JP4438674B2 - ガスクロマトグラフ装置及び該装置のデータ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラムを用いて試料成分を分離して分析するガスクロマトグラフ装置及び該装置においてクロマトグラム上に現れるピークを同定するためのデータ処理方法に関する。

一般にガスクロマトグラフ分析では、クロマトグラムに出現しているピークを同定するために、化合物がカラムを通過するのに要する時間である保持時間が用いられる。しかしながら、保持時間は成分に固有の値ではなく、キャリアガス流量、カラム温度、カラムのサイズ、カラム液相の厚さなど様々な分析条件によって変わる値である。したがって、こうした様々な分析条件を同一にした状態でないと、保持時間を利用したピークの同定を正確に行うことができない。また、異なる装置ではたとえ上記のような分析条件を同一にしたとしても装置間器差により保持時間が同一になるとは限らないため、或る装置を用いて作成したピーク同定用の保持時間データベースがそのままでは他の装置で使用できないという場合がある。

そこで、保持時間とは異なり分析条件や装置間器差などに依存しないパラメータとして、保持指標（リテンションインデックス）が従来より使用されている（例えば特許文献１など参照）。ＧＣ分析における保持指標について図６により簡単に説明する。ここでは、最も一般的なｎ−アルカンの同族体系列が基準物質である場合について考える。

いま、図６に示すクロマトグラムにおいてメタン（ＣＨ₄）のピークの出現位置を基準とし、ｎ−アルカンの隣接するＣ_ｎとＣ_ｎ＋１のピークの保持時間がそれぞれｔ_１、ｔ_２であるものとする。このとき、Ｃ_ｎとＣ_ｎ＋１との間に存在する物質Ｘの保持時間がｔ_ｘであるとき、恒温分析においては、この物質Ｘの保持指標ＲＩｘを次の（１）式で定義する。
ＲＩｘ＝［（logｔ_ｘ−logｔ_１）／（logｔ_２−logｔ_１）］×１００＋１００×ｎ …（１）
また、昇温分析（例えば昇温レート：２０℃／分など）においては、物質Ｘの保持指標ＲＩｘを次の（２）式で定義する。
ＲＩｘ＝［（ｔ_ｘ−ｔ_１）／（ｔ_２−ｔ_１）］×１００＋１００×ｎ …（２）
様々な化合物についてｎ−アルカンと共にＧＣ分析を行ってそれぞれの保持時間を求め、（１）式又は（２）式に基づいて保持指標を算出してまとめたものが保持指標データベースである。

上述したｎ−アルカンを基準物質とした保持指標データベースが最も一般的なものであり、各種の研究機関や大学などから様々な条件（例えばカラム液相の種類等）の下での各種物質に関する保持指標データベースが発表されている。また、保持指標の基準物質は必ずしもｎ−アルカンでなくてもよく、例えばベンゼンなどの多環芳香族やＤＩＰＡ[1-(N,N-diisopropyl-amino)-alkane]などを基準物質とした保持指標データベースも提供されている。

こうした保持指標データベースを利用してクロマトグラムに現れている未知物質のピーク同定を行う場合、保持指標は装置や分析条件の依存性が殆どないためこうした要因をあまり気にする必要がないという利点があるものの、その反面、同定対象である未知物質とともに保持指標データベースの基準物質も同一条件の下で分析する必要がある。そのため、例えば手元にｎ−アルカンを基準物質とした保持指標データベースを持っている場合でも、ｎ−アルカン分析用の標準試料が無い場合にはその保持指標データベースを利用したピーク同定を行うことができない。また、逆に、多環芳香族を基準物質とした保持指標データベースを持っている場合でも、その基準物質分析用の標準試料が無い場合にはその保持指標データベースを利用したピーク同定が行えない。

また、ガスクロマトグラフの検出器として質量分析計を用いたガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）において負化学イオン化法（ＮＣＩ）によるイオン源を用いた場合には、その特性上、ｎ−アルカンを検出することができない。そのため、こうした分析においては、ｎ−アルカンを基準物質とした保持指標データベースを利用したピーク同定を行うことができない。

