JP2018013427A - Method for correcting base line including step - Google Patents
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Description
本発明は、クロマトグラムのベースライン上に生じてしまった段差を処理し、安定的な定量結果が得られる処理方法に関するものである。 The present invention relates to a processing method for processing a step generated on a baseline of a chromatogram and obtaining a stable quantitative result.
クロマトグラフィは幅広い分野で、定量や定性目的で使用されている。定量や定性を正確に行うには、安定的なクロマトグラムを取得することが重要であり、そのためにも、ベースラインの安定化が必要となる。 Chromatography is used in a wide range of fields for quantitative and qualitative purposes. In order to accurately perform quantification and qualification, it is important to acquire a stable chromatogram, and for this purpose, it is necessary to stabilize the baseline.
液体クロマトグラフィでのベースラインは、送液を行うポンプの脈動、検出器の光学的ノイズ、電気的ノイズ、溶離液由来のノイズ、環境依存由来のノイズ等、様々な要因のノイズが重畳してくる。 The baseline in liquid chromatography is superimposed with noise from various factors such as pulsation of the pump that pumps the liquid, optical noise of the detector, electrical noise, noise from the eluent, and noise that depends on the environment. .
図1aに示すような送液ポンプなどの送液周期由来の短形波ノイズが重畳した場合、一般的な数学的手法である「単純移動平均法」が有効である。図1bに示す通り、単純移動平均法により101点の平滑化処理を施すと、容易に平滑化することが可能である。 When short wave noise derived from a liquid feeding period such as a liquid feeding pump as shown in FIG. 1a is superimposed, the “simple moving average method” which is a general mathematical method is effective. As shown in FIG. 1b, smoothing can be easily performed by performing smoothing processing of 101 points by the simple moving average method.
一方、図2aに示すような短周期のノイズが重畳し、更にベースライン上に段差が生じた場合、単純移動平均法で平滑化処理を行っても、図2bに示す通り、段差を平滑化することはできない。 On the other hand, when short-period noise as shown in FIG. 2a is superimposed and a step is generated on the baseline, the step is smoothed as shown in FIG. 2b even if smoothing processing is performed by the simple moving average method. I can't do it.
このようなベースラインの階段的な変動は、検出器セル内で気泡が突然発生したり、溶離液の送液中にポンプ内で僅かな気泡が発生したり、装置に何らかの振動がかかってしまったり、あるいは想定外の電気ノイズ、電源電圧変動等が重畳したりと言った不確定要素で生じてしまうことは決して珍しいことではない。 Such a step-by-step variation in the baseline may be caused by sudden bubbles in the detector cell, slight bubbles in the pump while the eluent is being sent, or some vibration on the device. It is not uncommon that it is caused by uncertain factors such as unintentional electrical noise, power supply voltage fluctuations, or the like.
本発明は、段差が生じているクロマトグラムであっても、定量性を維持したまま、段差およびノイズを平滑化する手法を提供するものである。 The present invention provides a technique for smoothing a step and noise while maintaining quantitativeness even in a chromatogram having a step.
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、クロマトグラムのベースライン上に生じてしまった段差を平滑化することによって、安定的な定量結果が得られる処理方法を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found a processing method capable of obtaining a stable quantitative result by smoothing a step generated on the baseline of a chromatogram, and complete the present invention. It came to.
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明は、クロマトグラムの微分曲線を取得し、極大値又は極小値のいずれか一方のみを有する微分信号変化をスパイクノイズ処理により排除し、得られた微分曲線を微小時間区間で積分処理することで、クロマトグラムに再変換することを特徴とするクロマトグラムの平滑化方法である。 The present invention acquires a differential curve of a chromatogram, eliminates a differential signal change having only one of a maximum value and a minimum value by spike noise processing, and integrates the obtained differential curve in a minute time interval. The method for smoothing a chromatogram is characterized by re-converting into a chromatogram.
