JP5056626B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）などの分析装置に関し、さらに詳しくは、分析対象に対して検出信号を取得する検出器と、該検出器を制御するとともに該検出器による検出信号を受領して例えば外部のコンピュータへ送出する制御装置と、を備える分析装置に関する。

液体クロマトグラフでは、吸光度検出器、蛍光検出器、示差屈折率検出器、電気伝導度検出器、など様々な種類の検出器が使用される。こうした検出器は、アナログ検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、サンプリングされたアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、デジタル化された検出信号（検出データ）を通信線路を通してシステムコントローラと呼ばれる制御装置に送る（特許文献１など参照）。Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周期が短いと時間分解能は上がるが、単位時間当たりに発生するデータ量が増加するため、通信やＣＰＵの負荷が重くなるとともに必要なメモリ容量が増加する（特許文献２など参照）。またノイズ性能は低下する。一方、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周期が長いと、通信やＣＰＵの負荷は軽いが、時間分解能が低下して急峻なピークを再現性よく検出できなくなる。そこで、従来のＬＣ用の検出器では、上記のようなメリット・デメリットを考慮して、サンプリング周期を適当な値、例えば２０msに固定している。

近年、分析のスループットの向上や溶媒の使用量削減等の要求の高まりにより、カラムにおける成分分離の高速化が進められている。これに伴い急峻な分離ピークをも検出できるように、検出器にはサンプリング周期を短くすること、つまり高速化が求められている。例えば、検出器のサンプリング周期を１０msと２０msとの２段階に切り替え可能としておくことで、分析目的に応じて、ノイズ性能よりも高速性を重視する場合には１０ms、高速性よりもノイズ性能の高さを重視する場合には２０msで動作させることができる。

ＬＣでは、試料成分の種類などによって上述のように異なる種類の検出器が使い分けられ、また複数の検出器が併用されることもある。そのため、システムコントローラには複数の検出器が接続できるようになっている。その場合、その複数の検出器には、上記のような複数のサンプリング周期に対応していない単一サンプリング周期対応のものと複数サンプリング周期対応のものとが混在することがある。システムコントローラ側から複数サンプリング周期対応の検出器のサンプリング周期の切替えを制御するには、接続されている検出器が複数サンプリング周期対応か否かを正確に識別することが必要である。従来、システムコントローラにおけるこうした識別は、検出器などの各装置毎に割り当てられている固有の装置ＩＤや検出器に組み込まれているプログラムのバージョンなどを利用して行われていた。

しかしながら、新たな種類の検出器の追加や現行の検出器での複数サンプリング周期への機能アップに際して、上記のような正確な識別を行うにはシステムコントローラ側のプログラムを最新のものとするために同時にバージョンアップを行う必要があった。システムコントローラ側からみれば、本来それ自体の不具合ではない上記のような場合における面倒なバージョンアップの作業はできるだけ避けることが望ましい。

また、吸光検出器などのように回折格子を高速に回動させながら、それと同期してサンプリング動作を行うことで２波長又は４波長におけるデータを同時に取得する２波長モード／４波長モードに対応しているか否かを識別する場合にも、同様の問題があった。

特開2007-24560号公報（図1） 特開平6-174709号公報（段落0002）

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、その主な目的は、検出器の種類やシステムコントローラ、検出器のプログラムのバージョンなどに依存することなく、複数サンプリング周期対応の有無などの検出器の形態を確実に識別することができる分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、分析対象に対する検出信号を取得する少なくとも１台の検出器と、該検出器と通信線路を介して相互に接続され、該通信線路を通して前記検出器の動作を制御する一方、該検出器で得られた検出信号を受領する制御装置と、を含み、前記検出器として、第１動作モードでのみ検出信号を得る第１形態の検出器と、第１動作モードとそれ以外の少なくとも第２動作モードとが切り替え可能であって、選択された一方の動作モードで検出信号を得る第２形態の検出器とが選択的に使用される又は併用される分析装置において、
前記第２形態の検出器は、電源投入時、通信線路を介した制御装置との接続時、又は通信開始時の少なくともいずれかのときに、通信線路を通して前記制御装置に対し、第１動作モード以外の動作モードに対応していることを示す識別情報を送出する情報送出手段を備え、
前記制御装置は、
前記通信線路を通した前記識別情報の受領の有無に基づいて、接続されている検出器が第１又は第２形態のいずれであるかを判定して、その判定結果を記憶する判定手段と、
分析実行時に、記憶した前記判定結果に基づいて前記通信線路を通して前記検出器の動作モードを設定するモード設定手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係る分析装置の典型的な例はＬＣやＧＣである。

