JP2018096850A - Quantitative and correction method by polynomial calibration curve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クロマトグラフィの多項式検量線の補正方法であり、日常の定量操作の簡素化、正確さを向上させる方法に関するものである。 The present invention relates to a method of correcting a chromatographic polynomial calibration curve, and relates to a method for simplifying daily quantitative operations and improving accuracy.
クロマトグラフィとは複数の目的成分の定性分析および定量分析する技術である。定性分析は、予め標準試料を測定し、その溶出時間と合致するか否かにより行うのが一般的である。定量分析では、濃度の異なる標準試料を調整し、クロマトグラフィを行い、濃度に対する検出器の出力(ピーク高さ、面積等)を基に検量線を作成し、それを基に未知試料の濃度を決定するものである。検量線は、濃度に対する出力(ピーク高さ、面積等)を、最小二乗法等を用いて近似式を作成し、数式化される。 Chromatography is a technique for qualitative analysis and quantitative analysis of a plurality of target components. The qualitative analysis is generally performed by measuring a standard sample in advance and checking whether or not the elution time matches the standard sample. In quantitative analysis, standard samples with different concentrations are prepared, chromatographed, a calibration curve is created based on the detector output (peak height, area, etc.) against the concentration, and the concentration of the unknown sample is determined based on it. To do. The calibration curve is formulated by creating an approximate expression for the output (peak height, area, etc.) with respect to the concentration using the least square method or the like.
定量目的成分の濃度範囲が広い場合など、高濃度側で検量線の傾きが若干小さくなる現象がしばしば観測される。また、低濃度側では目的成分の回収率が下がり、同様に検量線の傾きが若干小さくなる現象もしばしば観測される。このような場合、1次式での近似では誤差が大きくなることから、2次式、3次式等の多項式により近似した検量線を使用することになる。多項式を用いる場合は、検量線が曲線となることから、当然のことながら1濃度の標準試料では作成できない。濃度の異なる標準試料を複数用いて検量線を作成することが必須となり、作業工数が多くかかる難点がある。 When the concentration range of the quantitative target component is wide, a phenomenon in which the slope of the calibration curve slightly decreases on the high concentration side is often observed. In addition, on the low concentration side, the recovery rate of the target component is lowered, and similarly, a phenomenon that the slope of the calibration curve is slightly reduced is often observed. In such a case, since the error becomes large in the approximation by the linear expression, a calibration curve approximated by a polynomial such as a quadratic expression or a cubic expression is used. When a polynomial is used, the calibration curve becomes a curve, and naturally it cannot be created with a standard sample of one concentration. It is indispensable to create a calibration curve using a plurality of standard samples having different concentrations, and there is a problem that a lot of work is required.
また、1次式の場合、濃度と出力(ピーク高さ、面積等)は完全に比例関係にあることから、未知試料の出力(ピーク高さ、面積等)に対する検量値は常に1つとなるが、多項式を使用した場合は、必ずしも、未知試料の出力(ピーク高さ、面積等)に対する検量値は1つとは限らない。未知試料の出力(ピーク高さ、面積等)に対する検量値が2つ以上あると、どれが真の定量値か判断することが難しい。また、極値付近では濃度に対する出力(ピーク高さ、面積等)の変化量が極端に小さくなり(1次微分値が0に近づく)、定量精度、信頼性の担保が難しくなる。 In the case of the primary expression, since the concentration and the output (peak height, area, etc.) are in a completely proportional relationship, the calibration value for the output (peak height, area, etc.) of the unknown sample is always one. When a polynomial is used, the calibration value for the output (peak height, area, etc.) of the unknown sample is not necessarily one. If there are two or more calibration values for the output (peak height, area, etc.) of an unknown sample, it is difficult to determine which is a true quantitative value. Further, in the vicinity of the extreme value, the amount of change in the output (peak height, area, etc.) with respect to the concentration becomes extremely small (the primary differential value approaches 0), making it difficult to ensure quantitative accuracy and reliability.