特開平１１−２０１９６０号公報

上記のような問題は、異なる基準物質に基づく保持指標データベースの互換性がないことに起因する。本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、異なる基準物質を基準としてそれぞれ作成された保持指標を関連付け、別の基準物質を基準とした保持指標値に変換を行うことで互換性を与えることができるガスクロマトグラフ装置及び該装置におけるデータ処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために成された第１発明は、クロマトグラム上のピークを保持指標を利用して同定するガスクロマトグラフ装置において、
a)第１基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第１物質と、第１基準物質とは異なる第２基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第２物質と、を同一分析条件の下で分析して各物質の保持時間を取得する分析実行手段と、
b)前記複数の第１物質の保持時間とその各物質の既知の保持指標との関係に基づいて、第２物質の保持時間から第１基準物質を基準とした保持指標をそれぞれ推定する保持指標推定手段と、
c)該保持指標推定手段による第２物質の第１基準物質を基準とした推定保持指標とその各物質の第２基準物質を基準とした保持指標との関係を求める保持指標変換情報取得手段と、
d)該保持指標変換情報取得手段により求まった関係を用いて、第２基準物質を基準とした保持指標が既知である前記第２物質以外の他の物質について、第２基準物質を基準とした保持指標を第１基準物質を基準とした保持指標に変換する保持指標変換手段と、
を備えることを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された第２発明は、クロマトグラム上のピークを保持指標を利用して同定するガスクロマトグラフ装置のデータ処理方法であって、
第１基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第１物質と、第１基準物質とは異なる第２基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第２物質と、を同一分析条件の下で分析して各物質の保持時間を取得し、
前記複数の第１物質の保持時間とその各物質の既知の保持指標との関係に基づいて、第２物質の保持時間から第１基準物質を基準とした保持指標をそれぞれ推定し、
第２物質の第１基準物質を基準とした推定保持指標とその各物質の第２基準物質を基準とした保持指標との関係を求め、
その関係を用いて、第２基準物質を基準とした保持指標が既知である前記第２物質以外の他の物質について、第２基準物質を基準とした保持指標を第１基準物質を基準とした保持指標に変換する、ことを特徴としている。

第２発明に係るデータ処理方法を具現化した第１発明に係るガスクロマトグラフ装置において、分析実行手段は、同一分析条件の下で、第１基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第１物質と、第１基準物質とは異なる第２基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第２物質とをＧＣ分析して各物質の保持時間を取得する。第１物質と第２物質とのＧＣ分析は１回の測定で同時に行ってもよいし、それぞれ異なる時間において行ってもよい。そのＧＣ分析の結果により、複数の第１物質の保持時間とその各物質の既知の保持指標との対応関係が明らかになるから、保持指標推定手段は、その関係に基づいて第２物質の保持時間から第１基準物質を基準とした保持指標をそれぞれ推定する。

次いで、保持指標変換情報取得手段は、第２物質の第１基準物質を基準とした推定保持指標とその各物質の第２基準物質を基準とした既知の保持指標との対応関係を求め、例えばその関係から換算式や換算表を導出する。保持指標変換手段は、例えばこの換算式や換算表を用いて、第２基準物質を基準とした保持指標が既知である前記第２物質以外の他の物質について、第２基準物質を基準とした保持指標を第１基準物質を基準とした保持指標に変換する。それによって、先に第２基準物質に対する保持指標しか分かっていなかった各物質について、第１基準物質を基準とした保持指標が推定換算値として求まる。

これにより、例えば第２基準物質を基準とした保持指標データベースを第１基準物質を基準とした保持指標換算値のデータベースに変換することができるから、第２基準物質でなく第１基準物質を同定対象の未知物質とともにＧＣ分析してその結果に基づいて未知物質を同定することができるようになる。したがって、第２基準物質を基準とした保持指標データベースを利用してピーク同定を行いたい場合でも、第２基準物質を用意する必要がなくなり、分析作業が簡素化できる。

