相が送液ポンプ12によってオートインジェクタ13に継続的に送液されている状態において、オートインジェクタ13は試料を移動相に注入する。その際、試料は、1試料の全ての成分がカラム14を通過するのに十分な時間間隔を空けて、所定の時間毎に、合計nmax回注入される。これにより、注入される試料毎に、カラム14を通過する間に各成分が時間的に分離され、検出器16において、分析用データの信号が時間変化をもって得られる。本実施例では検出器16に分光光度計を用いていることから、1つの時刻(保持時間)の分析用データは、多数の波長に関するスペクトルが、波長毎にアナログ信号として得られる。これらアナログ信号は、分析用データ保存処理部21に送信される。分析用データ保存処理部21では、スペクトルのアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する。そして、1つの試料毎に、試料の識別情報、保持時間、及び各保持時間におけるスペクトルの数値化されたデータをデータ保存部24に保存する。
上記のように検出器16で分析用データを取得している間、圧力センサ19A、カラムオーブン温度計19B及び室温温度計19Cではそれぞれ、外部条件関連データである移動相の圧力、カラムオーブン内部の温度、及び室温が測定される。これら外部条件関連データは、所定の時間間隔で、1試料の分析毎にN回、外部条件関連データ取得部22に送信される。これにより、外部条件関連データ取得部22では、n(1≦n≦nmax)回目にオートインジェクタ13から注入された試料に対する分析(以下、「n回目の分析」とする)に関してN回、時刻ti=t1, t2, …tNにおいて圧力Pn(ti)、カラムオーブン内部の温度Tcn(ti)、及び室温Trn(ti)という外部条件関連データが得られる。
Pn(ti)=Pn(t1), Pn(t2), …Pn(tN)
Tcn(ti)=Tcn(t1), Tcn(t2), …Tcn(tN)
Trn(ti)=Trn(t1), Trn(t2), …Trn(tN)
こうして得られた外部条件関連データに基づいて、指標値算出部23では、以下のようにn回目の分析に対する指標値の算出を行う。ここで、一時データ保存部231には、n回目の分析よりもm回前までの分析における外部条件関連データが一時的に保存されており、この指標値の算出には一時保存データを用いる。この指標値の一時保存データは、各データが保存された分析のm回後の分析が終了した後に、消去されるか、又は新しい外部条件関連データが上書きされる。なお、以下の説明では圧力Pn(ti)に基づく指標値の算出方法を示すが、カラムオーブン内部の温度Tcn(ti)、及び室温Trn(ti)の場合も同様である。
(i) 外部条件関連データの差の最大値Rnの算出(図2のフローチャート)
まず、n回目の分析が開始されると、指標値算出部23は初期値としてk=1, Rn=0を設定する(ステップS1)。ここでkは、n回目の分析中に得られる圧力Pn(ti)のデータの順番を示す。次いで、指標値算出部23は外部条件関連データ取得部22から圧力Pn(tk)のデータが入力されるまで待機し(ステップS2)、当該データが入力されれば、ステップS3に移る。
一時データ保存部231には、前回、すなわち(n-1)回目の分析における圧力Pn-1(ti)=Pn-1(t1), Pn-1(t2), …Pn-1(tN)が保存されている。ステップS3では、指標値算出部23は一時データ保存部231より、(n-1)回目の分析におけるk番目(上記初期値の段階では1番目)の圧力のデータPn-1(tk)を取得する。そして、指標値算出部23はR=|Pn(tk)-Pn-1(tk)|を算出し(ステップS4)、Rの値が既存のRnの値よりも大きければ(ステップS5)、Rnの値をここで得られたRの値に置き換える(ステップS6)。
また、指標値算出部23は、Pn(tk)の値を一時データ保存部231に保存する(ステップS7)。なお、この操作はステップS2においてPn(tk)の値が得られた後の、どの段階で行ってもよい。こうして一時データ保存部231に保存されたPn(tk)の値は、(n+1)回目の分析における指標値の算出に用いられる。ここまでで、Pn(tk)に関する処理が終了する。
続いて、ステップS8においてkの値がNに達していない場合には、kの値を1増加させた(ステップS9)うえで、ステップS2に戻り、ステップS2〜S7においてPn(tk+1)に関する処理を行う。一方、ステップS8においてkの値がNに達した場合には、この時点におけるRnが、n回目の分析における指標値である「差の最大値Rn」の値となる。ここで、指標値異常対策措置部25は、Rnが異常値の範囲内にあるか否かを判定し(ステップS10)、異常値の範囲内にあれば、警報の発報、及び/又は分析の停止の措置を取る(ステップS11)。Rnが異常値の範囲内になければ、指標値算出部23は、n回目の分析のデータと関連づけて、Rnの値をデータ保存部24に保存する(ステップS12)。これにより、n回目の分析における一連の処理が完了する。
なお、ここでは外部条件関連データ取得部22から圧力のデータPn(tk)が入力される度にR=|Pn(tk)-Pn-1(tk)|を算出したが、全ての圧力のデータPi(t1)=Pn(t1), Pn(t2), … Pn(tN)が入力された後に、各データPi(t1)におけるR=|Pn(ti)-Pn-1(ti)|を算出し、それらRのうちの最大値をRnと決定するようにしてもよい。
(ii) 外部条件関連データの差の平均値xnの算出(図3のフローチャート)
外部条件関連データの差の平均値xnの算出の操作は、差の最大値Rnの算出と共通の操作を含むため、以下では共通の操作についてはその旨のみを記載する。まず、指標値算出部23は初期値としてk=1, Rsum=0を設定する(ステップS101)。ここでRsumは、1番目からk番目までのRの値の和をとったものである。ステップS2〜S4では上記同様の操作を行い、ステップS106に移る。ステップS106では、ステップS4で得られたi=kにおけるRの値をRsumに加算することにより、新たなRsumの値を得る。ステップS7〜S9においても上記同様の操作を行う。ここで、ステップS8においてkがNに達したときには、ステップS2〜S4、S106、S7までの一連の操作がN回繰り返されたこととなり、ステップS108においてRsumをNで除することにより、
Figure 2015152567

