JP5533806B2 - 液体クロマトグラフ用制御装置及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、液体クロマトグラフの動作を制御するための制御装置、及び該制御装置において用いられるプログラムに関する。
液体クロマトグラフは、オートサンプラ、ポンプ、カラムオーブン等の複数のユニットから構成されており、制御装置からの制御信号に従って各ユニットの動作が制御される。
近年、こうした液体クロマトグラフにおいても、各分析ユニットを統括的に制御したり採取されたデータを処理したりするために、パーソナルコンピュータに所定の制御/処理プログラムをインストールした制御装置が広く利用されている。こうした制御装置では、分析の開始に先立ってスケジュールテーブルを作成しておくことにより、多検体の連続分析などを自動的に行うことができるようになっている(例えば特許文献1を参照)。
図7は液体クロマトグラフ分析におけるスケジュールテーブルの一例である。このテーブル上では1行が1回の分析に対応しており、1行中に、その分析を実行するのに必要な情報として、試料番号、試料の注入量、メソッドファイル名、及び分析結果を保存する際のデータファイル名などが記述される。なお、メソッドファイルとは、液体クロマトグラフを構成する各ユニットの動作条件(以下、「分析メソッド」と呼ぶ)を規定したファイルであり、例えば、分析時に使用する移動相やカラムの種類、分析時におけるポンプの流量やカラムオーブンの温度といった各種のパラメータが記述されている。
以上のようなスケジュールテーブルが作成された上で分析の開始が指示されると、そのスケジュールに従って順次試料が選択されるとともに分析条件が設定され、多数の試料の分析が自動的に実行される。
こうした液体クロマトグラフにおいて、1つの試料に対して様々な条件での分析を行って該試料に最適な分析条件を探索することが行われることがある。これをメソッドスカウティングと呼ぶ。こうしたメソッドスカウティングでは、ユーザが予め上記の各種パラメータを様々に組み合わせた複数種類のメソッドファイルを作成し、更に、図7のようなスケジュールテーブルの各行でそれぞれ異なるメソッドファイルを指定し、各行の試料名および試料注入量は同一として分析の開始を指示する。これにより、各行のメソッドファイルの記述に従った種々の条件での分析が順次実行される。また、分析結果であるクロマトグラムデータは各分析毎にそれぞれ1つのデータファイルに格納され、ハードディスクドライブ等の記憶装置に保存される。ユーザは該記憶装置に保存されたクロマトグラムデータを参照し、最適な分析結果が得られた時の分析条件を該試料の分析に適用する分析メソッドとして決定する。
ところで、液体クロマトグラフの分析手法の1つとしてグラジエント送液法がある。これは、例えば水と有機溶媒といった性質の異なる複数の溶媒を混合し、その混合比率を時間経過に伴って変化させた移動相液をカラムに送るものであり、多成分を含む試料の各成分の分離を良好に行うのに特に有用である。
グラジエント送液法による分析(以下、「グラジエント分析」と呼ぶ)を行う場合、ユーザは前記メソッドファイルに含める分析パラメータの1つとして、例えば図6に示すようなグラジエントプロファイルを設定する。グラジエントプロファイルは分析開始からの時間経過に伴う移動相組成の目標値を示すものである。図6の例は、溶媒Aと溶媒Bの混合液を移動相としたグラジエント分析のプロファイルであり、移動相組成を前記混合液中における溶媒Bの比率で表している。なお、溶媒Aとしては、溶出力の弱い溶媒(例えば、逆相モードの場合は極性が高い溶媒)が用いられ、溶媒Bとしては、溶出力の強い溶媒(例えば、逆相モードの場合は極性が低い溶媒)が用いられる。まず、時刻t0で試料が注入されてから所定の時間が経過するまでの間(時刻t0〜t1)は、溶媒Bの比率が低い状態が維持され、これにより試料中の各成分が一旦カラムに吸着される。その後、時間経過に比例して溶媒Bの比率が上昇し(時刻t1〜t2)、これにより前記各成分がその特性(例えば極性)に応じて順次カラムから溶出される。続いて、一定時間(時刻t2〜t3)にわたって溶媒Bの比率が高い状態が維持されてカラム内に残留していた成分がカラムから排出された後、再び初期の移動相組成に戻され、その状態が更に一定時間維持されて(時刻t3〜t4)カラム内が平衡化される。
以下では上記の時刻t0〜t1に相当する工程を試料導入工程と呼び、時刻t1〜t2に相当する工程をグラジエント工程、時刻t2〜t3に相当する工程を洗浄工程、時刻t3〜t4に相当する工程を平衡化工程と呼ぶ。なお、上記の試料導入工程を省略し、試料の注入と同時にグラジエント工程を開始する場合もある。
