JP5049609B2 - 液体クロマトグラム装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラム装置、液体クロマトグラム装置の分析パラメータ設定方法、および分析パラメータ設定を行なう手順のプログラムが記録された記録媒体に関するものである。

本発明に係わる液体クロマトグラフ分析装置は、現在、化学分析分野で広く普及している。

特にＨＰＬＣ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる高速液体クロマトグラフィーは、高スループットで様々な有機化合物を分離・定量するための手法として広く用いられている。

これらの装置では、分析対象となる試料を、固定相で満たしたカラム中に圧力をかけ注入し、試料成分毎に分離させて検知器で検出する分析装置である。

この分離／検出で、目的の成分が検出されるまでの時間を保持時間というが、この保持時間は分析圧力や溶解液流速、カラム内の充填物粒子径等により変化する。また、検出量は検知器の感度や試料注入量に比例する。

これら分析圧力、溶解液流速、充填物粒子径、感度、試料注入量を含めた各種のパラメータは分析者が経験に基づき決定することが多い。

分析者は、分析条件を確定するために、一度仮の測定を行ない、その結果を元に、目的とする結果が得られるよう経験から推測しパラメータを変更することが多かった。

液体クロマトグラム装置では１回の分析を行なうのに要する時間は数十分〜数時間であるが、分析者は、はじめに大まかな推測の基に分析パラメータを設定し、仮測定を行なう。

次に、試料成分のピーク位置が適切かどうかを見極め、必要であればパラメータを修正したのち再度測定を実施する。測定した結果が意図したものでなかった場合には、再びパラメータを修正したのち、測定を行なう。

この再測定にも数十分〜数時間が必要となるため、分析条件を確定するために試行錯誤を繰り返した場合、膨大な時間が掛かっていた。

このような問題を解決する方法の一例として、特定の既知成分の分析に限った方法では、特開平６−１８５０４号公報（特許文献１）に示されている方法がある。

この方法では、分析パラメータの調整量と分析結果の変化の関係を予め把握しておき、一定の分析結果が得られるよう安定化する方法が示されている。

このため、あらかじめ判明している検出成分のピーク位置と仮測定結果を比較し、測定結果が適正範囲を超えていた場合には分析パラメータを補正して再測定を行なうというプロセスを自動で行なう装置を示している。

これにより、特定の分析対象物を繰り返し分析するような産業製造ライン等のプロセス分析用途では、安定した結果を短時間で得ることができる。

特開平６−１８５０４号公報

しかしながら、分析対象が定まらない研究開発用途の分析装置では、特許文献１のように予め目的のピークを定めておくことはできないため、この方法を利用することはできない。

本発明は、上記の課題に鑑み、特定の分析対象物以外についても、分析者の経験に依存することなく、適切な測定結果を短時間で得ることができる液体クロマトグラフ分析装置を提供することを目的とする。

本発明は、溶離液中に注入される試料を成分毎に分離する分離部と、分離された成分を検出測定する検出部と、検出測定された測定結果を成分の検出量および成分が検出されるまでにかかる保持時間との関係で示す測定結果クロマトグラム表示と、前記保持時間や前記検出量を調整する分析パラメータとが備わる液体クロマトグラム分析装置において、前記測定結果クロマトグラム表示に示されている表示位置の位置移動と前記分析パラメータの設定値変更が関連して行なわれるシミュレーション機能を有することを特徴とする。

本発明によれば、分析者が測定結果クロマトグラム表示に示されている表示位置の位置移動することにより分析パラメータの設定値変更が即座に求まるため、分析者の経験に依らずに、短時間に目的とする適切な測定結果を得ることができる。

本発明の主要な特徴は、仮測定した結果として示された測定結果クロマトグラム表示の成分ピークを分析者が直接目的とする位置へ移動させることにより、分析結果が目的通りとなるよう分析パラメータを算出することである。

本発明の液体クロマトグラム装置では、分析者が得たい測定結果を視覚的かつ直感的に指示することができる上、その結果を得るために必要な分析パラメータ設定値が即座に求まるため、経験に依らずに、短時間に目的とする結果を得ることができる。

本発明の実施例について図を引用して説明する。

まず、図１に沿って液体クロマトグラフ分析装置の概要から述べる。

液体クロマトグラフ分析装置は、分析装置本体１０１、操作端末部１５０を有する。

分析装置本体１０１は、分析装置全体を制御する制御部１０２、分析指令の受付や結果情報の返信を操作端末部とやり取りするための通信制御部１０７、注入部へ溶媒を供給する溶媒供給部１０３、分析する試料を溶媒中へ注入する注入部１０４、カラムを含み、試料中の成分を分離する分離部１０５、分離された成分を検出する検出部１０６を有する。