また、ＧＣ／ＭＳのＮＣＩのようにｎ−アルカンの検出が行えない場合でも、検出可能な他の基準物質を用いてｎ−アルカンを基準とした膨大な保持指標データベースをピーク同定に利用することができる。なお、ＧＣ／ＭＳのＮＣＩのようにｎ−アルカンの検出が行えない場合、ｎ−アルカンを基準物質とした保持指標が既知である物質の保持時間を求める際には、一時的にＮＣＩに代えてｎ−アルカンの検出が可能なイオン化法、例えば電子衝撃イオン化法（ＥＩ）を利用してＧＣ／ＭＳ分析を実行すればよい。

以下、本発明に係るガスクロマトグラフ装置の一実施例について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施例によるガスクロマトグラフ装置の全体構成図である。

カラムオーブン４内に設置されたカラム５の入口には試料気化室２が設けられ、キャリアガス導入管３から試料気化室２を通してカラム５内に一定流量で以てキャリアガスが送られる。所定のタイミングでインジェクタ１より試料気化室２内に少量の液体試料が注入されると、液体試料は短時間で気化してキャリアガスに乗ってカラム５内に送り込まれる。カラム５はカラムオーブン４により一定温度に維持されたり（恒温分析の場合）、或いは所定の昇温プログラムに従って昇温制御されたり（昇温分析の場合）する。カラム５を通過する間に液体試料に含まれる各種化合物はカラム５の長手方向に分離され、時間的にずれてカラム５から溶出して検出器６により検出される。

検出器６の検出信号はデータ処理部１０に送られ、ここでクロマトグラムが作成され、さらに所定のデータ処理が実行されることで定性分析や定量分析が遂行される。制御部７はデータ処理部１０や上記各部の動作を制御することで、ＧＣ分析動作を達成する。この制御部７には、分析者が各種の指示を与えたり条件を設定したりするための入力部８と、分析結果などを表示するための表示部９が接続されている。制御部７やデータ処理部１０の機能の多くは、例えばパーソナルコンピュータ上で所定の制御・処理プログラムを動作させることにより具現化される。また、本実施例に特徴的な構成として、データ処理部１０は保持指標変換処理部１１を機能の一部として含み、保持指標変換処理部１１は予め設定された第１保持指標データベース１３と第２保持指標データベース１４とに基づいて換算保持指標データベース１２を作成する。

本実施例では、第１保持指標データベース１３にはｎ−アルカンを基準物質とした各種化合物の保持指標が化合物名に対応して収録されており、第２保持指標データベース１４にはＰＦＢ−Ｂｒで誘導体化した脂肪酸（以下「誘導脂肪酸」と称す）を基準物質とした各種化合物の保持指標が化合物名に対応して収録されている。基準物質が異なるから、同一の化合物であっても保持指標は異なる。

次に、本実施例のガスクロマトグラフ装置において、保持指標変換処理部１１が中心となって実行される保持指標変換機能について図２のフローチャートに従って説明する。

まず制御部７の制御の下に、第１保持指標データベース１３に収録されている、ｎ−アルカンを基準とする保持指標が既知である３種の化合物α、β、γについて、所定の分析条件（ここでは昇温分析とする）においてＧＣ分析を実行する。この分析により、図３（ａ）に示すようなクロマトグラムを取得し、各化合物α、β、γの保持時間（ＲＴ）ａ、ｂ、ｃを求める（ステップＳ１）。図３中ではｎ−アルカンを基準とする保持指標を○ＲＩ、誘導脂肪酸を基準とする保持指標を△ＲＩと記述している。この３種の化合物α、β、γについて、保持時間（ＲＴ）とｎ−アルカンを基準とした保持指標（○ＲＩ）との組み合わせ（ＲＴ，○ＲＩ）は、（ａ，Ａ）、（ｂ，Ｂ）、（ｃ，Ｃ）となる。

