JP2600204B2 - クロマトスキャナ - Google Patents

クロマトスキャナ

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JP2600204B2 JP25883687A JP25883687A JP2600204B2 JP 2600204 B2 JP2600204 B2 JP 2600204B2 JP 25883687 A JP25883687 A JP 25883687A JP 25883687 A JP25883687 A JP 25883687A JP 2600204 B2 JP2600204 B2 JP 2600204B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59Transmissivity
    • G01N21/5907Densitometers
    • G01N21/5911Densitometers of the scanning type

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  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は薄層クロマト(TLC)プレートや電気泳動ゲ
ルなどを走査してクロマトグラムを得るクロマトスキャ
ナに関するものである。
(従来の技術) 等電点電気泳動について説明するが、TLCや電気泳動
など、他の方法で展開された試料プレートについても同
様である。
第2図において、1は電気泳動ゲルであり、その一端
の電気泳動開始点2−1〜2−mに試料やマーカ物質が
置かれ、y軸方向に電圧が印加されて電気泳動が行われ
る。3は電気泳動により展開した試料やマーカ物質の展
開パターンである。測定対象物質の分子量や等電点(P
I)の情報を得るために、両端のレーンには分子量マー
カやPIマーカを展開し、測定対象物質の展開された位置
の分子量やPIを両端のマーカの位置から目視によって判
断できるようにしている。例えば、両端の開始点2−1
と2−mにはマーカ物質を設け、その間の開始点2−2
〜2−(m−1)に測定対象物質を設ける。図で右端又
は左端のレーンについて等電点が既知のマーカの位置y1
〜ynは既知の等電点PI1〜PInに対応している。
マーカのレーンを走査すると、第3図に示されるよう
なクロマトグラムが得られる。y軸はステージの位置
y1′〜yn′であり、電気泳動ゲルの位置y1〜ynに対応
し、それらの位置にピークが表われる。
(発明が解決しようとする問題点) マーカのレーンのクロマトグラムの各ピークの位置
y1′〜yn′に各ピークの等電点PIを対応させると、第4
図に実線5で示されるような関係が得られる。この対応
関係は一般に直線ではなく、緩やかな曲線になる。分子
量で分離する電気泳動の場合には低分子量の物質から高
分子量の物質まで分離可能なように電気泳動ゲルに意図
的に勾配をつけることがある。その場合、ステージの座
標y1′〜yn′とピークの分子量との関係は、分子量の対
数値が第4図と同様の関係になる。
従来はこのように分子量マーカやPIマーカを展開し、
目視によってステージの位置から分子量値やPI値を判断
していたので、作業が煩雑である。また、マーカの展開
された位置が分子量やPIに関して直線的でないために誤
差を見いだすことは困難である。
クロマトグラムのピークの座標値から分子量やPIを自
動的に算出できる機能を備えたクロマトスキャナは存在
していない。
本発明は検出したピークの座標値から分子量値やPI値
を算出する機能を備えたクロマトスキャナを提供するこ
とを目的とするものである。
本発明は更に、算出した分子量値やPI値を直線化し、
その直線化された分子量値やPI値を座標軸とするクロマ
トグラムを作成して分子量やPIを視覚化することのでき
るクロマトスキャナを提供することを目的とするもので
ある。
(問題点を解決するための手段) 第1図に本発明の構成を示す。
10は試料プレート上で複数のマーカ物質が展開された
レーンを走査したときのピークの座標値と、測定された
各ピークのマーカ物質の性質を表わす値とを入力し、両
者の対応を表わす曲線f(y)を作成して保持する関数
算出手段、11は未知物質のピークの座標値を入力し、曲
線f(y)に基づいて性質を表わす値を算出する演算手
段である。
12は演算手段11で算出された性質を表わす値又はその
対数値を直線化する直線化手段であり、13は直線化され
た性質を表わす値又はその対数値を座標とするクロマト
グラムを表示する表示手段である。
(作用) マーカを展開したレーンを走査すると、ステージの位
置y1′〜yn′(座標y1〜ynに対応する)とPI1〜PInの間
には第4図に実線5で示される関係が得られるので、関
数算出手段10はこの関係から最小二乗近似などの近似法
で曲線5の関数f(y)を作成する。性質を表わす値が
分子量の場合には分子量の対数値を用いるとステージの