また、この分析装置を制御するための操作端末部１５０は、分析装置本体との通信処理を行なう通信機器１５４、プログラムを解読し処理実行する中央処理部１５１、一時的な情報を記憶する主記憶部１５２、大容量の情報を不揮発な磁気記録方式等で格納する補助記憶部１５３、分析者の操作を中央処理部１５１やその他に伝達する入出力制御部１５５を有する。これら各部は内部バス１５６により接続されている。

分析者が分析装置を動作させるための各種情報を入力するためには、文字入力装置１６１および座標指示装置１６２が用意されている。また分析者の操作状態や装置の状態、分析結果などの各種情報を表示する画面表示装置１６０が用意されている。

本装置（液体クロマトグラフ分析装置）の定常状態では、溶媒供給部１０３から注入部１０４へ溶媒１１０が常に一定の圧力で供給されているが、試料１１１の分析をおこなう場合、分析対象となる試料１１１を注入部１０４により瞬間的に流路へ注入し、分離部１０５に内蔵されているカラムにより試料成分毎に分離させる。

検知器１０６では時間毎に分解された試料成分の検出量を計測する。このとき、目的の成分が検出されるまでの時間を保持時間という。この保持時間は溶媒供給部１０３での溶媒送液圧力や流速、分離部１０５に内蔵しているカラムのカラム内充填物の物質および粒子径等により変化する。

また、検出量は検出部１０６の感度設定や注入部１０４にて流路へ注入する注入量に比例する。

図２に標準的な分析手順を示す。

分析者は前処理および試料準備２０１（前処理準備ステップ）で移動相となる試料や溶媒を準備し、液体クロマトグラム装置の各ユニットへセットする。

次に、分析者が経験に基づき決定した大まかなパラメータにより仮測定２０２（仮測定ステップ）を実施する。

このとき、測定結果を確認し、目的とする成分のピークが適切に観測されているか？２０３（ピーク位置観察判断ステップ）の確認を行う。

観測対象のピークが適切に観測できていない場合には、パラメータ調整２０４（パラメータ調整ステップ）により移動相である溶媒や試料の流速や注入量を調整し、再度仮測定２０２（再度仮測定ステップ）を実施する。

溶媒や試料の流速や注入量、分析圧力を含む分析パラメータの調整と、ピーク位置観察判断ステップを踏みながら、目的とする成分のピークの適切化を行なう。

再測定の結果、目的とする成分のピークが適切に観測されているか？２０３（ピーク位置観察判断ステップ）が満たされた場合には、本測定２０５（本測定ステップ）を行ない、その結果を元に成分含有量の算出等有意なデータとなるようデータ処理２０６（データ処理ステップ）を行い、結果出力２０７（結果出力ステップ）を行なう。

仮測定２０２（仮測定ステップ）やパラメータ調整２０４（パラメータ調整ステップ）で設定および調整されるパラメータは、分析者が経験に基づき決定することが多く、分析者が目的とする結果が得られるよう経験から推測しパラメータを変更することが多かった。

これに対し、本発明の実施例に係わる分析手順を図３に示す。

分析者は前処理および試料準備３０１（前処理準備ステップ）で移動相となる試料や溶媒を準備し、液体クロマトグラム装置の各ユニットへセットする。

次に、分析者が経験に基づき決定した大まかなパラメータを設定して仮測定３０２（仮測定ステップ）を実施する。

このとき、測定結果を確認し、目的とする成分のピークが適切に観測されているか？３０３（ピーク位置観察判断ステップ）の確認を行ない、観測対象のピークが適切に観測できていない場合には、パラメータ調整３０４（パラメータ調整ステップ）により移動相である溶媒や試料の流速や注入量を調整しなければならない。

このときの調整画面例を図４に示す。

本発明の分析パラメータ設定画面は、カラムパラメータ設定４０１、ユニットパラメータ４０２、分析結果表示４０３、測定結果クロマトグラム表示４０４、ピーク位置を示すピークカーソル４０５を有する。

測定結果クロマトグラム表示４０４は仮測定３０２の結果を表示しており、その結果の中でピーク位置判定処理（ピーク位置検出機能）を行ない、成分のピーク位置が検出できた場合にはピークカーソル４０５によりその位置を表示する。

ピークカーソル４０５の表示は、ピークカーソル位置表示機能により行なわれる。

また、ユニットパラメータ４０２のうち、溶離液速度、カラム温度、注入量、測定レンジに係わる分析パラメータの設定値変更は、設定値を任意に入力することが可能である。ここでは、分析圧力は溶離液速度を基に自動設定される分析パラメータであり、詳細は後述する。