また、上述したクロマトグラムの平滑化方法は、クロマトグラムの全時間領域の微分曲線を対象としてもよく、クロマトグラムの段差が生じている時間領域の微分曲線のみを対象としてもよい。 Further, the above-described method for smoothing a chromatogram may be applied to a differential curve in the entire time domain of the chromatogram, or may be applied only to a differential curve in the time domain where a step of the chromatogram is generated.
また、本発明は、クロマトグラフィの方法を限定することなく利用することが可能であるが、液体クロマトグラフィから得られたクロマトグラムに対して特に好適に利用することができる。 Further, the present invention can be used without limiting the chromatography method, but can be particularly preferably used for a chromatogram obtained from liquid chromatography.
本発明により、段差が生じているクロマトグラムであっても、安定的な定量結果が得られる処理方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a processing method capable of obtaining a stable quantitative result even in a chromatogram having a step.
以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明のスパイクノイズの除去方法として、フーリエ変換を使用した方法、Savitzky−Golay法、50パーセンタイルフィルタ法、メディアンフィルタ法など数学的手法が種々挙げられるが、効率的にスパイクノイズを除去できる方法であれば特に限定されない。さらに、微分曲線上の段差由来の変動(スパイクノイズ)が明確な場合、用手法によりスパイクノイズを排除しても良い。 As a method for removing spike noise of the present invention, various mathematical methods such as a method using Fourier transform, a Savitzky-Golay method, a 50th percentile filter method, and a median filter method can be mentioned. If there is no particular limitation. Furthermore, when the fluctuation (spike noise) derived from the step on the differential curve is clear, the spike noise may be eliminated by a method.
本発明の実施形態を分かりやすく説明するために、正規分布関数を組み合わせた疑似クロマトグラムを基に、ステップ毎に説明する。 In order to explain the embodiment of the present invention in an easy-to-understand manner, each step will be described based on a pseudo-chromatogram combined with a normal distribution function.
図3aは2つの正規分布ピークを有する疑似クロマトグラムである。横軸は経過時間、縦軸は吸光度(mABU)に相当するものである。図3bは0.5〜0.7分に0.5mABU、および3.0〜3.5分に出力1.0mABUの段差を加えた疑似クロマトグラムである。いずれも、溶出時間で50msec相当のサンプリング間隔で作製したものである。 FIG. 3a is a pseudochromatogram with two normally distributed peaks. The horizontal axis corresponds to the elapsed time, and the vertical axis corresponds to the absorbance (mABU). FIG. 3b is a simulated chromatogram with steps of 0.5 mABU from 0.5 to 0.7 minutes and an output of 1.0 mABU from 3.0 to 3.5 minutes. All were produced at a sampling interval corresponding to 50 msec in elution time.
(ステップ1)
まず、クロマトグラムの時間当たりの出力の変化量つまり微分を取得する(図4参照)。これにより、通常のピークはある一定の幅を有し、正規分布様の形態をとることから、ピーク部では、微分値はゼロから徐々に増加し、極大値を経て、減少、ゼロ、減少、極小値を経て、増加しゼロに近づく形態となる。極大値と極小値の間の微分値がゼロになる時間が、ほぼピークの頂点(溶出時間)となる。
(Step 1)
First, the amount of change, that is, the derivative of the output per hour of the chromatogram is acquired (see FIG. 4). As a result, the normal peak has a certain width and takes the form of a normal distribution, so in the peak part, the differential value gradually increases from zero, passes through the maximum value, decreases, zero, decreases, After passing through the local minimum, it increases and approaches zero. The time when the differential value between the maximum value and the minimum value becomes zero is almost the peak apex (elution time).
