JP2021043099A - 液体クロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】重量センサを用いて、分析中の移動相の残量を正確に検出すると共に、容器の有無および移動相の注ぎ足しの有無等のシステムに対する操作も正確に検出することが可能な液体クロマトグラフを提供する。【解決手段】容器は、移動相を収容する。センサは、移動相が収容された状態の容器の重量を検出する。フィルタは、センサの出力信号を平滑化して出力する。演算部は、フィルタから出力された信号に基づいて、容器に収容されている移動相の液量を演算する。フィルタは、センサの出力信号の単位時間あたりの変化量が所定の閾値より大きい場合には、変化量が閾値より小さい場合に比べて、フィルタにおける平滑化の時定数が小さくなるように構成される。【選択図】図６

Description

本発明は、液体クロマトグラフに関する。

液体クロマトグラフは、ポンプ、オートサンプラ、カラムオーブンおよび検出器等の複数の分析ユニットから構成されている。このような液体クロマトグラフでは、試料の分析時に移動相が用いられる。よって、分析中に移動相が不足することを避けるために、分析中の移動相の残量を把握することが重要である。そのため、例えば特開２０００−２９８１２２号公報（特許文献１）には、移動相びんの移動相残量を直接測定する測定手段が記載されている。

特開２０００−２９８１２２号公報

移動相残量を直接測定する方法の１つとして、移動相を収容する容器を重量センサに設置し、分析中に移動相が少量ずつ使用される状態を重量センサの信号を基に監視する方法が知られている。

一般に、この分析中に移動相が消費されたことによる重量センサの信号の単位時間あたりの変化量は、分析機器の振動、日常的な振動による重量センサの信号の変化量と比べて、非常に小さい。そのため、重量センサの出力信号に、出力信号の高周波成分を減衰させる程度に時定数が大きいフィルタにより、フィルタリング処理を実行する。これにより、ノイズを除去し、分析中の移動相の消費量を正確に求めるように構成されている。

一方、このような構成において、重量センサの出力信号の急激な変化を伴う、システムに対する操作をも検出することができる。例えば、重量センサの出力信号の単位時間あたりの変化量が増加方向に大きい場合は、容器が重量センサに設置された、または移動相が注ぎ足されたことを検出できる。また、重量センサの信号の変化量が減少方向に大きい場合は、容器が重量センサから取り除かれたと検出できる。

しかし、従来のように時定数の大きいフィルタが使用されていることで、重量センサの信号の変化が急激であっても、フィルタにかけた後の信号の変化量は緩やかになってしまう。そのため、例えば容器が重量センサに設置されているか否かの判定に誤りが生じてしまうことが懸念される。また、例えば容器に移動相が注ぎ足された場合に、重量センサに基づいた測定残量と実際の量との乖離が生じてしまうことが懸念される。すなわち、上記のようなシステムに対する操作が行なわれたときの応答性に改善の余地がある。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、重量センサを用いて、分析中の移動相の残量を正確に検出すると共に、容器の有無および移動相の注ぎ足しの有無等のシステムに対する操作も正確に検出することが可能な液体クロマトグラフを提供することである。

本発明の第１の態様は、容器と、センサと、フィルタと、演算部とを備える液体クロマトグラフに関する。容器は、移動相を収容する。センサは、移動相が収容された状態の容器の重量を検出する。フィルタは、センサの出力信号を平滑化して出力する。演算部は、フィルタから出力された信号に基づいて、容器に収容されている移動相の液量を演算する。フィルタは、センサの出力信号の単位時間あたりの変化量が所定の閾値より大きい場合には、変化量が閾値より小さい場合に比べて、フィルタにおける平滑化の時定数が小さくなるように構成される。

本発明によれば、重量センサを用いて、分析中の移動相の残量を正確に検出すると共に、容器の有無および移動相の注ぎ足しの有無等のシステムに対する操作も正確に検出することが可能な、液体クロマトグラフを提供することができる。

本実施の形態に係る液体クロマトグラフの構成を示す概略図である。 制御部および液量計の構成を概略的に示す図である。 分析中の容器の重量、重量センサの検出値およびフィルタの出力値の時間的な変化を説明する図である。 フィルタの構成の一例を説明する図である。 フィルタにおいて時定数を変化させる構成の一例を説明する図である。 容器が取り除かれた場合の実重量の変化、検出重量および出力重量の変化を説明する図である。 図４のグラフをより長い時間スパンで表した図である。 本実施の形態に従うフィルタ処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

（装置構成）
図１は、本実施の形態に係る液体クロマトグラフ１００の構成を示すブロック図である。図１を参照して、液体クロマトグラフ１００は、容器２０と、ポンプ２と、分析流路６と、オートサンプラ８と、内部にカラム１０を収容するカラムオーブン１２と、検出器１４と、液量計５と、制御部２８と、ディスプレイ２９とを備える。以下、液体クロマトグラフ１００の概要を説明する。

ポンプ２は、移動相を収容する容器２０中の移動相を吸引し、分析流路６に移動相を注入する。

分析流路６には移動相の流れの上流から下流に向かって、オートサンプラ８、カラム１０、および検出器１４が配置されている。オートサンプラ８は、分析流路６の移動相に試料を導入する。カラム１０は、オートサンプラ８に導入された試料を分離する。検出器１４は、カラム１０で分離された試料成分を検出する。ここで、検出器１４としては、例えば、質量分析計または吸光度検出器等を用いることができる。以下、液体クロマトグラフ１００において、ポンプ２、オートサンプラ８、カラム１０、検出器１４等の、試料の分析に使用される各々の装置を「ユニット」とも称する。以下、液体クロマトグラフ１００の各部について詳細に説明する。

