JP4826579B2 - クロマトグラフ用データ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、液体クロマトグラフ（ＬＣ）などのクロマトグラフ用のデータ処理装置に関する。

ＧＣやＬＣなどのクロマトグラフでは、検出器で得られる検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングしてＡ／Ｄ変換器によりデジタル値（クロマトグラムデータ）に変換し、コンピュータの記憶装置などに取り込む。そして、その後に記憶装置からクロマトグラムデータを読み出し、コンピュータ上でのデータ処理により、ピーク検出を行うとともに各ピークの高さや面積などのピークパラメータの計算を実行する。

従来、検出信号を取り込むためのサンプリング周期は分析の開始（試料の注入）時から分析終了まで一定とされていたが、ピークを確実に捉えるようにサンプリング周期を短く設定すると、検出信号の変化が殆どない時間範囲でも同じサンプリング周期でデータ取り込みを行うためデータ量が多くなる（特許文献１など参照）。特に検出器として質量分析計（ＭＳ）を利用したＬＣ／ＭＳ、ＧＣ／ＭＳなどにおいては、時間軸上の一点で複数の質量毎に強度信号が得られるため、全体でのデータ量が膨大になる。そのため、記憶容量の大きな記憶装置を用意しなければならない。

そこで、近年、１つの試料に対するクロマトグラムデータを収集する際に、サンプリング周期を可変とするようなデータ取り込みが行われている。例えば、検出信号の変化が小さい又は着目する成分がないと予想される時間範囲ではサンプリング周期を長くし、検出信号の変化が急な又は着目する成分が存在すると予測される時間範囲でサンプリング周期を短くするように、予め時間範囲とサンプリング周期とを設定する。これにより、全体のデータ量を減らしながら、ピークを確実に捉えることができる。

ところで、上述のようにクロマトグラムデータに基づいてピーク検出を行う際には、クロマトグラムカーブの傾斜の程度を利用しているが（例えば特許文献２参照）、そうした演算処理は隣接するデータの時間間隔が一定である、つまりサンプリング周期が一定であることを前提としている。そのため、上述のようにサンプリング周期が途中で変化する場合には、サンプリング周期が同一である時間範囲に区切って、その時間範囲毎にそれぞれクロマトグラムデータに対するデータ処理を実行している。この様子を模式的に示したのが図３である。

即ち、図３では、ｔ＝０〜ｔ６の全期間の中で、Ａで示した期間ではサンプリング周期はＴａであり、Ｂで示した期間ではサンプリング周期はＴｂ＝Ｔａ／４であるとする。つまり、期間Ｂでは期間Ａよりもデータのサンプリング時間間隔が１／４に細かくされている。この場合、各期間Ａ、Ｂ毎にクロマトグラムデータの処理が行われるが、例えば、図３中にＰで示したように、サンプリング周期の変化点の境界付近に現れるピークについてはデータ処理が実行されない、又は実行された場合でも適切に処理されないおそれがあった。そのため、こうしたピークは検出されないか、或いは検出されても正確なピークパラメータが得られないことになる。

特開平6-174709号公報（段落0002） 特開2004-184148号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、クロマトグラフ分析により収集されたクロマトグラムデータのサンプリング周期が一定でない場合でも、ピーク高さやピーク面積などを算出するための波形処理を適切に行うことができるクロマトグラフ用データ処理装置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本発明は、任意の時点でデータ収集のサンプリング周期を切り替えながら取り込んだクロマトグラムデータを処理し、そのクロマトグラムに現れる１乃至複数のピークを検出してピークに関連する情報を算出するデータ処理装置において、
a)サンプリング周期の切替点である前記任意の時点を境としてその前と後とでサンプリング周期が擬似的に揃うように、少なくともサンプリング周期が長いほうの隣接するクロマトグラムデータの間に補間データを挿入するデータ補間手段と、
b)前記クロマトグラムデータと前記データ補間手段により隣接クロマトグラムデータ間に挿入された補間データとを含め、前記任意の時点を跨いでサンプリング周期が擬似的に揃えられたデータに対し所定アルゴリズムに基づく波形処理を行ってピークを検出し、検出したピークに関する情報を取得するピーク処理手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置の一態様として、上記データ補間手段は、全測定時間の中で最小のサンプリング周期に揃えるようにデータ補間を行う構成とすることができる。

上記ピーク情報とは、例えば、ピーク面積、ピーク高さ（ピークトップの高さ）、ピーク幅などである。

また上記データ補間手段によるデータ補間の方法としては、時間的に前の１乃至複数のデータと時間的に後の１乃至複数のデータとを用いた周知の各種の補間手法を用いることができる。最も単純なのは隣接データの間を直線的な近似で補間する直線補間であるが、その前後の複数のデータを用いた２次以上の高次曲線近似、スプライン関数を用いた近似、最小二乗法による近似、標本化（sinc）関数による近似、など、より高精度な近似が可能な補間手法を用いてもよい。