一方、段差が生じている部分では、時間当たりの出力の変化量が極端に大きくなる。出力が急激に上昇した部分では、微分値はゼロから急激に増加し、極大値を経て、急激に減少しゼロとなる。出力が急激に減少した部分では、微分値はゼロから急激に減少し、極小値、急激に増加しゼロとなる。すなわち、段差部分の微分曲線は、スパイクノイズ状となるため、極大値又は極小値のいずれか一方のみしか有さない。 On the other hand, in the portion where the step is generated, the amount of change in output per time becomes extremely large. In the portion where the output rapidly increases, the differential value increases rapidly from zero, passes through the maximum value, decreases rapidly, and becomes zero. In the portion where the output decreases rapidly, the differential value decreases rapidly from zero, and the minimum value increases rapidly and becomes zero. That is, the differential curve of the step portion has a spike noise shape, and thus has only one of the maximum value and the minimum value.
(ステップ2)
ステップ1で得られた微分曲線を、フーリエ変換を使用した方法、Savitzky−Golay法、50パーセンタイルフィルタ法、メディアンフィルタ法などの数学的手法により、平滑化を実施し、段差部由来のスパイクノイズを除去した微分曲線を取得する。
(Step 2)
The differential curve obtained in
(ステップ3)
ステップ2で得られた微分曲線に対して、微小時間区間で面積を計算し、微小区間の面積の総和を算出、つまり積分処理する。これにより、時間に対する出力、つまりクロマトグラムが再構築する。一連の操作により得られた再構築クロマトグラムは、段差が排除された状態となる。
(Step 3)
For the differential curve obtained in
本発明は、ベースライン上の段差のみならず、ピーク成分が溶出している最中に発生した段差に対しても、同様に有効に平滑化を行うことができる。 The present invention can effectively smooth not only the step on the baseline but also the step generated while the peak component is being eluted.
図5は4.7〜5.3分にかけてピークが溶出している最中の、4.9分に2mABUの段差を加えた疑似クロマトグラムである。いずれも、溶出時間で50msec相当のサンプリング間隔で作製したものである。 FIG. 5 is a pseudo-chromatogram in which a peak of 2 mABU is added to 4.9 minutes while the peak is eluted from 4.7 to 5.3 minutes. All were produced at a sampling interval corresponding to 50 msec in elution time.
(ステップ1)
まず、クロマトグラムの時間当たりの出力の変化量つまり微分を取得する。これにより、通常のピークはある一定の幅を有し、正規分布様の形態をとることから、ピーク部では、微分値はゼロから徐々に増加し、極大値を経て、減少、ゼロ、減少、極小値を経て、増加しゼロに近づく形態となる。極大と極小の間の微分値がゼロになる時間が、ほぼピークの頂点(溶出時間)となる。その最中、出力が急激に上昇した部分(4.9分)では、微分値は急激に増加し、極大値を経て、急激に減少しており、ピークが溶出している領域と、ピークが溶出している領域内の段差部でも、微分曲線に大きな差があることが分かる(図6参照)。
(Step 1)
First, the amount of change in the output per hour of the chromatogram, that is, the derivative is obtained. As a result, the normal peak has a certain width and takes the form of a normal distribution, so in the peak part, the differential value gradually increases from zero, passes through the maximum value, decreases, zero, decreases, After passing through the local minimum, it increases and approaches zero. The time when the differential value between the local maximum and the local minimum becomes zero is almost the peak apex (elution time). In the meantime, in the portion where the output increased rapidly (4.9 minutes), the differential value increased rapidly, passed through the maximum value, decreased rapidly, and the region where the peak was eluted and the peak It can be seen that there is a large difference in the differential curve even in the stepped portion in the eluted region (see FIG. 6).
(ステップ2)
ステップ1で得られた微分曲線を、フーリエ変換を使用した方法、Savitzky−Golay法、50パーセンタイルフィルタ法、メディアンフィルタ法などの数学的手法により、平滑化を実施し、段差部由来のスパイクノイズを除去した微分曲線を取得する。
(Step 2)
The differential curve obtained in
(ステップ3)
ステップ2で得られた微分曲線に対して、微小時間区間で微分値に対する面積を計算し、得られた微小区間の面積の総和を算出、つまり積分処理する。これにより、時間に対する出力、つまりクロマトグラムが再構築する。
(Step 3)
For the differential curve obtained in
以上のように、ピーク成分が溶出していない領域での段差だけでなく、ピーク成分が溶出している領域での段差に対しても、本発明の手法により、平滑化を行うことが可能であることが分かる。 As described above, the method of the present invention can perform smoothing not only on the step in the region where the peak component is not eluted, but also on the step in the region where the peak component is eluted. I understand that there is.