注入量と測定レンジは、二者択一で選択できる手段を持っている。この用途は後述する。

なお、カラムパラメータ設定４０１、ユニットパラメータ４０２（溶離液速度、カラム温度、注入量、測定レンジ）は、アナログによる表示操作機能画面に置き換えことも可能である。

本発明の特徴とする分析パラメータ設定について、図４、図５に沿って詳しく述べる。

図４に示されているピークカーソル４０５は、図５に示すように座標指示方法５０１により任意の位置へ移動することが可能である。

すなわち、その移動により当該ピーク位置は任意の位置へ移動される。このピーク位置（ピークカーソル４０５）の移動操作に伴い、分析パラメータの設定値変更の表示がカラムパラメータ設定４０１、ユニットパラメータ４０２に示される。

この分析パラメータの設定値変更は、シミュレーション機能（シミュレーションステップ）により行なわれる。逆に、カラムパラメータ設定４０１、ユニットパラメータ４０２に表示されている分析パラメータの設定値を変更することにともない、測定結果クロマトグラム表示４０４のピーク位置は移動する。このように測定結果クロマトグラム表示４０４の表示と、分析パラメータの設定値は、リンク（関連）するように構成されているので、シミュレーションが実行される。

上記ピーク位置の移動では、分析者へピークカーソルが移動可能であることを示す方法があれば良い。座標指示方法５０１の４方向へ向いている矢印は、分析者へ移動可能であることを示すためのものである。

更にパラメータ調整について、図６を引用して述べる。

パラメータ調整の一例として、最初に検出されたピーク保持時間ｔ１（６０１）を保持時間ｔ２（６０２）に移動した場合の例を図６に示している。

測定結果クロマトグラム表示が表示される表示域の範囲で、ピーク位置を移動させてパラメータ調整をする。

分析者は座標指示手段によりｔ１のピークカーソルを指示する。ピーク位置を移動できる範囲は、装置のハードウェア性能や製品仕様などにより制限を受けるため、移動不可能な範囲（移動不可能域）をハンチング６０６により示し、この範囲には移動できないことを分析者へ示す。

表示域は、移動可能域と移動不可能域を含み、この移動可能域で分析者はピーク位置を誤りなく容易に移動させることが可能である。

分析者はここでピークカーソルをピーク保持時間ｔ１（６０１）から変更後保持時間ｔ２（６０２）に移動するよう指示することができる。

パラメータ調整３０４が行なわれると、即座にシミュレーション３０５が行なわれる。

シミュレーション３０５では、ＨＰＬＣ等で一般的な、分析パラメータと分析結果の関係を元に、仮測定の結果と分析パラメータ設定値変更量から、予測される分析結果を計算により算出するものである。

図７および図８に、この計算の基となる分析パラメータと分析結果の関係の代表例を示す。

図７は溶離液速度と保持時間の関係７０１および溶離液速度と分析圧力の関係７０２であり、保持時間に対する流量および分析圧力の関係を算出するのに用いる。

また図８は試料注入量と検出量の関係８０１であり、検出量に対する注入量の関係を算出するのに用いる。

さて、図６のパラメータ調整に対するシミュレーションとして、分析者がｔ１（６０１）からｔ２（６０２）へ保持時間を変更しようとした場合の例を示す。

ｔ１（６０１）からｔ２（６０２）への保持時間の変更は図７の溶離液速度と保持時間の関係７０１では、ｔ１からｔ２の変化であり、それに対応する溶離液速度はｕ１からｕ２へと変化させなければならないことがわかる。

このため、溶離液速度６０３はｕ１からｕ２へ変更し、測定結果クロマトグラム表示６０５はｔ２／ｔ１分だけ保持時間方向に伸張した表示を、またピークカーソルは新たなピーク位置へと移動を行なう。

また、図７の溶離液速度と分析圧力の関係から、分析圧力６０４をＰ１からＰ２へ変更する。変更後の画面例を図９に示す。保持時間がｔ１からｔ２に変えられることにより、変化した溶離液速度、および分析圧力の分析パラメータ設定値が示される。

また別のシミュレーション例として、図１０に示すように、分析者が成分ピーク位置を検出量ａ１（１００１）からａ２（１００２）の位置へ高さ方向に移動した場合の例を示す。