本実施の形態では、容器２０には例えば、純水、エタノール、アセトニトリル等の移動相がそれぞれ収容されている。

制御部２８は、各ユニットの動作を制御する。具体的には、制御部２８は、分析時の液体クロマトグラフの各部の動作を制御するための分析プログラムを記憶しており、分析プログラムに従って各ユニットを制御することによって、所定の分析を実行することができる。当該プログラムには、検出器１４の検出信号を処理してクロマトグラムを作成する処理、および、検量線データを保持して分析成分を定量する処理を行なうためのプログラムも含むことができる。

さらに、液体クロマトグラフ１００は、容器２０に収容されている移動相の液量（以下、「収容量」とも称する）を計測するための液量計５を備える。液量計５は、液体クロマトグラフと一体的に設けられる構成でもよいし、液体クロマトグラフに外付けされる構成でもよい。制御部２８は、液量計５からの移動相の収容量に関する情報を受信可能に構成されている。

液量計５は、重量センサ（ロードセル）２１と、アンプ５１と、アナログ−デジタル変換器（Analogue-Digital Converter：ＡＤＣ）５２と、デジタルフィルタ（以下、単にフィルタとも称する）５３と、演算部５４と、中央値演算部６１と、基準範囲設定部６２と、比較器６３と、判定部６４とを備えている。

重量センサ（ロードセル）２１は、ボトルホルダ２２にセットされた容器２０の底面側に設けられる。重量センサ２１は、容器２０の重量を検出し、検出値を示すアナログ信号をアンプ５１に出力する。なお、本明細書において、容器の重量とは、容器に収容された移動相の重量を含む重量である。アンプ５１は、重量センサ２１から受信したアナログ信号を増幅し、アナログ−デジタル変換器５２に出力する。アナログ−デジタル変換器５２は、アンプ５１からアナログ信号を受信し、該アナログ信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、デジタル信号に変換し、フィルタ５３に出力する。

フィルタ５３は、アナログ−デジタル変換器５２から受信した信号を平滑化し、演算部５４に出力する。演算部５４は、フィルタ５３からの信号を受信し、該信号を基に容器２０の重量を求める。演算部５４は、容器に収容されている移動相の種類に対応する検量線を図示しない記憶部から読み出し、読み出した検量線に基づいて容器２０の重量から移動相の収容量を算出する。

中央値演算部６１と、基準範囲設定部６２と、比較器６３と、判定部６４とについては、後述する。

液体クロマトグラフ１００は、例えばディスプレイ２９に表示することにより、算出した移動相の収容量を分析者に報知することができる。これによると、分析者による移動相の収容量の把握が容易になる。

制御部２８は典型的にはコンピュータであり、専用のコンピュータまたは汎用のパーソナルコンピュータにより実現することができる。専用のコンピュータの例はシステムコントローラである。システムコントローラとして実現した場合には、液体クロマトグラフ１００をネットワークを介して図示しない外部のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に接続することができる。

なお、本実施の形態では、重量センサとしてロードセルを用いているが、容器の重量を計測することができればロードセル以外の他の重量センサでもよい。上記の通り、本明細書において、容器の重量とは、容器に収容された移動相の重量を含む重量である。そのため、移動相の収容量がゼロの場合、容器の重量は、容器のみの重量となる。

また、重量センサ２１は、容器に収容されている移動相の液量を計測する別のセンサに代替されても良い。例えば、重量センサ２１は、超音波、レーザ等を利用した液面検知センサ等、別のセンサに代替されても良い。この場合、液量計５の後述する各部の機能も適宜変更される。以下、本明細書では、単に「センサ」と記載した場合、重量センサ２１のことを示す。

図２は、制御部２８および液量計５の構成を概略的に示す図である。
（制御部２８の説明）
制御部２８は、ＣＰＵ２３と、メモリ２４と、表示コントローラ２５と、通信インターフェイス（以下、通信Ｉ／Ｆとも称する）３０とを備える。制御部２８の各機器は、共通のシステムバスにより接続されており、当該システムバスを介して互いに信号の授受が可能に構成されている。

制御部２８は、メモリ２４に格納されるプログラムに従って動作するように構成される。メモリ２４は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含む。

ＲＯＭは、ＣＰＵ２３にて実行されるプログラムを格納することができる。プログラムには、液体クロマトグラフ１００の制御に関するプログラム、および液体クロマトグラフ１００により得られたデータの演算処理に関するプログラムが含まれる。ＲＡＭは、ＣＰＵ２３におけるプログラムの実行中に利用されるデータを一時的に格納するとともに、作業領域として利用される一時的なデータメモリとして機能することができる。ＨＤＤは、不揮発性の記憶装置であり、ＰＣ３、各ユニットから受信したデータおよび演算処理したデータ等を格納することができる。ＨＤＤに加えて、あるいは、ＨＤＤに代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置を採用してもよい。

ＣＰＵ２３は、メモリ２４のＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＣＰＵ２３は「演算部」の一実施例に対応する。

表示コントローラ２５は、ディスプレイ２９と有線または無線で接続される。表示コントローラ２５は、ＣＰＵ２３からの指令に従って、表示内容を示す信号をディスプレイ２９に出力する。ディスプレイ２９がタッチパネルを備える場合、表示コントローラ２５はディスプレイ２９から、分析者のタッチ操作を示す信号を受信する。ディスプレイ２９は、液体クロマトグラフ１００の制御に関する情報、および、液体クロマトグラフ１００による分析の結果等を分析者に提供する。

通信Ｉ／Ｆ３０は、各ユニットの通信Ｉ／Ｆに接続される。通信Ｉ／Ｆ３０は、制御部２８が各ユニットと通信するためのインターフェイスであり、各ユニットとの間で各種信号の授受を行なう。

（液量計５の説明）
図２を参照して、液量計５は、ＣＰＵ５５と、メモリ５６と、通信Ｉ／Ｆ５７と、重量センサ２１と、アンプ５１と、アナログ−デジタル変換器５２とを備える。液量計５の各機器は、共通のシステムバスにより接続されており、当該システムバスを介して互いに信号の授受が可能に構成されている。