特開2005-127814号公報
上記の通り、グラジエント分析では、グラジエント工程の後に洗浄工程が実行されてカラム内が洗浄され、更に、平衡化工程によりカラム内が平衡化される。しかしながら、同一試料に対し同一条件でのグラジエント分析を複数回に亘って連続的に行った場合、1回目の分析と2回目以降の分析とでは、各成分の保持時間にずれが生じる。例えば、図8は同一試料に対して同一条件によるグラジエント分析を3回連続で行った結果を重畳したものであり、2回目と3回目の分析で得られたクロマトグラム(太線)は完全に一致しているが、1回目の分析で得られたクロマトグラム(細線)と他のクロマトグラムとではピークの出現時刻(保持時間)が異なっている。
こうした保持時間のずれは、1回目の分析と2回目以降の分析とで分析開始時におけるカラムの平衡状態が異なっていることに起因している。そのため、グラジエント分析において適切な分析結果を得るためには、同一条件で連続的に複数回の分析を行って2回目以降のデータを採用する必要がある。このような場合において、2回目以降の分析を実分析と呼び、1回目の分析を空分析と呼ぶこととする。
従って、上述のメソッドスカウティングにおいて様々なグラジエントプロファイルによる複数回の分析を行うような場合、各グラジエントプロファイルによる実分析を行う前に、その都度、該実分析と同一のグラジエントプロファイルを用いた空分析を行う必要があるため一連の分析が完了するまでに長時間を要するという問題があった。
また、メソッドスカウティングでは多様な分析条件の検討を行うため、一般的に分析数が多くなる傾向がある。そのため、分析結果として多数のデータファイルが生成されるので、データファイルを開いてみないと各ファイルがどの条件での分析結果であるのかが把握できない状態となるという問題もあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第1の目的とするところは、様々なグラジエントプロファイルによるグラジエント分析を連続的に行う場合において、一連の分析に要する時間を短縮することのできる液体クロマトグラフ用制御装置を提供することにある。また、第2の目的とするところは、多数のデータファイルが生成された場合でも各データファイルがどのような条件での分析結果であるかをユーザが容易に判別可能な液体クロマトグラフ用制御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に係る液体クロマトグラフ用制御装置は、移動相を構成する複数の溶媒の混合比を時間的に変化させつつクロマトグラフ分析を行うグラジエント分析機能を備えた液体クロマトグラフの動作を制御する液体クロマトグラフ用制御装置であって、
a)試料の分析の際に前記溶媒の混合比を開始混合比から終了混合比まで連続的に変化させると共に、前記試料の分析の前に、該試料の分析時よりも速い速度で前記溶媒の混合比を前記開始混合比から前記終了混合比まで連続的に変化させる予備送液を実行するように前記液体クロマトグラフを制御する混合比制御手段、
を有することを特徴としている。
ここで、前記「試料の分析」が上述の実分析に相当し、「予備送液」が上述の空分析に相当する。
更に、前記本発明に係る液体クロマトグラフ用制御装置は、
b)複数回のグラジエント分析の結果を各分析毎にそれぞれ1つのデータファイルに格納する分析結果格納手段と、
c)各グラジエント分析に使用されたカラムの名称、溶媒の名称、前記開始混合比、及び前記終了混合比の少なくともいずれかを含んだファイル名を、その分析の結果が格納されるデータファイルに付与するデータファイル名自動付与手段と、
を備えたものとすることが望ましい。
上記構成から成る本発明に係る液体クロマトグラフ用制御装置によれば、空分析(予備送液)に要する時間を従来よりも短くすることができる。そのため、上述のメソッドスカウティングのように複数回のグラジエント分析を行う場合において一連の分析に要する時間を短縮することが可能となる。
また、上記のデータファイル名自動付与手段を備えた構成とすれば、各データファイルがどの条件での分析結果であるかをユーザがファイルを開くことなく容易に判別できるようになる。