が算出される。
その後、指標値異常対策措置部25は、xnが異常値の範囲内にあるか否かを判定し(ステップS110)、異常値の範囲内にあれば上記同様の措置を取る(ステップS11)。xnが異常値の範囲内になければ、指標値算出部23は、n回目の分析のデータと関連づけて、xnの値をデータ保存部24に保存する(ステップS112)。これにより、n回目の分析における一連の処理が完了する。
(iii) 外部条件関連データの類似度Snの算出(図4のフローチャート)
外部条件関連データの類似度Snの算出の操作も、差の最大値Rnの算出と共通の操作を含むため、以下では共通の操作についてはその旨のみを記載する。まず、指標値算出部23は初期値としてk=1, y1=0, y2=0を設定する(ステップS201)。y1及びy2については後述する。ステップS2及びS3では、差の最大値Rnの算出と同様の操作を行い、ステップS206に移る。ステップS206では、k-1回目までに得られていたy1の値に、k回目におけるPn(tk)・Pn-1(tk)を加算することにより、y1の値を{y1+Pn(tk)・Pn-1(tk)}の値に置き換える。同様に、y2の値を{y2+Pn 2(tk)}に置き換える。ステップS7〜S9では、差の最大値Rnの算出と同様の操作を行う。ここで、ステップS8においてkがNに達したときには、ステップS2、S3、S206、S7までの一連の操作がN回繰り返されたこととなり、ステップS206において
Figure 2015152567

の算出を行ったこととなる。
次に、ステップS208において、y1及びy2を用いて、類似度Sn
Figure 2015152567

により算出する。ここで、分母中のPn-1(tk)に関する和は、一時データ保存部231に保存されたPn-1(tk)の値を用いて算出する。
その後、指標値異常対策措置部25は、Snが異常値の範囲内にあるか否かを判定し(ステップS210)、異常値の範囲内にあれば上記同様の措置を取る(ステップS11)。Snが異常値の範囲内になければ、指標値算出部23は、n回目の分析のデータと関連づけて、Snの値をデータ保存部24に保存する(ステップS212)。これにより、n回目の分析における一連の処理が完了する。
(iv) m回の分析を通した外部条件関連データの平均値Pn-1,m(tk)の算出(図5のフローチャート)
平均値Pn-1,m(tk)の算出の操作を図5で説明する。平均値Pn-1,m(tk)を用いた指標値の算出は、(i)〜(iii)(図2〜図4)のステップS3において、Pn-1(tk)をPn-1,m(tk)に置き換えればよいので、以下ではPn-1,m(tk)の算出の操作のみを記載する。まず、データ一時保存部231より、(n-m)回目から(n-1)回目の分析におけるk番目の圧力データを取得する。(ステップS301)。
ステップS302において、
Figure 2015152567