次に、実施例を示して本発明を具体的に説明する。しかし、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではなく、クロマトグラムシステムに接続された電子計算機で、プログラムに従って演算させても問題ない。 Next, an Example is shown and this invention is demonstrated concretely. However, the present invention is not limited to these examples, and there is no problem even if the computer is connected to the chromatogram system and is operated according to a program.
図7に示す、液体クロマトグラムシステムを使用し、実際の測定を行い、生のクロマトグラムを取得後、本発明の段差処理を施した。システムは、溶媒脱気装置(SD−8020)2、送液ポンプ(DP−8020)3、試料注入装置(AS−8020)4、カラムオーブン(CO−8020)6、紫外可視検出器(UV−8020)7、およびデータ処理装置(LC−8020II)9で構成した(いずれも、東ソー(株)製)。 Using the liquid chromatogram system shown in FIG. 7, the actual measurement was performed, and after obtaining the raw chromatogram, the step processing of the present invention was performed. The system includes a solvent degassing device (SD-8020) 2, a liquid feed pump (DP-8020) 3, a sample injection device (AS-8020) 4, a column oven (CO-8020) 6, an ultraviolet-visible detector (UV- 8020) 7 and data processing device (LC-8020II) 9 (both manufactured by Tosoh Corporation).
分析カラム5としては、東ソー(株)製 TSKgel ODS−100Z(5μm、4.6mmI.D.×15cm)、溶離液1はCH3CN/H2O=50/50を用い、p−ヒドロキシ安息香酸類の分離を行った。その他の条件は下記の通り
サンプル:p−Hydroxybenzoic Acid、Methyl p−Hydroxybenzoate、Ethyl p−Hydroxybenzoate、Propyl p−Hydroxybenzoate、Butyl p−Hydroxybenzoate、Hexyl p−Hydroxybenzoate、Heptyl p−Hydroxybenzoate 各8μg/1mL
注入量:30μL、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/min
データ収集サンプリングピッチ:50msec。
As the
Injection volume: 30 μL, column temperature: 40 ° C., flow rate: 1.0 mL / min
Data collection sampling pitch: 50 msec.
(実施例1)
まず、前記測定条件にて、正常なクロマトグラムを取得した後、1)〜3)の操作を行い、クロマトグラム上に故意に段差を生じさせたクロマトグラムを得た。これにより、試料注入後、約7分後に10mABU程度の段差があるクロマトグラムとなる。
1)測定開始前にベースライン位置を0_mABUに設定(オートゼロ実行)。
2)測定開始(試料注入/データ収集開始)。
3)約7分後にベースライン位置を10mABUに設定(オートバランス実行)。
Example 1
First, after obtaining a normal chromatogram under the measurement conditions, operations 1) to 3) were performed to obtain a chromatogram in which a step was intentionally generated on the chromatogram. As a result, a chromatogram having a level difference of about 10 mABU is obtained about 7 minutes after sample injection.
1) Set the baseline position to 0_mABU before starting measurement (auto zero execution).
2) Start measurement (sample injection / data collection start).
3) After about 7 minutes, the baseline position is set to 10 mABU (automatic balance execution).
図8aに正常なクロマトグラム、図8bに上記操作により段差が生じているクロマトグラムを示す。図8bによれば、約7分に約10mABUの段差が生じていることが分かる。 FIG. 8a shows a normal chromatogram, and FIG. 8b shows a chromatogram in which a step is generated by the above operation. According to FIG. 8b, it can be seen that a step of about 10 mABU occurs in about 7 minutes.