本発明の一実施例に係る制御装置を備えた液体クロマトグラフの概略構成図。 同実施例に係る制御装置の動作を示すフローチャート。 メソッドスカウティングにおけるスケジュールテーブルの一例を示す図であって、(a)は従来の装置によるものであり、(b)は本実施例の装置によるものである。 空分析及び実分析の実行時における移動相組成変化のタイムチャートであって、(a)は従来の装置によるものであり、(b)は本実施例の装置によるものである。 本実施例の装置による効果を説明するための模式図。 グラジエントプロファイルの一例を示す図。 従来のスケジュールテーブルを示す図。 同一試料に対して同一条件によるグラジエント分析を3回連続で行った結果を示すクロマトグラム。
本発明に係る液体クロマトグラフ用制御装置の一実施例を、図面を参照して説明する。図1は本実施例による制御装置を備えた液体クロマトグラフの概略構成図である。
この液体クロマトグラフは、送液部10、オートサンプラ20、カラムオーブン30、検出部40、これら各部をそれぞれ制御するシステムコントローラ50、システムコントローラ50を通して分析作業を管理したり検出部40で得られたデータを解析・処理したりする制御装置60、制御装置60に接続されたキーボードやマウスから成る操作部71、ディスプレイから成る表示部72などを備える。
送液部10は、送液ポンプPによって吸引された溶媒Aと、送液ポンプPによって吸引された溶媒Bとをグラジエントミキサー17によって混合した上でカラムへと送出するものであり、更に、送液ポンプP、Pにはそれぞれ溶媒切替バルブ15、16及び脱気ユニット13、14を介して4つの溶媒容器が接続されている。このうち、送液ポンプPに接続された溶媒容器11a〜11dには例えば水系の溶媒(即ち水を主成分とする溶媒)が収容されており、溶媒切替バルブ15の切り替えにより、これら4つの溶媒容器11a〜11dの内の1つが選択されて該容器内の溶媒が前記溶媒Aとして送液ポンプPにより吸引される。一方、送液ポンプPに接続された溶媒容器12a〜12dには例えば有機系の溶媒(即ち有機溶媒を主成分とする溶媒)が収容されており、溶媒切替バルブ16の切り替えにより4つの溶媒容器12a〜12dの内の1つが選択されて該容器内の溶媒が前記溶媒Bとして送液ポンプPにより吸引される。これら送液ポンプP、Pの流量は時間経過に伴ってそれぞれ変化するように制御することが可能であり、これによって溶媒A、Bの混合比率が時間的に変化するグラジエント方式の送液を行うことができる。カラムオーブン30は、6つのカラム32a〜32f、及びこれらのカラムのいずれか1つを選択的に移動相の流路に接続するための流路切替部31、33を内装している。検出部40には例えばPDA検出器などの検出器41が設けられている。
制御装置60は、記憶部61、分析条件設定部62、スケジュールテーブル作成部63、分析制御部64、及びデータ処理部65を機能ブロックとして含んでいる。制御装置60の実体はパーソナルコンピュータであり、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/処理ソフトウエアを実行することにより後述するような各種機能が達成される。なお、前記の分析制御部64が本発明における混合比制御手段に相当し、データ処理部65が本発明における分析結果格納手段およびデータファイル名自動付与手段に相当する。
上記の液体クロマトグラフを用いた1回のグラジエント分析における標準的な分析動作は次の通りである。即ち、制御装置60の分析制御部64から指示を受けたシステムコントローラ50の制御の下で、溶媒切替バルブ15、16がそれぞれ1つの溶媒容器を選択し、送液ポンプP、Pが前記溶媒容器から所定の流量で以て溶媒を吸引する。送液ポンプPで吸引された溶媒Aと送液ポンプPで吸引された溶媒Bは、グラジエントミキサー17によって均一に混合され、混合後の移動相は、オートサンプラ20を介してカラムへと流入する。オートサンプラ20には1つ以上の試料瓶(バイアル)が搭載されたラックがセットされており、システムコントローラ50の制御の下に所定の試料を選択してこれを採取し、所定のタイミングで以て該試料を移動相中に注入する。この試料は移動相に乗ってカラム32a〜32fのいずれかに導入される。
このとき、図6のグラジエントプロファイルに示すように、試料の注入から所定の時間が経過するまでの間は、溶媒Bの比率が低く、溶媒Aの比率が高い状態となるように送液ポンプP、Pの流量が制御される(時刻t0〜t1:試料導入工程)。溶媒Aとしては、溶出力の弱い溶媒が用いられるため、これにより試料中の各成分が一旦カラムに吸着する。続いて、送液ポンプP、Pの流量を時間経過に従って変化させて溶媒Bの比率を上げていく(時刻t1〜t2:グラジエント工程)。溶媒Bとしては、溶出力の強い溶媒が用いられるため、これによりカラムに吸着していた各成分がその極性に応じて順次カラムから溶出されて検出部40に導入される。