また本発明に係る分析装置の一態様は、前記検出器が、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デジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部を有し、前記第１及び第２動作モードはそれぞれ、異なるサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行う動作モードであるものとすることができる。

また本発明に係る分析装置の別の態様は、前記検出器が、吸光度検出器、蛍光検出器、又は屈折率検出器のいずれかであり、前記第１及び第２動作モードは、それぞれ異なる波長における検出信号の取得を行う動作モードであるものとすることができる。

本発明に係る分析装置では、制御装置が通信線路を介して第２形態の検出器と接続されている場合、例えば電源投入時に、第２形態の検出器は上記識別情報を制御装置に送出する。これに対し、制御装置が通信線路を介して第１形態の検出器と接続されている場合、第１形態の検出器は上記識別情報を送出しない。なお、制御装置には複数の検出器の接続が許容される。第１形態の検出器と第２形態の検出器とが同一の制御装置に接続されている場合には、例えば電源投入時に、第２形態の検出器からは上記識別情報が制御装置に送られるが、第１形態の検出器からは識別情報の送出はない。

制御装置において判定手段は、上記識別情報が受領されれば接続先の検出器が第２形態であり、上記識別情報が受領されなければ接続先の検出器が第１形態であると判定し、その判定結果を記憶する。分析実行時に制御装置は、モード設定手段が上記判定結果に基づいて、第２形態の検出器に対してはユーザの指示等に応じて第１又は第２動作モードを切り替えて設定するのに対し、第１形態の検出器に対しては動作モードの設定を行わない（動作モードを設定せずとも唯一の第１動作モードで動作する）。

本発明に係る分析装置によれば、検出器の種類や制御装置（システムコントローラ）、検出器のプログラムのバージョンなどに依存することなく、制御装置は接続されている１乃至複数の検出器の形態、例えば複数サンプリング周期対応であるか否かを確実に認識することができ、それに基づいて各検出器を適切に制御することができる。したがって、これまで使用されていなかった新たな検出器が制御装置に接続された場合でも、制御装置や既存の検出器のプログラムを更新しなくてもよく、ユーザの分析作業の手間が軽減される。また、プログラムのバージョンアップができない環境の下でも、適切な分析を実行することが可能となる。

以下、本発明に係る分析装置の一実施例である液体クロマトグラフについて、添付の図面を参照して説明する。図１は本実施例による液体クロマトグラフの概略構成図である。

図１において、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５へと送給する。インジェクタ３はシステムコントローラ１０からの供給される制御信号に応じ、所定の時点で試料液を移動相中に注入する。試料液は移動相の流れに乗ってカラム５に送り込まれ、カラム５を通過する間に試料液中の各種成分は分離される。カラム５はカラムオーブン４内に収容されており、一定温度に又は所定の昇温プログラムに従って温調される。カラム５からの溶出液は流路切替バルブ６により一方の流路に流され、併設された２つの検出器７Ａ、７Ｂのいずれか一方に導入される。検出器７Ａ、７ＢはいずれもＡ／Ｄ変換部を含み、溶出液中の試料成分を検出した検出信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングされたアナログ値をデジタル値に変換した後の検出データを出力する。検出器７Ａ、７Ｂ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、蛍光検出器、電気伝導度検出器などである。