本発明は、クロマトグラフィにおける多項式検量線による定量操作を簡素化するとともに、定量精度、信頼性を担保しつつ、定量範囲を広げることを目的とする。 An object of the present invention is to simplify a quantitative operation using a polynomial calibration curve in chromatography, and to extend a quantitative range while ensuring quantitative accuracy and reliability.
本発明は、クロマトグラフィにおける多項式検量線の作成方法であって、
濃度をx、出力値をyとしてプロットした検量点を2次式又は3次式にて近似を行い、その近似式が単純増加関数となるまで前記検量点のプロットを行う工程と、
前記単純増加関数の極大値に1未満の定数を乗じて又は前記検量点の最大出力値に1以上の定数を乗じて、出力値の上限を決定する工程と、
を含んでなることを特徴とする。
The present invention is a method for creating a polynomial calibration curve in chromatography,
A step of approximating a calibration point plotted with concentration x and output value y as a quadratic or cubic equation, and plotting the calibration point until the approximate equation becomes a simple increase function;
Multiplying the maximum value of the simple increase function by a constant less than 1 or multiplying the maximum output value of the calibration point by a constant of 1 or more to determine the upper limit of the output value;
It is characterized by comprising.
また、本発明は、特定の濃度x0の標準試料をクロマトグラフィで測定し、得られた出力値y0と、前記近似式で計算される濃度x0に対する出力値との比率を算出し、前記検量点の出力値に前記比率を各々乗じて得られる補正出力値を2次式又は3次式にて近似を行う工程を更に含んでいてもよい。 In the present invention, a standard sample having a specific concentration x 0 is measured by chromatography, and a ratio between the obtained output value y 0 and the output value with respect to the concentration x 0 calculated by the approximate expression is calculated, The method may further include a step of approximating a correction output value obtained by multiplying the output value of the calibration point by the ratio by a quadratic expression or a cubic expression.
そして、補正出力値を近似した近似式に対して、単純増加関数の極大値に1未満の定数を乗じて又は前記補正出力値の最大出力値に1以上の定数を乗じて、出力値の上限を再決定する工程を更に含んでいてもよい。 Then, the approximate expression that approximates the corrected output value is multiplied by a constant less than 1 to the maximum value of the simple increase function, or the maximum output value of the corrected output value is multiplied by a constant of 1 or more, and the upper limit of the output value. May be further included.
本発明の詳細について、手順ごとに説明する。なお、検量線を用いた定量の手順を表したフローチャートを図7、8に示す。 Details of the present invention will be described for each procedure. In addition, the flowchart showing the procedure of fixed_quantity | assay using a calibration curve is shown in FIG.
(ステップ1)
まず、複数濃度の標準試料を測定し、濃度に対する出力値(ピーク高さ、面積等)を得る。最小二乗法により多項式近似を行い、基準検量線(以下、単に検量線と言う場合がある)を作成する。
(Step 1)
First, a standard sample having a plurality of concentrations is measured, and output values (peak height, area, etc.) with respect to the concentration are obtained. Polynomial approximation is performed by the least square method, and a standard calibration curve (hereinafter sometimes simply referred to as a calibration curve) is created.