検出量方向での変更を行なう場合、影響する分析パラメータは注入量および測定レンジの２つがある。分析者はどちらのパラメータを変更したいかを始めに示す必要がある。

このため、予め二者択一で選択できる方法により、変更したい、いづれかの分析パラメータを選択する。本例では注入量を選択した場合の例を示す。

図１０に示す通り、選択されている分析パラメータである注入量１００３には太枠が表示される。これにより選択されていることがわかる表示方法となっている。

この場合、本発明の実施例に係わる手順のシミュレーション３０５が、図８に示した試料注入量と検出量の関係８０１により結果の算出が行なわれる。

すなわち、成分ピーク位置をａ１からａ２の位置へ移動した場合、それに対応する注入量はｖ１からｖ２に変更しなければならないことがわかる。このため、注入量１００３はｖ１からｖ２へ変更し、測定結果クロマトグラム表示１００４はａ２／ａ１分だけ検出量方向に伸張した表示を行なう。変更後の画面例を図１１に示す。

本実施例では、保持時間の変更および検出量の変更を別々に示したが、実際にはピークカーソルを上下左右に自在に動かすことで、これら２つのパラメータを同時に変更させられることが望ましい。

また、この場合のシミュレーションでは、移動量を保持時間および検出量のベクトルとして分割し、各々の変更量を各分析パラメータへ反映させればよい。

また、ピークカーソルを手動で移動するのではなく、検出したピークが夫々画面上にバランス良く配置するよう、変更量を自動算出させる方法も可能である。

この一例を挙げると、測定結果クロマトグラム表示１００４のうち最後に検出されているピークを測定結果クロマトグラム表示領域の右側８０％程度に配置し、かつ最も高く検出されているピークを画面上端の８０％程度に配置する方法である。

しかし、この方法はあくまでもピーク全体が画面上に収まるよう正規化しているだけに過ぎず、観測者が観測したいピークが必ずしも観測に適するサイズで表示されるとは限らない。

このような場合には、自動算出をおこなうことはできないため、観測者が直接カーソルでピークを移動できるほうが便利である。

これらの変更が行なわれた結果を、再度ピークが適切に観測されているか？３０３(ピーク位置観察判断ステップ)で確認する。

目的とする成分ピーク位置が複数ある場合には、変更操作によって他の必要なピークが観測範囲外になっていないか等を確認する。再度修正したい場合には、パラメータ調整３０４（パラメータ調整ステップ）およびシミュレーション３０５（シミュレーション機能・シミュレーションステップ）を繰り返し、最適な結果が得られるよう分析パラメータを絞り込む。

以上の操作を繰り返し、目的とする成分のピークが適切に観測されているか？３０３(ピーク位置観察判断ステップ)が満たされた場合には、本測定３０６（本測定ステップ）を行ない、その結果を元に成分含有量の算出等有意なデータとなるようデータ処理３０７（データ処理ステップ）を行ない、結果出力３０８（結果出力ステップ）を行なう。

以上が本発明の主要な特徴である分析パラメータ設定方法である。本実施例で扱ったパラメータである溶離液速度、分析圧力、注入量の他に、カラム内充填物の粒子径やカラム温度等、結果に影響を及ぼす更に複数のパラメータが存在する。

これらを含めて本設定法を適用する場合には、図１０に示したようなパラメータ選択手段・手法を利用し、どの分析パラメータを変更するのかが一意に定まるようにする必要がある。

また、他の方向性としては、影響するパラメータが複数ある場合には、総合的な分析パラメータ設定値を勘案し結果が適切になるようなアルゴリズムを内蔵し、ユーザが選択できる幅を広げることができる可能性が考えられる。

例えば、図１０に示したように注入量１００３を選択した状態で検出量に係わるａを極端に上昇させようとして、注入量の調整範囲上限を超えた場合には、測定レンジ１００５を２倍にする等の仕組みを実装することにより、移動可能領域をより広げることができる。

同様に、保持時間の変更に対する、カラム長、粒子径などを含む複数の分析パラメータの設定値を総合的に考慮して調整する方法が考えられる。このようなアルゴリズムは本発明の主眼ではないため詳細は省略する。

次に、記録媒体について説明する。

上述した液体クロマトグラム分析装置の分析手順（分析操作手順のフロチャート）は、液体クロマトグラム分析装置に備わるコンピュータによって実行される。コンピュータを実行させるプログラムは、ＣＤＲＯＭを含む記録媒体に記録されて伝搬される。また、インタネット等の通信手段を通じてプログラムは、液体クロマトグラム分析装置のコンピュータに読み込まれ、上述したステップでの分析手順（分析操作手順のフロチャート）が実行される。