システムコントローラ１０は、送液ポンプ２、インジェクタ３、カラムオーブン４、検出器７Ａ、７Ｂなどの動作を制御するとともに、検出器７Ａ、７Ｂからそれぞれ検出データを受け取ってこれをバッファリングし、データ処理を実行するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１に転送する機能を有する。操作部１２や表示部１３が付設されたＰＣ１１には専用の制御・処理ソフトウエアが搭載されており、このソフトウエアを実行することでＬＣ分析の集中的な条件設定、データ処理、データ管理などの機能が達成される。システムコントローラ１０とＰＣ１１との間はＬＡＮなどの通信線により相互に接続され、システムコントローラ１０と検出器７Ａ、７Ｂなどの各部との間はそれぞれ信号線で接続されている。この信号線として、電気的には絶縁された光ケーブルなどを用いることにより、通電中にも検出器などの各装置の追加接続を無理なく行うことができる。

この例では、検出器７Ａは２０msのサンプリング周期のみに対応する単一サンプリング周期対応型の検出器（本発明における第１形態の検出器）であり、検出器７Ｂは１０msと２０msとの２つのサンプリング周期に対応可能な複数サンプリング周期対応型の検出器（本発明における第２形態の検出器）であるものとする。検出器７Ａ、７Ｂはそれぞれ、システムコントローラ１０との間で通信を行う通信機能、システムコントローラ１０から送られてくる制御信号を解読して内部動作を制御する制御機能、検出データを所定形式に整えて出力する出力機能、などを実現するためのＣＰＵ及びプログラムを備える。

次に、本実施例の液体クロマトグラフにおいて、検出器７Ａ、７Ｂ、システムコントローラ１０、及びＰＣ１１により実行される特徴的な動作を図２を参照して説明する。図２は、検出器７Ａ（又は７Ｂ）とシステムコントローラ１０との間で送受される信号を時間経過に従って記載したフロー図である。

システムコントローラ１０は外部ユニット接続コネクタ（図示せず）に対し、定期的に１バイトの接続確認データ［０ｘ９３］を送出する。外部ユニット接続コネクタに信号線を介して検出器７Ａ又は７Ｂが接続されている場合、検出器７Ａ又は７Ｂがこの接続確認データ［０ｘ９３］を受信すると、１バイトの確認応答データ［０ｘ７３］を信号線を通してシステムコントローラ１０に返信する。これは、検出器７Ａ、７Ｂに限らず他のユニット、例えばカラムオーブン４でも同様である。システムコントローラ１０は接続確認データ［０ｘ９３］を送出した後に所定時間をカウントし、所定時間内に確認応答データ［０ｘ７３］が戻って来なければ、その外部ユニット接続コネクタに何も接続されていないと判断する。反対に、所定時間内に確認応答データ［０ｘ７３］が戻って来れば、その外部ユニット接続コネクタに何らかのユニットが接続されていると判断し、後述のデータの到来を待つ。

検出器７Ａ、７Ｂは確認応答データ［０ｘ７３］の送出に引き続き、次のような装置情報データを信号線を通してシステムコントローラ１０に送出する。複数サンプリング周期対応型の検出器７Ｂにおいて、装置情報データは２６バイト長であり、その内容は１バイトのヘッダ［０ｘＦＦ］、１バイトの装置ＩＤ、４バイトのサブＩＤ、４バイトの複数サンプリング対応フラグ、１６バイトの装置名データ、から成る。一方、単一サンプリング周期対応型の検出器７Ａでは、装置情報データは１バイトのヘッダ［０ｘＦＦ］、１バイトの装置ＩＤ、から成る２バイトのみである。装置ＩＤは装置毎に一意に定められているＩＤであり、ここで検出器７Ｂの装置ＩＤは［０ｘ３３］であるとする。サブＩＤは装置ＩＤに関連した付加的な情報である。複数サンプリング対応フラグは、複数サンプリング周期対応の場合にその最下位ビット（ｂｉｔ０）を「１」にセットするものである。装置名は装置名称をＡＳＣＩＩコードで表したものであり、最後はｎｕｌｌとする。この例では、検出器７Ｂの装置情報データは［０ｘＦＦ＋０ｘ３３＋００／００／００／００／＋００／００／００／０１＋’装置名（７文字）／ｎｕｌｌ ｘ９］である。