液量計５は、メモリ５６に格納されるプログラムに従って動作するように構成される。メモリ５６は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭおよびＨＤＤを含む。

ＲＯＭは、ＣＰＵ５５にて実行されるプログラムを格納することができる。プログラムには、液量計５の制御に関するプログラムが含まれる。ＲＡＭは、ＣＰＵ５５におけるプログラムの実行中に利用されるデータを一時的に格納するとともに、作業領域として利用される一時的なデータメモリとして機能することができる。ＨＤＤは、不揮発性の記憶装置であり、制御部２８から受信したデータおよび演算処理したデータ等を格納することができる。ＨＤＤに加えて、あるいは、ＨＤＤに代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置を採用してもよい。

ＣＰＵ５５は、メモリ５６のＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＣＰＵ５５は、図１に示したフィルタ５３、演算部５４、中央値演算部６１、基準範囲設定部６２、比較器６３および判定部６４を実現する。

通信Ｉ／Ｆ５７は、制御部２８の通信Ｉ／Ｆ３０に接続される。通信Ｉ／Ｆ５７は、液量計５が制御部２８と通信するためのインターフェイスであり、制御部２８との間で各種信号を入出力する。

液体クロマトグラフにおいて、重量センサを用いて分析中の容器の重量を測定することによって容器２０内に残存する移動相の液量を検出する構成が採用される場合がある。以下、図３を参照して、比較例に従う液体クロマトグラフにおける容器の重量の測定方法を説明する。

（比較例に従う液体クロマトグラフにおける重量測定方法）
図３は、分析中の容器の重量、重量センサの検出値およびフィルタの出力値の時間的な変化を説明する図である。図３の横軸は時刻ｔ、縦軸は重量を示す。時刻ｔ１は分析における移動相の使用が開始した時刻を示す。時刻ｔ２は分析における移動相の使用が終了した時刻を示す。

分析中に液体クロマトグラフで消費される移動相の液量の単位時間あたりの変化量は、例えば最大で１０ｍｌ／分と小さいものである。よって、容器の実際の重量を実重量ｗｒとすると、図３に示したように、分析中の実重量ｗｒの変化量は、実重量ｗｒに比べて小さい。従って、比較例に従う液体クロマトグラフにおいて、重量センサはこの小さな実重量ｗｒの変化量を検出できる感度の良いものが用いられている。

しかし、一方で、液体クロマトグラフは、通常、実験室等の振動がある環境で使用される場合がある。ここで、環境からの振動とは、例えば、分析機器の振動、および、日常的な振動（歩行による振動、ドアの開閉による振動等）である。これらの振動による重量センサの検出値の変化量は、多くの場合、分析中の実重量ｗｒの変化量より大きくなってしまう。ここで、重量センサの検出値を検出重量ｗｓとする。検出重量ｗｓは、図３に示したように、実重量ｗｒの値に、環境からの振動による値の変動が重畳されたものとなる。従って、検出重量ｗｓは、分析中の実重量ｗｒを精度よく反映しない状態となり得る。

この問題を解決するために、比較例に従う液体クロマトグラフにおいては、検出重量ｗｓをフィルタ処理によって平滑化することで、環境からの振動の影響を除去する手法が用いられる。ここで、このようなフィルタにおいて、ある時刻におけるフィルタの出力値を出力重量ｗｃとする。出力重量ｗｃは、例えば、その時刻を含む直前の所定の比較的大きな個数（例えば１００個）の検出重量ｗｓの平均値（すなわち、移動平均）として出力される。このように、比較的大きな個数の検出重量ｗｓの移動平均値をとるフィルタを、時定数が大きいフィルタとも称する。このような処理により、出力重量ｗｃは、図３に示したように、環境からの振動の影響が打ち消されて、振動の影響が除かれた値となる。

また、容器の重量を測定するための重量センサを備える液体クロマトグラフにおいては、移動相の注ぎ足し、重量センサへの容器の設置または取り外し等の操作も、容器の重量の変化を基に判定されている。すなわち、検出重量ｗｓが大きく増加した場合、容器に移動相が注ぎ足された、もしくは、重量センサに容器が設置されたと判定される。一方で、検出重量ｗｓが大きく減少した場合、重量センサから容器が取り外されたと判定される。以下、これらの大きな重量の変化を伴う、移動相の注ぎ足し、重量センサへの容器の設置または取り外し等の操作を、本明細書においては、「システムに対する操作」とも称する。

しかし、時定数が大きいフィルタを用いた液体クロマトグラフにおいては、これらのシステムに対する操作を検出できるものの、その応答性には課題が残る。すなわち、フィルタの時定数が大きいことから、検出重量ｗｓの変化が急激であっても、出力重量ｗｃには急激な変化前の検出重量ｗｓの値が多く反映されるので、出力重量ｗｃの変化は緩やかなものになる（図６で詳述）。よって、例えば、容器に移動相が注ぎ足された場合も、出力重量ｗｃと実重量ｗｒとが大きく乖離している時間が長くなり、容器に移動相がつぎ足されたことを判定するまでの時間が長くなってしまうという問題が生じる可能性がある。同様にして、容器が重量センサに設置された場合および、容器が重量センサから取り除かれた場合にも、重量センサ上の容器の有無を判定するまでの時間が長くなってしまう。

（本実施の形態に従う液体クロマトグラフにおける重量測定方法）
そこで、本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００では、検出重量ｗｓの変化量に応じて、フィルタの時定数を変化させる構成を採用する。

このような構成を実現するために、実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００における液量計５は、図１に示したように、中央値演算部６１と、基準範囲設定部６２と、比較器６３と、判定部６４とを含む。