次に制御部７の制御の下に、第２保持指標データベース１４に収録されている、誘導脂肪酸を基準とする保持指標が既知である２種の化合物δ、εについて、上記分析時と同一の分析条件下でＧＣ分析を実行する。この分析により、図３（ｂ）に示すようなクロマトグラムを取得し、各化合物δ、εの保持時間（ＲＴ）ｄ、ｅを求める（ステップＳ２）。この２種の化合物δ、εについて、保持時間（ＲＴ）と誘導脂肪酸を基準とした保持指標（△ＲＩ）との組み合わせ（ＲＴ，△ＲＩ）は、（ｄ，Ｄ）、（ｅ，Ｅ）となる。

なお、化合物α、β、γ及び化合物δ、εは必ずしも２回に分けて分析する必要はなく、それら全てを混合した試料を用いることで一度に分析するようにしてもよい。

化合物α、β、γについての上記分析結果による（ＲＴ，○ＲＩ）を、横軸に保持時間（ＲＴ）、縦軸にｎ−アルカンを基準とする保持指標（○ＲＩ）をとったグラフ上にプロットすると図４中の点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃに示すようになる。そこで、この３点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを通るような線を描く。いま図４では、隣接する２点ＰａとＰｂ、ＰｂとＰｃをそれぞれ直線的に内挿補間する線を引いているが、例えばｎ次多項式を仮定してそのｎ次多項式が３点を通るように多項式の係数を求めてもよい。ここで描いた線は、上記分析条件の下での保持時間とｎ−アルカンを基準とする保持指標との対応関係を示す換算式を表すものである。

即ち、保持時間（ＲＴ）から保持指標（○ＲＩ）への換算式は、ａ≦ｐ＜ｂである保持時間ｐに対しては、
Ｐ’＝［（Ｂ−Ａ）／（ｂ−ａ）］×（ｐ−ａ）＋Ａ …（３）
ｂ≦ｐ≦ｃである保持時間ｐに対しては、
Ｐ’＝［（Ｃ−Ｂ）／（ｃ−ｂ）］×（ｐ−ｂ）＋Ｂ …（４）
である。この（３）及び（４）式が保持時間ｐからｎ−アルカンを基準とする保持指標を求めるための換算式である（ステップＳ３）。

次に保持指標変換処理部１１では、化合物δ、εについて上記ＧＣ分析により得られた保持時間ｄ、ｅを上記（３）及び（４）式の換算式に適用し、それぞれｎ−アルカンを基準とする保持指標の推定値Ｄ’、Ｅ’を求める（ステップＳ４）。この化合物δ、εについては誘導脂肪酸を基準とする保持指標（△ＲＩ）が第２保持指標データベース１４により既知であるから、例えば横軸をこの保持指標△ＲＩとし、縦軸を上記ｎ−アルカンを基準とする保持指標の推定値としたグラフに上記関係をプロットすると図５に示す２点Ｐｄ、Ｐｅのようになる。そして、この２点Ｐｄ、Ｐｅを通るような線を描く。いま図５では、単純に２点Ｐｄ、Ｐｅ間を直線的に内挿補間する線を引いているが、例えば化合物の数を多くしてｎ次多項式を求めてもよい。ここで描いた線は、ｎ−アルカンを基準とする保持指標と誘導脂肪酸を基準とする保持指標との対応関係を示す保持指標換算式を表すものである。

即ち、誘導脂肪酸を基準とする保持指標（△ＲＩ）からｎ−アルカンを基準とする保持指標（○ＲＩ）への換算式は、
Ｘ’＝［（Ｅ’−Ｄ’）／（Ｅ−Ｄ）］×（Ｘ−Ｄ）＋Ｄ’ …（５）
となる（ステップＳ５）。

この（５）式の保持指標換算式はＤ≦Ｘ≦Ｅなる化合物について成り立つものであるが、２点間を内挿補間した線をさらに外挿させることもできる。そして、第２保持指標データベース１４に収録されている誘導脂肪酸を基準とする保持指標を持つ全ての化合物、又は特に必要な化合部について、つまり第２保持指標データベース１４に収録されている全ての化合物の保持指標をｎ−アルカンを基準とする保持指標、即ち第１保持指標データベース１３に記述されている保持指標に相当する換算保持指標に変換することができる（ステップＳ６）。そして、こうして変換した値を換算保持指標データベース１２に登録しておく。