システムコントローラ１０は上記装置情報データを受信し、装置ＩＤにより検出器であることを認識し、さらに、複数サンプリング対応フラグの有無により複数サンプリング周期対応型であるか単一サンプリング周期対応型であるのかを識別する。その後、システムコントローラ１０は２バイトの受信応答データ［０ｘＦＥ＋０ｘ３３］を送出し、これによって通信線を介した通信リンクが正常に確立される。これ以降、システムコントローラ１０は各種の制御コマンドを各検出器７Ａ、７Ｂにそれぞれ送信し、これを受けた各検出器７Ａ、７Ｂはそれぞれ内部状態の設定を実行する。

またシステムコントローラ１０は通信リンクが確立されると、ＰＣ１１に対してサンプリング周期対応状況などを含めた検出器７Ａ、７Ｂの情報を通知する。ＰＣ１１はこの情報を受けて、表示部１３に表示する検出器７Ｂの条件設定画面において１０ms／２０msのサンプリング周期選択メニューを表示するようにし、検出器７Ａの条件設定画面においてはサンプリング周期が２０ms固定であることを示す表示を行うようにする。

分析条件の設定に際しオペレータは、検出器７Ｂの条件設定画面において１０ms又は２０msのいずれかのサンプリング周期を選択することが可能である。特に選択操作を行わない場合には、例えばデフォルトである２０msが選択されるようにするか、或いは、直近の時点における選択に従うようにしてもよい。オペレータが検出器７Ｂについて１０ms／２０msのいずれかを選択してその選択を確定させると、ＰＣ１１からシステムコントローラ１０に分析条件の１つとして、上記サンプリング周期の選択情報が送られる。

システムコントローラ１０はそのサンプリング周期選択情報に応じて、サンプリング周期の切替えを行うために、「AD Sampling=20」又は「AD Sampling=10」に相当する制御コマンドを検出器７Ｂに対し送信する。検出器７Ｂはこの制御コマンドに従ってＡ／Ｄ変換部におけるサンプリング周期を切り替える。一方、検出器７Ａはもともとこうしたサンプリング周期切替えの機能を有さないから、サンプリング周期設定のための制御コマンドは不要であるが、「AD Sampling=20」に相当する制御コマンドを送信するように定めてもよい。

また、上記のようにサンプリング周期が切り替えられると、検出器７Ｂから出力される検出データの量も変わる。そこで、検出器７Ｂからシステムコントローラ１０へ検出データを送信する際のデータ送信形式も、サンプリング周期の切替えに応じて変更するとよい。具体的には、その検出データがいずれのサンプリング周期で得られたものかを示すように、識別コードを付して検出データを送信するように変更することができる。

前述のように、システムコントローラ１０は定期的に各外部ユニット接続コネクタに接続確認データ［０ｘ９３］を送出し、何らかのユニットの接続確認を行う。したがって、システムコントローラ１０と検出器７Ａ、７Ｂとが接続された状態で電源が投入されると、電源投入後に速やかに接続の有無が確認され、検出器７Ａ、７Ｂの形態の識別が実施される。また、通電中にシステムコントローラ１０と検出器７Ａ、７Ｂとが接続されると、その接続作業後に速やかに接続の有無が確認され、検出器７Ａ、７Ｂの形態の識別が実施される。

以上のように、本実施例の液体クロマトグラフによれば、検出器の種類に依らず、またシステムコントローラや既存の検出器に組み込まれているプログラムのバージョンに依らず、検出器がサンプリング周期１０ms／２０ms切替え対応であるか、或いは２０msのみのサンプリング周期対応であるかを速やかに且つ確実に識別することができる。さらに、制御系統においてシステムコントローラの上位にあるＰＣにおいて、サンプリング周期切替えの設定をユーザが行えるような表示を自動的に行うことができ、その設定に応じて検出器のサンプリング周期を適切に切り替えることもできる。