再び図１を参照して、中央値演算部６１は、アナログ−デジタル変換器５２から検出重量ｗｓを受信する。中央値演算部６１は、検出重量ｗｓの中央値ｗｍを算出する。中央値ｗｍは、例えば直近の所定数Ｎｃ個の検出重量ｗｓのデータから算出される。なお、以降、検出重量ｗｓのデータは、単に「データ」と称する場合もある。Ｎｃは自然数であり、例えば１００である。中央値演算部６１は、中央値ｗｍを基準範囲設定部６２に出力する。

基準範囲設定部６２は、中央値演算部６１から中央値ｗｍを受信する。基準範囲設定部６２は、中央値ｗｍを用いて、検出重量ｗｓの基準範囲Ｗ１を設定する。基準範囲Ｗ１は、検出重量ｗｓを基に実重量ｗｒが大きく変動したと判定するための範囲である。

基準範囲Ｗ１の例として、本実施の形態では、基準範囲Ｗ１の上限値ＷＵ＝ｗｍ＋ｋとし、基準範囲Ｗ１の下限値をＷＤ＝ｗｍ−ｋとする。ｋは正の実数であり、環境からの振動による検出重量ｗｓの変動より大きく設定される閾値である。また、閾値ｋは、移動相の注ぎ足し、容器の設置および取り外し等の「システムに対する操作」において見込まれる検出重量ｗｓの変化よりも小さく設定される。基準範囲設定部６２は、基準範囲Ｗ１を比較器６３に出力する。

比較器６３は、アナログ−デジタル変換器５２から検出重量ｗｓを受信するとともに、基準範囲設定部６２から基準範囲Ｗ１を受信する。比較器６３は、検出重量ｗｓと、基準範囲Ｗ１とを比較し、その結果を示す信号（以下、比較信号とも称する）を判定部６４に出力する。比較器６３は、検出重量ｗｓが上限値ＷＵよりも大きい場合、または小さい場合に、Ｈ（論理ハイ）レベルの比較信号を出力する。一方、比較器６３は、検出重量ｗｓがｗｍ−ｋ以上ｗｍ＋ｋ以下の場合、Ｌ（論理ロー）レベルの信号を出力する。

判定部６４は、カウンタ６５を含む。カウンタ６５は、比較信号が連続してＨレベルとなる回数をカウントする。具体的には、カウンタ６５は、比較器６３から受信した比較信号に基づいて、検出重量ｗｓが連続して基準範囲Ｗ１以内でない回数をカウントする。すなわち、カウンタ６５は、ｗｓ＜ＷＤ＝（ｗｍ−ｋ）またはｗｓ＞ＷＵ＝（ｗｍ＋ｋ）が連続する回数をカウントする。判定部６４は、当該回数が所定数Ｎ１に到達した場合、現在のサンプリング周期より所定数Ｎ１だけ前のサンプリング周期において実重量ｗｒが大きく変動したと判定する。所定数Ｎ１は２以上の自然数であり、例えば５である。判定部６４は、当該判定結果をフィルタ５３に出力する。ここで、所定数Ｎ１を設けた理由は、ノイズに対する誤判定を防止するためである。

このように構成することによって、検出重量ｗｓの変化量が閾値ｋより小さい場合にはシステムに対する操作は行なわれておらず、検出重量ｗｓの変化量が閾値ｋより大きい場合にはシステムに対する操作が行なわれている可能性があることが判定できる。なお、本明細書において、検出重量ｗｓの変化量が閾値ｋより大きい場合とは、検出重量ｗｓの減少量がｋより大きい場合、および、検出重量ｗｓの増加量がｋより大きい場合の両方を含むとする。

換言すると、検出重量ｗｓが基準範囲Ｗ１以内である場合にはシステムに対する操作は行なわれておらず、検出重量ｗｓが基準範囲Ｗ１外である場合にはシステムに対する操作が行なわれている可能性があることが判定できる。

フィルタ５３は、検出重量ｗｓを平滑化する。フィルタ５３は、判定部６４から該判定結果を受信し、該判定結果に基づいて、検出重量ｗｓを平滑化するための時定数を変化させる。フィルタ５３は、該時定数に基づいて検出重量ｗｓを平滑化してフィルタの出力値に変換する。本実施の形態に従うフィルタ５３の出力値を出力重量ｗｉとする。具体的には、フィルタ５３は、検出重量ｗｓを移動平均するときのデータ数を変化させることによって時定数を変化させる。移動平均処理に用いるデータ数が多いと時定数は大きくなり、移動平均処理に用いるデータ数を少なくすると時定数は小さくなる。フィルタ５３は、出力重量ｗｉを演算部５４に出力する。

図４は、フィルタ５３の構成の一例を説明する図である。図４を参照して、フィルタ５３は、複数の遅延回路ｄと、複数の加算器ａと、除算器６６とを備える移動平均フィルタである。

Ｎ個の検出重量ｗｓの移動平均値を出力する場合、遅延回路ｄの直列接続数（以下、段数とも称する）は（Ｎ−１）である。加算器ａの直列接続数も（Ｎ−１）である。ここで、現在のサンプリング周期における検出重量ｗｓをｗｓ（ｎ）と示すとする。各段の遅延回路ｄは、サンプリング周期毎に、入力される検出重量ｗｓの１サンプリング周期前の検出重量ｗｓを出力するように構成される。各段の加算器ａは、前段の加算器ａの出力信号に、対応する遅延回路ｄの出力信号を加算し、加算結果を次段の加算器ａに出力する。

具体的には、初段の遅延回路ｄ（１）は、アナログ−デジタル変換器５２から現在のサンプリング周期における検出重量ｗｓ（ｎ）を受信すると、１サンプリング周期前の検出重量ｗｓ（ｎ−１）を、初段の加算器ａ（１）および２段目の遅延回路ｄ（２）に出力する。

２段目の遅延回路ｄ（２）は、前段の遅延回路ｄ（１）から検出重量ｗｓ（ｎ−１）を受信すると、２サンプリング周期前の検出重量ｗｓ（ｎ−２）を、同じ段数の加算器ａ（２）および次段の遅延回路ｄ（３）にそれぞれ出力する。以降、（Ｎ−２）段目の遅延回路ｄ（Ｎ−２）までは同様である。