位置y1′〜yn′と分子量の対数値の間に曲線5で示され
るような関係が得られる。したがって、分子量の場合、
関数算出手段10は分子量の対数値に対して関数f(y)
を作成する。
演算手段11はこの算出された関数f(y)を用いて、
未知の測定対象物質のピークのステージの位置からその
位置に対応したPIや分子量(対数値)を算出する。表示
手段13はこのように算出された性質を表わす値を表示す
ることができる。
直線化手段12は算出された性質を表わす値を直線化す
る。すなわち、第5図に示されるように、曲線5で示さ
れる関数f(y)上のf(y1)とf(yn)と結ぶ直線6
(g(y))を使って、y1〜ynに対応するPIなどを直線
化する。分子量の場合には対数を使用しているので分子
量のExp化に対応する。
表示手段13はまた、このように直線化されたPIなどを
横軸とするクロマトグラムを表示することができる。
直線化される前のクロマトグラムは第6図(A)に示
されるように横軸がy軸であるのに対し、直線化手段12
によって直線化すると、例えば同図(B)に示されるよ
うに横軸をPIとするクロマトグラムを得ることができ、
未知の測定対象物質のクロマトピークのPIを目視によっ
て容易に求めることができるようになる。
(実施例) 第7図は本発明が適用されるクロマトスキャナの一例
を表わしている。
1は電気泳動ゲルやTLCプレートなどであり、マーカ
物質や測定対象物質が展開されている。15は光源であ
り、分光器16によって所定の波長の光が取り出され、電
気泳動ゲル1などに照射される。照射された位置の反射
光は反射測定用の光電子増倍管17によって検出され、ま
た透過光は透過検出用の光電子増倍管18によって検出さ
れる。電気泳動ゲル1はステージ(図示略)に載せら
れ、yモータ19によってy軸方向に移動させられ、xモ
ータ20によってx方向に移動させられる。光電子増倍管
17,18の検出出力はマイクロコンピュータシステム21に
取り込まれてデータ処理される。また、モータ19,20は
マイクロコンピュータシステム21の指示に従がって作動
する。第1図に示される関数算出手段10、演算手段11及
び直線化手段12はマイクロコンピュータシステム21によ
って実現される。13は表示手段としての例えばCRTであ
る。
次に、関数算出手段10、演算手段11及び直線化手段12
のそれぞれの具体的な動作を次の第8図から第28図によ
って説明する。
第8図に、第5図に示される曲線5と直線6を求める
ための係数演算のフローチャートを示す。
まず、エラーをクリアし、マーカ物質を走査して得ら
れるピークの座標yo〜ynを昇巾に並べ、性質を表わす値
mo〜mn(PI又は分子量)もyo〜ynに対応させて並べる。
mo〜mnの最大値と最小値を求め、その最大値をksmmax
とし、最小値をksmminとする。また、y軸の最大値ynを
kscaleとする。
y軸を最大値ynで規格化するためのy変換(後述)を
行い、また性質を表わす値mをPIの場合と分子量の場合
で統一して使用できるようにm変換(後述)を行う。そ
して関数f(y)を求めるために最小二乗曲線の係数を
計算する(後述)。また、性質を表わす値を直線化する
ため折返し直線(第5図の直線6)の係数を計算する
(後述)。
第9図にy変換を示す。
y座標を最大値ynが100になるように規格化する。す
なわち、 Yi=yi×100/kscale ……(1) とする。
第10図にm変換を示す。
性質を表わす値mがPIである場合は、その性質を表わ
す値mi(0≦i≦n)をMiとし、またmが分子量である
場合にはその対数logmiをMiとする。分子量の場合、対
数値が0又は負になる場合はエラーである。
第11図に曲線5の関数f(y)を求めるための近似曲
線の係数計算のフローを示す。
曲線を一次、二次又は三次曲線として近似する場合は
後述の第12図のように係数計算を行い、第13図のよう
に、はき出し法によって関数f(y)を求める。また、
曲線5を、各プロットを直線でつないだ折れ線として近
似することもできる。
この曲線5の関数f(y)を M=kscalb(3)y3+kscalb(2)y2 +kscalb(1)y+kscalb(0) ……(2) と表現する。この式の係数kscalb(3),kscalb(2),
kscalb(1),kscalb(0)は第12図に示されるマトリ
ックスによって表わされる。マトリックスの各係数bij
(boo〜b34)は第13図のように求めることができる。
まずbijを0とし、曲線5を一次関数として近似する
場合、二次関数として近似する場合又は三次関数として
近似する場合について、それぞれ図のように係数bijを
計算する。
このように求められた係数bijを用いて第12図のマト
リックスの解kscaleb(i)(i=0〜3)を、はき出
し法により求める(第14図)。求められた係数kscalb
(3),kscalb(2),kscalb(1),kscalb(0)を第
(2)式に代入することによって座標yと分子量やPIと
の関係を表わす関数f(y)を求めることができる。