このようにして得られたクロマトグラムを下記の手順に従い処理を実施した。なお、一連の処理は、データ処理装置LC−8020IIで得られたクロマトグラムデータをテキストデータに変換し、市販の表計算ソフトを使用して諸計算を実施した。 The chromatogram thus obtained was processed according to the following procedure. In the series of processes, chromatogram data obtained by the data processor LC-8020II was converted into text data, and various calculations were performed using commercially available spreadsheet software.
(ステップ1)
取得データに対して、微分Δf/Spを計算した(Sp:サンプリングピッチ)。このようにして得られた微分曲線を図9に示す。7.3〜7.8分間に生じている極大、極小点を有する変動は、正規分布関数様のピーク4に由来する微分曲線である。ベースラインの段差はスパイクノイズ様の微分曲線となる(約7分)。
(Step 1)
A differential Δf / Sp was calculated for the acquired data (Sp: sampling pitch). The differential curve obtained in this way is shown in FIG. The fluctuation having the maximum and minimum points occurring in 7.3 to 7.8 minutes is a differential curve derived from the
(ステップ2)
「50%パーセンタルフィルタ」を使用してスパイクノイズ処理を実施した。7.3〜7.8分間に生じている極大、極小点を有する変動は、正規分布関数様のピーク4に由来する微分曲線である。約7分に生じていたスパイクノイズ様の信号は除去できていることが分かる。
(Step 2)
Spike noise processing was performed using a “50% percentile filter”. The fluctuation having the maximum and minimum points occurring in 7.3 to 7.8 minutes is a differential curve derived from the
(ステップ3)
スパイクノイズ処理を施した微分曲線に対して、微小時間区間面積を計算し、微小時間区間面積の累計を計算した。この操作によりクロマトグラムを再構築することができる。約7分に生じていた段差は、上記、一連の操作により解消されていることが分かる。
(Step 3)
The minute time interval area was calculated for the differential curve subjected to spike noise processing, and the cumulative total of the minute time interval areas was calculated. By this operation, the chromatogram can be reconstructed. It can be seen that the level difference that occurred in about 7 minutes has been eliminated by the series of operations described above.
(比較例1)
実施例1と同様の未処理のクロマトグラムを、使用するデータ点を5点、11点、21点、51点、101点で単純移動平均法により平滑化したが、図10aに示されるように、約7.00分に生じているような急激なベース変動(段差)に対して、一般的な「単純移動平均法」では解消できなかった。また、図10bに示されるように、ピーク1の部分が平滑化の影響を受けてしまった。
(Comparative Example 1)
An untreated chromatogram similar to that of Example 1 was smoothed by the simple moving average method at 5 points, 11 points, 21 points, 51 points, and 101 points to be used, as shown in FIG. 10a. The general “simple moving average method” cannot solve the sudden base fluctuation (step) that occurs at about 7.00 minutes. Further, as shown in FIG. 10b, the portion of
図11aに未処理のクロマトグラムのピーク1の高さに対する高さ%、図11bに同様にピーク半値幅%を示す。本発明の方法は、ピーク高さ、ピーク半値幅のいずれにも与える影響は小さいことが分かる。
FIG. 11a shows% height relative to the height of
(実施例2)
まず、前記測定条件(実施例1と同じ条件)にて、正常なクロマトグラムを取得した後、1)〜3)の操作を行い、クロマトグラム上に故意に段差を生じさせたクロマトグラムを得た。これにより、試料注入後約18.5分後に約80mABU程度の段差があるクロマトグラムとなる。
1)測定開始前にベースライン位置を0_mABU に設定(オートゼロ実行)。
2)測定開始(試料注入/データ収集開始)。
3)約18.5分後にベースライン位置を10_mABUに設定(オートゼロ実行)。
(Example 2)
First, after obtaining a normal chromatogram under the measurement conditions (the same conditions as in Example 1), the operations of 1) to 3) are performed to obtain a chromatogram in which a step is intentionally generated on the chromatogram. It was. As a result, a chromatogram having a level difference of about 80 mABU is obtained about 18.5 minutes after sample injection.