最終段の遅延回路ｄ（Ｎ−１）は、（Ｎ−２）サンプリング周期前の検出重量ｗｓ（ｎ−（Ｎ−２））を受信し、（Ｎ−１）サンプリング周期前の検出重量ｗｓ（ｎ−（Ｎ−１））を最終段の加算器ａ（Ｎ−１）に出力する。

初段の加算器ａ（１）は、アナログ−デジタル変換器５２から現在のサンプリング周期における検出重量ｗｓ（ｎ）と、初段の遅延回路ｄ（１）から１サンプリング周期前の検出重量ｗｓ（ｎ−１）とを加算し、加算値（ｗｓ（ｎ）＋ｗｓ（ｎ−１））を次段の加算器ａ（２）に出力する。

２段目の加算器ａ（２）は、前段の加算器ａ（１）の出力と、同じ段の遅延回路ｄ（２）からの出力とを加算し、加算値を次段の加算器ａ（３）に出力する。以降、（Ｎ−２）段目の加算器ａ（Ｎ−２）までは同様である。

最終段の加算器ａ（Ｎ−１）は、前段の加算器ａ（Ｎ−２）の出力と、最終段の遅延回路ｄ（Ｎ−１）からの出力である検出重量ｗｓ（ｎ−（Ｎ−１））とを加算し、除算器６６に出力する。

これにより、最終段の加算器ａ（Ｎ−１）が出力する値は、現在のサンプリング周期から（Ｎ−１）サンプリング周期前までのＮ個の検出重量ｗｓの合計値ｗｓ（ｎ）＋ｗｓ（ｎ−１）＋・・・＋ｗｓ（ｎ−（Ｎ−１））となる。

除算器６６は、加算器ａ（Ｎ−１）から受信した値をデータ数Ｎで除算した値、すなわち、｛ｗｓ（ｎ）＋ｗｓ（ｎ−１）＋・・・＋ｗｓ（ｎ−（Ｎ−１））｝／Ｎを出力重量ｗｉ（ｎ）として、演算部５４に出力する。

すなわち、除算器６６は、Ｎ個のサンプリング周期における検出重量ｗｓの移動平均値を出力重量ｗｉとして演算部５４に出力するように構成される。

図４に示す移動平均フィルタにおいては、遅延回路ｄの直列接続数を増やすことで、すなわち、移動平均に用いるデータ数を増やすことで、入力値に含まれる振動等の高周波成分を除去することができる。一方で、遅延回路ｄの直列接続数を増やすほど、移動平均フィルタの時定数が大きくなる傾向がある。その結果、入力値の変化に対する出力値の応答性が低下することになる。

比較例に従う液体クロマトグラフにおける移動平均フィルタでは、遅延回路ｄの直列接続数が所定の値に固定されていた。そのため、出力重量ｗｃの時定数は固定されていた。

本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００においては、フィルタ５３を構成する遅延回路ｄの直列接続数を変化させる。換言すると、出力重量ｗｉの時定数を変化させることができる。

図５は、フィルタ５３において時定数を変化させる構成の一例を説明する図である。フィルタ５３において、遅延回路ｄおよび加算器ａの段数は、基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こった場合に、「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こってから得られたデータ数に応じて変化するように構成される。

図５（ｉ）は、Ｎ１個（ここでは５個）前のデータで「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こったと判定された場合の、フィルタ５３の構成を示している。このような場合、遅延回路ｄの段数をＮ１−１＝４とすることで、フィルタ５３は、「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こった時点以降の５個の検出重量ｗｓのデータの平均値を出力重量ｗｉとして出力する。よって、フィルタ５３は、「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」以降のデータのみの移動平均値を算出できる。移動平均に用いるデータ数が減少したことにより、フィルタ５３の時定数は、上記変化が起こる前に比べて小さくなる。

図５（ｉｉ）は、図５（ｉ）の次のサンプリング周期、すなわち、「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こった時点以降の６個目のデータが得られた場合の、フィルタ５３の構成を示している。このような場合、遅延回路ｄの段数は、前回のサンプリング周期に対して、１段増加し、５段となる。

このように、液体クロマトグラフ１００においては、判定部６４でシステムに対する操作に対応する「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こったと判定された場合に、判定前に比べてフィルタ５３における遅延回路の段数が少なくなるので、フィルタ５３の時定数を小さくすることができる。換言すると、検出重量ｗｓのサンプリング周期あたりの変化量が閾値ｋより大きい場合には、当該サンプリング周期あたりの変化量が閾値ｋより小さい場合に比べて、移動平均処理に用いる遅延回路ｄの段数が少なくなることにより、フィルタ５３の処理に用いるデータ数は少なくなる。

また、該「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こった時点以降で次の「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こるまでの間、すなわち、システムに対する操作が行なわれていない状態では、サンプリング周期ごとに、遅延回路ｄの段数が１つずつ増加するので、フィルタ５３の時定数は徐々に大きくなる。したがって、環境からの振動による検出重量ｗｓの変動を減衰させる効果を得ることができる。換言すると、検出重量ｗｓの変化量が小さい場合には、時定数の大きいフィルタを使用することが可能である。

遅延回路ｄの段数があまりに大きくなると、演算部での計算負荷が大きくなってしまい、かえって応答性が阻害される可能性がある。そのため、遅延回路ｄの段数には上限値を設けることが望ましい。本実施の形態の液体クロマトグラフ１００においては、図５（ｉｉｉ）のように、遅延回路ｄの段数の上限は所定数Ｎ２に固定される。所定数Ｎ２は、「基準範囲Ｗ１を超える検出重量ｗｓの変化」が起こっていない状態において、環境からの振動による検出重量ｗｓの変動を充分に減衰させることが可能であり、かつ、フィルタ５３での計算量が大きくなりすぎない値に設定される。Ｎ２は自然数であり、例えば１００である。