(ステップ2)
次に、多項式の係数a、および極値(p、q)の座標、判別式Dの値から近似式の形状を特定し、それぞれにあった定量上限を決定する。多項式が2次式の場合、係数a<0であれば極大値が存在する形状をとる(図1参照)。極大値の座標が(p、q)ともに正でない場合、作成された検量線は単純増加関数ではないため、異常と判断し、再測定等を促す指示を出し、検量点のプロットを増やす又は異常値と思われる検量点のプロットを修正する等を行う(以下、異常と判断した場合の対応は同様である)。極大値の座標が(p、q)とも正の場合、作成された検量線は正常と判断し、定量上限値を決定する。定量上限値は、極大値のq座標に係数f1を乗じて算出する。係数f1は1未満であればよく、特に指定するものではないが、1に近いほど定量精度が悪くなり、値を小さくすると定量範囲が狭くなるため、0.6〜0.95程度の値が望ましい(図3a参照)。
(Step 2)
Next, the shape of the approximate expression is specified from the coefficient a of the polynomial, the coordinates of the extreme values (p, q), and the value of the discriminant D, and the upper limit of quantification is determined. When the polynomial is a quadratic expression, if the coefficient a <0, the shape having the maximum value is taken (see FIG. 1). If the coordinates of the local maxima are not positive (p, q), the created calibration curve is not a simple increase function, so it is judged abnormal and an instruction is given to prompt remeasurement, etc., and the calibration point plot is increased or abnormal. Correct the plot of the calibration point that seems to be a value (hereinafter, the response when it is determined to be abnormal is the same). When the coordinates of the maximum value are both positive (p, q), it is determined that the created calibration curve is normal, and the upper limit of quantification is determined. The upper limit of quantification is calculated by multiplying the q coordinate of the maximum value by the coefficient f1. The coefficient f1 may be less than 1, and is not particularly specified. However, as the coefficient f1 is closer to 1, the quantification accuracy becomes worse, and when the value is decreased, the quantification range is narrowed. Therefore, a value of about 0.6 to 0.95 is obtained. Desirable (see FIG. 3a).
係数a>0であれば極小値が存在する形状をとる(図2参照)。極小値の座標pが負でない場合、作成された検量線は異常と判断する。極小値の座標pが負の場合、作成された検量線は正常と判断し、定量上限値を決定する。定量上限値は、最大濃度の検量点のy値に係数f2を乗じて算出する。係数f2は1以上であればよく、特に指定するものではないが、値が大きくなるほど定量の信頼性が低くなり、値が小さくなるほど定量範囲が狭くなるため、1.00〜1.50程度の値が望ましい(図3b参照)。 If the coefficient a> 0, a shape having a minimum value is taken (see FIG. 2). When the minimum value coordinate p is not negative, the created calibration curve is determined to be abnormal. When the coordinate p of the minimum value is negative, it is determined that the created calibration curve is normal, and the quantitative upper limit value is determined. The upper limit of quantification is calculated by multiplying the y value of the calibration point of the maximum concentration by the coefficient f2. The coefficient f2 may be 1 or more, and is not particularly specified. However, the larger the value, the lower the reliability of quantification, and the smaller the value, the narrower the quantification range. A value is desirable (see FIG. 3b).
表1は2次式の形状および前記手段で得られる定量上限の一覧を示した表である。 Table 1 is a table showing a list of the shape of the secondary equation and the upper limit of quantification obtained by the above means.
表2は3次式の形状および前記手段で得られる定量上限の一覧を示した表である。 Table 2 is a table showing a list of the shape of the cubic formula and the upper limit of quantification obtained by the above means.
未知試料を測定し、出力値(ピーク高さ、面積等)を得る。
An unknown sample is measured, and an output value (peak height, area, etc.) is obtained.
(ステップ4)
未知試料の出力値(ピーク高さ、面積等)が、ステップ2で得られた定量上限に収まっているかを判断し、定量上限以下であれば近似式に従い定量計算を実施する。ただし、出力値(ピーク高さ、面積等)が定量上限値と極値の間の場合は、近似式に従い定量計算を実施してもよいが、定量精度に誤差が生じている可能性があることを示す警告フラグを付加しておくことが好ましい。
(Step 4)
It is determined whether the output value (peak height, area, etc.) of the unknown sample is within the upper limit of quantification obtained in
(ステップ5)
未知試料の分だけ、ステップ3から繰り返し行い、その未知試料群の測定を終了する。
(Step 5)
The measurement is repeated from
(ステップ6)
異なる未知試料群の測定を更に行う場合は、検量線の補正を行う。図6に補正の流れを示す。
(Step 6)
When further measurement of different unknown sample groups is performed, the calibration curve is corrected. FIG. 6 shows the flow of correction.