このようにして、もともと誘導脂肪酸を基準とした第２保持指標データベース１４に収録されている全ての化合物の保持指標は、ｎ−アルカンを基準とする保持指標に変換されて換算保持指標データベース１２として保持される。したがって、未知物質をＧＣ分析してクロマトグラムに現れるピークを同定する際に、ｎ−アルカンを同一条件で分析し、その分析結果と第１保持指標データベース１３及び換算保持指標データベース１２とからピークを同定することができる。

なお、（５）式で示す換算式を記憶しておくことにより、誘導脂肪酸を基準とした保持指標はいつでもｎ−アルカンを基準とした保持指標に変換することが可能である。また、上記のような保持指標の変換機能を利用して、３以上の異なる基準物質の保持指標データベースを統合して、任意の基準物質を基準とする保持指標データベースを構築することも可能である。

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨に沿った範囲で適宜変形や修正を行うことができることは明らかである。例えば、本発明において検出器としては様々なものを利用できるから、例えばガスクロマトグラフと質量分析装置とを組み合わせたガスクロマトグラフ質量分析装置にも適用することができる。

本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ装置の全体構成図。 本実施例のガスクロマトグラフ装置において、保持指標変換処理部が中心となって実行される保持指標変換機能のフローチャート。 本実施例のガスクロマトグラフ装置における保持指標変換処理動作についての説明図。 本実施例のガスクロマトグラフ装置における保持指標変換処理動作についての説明図。 本実施例のガスクロマトグラフ装置における保持指標変換処理動作についての説明図。 保持指標の説明図。

符号の説明

１…インジェクタ
２…試料気化室
３…キャリアガス導入管
４…カラムオーブン
５…カラム
６…検出器
７…制御部
８…入力部
９…表示部
１０…データ処理部
１１…保持指標変換処理部
１２…換算保持指標データベース
１３…第１保持指標データベース
１４…第２保持指標データベース

Claims (2)

1. クロマトグラム上のピークを保持指標を利用して同定するガスクロマトグラフ装置において、
   a)第１基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第１物質と、第１基準物質とは異なる第２基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第２物質と、を同一分析条件の下で分析して各物質の保持時間を取得する分析実行手段と、
   b)前記複数の第１物質の保持時間とその各物質の既知の保持指標との関係に基づいて、第２物質の保持時間から第１基準物質を基準とした保持指標をそれぞれ推定する保持指標推定手段と、
   c)該保持指標推定手段による第２物質の第１基準物質を基準とした推定保持指標とその各物質の第２基準物質を基準とした保持指標との関係を求める保持指標変換情報取得手段と、
   d)該保持指標変換情報取得手段により求まった関係を用いて、第２基準物質を基準とした保持指標が既知である前記第２物質以外の他の物質について、第２基準物質を基準とした保持指標を第１基準物質を基準とした保持指標に変換する保持指標変換手段と、
   を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
2. クロマトグラム上のピークを保持指標を利用して同定するガスクロマトグラフ装置のデータ処理方法であって、
   第１基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第１物質と、第１基準物質とは異なる第２基準物質を基準とした保持指標が既知である複数の第２物質と、を同一分析条件の下で分析して各物質の保持時間を取得し、
   前記複数の第１物質の保持時間とその各物質の既知の保持指標との関係に基づいて、第２物質の保持時間から第１基準物質を基準とした保持指標をそれぞれ推定し、
   第２物質の第１基準物質を基準とした推定保持指標とその各物質の第２基準物質を基準とした保持指標との関係を求め、
   その関係を用いて、第２基準物質を基準とした保持指標が既知である前記第２物質以外の他の物質について、第２基準物質を基準とした保持指標を第１基準物質を基準とした保持指標に変換する、ことを特徴とするガスクロマトグラフ用データ処理方法。
   

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