本発明の実施例に係わるもので、液体クロマトグラム分析装置の概要を示す図である。 液体クロマトグラム分析装置の標準的な分析手順（分析操作手順のフロチャート）を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、液体クロマトグラム分析装置の分析手順（分析操作手順のフロチャート）を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、分析パラメータ調整画面例を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、ピークカーソル指示状態の例を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、ピーク保持時間移動状態の例を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、分析時間と溶離液速度および分析圧力の関係を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、試料注入量と検出量の関係を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、保持時間変更後の画面例を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、ピーク検出量移動状態の例を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、検出量変更後の画面例を示す図である。

符号の説明

１０１…分析装置本体、１０２…制御部、１０３…溶媒供給部、１０４…注入部、１０５…分離部、１０６…検出部、１０７…通信処理部、１１０…溶媒、１１１…試料、１５０…操作端末部、１５１…中央処理部、１５２…主記憶部、１５３…補助記憶部、１５４…通信機器、１５５…入出力制御部、１６０…画面表示装置、１６１…文字入力装置、１６２…座標指示装置、２０１…前処理および試料準備、２０２…仮測定、２０３…ピークが適切に観測されているか？、２０４…パラメータ調整、２０５…本測定、２０６…データ処理、２０７…結果出力、３０１…前処理・試料準備、３０２…仮測定、３０３…ピークが適切に観測されているか？、３０４…パラメータ調整、３０５…シミュレーション、３０６…本測定、３０７…データ処理、３０８…結果出力、４０１…カラムパラメータ設定、４０２…ユニットパラメータ、４０３…分析結果表示、４０４…測定結果クロマトグラム表示、４０５…ピークカーソル、５０１…座標指示方法、６０１…ピーク保持時間ｔ１、６０２…ピーク保持時間ｔ２、６０３…溶離液速度、６０４…分析圧力、６０５…測定結果クロマトグラム表示、６０６…ハンチング、７０１…溶離液速度と分析時間の関係、７０２…溶離液速度と分析圧力の関係、８０１…試料注入量と検出量の関係、１００１…検出量ａ１、１００２…検出量ａ２、１００３…注入量、１００４…測定結果クロマトグラム表示、１００５…測定レンジ。

Claims (6)

1. 溶離液中に注入される試料を成分毎に分離する分離部と、分離された成分を検出測定する検出部と、検出測定された測定結果を成分の検出量および成分が検出されるまでにかかる保持時間との関係で示す測定結果クロマトグラム表示と、測定結果クロマトグラム表示が表示される表示域と、前記保持時間や前記検出量を調整する分析パラメータを備え、
   前処理試料準備ステップと、本測定での分析パラメータを逆算するため、仮設した分析パラメータを用い測定結果クロマトグラムを収集する仮測定ステップと、前記測定結果クロマトグラム表示の成分ピーク位置が適切に観測されているか否かを観察判断するピーク位置観察判断ステップと、本測定ステップを有する液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法において、
   前記表示域で前記成分ピーク位置を移動させるパラメータ調整ステップと、前記成分ピーク位置の移動に伴ない前記分析パラメータの設定値変更がシミュレーションされるシミュレーションステップと、前記シミュレーションステップを分析手順として記憶し実行する操作端末部を有し、
   前記ピーク位置観察判断ステップで前記パラメータ調整ステップと前記シミュレーションステップが実行され、
   前記分離部は複数のカラムを有し、特定のカラムに対し、溶液離速度と分析圧力の関係、溶液離速度と分析時間の関係、試料注入量と検出量の関係を前記操作端末部が保持し、分析者が望む保持時間と検出量を指定し、この望む保持時間と検出量から逆算して分析条件パラメータを算出することを特徴とする液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法。
2. 請求項１記載の液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法において、
   前記測定結果クロマトグラム表示の成分ピーク位置を検出するピーク位置検出機能を有
   することを特徴とする液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法。
3. 請求項２記載の液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法において、
   前記成分ピーク位置にピークカーソルを表示するピークカーソル表示機能を有すること
   を特徴とする液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法。
4. 請求項２記載の液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法において、
   前記成分ピーク位置に前記保持時間や前記検出量を示す方向に任意に移動できる成分ピ
   ーク位置移動機能を有することを特徴とする液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法。
5. 請求項４記載の液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法において、
   前記測定結果クロマトグラム表示が表示される表示域は、前記成分ピーク位置が移動可
   能な移動可能域と、前記成分ピーク位置が移動不可能な移動不可能域を有することを特徴
   とする液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法。
6. 請求項５記載の液体クロマトグラム分析装置の分析パラメータ設定方法において、
   前記移動可能域と前記移動不可能域が区別表示されることを特徴とする液体クロマトグ
   ラム分析装置の分析パラメータ設定方法。

Images