基準検量線を作成する際に使用した複数の標準試料のうち1試料を、基準検量線を補正するために使用する。前記補正用の標準試料を測定し、出力値(ピーク高さ、面積等)を取得する(図6b)。得られた補正用標準試料の出力値(AF)と、それに対応する基準試料作成時に得られた出力値(AR)の比率F(AF/AR)を算出する。 One sample among a plurality of standard samples used in creating the reference calibration curve is used to correct the reference calibration curve. The correction standard sample is measured, and output values (peak height, area, etc.) are obtained (FIG. 6b). A ratio F (AF / AR) between the output value (AF) of the obtained correction standard sample and the output value (AR) obtained at the time of creating the corresponding reference sample is calculated.
検量線作成時に得られたすべての出力値(AR1〜ARn)に比率Fを乗じて、補正出力点を算出する(図6c)。 All the output values (AR1 to ARn) obtained at the time of creating the calibration curve are multiplied by the ratio F to calculate a corrected output point (FIG. 6c).
(ステップ7)
ステップ2と同様に新たに得られた多項式の係数等により近似式の形状を特定し、それぞれにあった定量上限を再度決定する。
(Step 7)
Similar to step 2, the shape of the approximate expression is specified by the coefficient of the newly obtained polynomial, etc., and the quantitative upper limit corresponding to each is determined again.
以降、ステップ3に戻り、未知試料を測定し、定量計算を行う。 Thereafter, the process returns to step 3 to measure an unknown sample and perform quantitative calculation.
以上説明したように、本発明の方法では、2次式、3次式といった多項式を検量線に用いた場合であっても、日常の分析操作においては1濃度の標準試料を用い、基準検量線を補正したうえで、未知試料の定量を行うことができ、工数を大幅に短縮することができる。また、定量上限を近似式の係数等から算出し、判断基準として用いることで、定量値の信頼性も向上させることが可能となった。 As described above, in the method of the present invention, even when a polynomial such as a quadratic equation or a cubic equation is used for the calibration curve, a standard sample of one concentration is used in the daily analytical operation, and a standard calibration curve is used. In addition, the unknown sample can be quantified and the man-hours can be greatly reduced. In addition, the reliability of the quantitative value can be improved by calculating the upper limit of quantification from the coefficient of the approximate expression and using it as a criterion.
(実施例1)
本発明の効果を、実際のクロマトグラフィを実施し検証を行った。図9は検証に使用したシステムである。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)。分析カラム5としては、東ソー(株)製 TSKgel ODS−100Z(5μm、4.6 mmI.D.×15 cm)を使用し、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である。
注入量:80uL、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/min
溶離液:CH3CN/H2O(60/40)、検出:280nm
標準試料:Methyl p−Hydroxybenzoate(0.1mg/1mL)、Propyl p−Hydroxybenzoate(0.2mg/1mL)、Butyl p−Hydroxybenzoate(0.3mg/1mL)、Hexyl p−Hydroxybenzoate(0.4mg/1mL)、Heptyl p−Hydroxybenzoate(0.5mg/1mL)
上記混合物を標準試料1とし、1/2希釈した試料を標準試料2、1/4希釈した試料を標準試料3、1/8希釈した試料を標準試料4、1/16希釈した試料を標準試料5、1/32希釈した試料を標準試料6、1/64希釈した試料を標準試料7とした。
未知試料:
混合物A;Methyl p−Hydroxybenzoate(0.056mg/1mL)、Propyl p−Hydroxybenzoate(0.067mg/1mL)、Butyl p−Hydroxybenzoate(0.200mg/1mL)、Hexyl p−Hydroxybenzoate(0.133mg/1mL)、Heptyl p−Hydroxybenzoate(0.100mg/1mL) 混合物
混合物B;Methyl p−Hydroxybenzoate(0.031mg/1mL)、Propyl p−Hydroxybenzoate(0.067mg/1mL)、Butyl p−Hydroxybenzoate(0.250mg/1mL)、Hexyl p−Hydroxybenzoate(0.133mg/1mL)、Heptyl p−Hydroxybenzoate(0.278mg/1mL) 混合物