第15図には性質を表わす値を直線化するための折り返
し直線6の計算の手順を表わす。
m1,m2をともに0とし、曲線5を一次曲線として近似
した場合、二次曲線として近似した場合又は三次曲線と
して近似した場合には第14図で求めた解kscaleb(i)
(i=0〜3)を用いて第15図に示されるようにm1とm2
を求める。また、曲線5を折れ線として近似した場合に
はm1に性質を表わす値の最小値Moを用い、m2に最大値Mn
を用いる。そして折り返し直線6の勾配kscalc(1)、
直線の定数項kscalc(0)をそれぞれ、 kscalc(1)=(m1−m2)/(yo−yn) ……(3) kscalc(0)=m1−kscalc(1)×Yo ……(4) として求める。
次に第16図に未知の測定対象物質のレーンを走査して
得られたy座標からその性質を表わす値を求めるための
フローを示す。
座標と性質を表わす値との関係f(y)が求められて
いるので、その関係式からy座標を性質を表わす値に変
換することができる。ksy=0とし、未知の測定対象物
質について入力される座標yの最大値ynが100となるよ
うに規格化したものをksxとする。
ksx=y×100/yn ……(5) そして、曲線5が一次、二次又は三次の曲線として近
似された場合にはそれぞれ図に表わされるようにksyを
求め、折れ線の場合には次の第17図に示される折れ線処
理を施してksyを求める。性質を表わす値がPIである場
合にはksyが直ちにPIとなり、また性質を表わす値が分
子量である場合にはExp(ksy)が分子量となる。
折れ線処理のフローを第17図に示す。
曲線f(y)が第18図に示されるように折れ線22とし
て近似されている場合には、規格化したksxがマーカの
ピーク座標Yo〜Ynのどこに位置するかを探す。ksxがYo
〜Ynの間にある場合すなわちYi≦ksx≦Yi+1又はYi≧k
sx≧Yi+1の場合には、そのiを記憶し、ksxがYoより小
さい場合にはi=0とし、ksxがYoより大きい場合には
i=n−1として、ksyを ksy =(Mi+1−Mi)(ksx−Yi)/(Yi+1−Yi)+Mi ……
(6) として算出する。
分子量やPIなどを入力してy座標を求めることもでき
る。その手順を第19図から第27図により説明する。
第19図において、性質を表わす値mがPIの場合にはそ
の値mをksyとし、分子量の場合にはlogmをksyとする。
mが負の場合はエラーである。
そして曲線5が一次関数、二次関数、三次関数として
近似されているか、折れ線処理をされているかに従がっ
てそれぞれ後述のように、一次処理、二次処理、三次処
理又は折れ線処理を行ってksxを算出し、そのksxとy
座標の最大値ynを用いてy座標を y=ksx×yn/100 ……(7) として求める。
一次処理のフローを第20図を示す。直線(第21図)の
係数kscalb(0),kscalb(1)を用いてksxを ksx=(ksy−kscalb(0)/kscalb(1) ……(8) として求めることができる。
二次関数で近似された場合は、第23図にように二次関
数の解を求めることになるので、第22図のように判別式
Dを D=kscalb(1)−4kscalb(2)×(kscalb(0) −ksy) ……(9) とし、2個の解S1,S2を次のように計算する。
S1=(−kscalb(1)+(D)1/2)/2 ×kscalb(2) ……(10) S2=(−kscalb(1)−(D)1/2)/2 ×kscalb(2) ……(11) 2個の解S1,S2のうち、YoとYnの間にある解S1又はS2
がksxとなる。
曲線5が三次関数として近似された場合には、第25図
に示されるような変換を行うことになるので、第24図の
ように、ニュートン・ラプソン法によってksyとksxの
三次関数 ksy=kscalb(3)ksx+kscalb(2)ksx +kscalb(1)ksx+kscalb(0) ……(12) を解き、ksxを求める。
また曲線5が第27図に示されるように折れ線で近似さ
れている場合には、Mi≦ksy≦Mi+1又はMi≧ksy≧Mi+1
を満足するiを見つける。そして、ksxは ksx =(Yi+1−Yi)(ksy−Mi)/(Mi+1−Mi)+Yi ……
(13) として表現される。
y座標を性質を表わす値に変換し、性質を表わす値を
直線化するために第28図に示されるようなy座標−y座
標変換を行う。
ksyは、測定されたy座標y−orgと折れ返し直線の係
数kscalc(1),kscalc(0)を用いて ksy=y−org×100×kscalc(1) +kscalc(0) ……(14) と表現する。そして曲線5が一次直線として近似されて
いる場合、二次曲線として近似されている場合、三次曲
線として近似されている場合又は折れ線として近似され
て場合に従がって、それぞれ一次処理、二次処理、三次
処理又は折れ線処理を行う。それぞれの処理は第20図か
ら第27図において説明されたものと同じである。