すなわち、本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００においては、フィルタ５３での処理に用いるデータ数が所定数Ｎ２から所定数Ｎ１に減少された後、フィルタ５３での処理に用いるデータ数は所定数Ｎ１から所定数Ｎ２に段階的に増加される。所定数Ｎ２は、「第１の値」の一実施例に対応する。所定数Ｎ１は、「第２の値」の一実施例に対応する。

このように、本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００では、比較例に従う液体クロマトグラフと同様に分析中の実重量ｗｒの変化を精度よく検出すると同時に、比較例に従う液体クロマトグラフにおいて課題であったシステムに対する操作による実重量ｗｒに対する応答性も改善する。

なお、出力重量ｗｉの算出において、検出重量ｗｓが基準範囲Ｗ１外となるデータの連続発生回数がＮ１未満の場合には、検出データがノイズである可能性が高いと考えられるため、このようなデータを除くように構成することが望ましい。このようにすることによって、ノイズの影響を抑えることができる。

以下、システムに対する操作の一例として、容器が重量センサから取り除かれた場合の、本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００における出力重量ｗｉの変化を説明する。

図６は、容器が取り除かれた場合の実重量ｗｒ、検出重量ｗｓおよび出力重量ｗｉの変化を説明する図である。図６の横軸は時刻ｔ、縦軸は重量を示す。また各折れ線グラフ中の点は、各データの各時刻に対応する値を示す。

図６を参照して、時刻ｔ３において、容器２０が重量センサ２１から取り除かれた場合を考える。時刻ｔ３において、実重量ｗｒは急激に減少すると、これに伴って検出重量ｗｓも、時刻ｔ３直後に急激に減少する。この検出重量ｗｓの急激な減少が測定された時刻を時刻ｔ４とする。

このとき、比較例のフィルタにおいては、移動平均処理に用いるデータ数が固定されて時定数が固定されているため、時刻ｔ３以降も出力重量ｗｃはほとんど変化しない。よって、比較例の出力重量ｗｃは、容器が取り除かれた場合には、実重量ｗｒと大きく乖離している時間が長く継続する。なお、移動平均処理に用いるデータ数が大きくなるほど、この時間は長くなる。

本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００においては、時刻ｔ３において、容器２０が取り外されると、実重量ｗｒが急激に減少し、それに追従して時刻ｔ４において検出重量ｗｓも急激に減少して、検出重量ｗｓが基準範囲Ｗ１外となる。ここで、基準範囲Ｗ１外となる検出重量ｗｓのデータ数Ｎが所定数Ｎ１（ここでは５個）よりも小さい場合には、検出重量ｗｓの急変がノイズによるものである疑いがあるため、実重量ｗｒが大きく変動したとは判定しない。時刻ｔ５において、基準範囲Ｗ１外となる検出重量ｗｓのデータ数Ｎが所定数Ｎ１以上連続した時点で、Ｎ１個前のデータにおいて実重量ｗｒが大きく変動したと判定される。時刻ｔ５においては、フィルタ５３において、遅延回路ｄの段数がＮ１−１＝４個となり、時刻ｔ４以降の５個のデータの平均値として出力重量ｗｉが算出される。

すなわち、フィルタ５３は、連続する複数のサンプリング周期にわたって、各サンプリング周期あたりの検出重量ｗｓの変化量が閾値ｋより大きくなる状態が検出された場合、連続する複数のサンプリング周期以降の検出重量に対してフィルタリング処理を実行する。

時刻ｔ５のデータの次のデータからは、データ数が１増える毎に、フィルタ５３における遅延回路ｄの段数が１ずつ増加する。すなわち、時刻ｔ４以降のデータの平均値として出力重量ｗｉが算出される。

ただし、時刻ｔ４以降のデータ数が所定数Ｎ２以上になると、フィルタ５３における遅延回路ｄの段数は（Ｎ２−１）で固定される。よって、このような場合は、直近のＮ２個のデータの平均値として出力重量ｗｉが算出される。

すなわち、時刻ｔ５以降は、出力重量ｗｉは、実重量ｗｒに近い値となる。換言すると、本実施の形態に従う液体クロマトグラフにおいては、出力重量ｗｉが、実重量ｗｒに近い値となるまでの時間が、比較例の液体クロマトグラフに比べて短縮する。

図７は、図６のグラフをより長い時間スパンで表した図である。図６および図７を参照して、検出重量ｗｓの変化量によらず一律に大きい時定数である比較例に従う出力重量ｗｃに比べ、検出重量ｗｓの変化量によって時定数を変化させる本発明の実施の形態に従う出力重量ｗｉの方が、容器の取り外しによる実重量ｗｒの大きな変化に速く追随している。したがって、本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００は、「システムに対する操作」が行われた時のフィルタ５３の出力値の応答性が高くなる。よって、フィルタ５３の出力値に基づいて、システムに対する操作を正確に検出することが可能となる。

なお、本実施の形態として、出力重量ｗｉを算出するために、所定数Ｎ２個以下の検出重量ｗｓを平均化するとしたが、出力重量ｗｉの算出に用いる検出重量ｗｓの範囲はこれに限定されない。例えば、出力重量ｗｉの算出法として、所定の時間範囲に収まる検出重量ｗｓを平均化する態様であってもよい。また、出力重量ｗｉの算出法は、単純平均に限定されず、例えば中央値を用いる態様であってもよい。移動平均は単純移動平均に限らず、加重移動平均または指数移動平均であってもよい。フィルタ５３は、移動平均フィルタに限定されず、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタであってもよい。

また、閾値ｋの定義も上記の方法に限定されず、環境の振動による検出重量ｗｓの変化量よりも大きく、かつ、システムに対する操作による検出重量ｗｓの変化量よりも小さくなるように閾値ｋを設定できれば良い。