本発明に係るクロマトグラフ用データ処理装置によれば、元のクロマトグラムデータのサンプリング周期に拘わらず、擬似的に一定のサンプリング周期に揃えられたクロマトグラムデータに対してピーク検出などの波形処理が行われるので、従来は適切に処理が行われなかったサンプリング周期の変更点境界付近のピークについても適切に処理を実施することができる。これにより、そうしたサンプリング周期の変更点境界付近のピークの検出漏れやピーク情報の不正確さが解消され、クロマトグラフにおける定性分析や定量分析の精度を向上させることができる。

以下、本発明に係るデータ処理装置を備える液体クロマトグラフ（ＬＣ）の一実施例について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は本実施例によるＬＣの要部の構成図、図２は図１中のデータ処理部の要部の構成図である。

送液ポンプ２は移動相容器１から移動相を吸引し、略一定流量でインジェクタ３を経てカラム４へと送給する。インジェクタ３は後述の制御部１０からの制御信号に応じ、所定の時点で試料を移動相中に注入する。試料は移動相に乗ってカラム４内に送り込まれ、カラム４を通過する間に試料中の各種成分は分離され、時間的に差がついてカラム４から溶出する。カラム４からの溶出液は検出器５に導入され、検出器５は溶出液中の各試料成分に応じた検出信号を出力する。検出器５は例えば紫外可視吸光検出器、フォトダイオードアレイ検出器、示差屈折率検出器のほか、質量分析計でもよい。質量分析計の場合、大気圧イオン化インタフェイスが用いられる。

上記検出器５によるアナログ検出信号はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）６により所定のサンプリング周期でサンプリングされ、そのサンプリング点におけるアナログ信号値がＡ／Ｄ変換器７においてデジタル値に変換される。したがって、サンプリング周期で決まる時間間隔毎に１つずつデジタルデータがクロマトグラムデータとして得られ、データ処理部８に入力されてデータ記憶部９に保存される。通常、１つの試料に対して得られる一連のクロマトグラムデータは１つのファイルに保存される。

１つの試料の分析が終了した後（或いは、連続的に実行される複数の試料の分析が終了した後）、適宜の時点で、データ記憶部９に保存されているクロマトグラムデータが読み出され、データ処理部８においてクロマトグラムの作成、ピーク検出等の各種のデータ処理が行われる。もちろん、測定中にクロマトグラムを作成することも可能である。また、制御部１０には操作部１１及び表示部１２が接続され、制御部１０は上記のような分析を実施するために各部を制御する。

なお、データ処理部８及び制御部１０の機能の一部又は殆どは、汎用のパーソナルコンピュータにインストールした専用の制御・処理プログラムを実行することにより達成することができる。

本実施例のＬＣでは、１つの試料に対する分析開始から終了までの期間を複数の時間範囲に分割して、各時間範囲毎に異なるサンプリング周期を設定できるようになっている。いま一例として、図３に示すように、分析開始点ｔ＝０から終了点ｔ＝ｔ６までの範囲を６つの時間範囲に区分して、期間Ａではサンプリング周期をＴａ、期間Ｂではサンプリング周期をＴｂ＝Ｔａ／４に設定してＬＣ分析を実行し、クロマトグラムデータを収集した場合を想定する。このようなサンプリング周期に関する情報は、例えばクロマトグラムデータが格納されるファイル内に保存される。

なお、サンプリング周期を使用者が予め（分析実行前に）設定するのではなく、自動的に、例えば分析時に取得されるデータの変化に応じてサンプリング周期が適応的に決められる、或いは、分析開始時点からの経過時間に応じて順次サンプリング周期が変化するように決められるものでもよい。いずれにしても、クロマトグラムデータを取り込む際にはサンプリング周期が分かっているから、サンプリング周期情報をクロマトグラムデータと同じファイルに保存することができる。

上述のようにしてデータ記憶部９に保存した或る１つの試料に対するクロマトグラムデータの波形処理を、データ処理部８で実行する際の動作を説明する。データ記憶部９からは処理対象のクロマトグラムデータがその発生順に読み出されるとともに、該データを取り込む際のサンプリング周期情報も読み出され、データ補間部８１に与えられる。データ補間部８１は、発生順に入力されるクロマトグラムデータ（元データ）に基づいて、サンプリング周期が最小である時間範囲では元データをそのまま出力し、サンプリング周期が最小でない時間範囲では隣接する２つの元データの間に１乃至複数の補間データを挿入することにより、サンプリング周期を擬似的に最小のサンプリング周期に揃える。