を計算する。
その後、最大値Rn、差の平均値xn、類似度Snの算出は、(i)〜(iii)(図2〜図4)の各ステップの処理に従う。これにより、n回目の分析における一連の処理が完了する。
以上のように、外部条件関連データの差の最大値Rn、差の平均値xn、類似度Sn、及びm回の分析を通した外部条件関連データの平均値Pn-1,m(tk)を用いた、n回目の分析における指標値が、n回目の分析のデータと関連づけてデータ保存部24に保存される。これらの指標値は、n回目の分析が正常に行われたことの証拠となるうえに、カラムの劣化等に起因した将来の異常の発生を予測するためのデータとして用いることもできる。
なお、上記の説明では、(i)〜(iv)の4つの操作を互いに独立に説明したが、実際には、これら4つの操作は同時並行で行うことができる。具体的には、まず、初期値の設定を行うステップS1、S101、S201、及びS301を同時並行で行い、次いで、(i)〜(iv)に共通のステップS2を行う。続いて、(i)〜(iii)に共通のステップS3を行い((iv)は休止)、その次に、(i)及び(ii)に共通のステップS4を行う((iii), (iv)は休止)。(i)のステップS5を行った後、ステップS6、S106、S206、及びS306を同時並行で行う。そして、(i)〜(iv)に共通であるステップS7〜S9を行う。その後は、(iii)のステップ208及び(iv)のステップ308−1〜308−3を同時並行で行い、次いでステップS10、S110、S210、及びS310を同時並行で行う。必要であれば(i)〜(iv)に共通のステップS11を行う。最後に、S12、S112、S212、及びS312を同時並行で行う。
本発明は、上記実施例には限定されない。
例えば、上記実施例では4種の指標値を算出して保存したが、これら4種のうちの1〜3種を算出して保存するようにしてもよい。また、上記実施例では圧力センサ19Aを用いて移動相の圧力を測定したが、流量計を用いて移動相の流量を外部条件として測定してもよい。
上記実施例では指標値異常対策措置部25を用いたが、これは本発明に必須の構成ではない。
上記実施例ではクロマトグラフ稼働状態監視装置を液体クロマトグラフに組み込んだ例を示したが、ガスクロマトグラフに組み込んでもよい。
1…液体クロマトグラフ
100…クロマトグラフ稼働状態監視装置
10…分析装置部
11…移動相容器
12…送液ポンプ
13…オートインジェクタ
14…カラム
15…カラムオーブン
16…検出器
19A…圧力センサ
19B…カラムオーブン温度計
19C…室温温度計
20…データ処理部
21…分析用データ保存処理部
22…外部条件関連データ取得部
23…指標値算出部
231…一時データ保存部
24…データ保存部
25…指標値異常対策措置部
26…制御部
27…表示部
28…入力部

Claims (6)

  1. 分析対象の試料の特性に依存しない外部条件に起因したクロマトグラフの稼働状態の異常の有無を監視する装置であって、
    a) 前記外部条件に関するデータである外部条件関連データを時系列で測定する外部条件測定手段と、
    b) 1回又は複数回の分析毎に得られた複数の前記外部条件関連データに基づいて指標値を算出する指標値算出手段と、
    c) 1回又は複数回の分析毎に、該分析に係るデータと関連づけて、前記指標値を保存する指標値保存手段と
    を備えることを特徴とするクロマトグラフ稼働状態監視装置。
  2. 同一条件による分析を繰り返し行う場合において、前記指標値が、1回の分析における分析開始時からの複数の時間における外部条件関連データと、該分析の直前に行われた分析における分析開始時からの同時間における外部条件関連データを比較することにより得られる値であることを特徴とする請求項1に記載のクロマトグラフ稼働状態監視装置。
  3. 前記指標値が、n回目の分析における分析開始時からのN個の時間ti=t1, t2, …tNにおいて得られる外部条件関連データをPn(ti)=Pn(t1), Pn(t2), …Pn(tN)、その直前の分析である(n-1)回目の分析において得られる外部条件関連データをPn-1(ti)=Pn-1(t1), Pn-1(t2), …Pn-1(tN)とし、
    (i) 差の最大値Rn=|Pn(tmax)-Pn-1(tmax)|(ここでtmaxは|Pn(ti)-Pn-1(ti)|が最大となる時間)
    Figure 2015152567

    Figure 2015152567

    のいずれか1つ又は複数であることを特徴とする請求項2に記載のクロマトグラフ稼働状態監視装置。
  4. 前記指標値が、前記Pn-1(tmax) に代えて、(n-m)回目からn-1回目までの合計m回(mは自然数。1を含む。)の分析を通した外部条件関連データの平均値
    Figure 2015152567

    を用いて得られたものであることを特徴とする請求項3に記載のクロマトグラフ稼働状態監視装置。
  5. 前記指標値が所定の異常値の範囲にあるときに、所定の措置を行う指標値異常対策措置手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のクロマトグラフ稼働状態監視装置。
  6. 前記外部条件関連データが、移動相の圧力、移動相の流量、室温、カラムオーブンの温度のいずれか1つ又は複数であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のクロマトグラフ稼働状態監視装置。
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