なお、上記実施例では、検出器のＡ／Ｄ変換部におけるサンプリング周期の切替えが１０ms、２０msの２種類だけの場合について説明したが、さらに多種類のサンプリング周期の切替えに対応可能とすることができる。例えば、このような多種類のサンプリング周期の切替えに対応した検出器は、装置情報データとして、上述した２６バイト長、つまりヘッダ［０ｘＦＦ］＋装置ＩＤ＋サブＩＤ＋複数サンプリング対応フラグ＋装置名データの連なったデータの後に、図３（ａ）に示したようなサンプリング情報データを付加することとする。サンプリング情報データは、先頭の１バイトがサンプリング時間種類数を示し、それに続く各バイトが、msを単位とするサンプリング周期を示すものとする。図３（ｂ）は、サンプリング周期が１、５、１０、２０、５０msの５種類の場合の例である。このように対応可能なサンプリング周期を数値で全てシステムコントローラ１０に通知するようにしておけば、様々な形態の検出器への対応が容易になる。

また、上記実施例は、検出器のサンプリング周期が単一である場合と複数である場合との識別を可能としたものであるが、同様の手法を利用して、検出器の他の動作モードの識別を行うこともできる。例えば、吸光検出器、蛍光検出器、示差屈折率検出器などの分光を利用した検出器では、或る１つの波長における検出信号を得る単波長型のほかに、２波長対応型、４波長対応型、などがある。こうした複数の波長における同時検出は、回動自在の回折格子を高速で動作させつつ同期してＡ／Ｄ変換部で検出信号のサンプリングを行うことで実現される。こうした複数波長対応型であるか否かの識別についても、上述した４バイト長の複数サンプリング対応フラグの最下位ビット以外のビットを利用して行うことができる。

さらにまた、例えば蛍光検出器などにおいては、蛍光波長、励起光波長、信号強度の ３次元データを収集する３次元モード（特願2008-022529号参照）に対応したものもあるが、そうした３次元モードの対応の有無も同様の手法を利用して識別可能とすることができる。この場合にも、上述した４バイト長の複数サンプリング対応フラグの最下位ビット以外の他のビットを利用して行うことができる。

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分析装置を液体クロマトグラフに適用したものであるが、ガスクロマトグラフなどの他の分析装置にも適用できることも当然である。

本発明の一実施例である液体クロマトグラフの概略構成図。 本実施例の液体クロマトグラフにおける特徴的な動作を説明するためのフロー図。 サンプリング情報データの一例を示す模式図。

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…カラムオーブン
５…カラム
６…流路切替バルブ
７Ａ、７Ｂ…検出器
１０…システムコントローラ
１１…パーソナルコンピュータ
１２…操作部
１３…表示部

Claims (3)

1. 分析対象に対する検出信号を取得する少なくとも１台の検出器と、該検出器と通信線路を介して相互に接続され、該通信線路を通して前記検出器の動作を制御する一方、該検出器で得られた検出信号を受領する制御装置と、を含み、前記検出器として、第１動作モードでのみ検出信号を得る第１形態の検出器と、第１動作モードとそれ以外の少なくとも第２動作モードとが切り替え可能であって、選択された一方の動作モードで検出信号を得る第２形態の検出器とが選択的に使用される又は併用される分析装置において、
   前記第２形態の検出器は、電源投入時、通信線路を介した制御装置との接続時、又は通信開始時の少なくともいずれかのときに、通信線路を通して前記制御装置に対し、第１動作モード以外の動作モードに対応していることを示す識別情報を送出する情報送出手段を備え、
   前記制御装置は、
   前記通信線路を通した前記識別情報の受領の有無に基づいて、接続されている検出器が第１又は第２形態のいずれであるかを判定して、その判定結果を記憶する判定手段と、
   分析実行時に、記憶した前記判定結果に基づいて前記通信線路を通して前記検出器の動作モードを設定するモード設定手段と、
   を備えることを特徴とする分析装置。
2. 請求項１に記載の分析装置であって、
   前記検出器は、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デジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部を有し、前記第１及び第２動作モードはそれぞれ、異なるサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行う動作モードであることを特徴とする分析装置。
3. 請求項１に記載の分析装置であって、
   前記検出器は、吸光度検出器、蛍光検出器、又は屈折率検出器のいずれかであり、前記第１及び第２動作モードは、それぞれ異なる波長における検出信号の取得を行う動作モードであることを特徴とする分析装置。

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