1) Set the baseline position to 0_mABU before starting measurement (auto zero execution).
2) Start measurement (sample injection / data collection start).
3) The baseline position is set to 10_mABU after about 18.5 minutes (auto zero execution).
図12aに正常なクロマトグラム、図12bに上記操作により段差が生じているクロマトグラムを示す。また、図12bによれば、ピーク5が溶出している最中に約80mABUの段差が生じていることが分かる。このようにして得られたクロマトグラムを実施例1の手順と同様に処理を実施した。
FIG. 12a shows a normal chromatogram, and FIG. 12b shows a chromatogram in which a step is generated by the above operation. Further, according to FIG. 12b, it can be seen that a step of about 80 mABU occurs while
(ステップ1)
取得データに対して、微分Δf/Spを計算した(Sp:サンプリングピッチ)。このようにして得られた微分曲線を図13に示す。18.0〜19.20分間に生じている極大、極小点を有する変動は、正規分布関数様のピーク5に由来する微分曲線である。ピーク中にある段差はスパイクノイズ様の微分曲線となる(約18.5分)。
(Step 1)
A differential Δf / Sp was calculated for the acquired data (Sp: sampling pitch). The differential curve thus obtained is shown in FIG. The fluctuation having the maximum and minimum points occurring in 18.0 to 19.20 minutes is a differential curve derived from the
(ステップ2)
「50%パーセンタルフィルタ」を使用してスパイクノイズ処理を実施した。18.0〜19.20分間に生じている極大、極小点を有する変動は、正規分布関数様のピーク5に由来する微分曲線である。約18.5分に生じていたスパイクノイズ様の信号は除去できていることが分かる。
(Step 2)
Spike noise processing was performed using a “50% percentile filter”. The fluctuation having the maximum and minimum points occurring in 18.0 to 19.20 minutes is a differential curve derived from the
(ステップ3)
スパイクノイズ処理を施した微分曲線に対して、微小時間区間面積を計算し、微小時間区間面積の累計を計算した。この操作によりクロマトグラムを再構築することができる。約18.5分に生じていた段差は、上記、一連の操作により解消されていることが分かる。
(Step 3)
The minute time interval area was calculated for the differential curve subjected to spike noise processing, and the cumulative total of the minute time interval areas was calculated. By this operation, the chromatogram can be reconstructed. It can be seen that the level difference that occurred at about 18.5 minutes has been eliminated by the series of operations described above.
(比較例2)
実施例2と同様の未処理のクロマトグラムを、使用するデータ点を5点、11点、21点、51点、101点で「単純移動平均法」により平滑化したが、図14に示されるように、約19.00分に生じているような急激なベース変動(段差)に対して、一般的な「単純移動平均法」では解消できていなかった。
(Comparative Example 2)
An untreated chromatogram similar to that of Example 2 was smoothed by the “simple moving average method” at 5 points, 11 points, 21 points, 51 points, and 101 points to be used, as shown in FIG. As described above, the general “simple moving average method” cannot solve the sudden base fluctuation (step) generated at about 19.00 minutes.
図15aに未処理のクロマトグラムのピーク5の高さに対する高さ%、図15bに同様にピーク半値幅%を示す。単純移動平均法では、データ点数に関わらず、ピーク5の面積が極端に大きく、ピーク半値幅は極端に小さく計算されてしまう。これは、図16aに示すように、ピーク5に対するベースラインが大きく負に傾き、ピーク面積が異常に高く計算され、半値幅が異常に小さく計算されてしまうためである。一方、本発明の方法は、ピーク高さ、ピーク半値幅のいずれにも与える影響は小さいことが分かる。
FIG. 15a shows% height relative to the height of
1.溶離液
2.脱気装置
3.送液ポンプ(サンプル側)
4.試料注入バルブ
5.分析カラム
6.カラム恒温槽
7.紫外可視検出器
8.廃液
9.システム制御およびデータ処理装置
1. 1.
4). 4. Sample injection valve
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