上記2種の未知試料を標準試料と同様に、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64希釈し、未知試料A1〜7、未知試料B1〜7とし、合計14種類調整し、検証に使用した。
Example 1
The effect of the present invention was verified by performing actual chromatography. FIG. 9 shows the system used for verification. Solvent deaerator (SD-8020) 2, liquid feed pump (DP-8020) 3, sample injector (AS-8020) 4, column oven (CO-8020) 6, UV-visible detector (UV-8020) 7 And a data processing device (LC-8020II) 9 (both manufactured by Tosoh Corporation). As the
Injection volume: 80 uL, column temperature: 40 ° C., flow rate: 1.0 mL / min
Eluent: CH 3 CN / H 2 O (60/40), detection: 280 nm
Standard samples: Methyl p-Hydroxybenzoate (0.1 mg / 1 mL), Propyl p-Hydroxybenzoate (0.2 mg / 1 mL), Butyl p-Hydroxybenzoate (0.3 mg / 1 mL), Hexyl p-Hydrooxybene 0.4 mg / mL , Heptyl p-Hydroxybenzoate (0.5 mg / 1 mL)
The above mixture is the
Unknown sample:
Mixture A; , Heptyl p-Hydroxybenzoate (0.100 mg / 1 mL) Mixture mixture B; ), Hexyl p-Hydroxybenzoate (0. 133 mg / 1 mL), Heptyl p-Hydroxybenzoate (0.278 mg / 1 mL) Mixture The above-mentioned two unknown samples were converted into 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, The sample was diluted 1/64 to obtain unknown samples A1 to 7 and unknown samples B1 to B7. A total of 14 types were adjusted and used for verification.
図10は前記手順で調整した濃度の異なる標準試料7種を用いて作成した標準検量線である。横軸に濃度(希釈率)、縦軸に各成分の面積をとり、最小二乗法により原点を通る2次式で近似したものである(y=ax^2+bx+c、c=0)。各成分の近似式の係数および極大濃度、極大面積および定量上限面積を表4に示す。 FIG. 10 is a standard calibration curve prepared using seven standard samples with different concentrations adjusted in the above procedure. Taking the concentration (dilution ratio) on the horizontal axis and the area of each component on the vertical axis, it is approximated by a quadratic equation passing through the origin by the least square method (y = ax ^ 2 + bx + c, c = 0). Table 4 shows the coefficients of the approximate formulas of each component, the maximum concentration, the maximum area, and the upper limit of quantification.
この基準となる検量線を作成した直後に、未知試料A1〜A7、B1〜B7、計14種を測定し、前記基準検量線により定量した結果を表5、表6に示す。 Immediately after creating the standard calibration curve, the unknown samples A1 to A7, B1 to B7, a total of 14 types, were measured, and the results quantified by the standard calibration curve are shown in Tables 5 and 6.
(実施例2)
検証に使用したシステム及び測定条件は、下記を除いて実施例1と同じである。
検出波長:254nm
標準試料:実施例1の標準試料7を1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64希釈し、標準試料8〜14とした。
未知試料:実施例1の未知試料A7、未知試料B7をそれぞれ1/4、1/16、1/64希釈し、未知試料A8〜10、未知試料B8〜10とした。
(Example 2)
The system and measurement conditions used for verification are the same as in Example 1 except for the following.
Detection wavelength: 254 nm
Standard sample:
Unknown sample: Unknown sample A7 and unknown sample B7 of Example 1 were diluted 1/4, 1/16, and 1/64, respectively, to obtain unknown samples A8 to 10 and unknown samples B8 to 10.