図８は、本実施の形態に従う液体クロマトグラフ１００の液量計５で実行されるフィルタ処理の一例を示すフローチャートである。図８のフローチャートは、ＡＤＣのサンプリング周期ごとに液量計５のＣＰＵ５５により繰り返し実行される。なお、図８の説明において、検出重量ｗｓ（ｎ）は、今回のサンプリング周期における検出重量ｗｓのデータを示す（ｎは自然数）。同様に、他の変数においても同様である。

図８を参照して、ステップＳ０１において、ＣＰＵ５５は、重量センサ２１から検出重量ｗｓ（ｎ）を受信する。ステップＳ０２において、ＣＰＵ５５は、基準範囲Ｗ１を設定する。具体的には、ＣＰＵ５５は、検出重量ｗｓ（ｎ）および閾値ｋを用いて基準範囲Ｗ１の上限値ＷＵおよび下限値ＷＬを設定する。

ステップＳ０３において、ＣＰＵ５５は、検出重量ｗｓ（ｎ）が前回のサンプリング周期にて設定された基準範囲Ｗ１以内であるかを判定する。すなわちＣＰＵ５５は、検出重量ｗｓ（ｎ）がｗｍ（ｎ−１）−ｋ≦ｗｓ（ｎ）≦ｗｍ（ｎ−１）＋ｋを満たすか否かを判定する。

検出重量ｗｓ（ｎ）がｗｍ（ｎ−１）−ｋ≦ｗｓ（ｎ）≦ｗｍ（ｎ−１）＋ｋを満たさない場合（ステップＳ０３においてＮＯ）、ＣＰＵ５５は、ステップＳ０４においてカウント値ｒを１増加させる。ここで、カウント値ｒは０以上Ｎ１以下の整数であり、検出重量ｗｓが連続して基準範囲Ｗ１外となる回数をカウントするための値である。

ステップＳ０５において、ＣＰＵ５５はカウント値ｒ＝Ｎ１であるか否かを判定する。
カウント値ｒ＝Ｎ１である場合（ステップＳ０５においてＹＥＳ）、ステップＳ０６において、ＣＰＵ５５は、検出重量ｗｓの変化量が閾値ｋより大きいと判定する。すなわち、現在のサンプリング周期よりもサンプリング周期におけるＮ１個前のデータにおいて、実重量ｗｒが大きく変動したことを判定する。続くステップＳ０７において、ＣＰＵ５５は、カウント値ｒを０にする。ステップＳ０８において、ＣＰＵ５５は、フィルタ５３における遅延回路ｄの直列接続数を（Ｎ１−１）とし、処理をステップＳ１２に進める。

一方、検出重量ｗｓ（ｎ）がｗｍ（ｎ−１）−ｋ≦ｗｓ（ｎ）≦ｗｍ（ｎ−１）＋ｋを満たす場合（ステップＳ０３においてＹＥＳ）、または、カウント値ｒ＝Ｎ１でない場合（ステップＳ０５においてＮＯ）、ＣＰＵ５５は、ステップＳ０９に処理を進めて、フィルタ５３における遅延回路ｄの直列接続数が（Ｎ２−１）であるか否かを判定する。

遅延回路ｄの直列接続数が（Ｎ２−１）でない場合（ステップＳ０９においてＮＯ）、ＣＰＵ５５は、遅延回路ｄの直列接続数を＋１増加し、処理をステップＳ１２に進める。一方、遅延回路ｄの直列接続数が（Ｎ２−１）である場合（ステップＳ０９においてＹＥＳ）、ＣＰＵ５５は、遅延回路ｄの直列接続数を（Ｎ２−１）のまま保持し、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、ＣＰＵ５５は、フィルタ５３において、ステップＳ０８，Ｓ１０，Ｓ１１で決定した直列接続数の遅延回路ｄを用いた移動平均処理により、出力重量ｗｉを算出し、算出した出力重量ｗｉをメモリ５６に記憶する。なお、ＣＰＵ５５は当該出力重量ｗｉを基に、移動相の液量を算出し、通信Ｉ／Ｆ５７を介して制御部２８に出力する。制御部２８は、ディスプレイ２９において、当該移動相の液量を表示することで、ユーザに移動相の液量を報知することができる。

ステップＳ１３において、ＣＰＵ５５は、ｎを＋１増加し、処理をステップＳ０１に戻す。

以上のような処理を行なうことによって、本実施の形態に係る液体クロマトグラフ１００では、検出重量ｗｓが大きく変動した場合、検出重量ｗｓを平滑化するためのフィルタの時定数を小さくして出力重量ｗｉを算出する。これにより、液体クロマトグラフ１００は、移動相の液量が大きく変動する移動相の継ぎ足し、容器の設置および取り外し等のシステムに対する操作が行なわれた際に、移動相の液量を高応答で検出できる。また、検出重量ｗｓが大きく変動しない場合には、フィルタの時定数を大きくして、システムに対する操作がおこなわれていない状況（例えば分析中）の移動相の液量も精度よく検出できる。したがって、重量センサを用いて、分析中の移動相の残量を正確に検出すると共に、容器の有無および移動相の注ぎ足しの有無等のシステムに対する操作も正確に検出することが可能な、液体クロマトグラフを提供することができる。

［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係る液体クロマトグラフは、移動相を収容する容器と、移動相が収容された状態の前記容器の重量を検出するセンサと、前記センサの出力信号を平滑化して出力するフィルタと、前記フィルタから出力された信号に基づいて、前記容器に収容されている移動相の液量を演算する演算部とを備える。前記フィルタは、前記センサの出力信号の単位時間あたりの変化量が所定の閾値より大きい場合には、前記変化量が前記閾値より小さい場合に比べて、前記フィルタにおける平滑化の時定数が小さくなるように構成されてよい。