図３中の時刻ｔ４付近のクロマトグラムを拡大した図４を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、時刻ｔ３からｔ４までの間のクロマトグラムデータはサンプリング周期が最小のＴｂであるから、データ補間部８１は補間を行わず元データをそのまま出力する。これに対し、時刻ｔ４以降のクロマトグラムデータはサンプリング周期がＴｂの４倍のＴａである。そこで、時間方向に隣接する２つの元データ（図４（ｂ）中の●）の間に、等時間間隔で３つの補間データ（図４（ｂ）中の○）を挿入するように各補間データの値を計算する。この補間データ値の計算には、時間的に前の１乃至複数の元データ（及び補間データ）の値と時間的に後の１乃至複数の元データ（及び補間データ）の値とを用いる。

このような曲線波形のデータ補間の手法としては従来から知られている各種の方法を利用することができる。最も簡単なのは直線近似による補間であるが、２次以上の高次曲線近似、スプライン関数を用いた近似、最小二乗法による近似、標本化（sinc）関数による近似、などを用いてもよい。いずれにしても、こうしたデータ補間によってサンプリング周期がＴａであるクロマトグラムデータの間に補間データを挿入することにより、この元データと補間データとを合わせてサンプリング周期は擬似的にＴｂになる。

データ補間により分析開始点から終了点までの全てのデータのサンプリング周期を最小のＴｂに揃える。これによって、見かけ上、最初から一定のサンプリング周期Ｔｂで以て検出信号のサンプリングが実施されたクロマトグラムデータに近いデータが得られる。この波形データがピーク検出部８２に入力され、各ピークが検出される。

このピーク検出のアルゴリズムは従来と同じである。例えば時間経過に伴ってデータを順に辿り、クロマトグラムカーブの傾斜が所定の閾値以上となった時点でピークの開始と判断し、その後に傾斜がゼロとなった時点を経過して傾斜が負となり、その絶対値が所定の閾値以下になった時点をピークの終了点と判断する。もちろん、それ以外の様々なピーク検出方法を用いることができる。上述のように、データ収集時のサンプリング周期の切替時点の前後でも擬似的にサンプリング周期は同一であるため、全てのピークを確実に検出することができる。

こうしてピークが検出された後、ピークパラメータ算出部８３においてピーク面積、ピーク高さ、ピーク幅などの各種のピーク情報を計算する。そして、データ解析部８４で例えばピーク面積に基づいて定量を行うことで、着目する成分の定量値を算出し、その結果を表示部１２に出力する。なお、補間データはデータ処理の際に必要なだけであるので、データ記憶部９に保存する必要はなく、このためにデータ記憶部９の記憶容量を増やすことはない。

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば上記実施例は本発明に係るデータ処理装置をＬＣに適用したものであるが、ＧＣに適用できることも当然である。

本発明の一実施例であるデータ処理装置を備える液体クロマトグラフ（ＬＣ）の要部の構成図。 図１中のデータ処理部の要部の構成図。 図１のＬＣで得られるクロマトグラムの一例を示す図。 本実施例のＬＣにおけるデータ補間を説明するためのクロマトグラムを示す図。

符号の説明

１…移動相容器
２…送液ポンプ
３…インジェクタ
４…カラム
５…検出器
６…サンプルホールド回路
７…Ａ／Ｄ変換器
８…データ処理部
８１…データ補間部
８２…ピーク検出部
８３…ピークパラメータ算出部
８４…データ解析部
９…データ記憶部
１０…制御部
１１…操作部
１２…表示部

Claims (1)

1. 任意の時点でデータ収集のサンプリング周期を切り替えながら取り込んだクロマトグラムデータを処理し、そのクロマトグラムに現れる１乃至複数のピークを検出してピークに関連する情報を算出するデータ処理装置において、
   a)サンプリング周期の切替点である前記任意の時点を境としてその前と後とでサンプリング周期が擬似的に揃うように、少なくともサンプリング周期が長いほうの隣接するクロマトグラムデータの間に補間データを挿入するデータ補間手段と、
   b)前記クロマトグラムデータと前記データ補間手段により隣接クロマトグラムデータ間に挿入された補間データとを含め、前記任意の時点を跨いでサンプリング周期が擬似的に揃えられたデータに対し所定アルゴリズムに基づく波形処理を行ってピークを検出し、検出したピークに関する情報を取得するピーク処理手段と、
   を備えることを特徴とするクロマトグラフ用データ処理装置。

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