そして、検出部40に設けられた検出器41によって各成分が順次検出され、その濃度に応じた検出信号をデジタル化したデータがシステムコントローラ50を介して制御装置60へ送られる。制御装置60では受け取ったデータをハードディスク等の記憶装置上に設けられた記憶部61に格納するとともに、データ処理部65で所定の処理を行ってクロマトグラムを作成し表示部72の画面上に表示する。その後、溶媒Bを一定時間高濃度で送液することによりカラムを洗浄し(時刻t2〜t3:洗浄工程)、再び初期の移動相組成に戻してカラムを一定時間平衡化する(時刻t3〜t4:平衡化工程)。
次に、本実施例の液体クロマトグラフ用制御装置における特徴的な動作として、メソッドファイル及びスケジュールテーブルの作成時の動作について図2のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、ユーザが操作部71を操作して、グラジエント分析によるメソッドスカウティングを行う旨を分析条件設定部62に入力する。これにより、表示部72の画面上に所定の設定画面(図示略)が表示されるので、分析対象とする試料名とその注入量、溶媒Aとして使用する溶媒の種類、溶媒Bとして使用する溶媒の種類、カラムの種類をそれぞれ前記設定画面上でユーザが選択する(ステップS11)。
前記の設定画面での設定が完了すると、続いて表示部72の画面上にグラジエント条件入力画面(図示略)が表示されるので、ユーザは1回のグラジエント分析に適用するグラジエント条件を設定する。ここで、グラジエント条件とは、上述の試料導入工程、グラジエント工程、洗浄工程、及び平衡化工程の実行時間、グラジエント工程の開始時における移動相の組成、グラジエント工程の終了時における移動相の組成、及び前記洗浄工程における移動相の組成であり、ユーザがこれらの値を入力すると、前記分析条件設定部62により、図6のようなグラジエントプロファイルが作成される(ステップS12)。ここで、前記グラジエント工程の開始時における移動相の組成が本発明における開始混合比に相当し、グラジエント工程の終了時における移動相の組成が本発明における終了混合比に相当する。なお、前記移動相の組成は、例えば混合後の移動相液(即ち溶媒A+溶媒B)における溶媒Bの比率によって指定することができる。
その後、ユーザが操作部71からメソッドファイルの作成を指示すると、以上で設定した内容に基づいて、1つのメソッドファイルが生成され、記憶部61に保存される(ステップS13)。このメソッドファイルには、上記のステップS11で入力された溶媒A、Bの種類やカラムの種類などのパラメータと、ステップS12で作成されたグラジエントプロファイルが記述される。
その後、上記のステップS12及びS13を繰り返し実行することにより、メソッドスカウティングにおいて実行しようとする複数回のグラジエント分析について、それぞれグラジエントプロファイル及びメソッドファイルを作成する。以上により、グラジエントプロファイルのみが異なり、その他のパラメータは同一である複数のメソッドファイルが生成される。
なお、ここでは、各分析におけるグラジエントプロファイルをユーザが1つずつ入力設定するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、基本となるグラジエント条件と、前記グラジエント工程の開始時及び終了時における移動相組成をそれぞれ何段階に変更するか、及び前記変更の1段階毎に移動相組成をどれだけ変更するかをユーザに指定させるようにし、分析条件設定部62が、前記基本となるグラジエント条件から前記グラジエント工程の開始時及び終了時の移動相組成を段階的に変更した複数種類のグラジエントプロファイルを作成し、更に各グラジエントプロファイルを含んだ複数のメソッドファイルを自動的に作成して記憶部61に記憶させる構成としてもよい。
実行しようとする全てのグラジエントプロファイルについてメソッドファイルの作成が完了したら(即ち、ステップS14でYes)、続いて、ユーザが操作部71で所定の操作を行うことによりスケジュールテーブル作成部63へスケジュールテーブルの作成を指示する。これにより、図3(b)に示すようなスケジュールテーブルが作成され表示部72の画面上に表示される。該テーブル上では1行が1回のグラジエント分析に対応しており、1行中に、その分析を実行するのに必要な情報として試料名、試料注入量、メソッドファイル名、データファイル名などが記述される。