各処理により得られたksxとy座標の最大値ynを用い
て、直線化されたy座標ynewを ynew=ksx×yn/100 ……(15) として求めることができる。
この座標ynewを用いてクロマトグラムを表示する
と、第6図(B)に示されるような横座標が直線化され
た性質値であるマロマトグラムとなる。
第2図に示される電気泳動ゲル1では両端のレーンで
マーカ物質を泳動させているので、両マーカレーンのPI
値に対するy座標の平均をとって関数f(y)を作るた
めの代表座標値を作り出すと、正確さが増す。
(発明の効果) 本発明では試料プレート上で複数のマーカ物質が展開
されたレーンを走査したときのピークの座標値と、測定
された各ピークのマーカ物質の性質を表わす値とを入力
し、両者の対応を表わす曲線を作成して保持するととも
に、未知物質のピークの座標値を入力し前記曲線に基づ
いて性質を表わす値を算出するようにしたので、未知の
測定対象物質のクロマトグラムのピーク座標から直ちに
分子量やPIなどの性質を表わす値の情報を得ることがで
きる。
また、本発明ではさらに、算出された性質を表わす値
又はその対数値を直線化し、その直線化された性質を表
わす値又はその対数値を座標とするクロマトグラムを表
示するようにしたので、横軸を直線化されたPIや分子量
(対数値)としてクロマトグラムを視覚化することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を示すブロック図、第2図は試料が展開
された電気泳動ゲルを示す平面図、第3図は電気泳動ゲ
ルを走査して得られるクロマトグラムを示す波形図、第
4図はクロマトグラムの座標とPIの関係を示す図、第5
図は座標を性質を表わす値で直線化するための動作を示
す図、第6図(A)は位置を座標とするクロマトグラ
ム、同図(B)は直線化されたPIを座標とするクロマト
グラム、第7図は一実施例を示すブロック図、第8図は
係数演算動作を示すフローチャート、第9図は係数演算
動作で行うy変換動作を示すフローチャート、第10図は
係数演算動作で行うm変換動作を示すフローチャート、
第11図は係数演算動作で行う近似曲線の係数計算動作を
示すフローチャート、第12図は最小二乗曲線の係数計算
のためのマトリックスを示す図、第13図は最小二乗曲線
の係数計算動作を示すフローチャート、第14図は第12図
のマトリックスの解を求めるはき出し法を示すフローチ
ャート、第15図は係数演算動作で行う折り返し直線の計
算動作を示すフローチャート、第16図はy座標から分子
量やPIを求める動作を示すフローチャート、第17図は第
16図における折れ線処理を示すフローチャート、第18図
は折れ線近似を示す図、第19図は分子量やPIからy座標
を求める動作を示すフローチャート、第20図は第19図に
おける一次処理動作を示すフローチャート、第21図は一
次処理動作を示す図、第22図は第19図における二次処理
動作を示すフローチャート、第23図は二次処理動作を示
す図、第24図は第19図における三次処理動作を示すフロ
ーチャート、第25図は三次処理動作を示す図、第26図は
第19図における折れ線処理動作を示すフローチャート、
第27図は折れ線処理動作を示す図、第28図は座標を直線
化するための動作を示すフローチャートである。 10……関数算出手段、 11……演算手段、 12……直線化手段、 13……表示手段。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料が展開された試料プレートを展開方向
    に走査してそのクロマトグラムを得ることのできるクロ
    マトスキャナにおいて、試料プレート上で複数のマーカ
    物質が展開されたレーンを走査したときのピークの座標
    値と、測定された各ピークのマーカ物質の性質を表わす
    値とを入力し、両者の対応を表わす曲線を作成して保持
    する関数算出手段と、前記曲線に基づいて未知物質のピ
    ークの座標値を入力し、性質を表わす値を算出する演算
    手段とを備えたことを特徴とするクロマトスキャナ。
  2. 【請求項2】試料が展開された試料プレートを展開方向
    に走査してそのクロマトグラムを得ることのできるクロ
    マトスキャナにおいて、試料プレート上で複数のマーカ
    物質が展開されたレーンを走査したときのピークの座標
    値と、測定された各ピークのマーカ物質の性質を表わす
    値とを入力し、両者の対応を表わす曲線を作成して保持
    する関数算出手段と、前記曲線に基づいて未知物質のピ
    ークの座標値を入力し、性質を表わす値を算出する演算
    手段と、この演算手段で算出された性質を表わす値又は
    その対数値を直線化する直線化手段と、直線化された性
    質を表わす値又はその対数値を座標とするクロマトグラ
    ムを表示する表示手段とを備えたクロマトスキャナ。
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