図12は前記手順で調整した濃度の異なる標準試料7〜14を用いて作成した検量線である。横軸に濃度(希釈率)、縦軸に各成分の面積をとり、最小二乗法により原点を通る2次式で近似したものである(y=ax^2+bx+c、c=0)。図12aは濃度(x軸)、面積(y軸)とも正で、検量域付近、図12bは極値の存在が明確になるように広域で示した図である。
FIG. 12 is a calibration curve created using
各成分の近似式の係数、関数の形状、極大濃度、極大面積および定量上限面積を表7に示す。 Table 7 shows the coefficient of the approximate expression of each component, the shape of the function, the maximum concentration, the maximum area, and the upper limit area for quantification.
ピーク5に対しての定量上限面積に係数f1=0.85、ピーク1〜4に対して最も大きな測定点(検量点)のy座標ARnに係数f2=1.20として計算を行った(図13参照)。
The calculation was performed with the coefficient f1 = 0.85 for the upper limit area of quantification for
この基準となる検量線を作成した直後に、未知試料A7〜A10、B7〜B10、計8種を測定し、前記基準検量線により定量した結果を表8に示す。得られた面積値は、全ての試料、全ての成分で、定量最大面積を下回っており、数学的には定量性が信頼できる範囲に入っていることが分かる。 Immediately after creating the standard calibration curve, eight types of unknown samples A7 to A10 and B7 to B10 were measured, and the results quantified by the standard calibration curve are shown in Table 8. The obtained area values are below the maximum fixed area for all samples and all components, and it can be seen that the quantitative value is within a reliable range mathematically.
図14は、元の検量線(基準検量線)を測定した流速1.00mL/minでの標準試料1および標準試料4のクロマトグラムと、補正計算を実施した流速0.95、0.99、1.01、1.05mL/minでの標準試料1のクロマトグラムである。ここから分かるように、各ピークの溶出時間は大きく変化しており、通常の分析では、検量線を再測定しないと正確な定量ができない状態であることが容易に推測できる。このような状態でも本発明が有効に機能するか検証を行った。
FIG. 14 shows the chromatograms of
図15はピーク1から5の定量結果の一部を示した図である。横軸に基準検量線作成時に定量を行った結果、縦軸に流速を変えて検量線を補正・未知試料を定量した結果をプロットした図である。定量値が正確であれば、両者は同じ値を示すことになる。つまり、y=ax(a=1)の直線上にデータ点がくるようになる。
FIG. 15 is a diagram showing a part of the quantification results of
いずれの条件、ピークでも全ての未知試料の面積は定量上限以下に収まっていることから定量結果は担保されている。また、基準検量線作成時に行った定量結果との差異も全領域で微小であり、y=xの直線上に載っており、定量値の絶対値も担保されていることが分かる。 Under any condition and peak, the area of all unknown samples is below the upper limit of quantification, so the quantification results are guaranteed. In addition, it can be seen that the difference from the quantification result performed at the time of creating the standard calibration curve is also very small in all regions and is on a straight line y = x, and the absolute value of the quantification value is secured.
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
Claims (4)
濃度をx、出力値をyとしてプロットした検量点を2次式又は3次式にて近似を行い、その近似式が単純増加関数となるまで前記検量点のプロットを行う工程と、
前記単純増加関数の極大値に1未満の定数を乗じて又は前記検量点の最大出力値に1以上の定数を乗じて、出力値の上限を決定する工程と、
を含んでなる作成方法。 A method for preparing a polynomial calibration curve in chromatography,
A step of approximating a calibration point plotted with concentration x and output value y as a quadratic or cubic equation, and plotting the calibration point until the approximate equation becomes a simple increase function;
Multiplying the maximum value of the simple increase function by a constant less than 1 or multiplying the maximum output value of the calibration point by a constant of 1 or more to determine the upper limit of the output value;
A creation method comprising.
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