第１項に記載の液体クロマトグラフによれば、重量センサを用いて、分析中の移動相の残量を正確に検出すると共に、容器の有無および移動相の注ぎ足しの有無等のシステムに対する操作も正確に検出することが可能である。

（第２項）第１項に記載の液体クロマトグラフにおいて、前記センサの出力信号はアナログ信号である。前記センサの出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることによりデジタル信号に変換して前記フィルタに出力するアナログ−デジタル変換器をさらに備える。前記フィルタは、前記アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号にフィルタリング処理を実行するデジタルフィルタである。前記デジタルフィルタは、前記デジタル信号の前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より大きい場合には、前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より小さい場合に比べて、前記フィルタリング処理に用いるデータ数が少なくなるように構成されてよい。

第２項に記載の液体クロマトグラフによれば、容器の重量が急激に変化し、センサの出力信号において閾値より大きい変化が起こった場合に、フィルタリング処理するデータにおいて、当該変化が起こった時点以降のデータに基づく割合を大きくすることができる。よって、この場合、デジタルフィルタの時定数を小さくして、デジタルフィルタの出力重量を、容器の重量の変化に素早く追随させることができる。

（第３項）第２項に記載の液体クロマトグラフにおいて、前記デジタルフィルタは、直列接続された遅延回路を有する移動平均フィルタであり、前記移動平均フィルタは、前記デジタル信号の前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より大きい場合には、前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より小さい場合に比べて、移動平均処理に用いる前記遅延回路の数が少なくなるように構成されてよい。

第３項に記載の液体クロマトグラフによれば、容器の重量が急激に変化し、センサの出力信号において閾値より大きい変化が起こった場合に、移動平均処理に用いる遅延回路の数を少なくすることによって、移動平均フィルタの時定数を小さくすることができる。よって、この場合、デジタルフィルタの出力信号を、容器の重量の変化に素早く追随させることができる。

（第４項）第２項または第３項に記載の液体クロマトグラフにおいて、前記デジタルフィルタは、連続する複数のサンプリング周期にわたって、各サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より大きくなる状態が検出された場合、前記連続する複数のサンプリング周期以降の前記デジタル信号に対して前記フィルタリング処理を実行するように構成されてよい。

センサの出力信号が閾値より大きくなるが、その状態が複数のサンプリング周期に渡って連続しない場合、当該センサの出力信号はノイズである可能性が高い。よって、第４項に記載の液体クロマトグラフによれば、ノイズに対する誤判定を防止することができる。また、センサの出力信号に変化が起こった時点以降のデータをフィルタリング処理することにより、デジタルフィルタの時定数を小さくできる。

（第５項）第２項〜第４項のいずれか１項に記載の液体クロマトグラフにおいて、前記デジタルフィルタは、前記フィルタリング処理に用いるデータ数が第１の値から前記第１の値よりも小さい第２の値に減少された後、前記フィルタリング処理に用いるデータ数が前記第２の値から前記第１の値に段階的に増加されてよい。

第５項に記載の液体クロマトグラフによれば、センサの出力信号において閾値より大きい変化が起こった後、次に閾値より大きい変化が起こるまでに、フィルタリング処理に用いるデータ数を第１の値（例えば１００個）にまで段階的に増加することができる。よって、このような場合、フィルタの出力信号の安定性を保ちながら、環境からの振動を減衰させる効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ ポンプ、５ 液量計、６ 分析流路、８ オートサンプラ、１０ カラム、１２ カラムオーブン、１４ 検出器、２０ 容器、２１ 重量センサ、２２ ボトルホルダ、２４，５６ メモリ、２５ 表示コントローラ、２８ 制御部、２９ ディスプレイ、５１ アンプ、５２ アナログ−デジタル変換器、５３ デジタルフィルタ、５４ 演算部、１００ 液体クロマトグラフ、３０，５７ 通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）。

Claims (5)

1. 移動相を収容する容器と、
   移動相が収容された状態の前記容器の重量を検出するセンサと、
   前記センサの出力信号を平滑化して出力するフィルタと、
   前記フィルタから出力された信号に基づいて、前記容器に収容されている移動相の液量を演算する演算部とを備え、
   前記フィルタは、前記センサの出力信号の単位時間あたりの変化量が所定の閾値より大きい場合には、前記変化量が前記閾値より小さい場合に比べて、前記フィルタにおける平滑化の時定数が小さくなるように構成される、液体クロマトグラフ。
2. 前記センサの出力信号はアナログ信号であり、
   前記センサの出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることによりデジタル信号に変換して前記フィルタに出力するアナログ−デジタル変換器をさらに備え、
   前記フィルタは、前記アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号にフィルタリング処理を実行するデジタルフィルタであり、
   前記デジタルフィルタは、前記デジタル信号の前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より大きい場合には、前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より小さい場合に比べて、前記フィルタリング処理に用いるデータ数が少なくなるように構成される、請求項１に記載の液体クロマトグラフ。
3. 前記デジタルフィルタは、直列接続された遅延回路を有する移動平均フィルタであり、
   前記移動平均フィルタは、前記デジタル信号の前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より大きい場合には、前記サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より小さい場合に比べて、移動平均処理に用いる前記遅延回路の数が少なくなるように構成される、請求項２に記載の液体クロマトグラフ。
4. 前記デジタルフィルタは、連続する複数のサンプリング周期にわたって、各サンプリング周期あたりの変化量が前記閾値より大きくなる状態が検出された場合、前記連続する複数のサンプリング周期以降の前記デジタル信号に対して前記フィルタリング処理を実行するように構成される、請求項２または３に記載の液体クロマトグラフ。
5. 前記デジタルフィルタは、前記フィルタリング処理に用いるデータ数が第１の値から前記第１の値よりも小さい第２の値に減少された後、前記フィルタリング処理に用いるデータ数が前記第２の値から前記第１の値に段階的に増加される、請求項２から４のいずれか１項に記載の液体クロマトグラフ。

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