このとき、従来の装置では、図3(a)に示すように、同一のメソッドファイルを使用した分析が連続して2行ずつ登録され、1行目が空分析、2行目が実分析とされる。なお、空分析では試料の導入を行う必要はないため、空分析に対応する行には試料名及び試料注入量は記述されない。これに対し、本実施例の装置では、図3(b)に示すように、実分析の行の前に試料の導入を行わない空分析の行が登録されている点は同じであるが、空分析の行には実分析の行と異なるメソッドファイル名が記述されている。ここで、空分析の行で指定されているメソッドファイル(例えば「メソッドファイル1’」)は、該空分析に対応した実分析の行で指定されているメソッドファイル(例えば「メソッドファイル1」)に基づいて作成されたものであり、両メソッドファイルは、グラジエントプロファイルにおけるグラジエント工程の実行時間以外は全て同一内容となっている。
図4(b)にこれらの空分析及び実分析の連続実行時における移動相組成変化のタイムチャートの例を示す。これは、メソッドファイル1’に記載されたグラジエントプロファイル(左側)とメソッドファイル1に記載されたグラジエントプロファイル(右側)を並べたものに相当する。なお、この例では試料導入工程が省略されている。同図に示すように空分析のグラジエントプロファイルと実分析のグラジエントプロファイルでは、洗浄工程と平衡化工程の実行時間と移動相組成、及びグラジエント工程の開始時及び終了時の移動相組成は同一であるが、グラジエント工程の実行時間は実分析に比べて空分析の方が短くなっている(そのため、グラジエント工程における移動相の組成変化の勾配が急峻となっている)。具体的には、洗浄工程及び平衡化工程は、実分析と空分析の双方においてそれぞれ3分及び2分であるが、グラジエント工程は、実分析で5分であるのに対して空分析では1分となっている。従って、この例では、図4(a)に示すように空分析と実分析で同一のグラジエントプロファイルを適用する場合に比べ、空分析の開始から実分析の終了までに要する時間を4分短縮することができる。
更に、メソッドスカウティングでは、図5に示すように、こうした空分析と実分析の組合せが連続的に複数セット実行されるため、各空分析に要する時間を上記のように短縮することにより、分析全体に要する時間を大幅に短縮することができる。
なお、上記のような空分析用のメソッドファイル(メソッド1’、メソッド2’…)は、スケジュールテーブルの作成指示が入力された時点で、分析条件設定部62によって自動的に生成されて、記憶部61に保存される。この空分析用の各メソッドファイルはそれぞれステップS13で生成されたメソッドファイルに基づいて生成されるが、その際、空分析におけるグラジエント工程の実行時間を実分析に比べてどの程度短縮するか(例えば、実分析より3分短くする、又は実分析の20%とするなど)は予めユーザによって設定されて記憶部61に記憶される。
また、上記の通り、スケジュールテーブルの各行には、分析結果を保存する際のデータファイル名が記述される。従来の装置では、データファイル名として通し番号等が記述されていたが、本実施例の装置では図3(b)に示すような分析条件を表したファイル名が自動的に記述される。図3(b)の例の場合、データファイル名は、(プレフィックス)_(カラム名)_(溶媒Aの名称)_(溶媒Bの名称)_(グラジエント工程開始時の溶媒Bの組成比)_(グラジエント工程終了時の溶媒Bの組成比)となっている。このうち、プレフィックスは各行で共通しており、予めユーザが設定しておいた任意の文字列が入力される。また、プレフィックス以外の部分はその行に記載されたメソッドファイルの記述に基づいて適当な文字列が入力される。
その後、ユーザが所定の操作を行って分析の開始を指示すると、該スケジュールテーブルに従った自動分析が開始され、様々なグラジエントプロファイルによるグラジエント分析が順次実行される。
各分析の結果として得られるクロマトグラムデータは分析毎にそれぞれ1つのデータファイルに格納され、各データファイルには、前記スケジュールテーブルの対応する行に記述されたデータファイル名が付与される。これにより、各データファイルがどの条件での分析結果であるかを、ユーザがファイルを開くことなく容易に判別できるようになる。
なお、上記の図3(b)の例では、実分析の行とそれに対応する空分析の行には同一のデータファイル名が記述されているため、空分析の実行により生成されたデータファイルは、直後に実行される実分析のデータファイルによって上書きされることとなる。しかしながら、空分析の結果をユーザが参照する可能性は低いため特に問題はない。また、例えばファイル名の末尾に空分析と実分析の区別を表す文字列が付与されるようにして、空分析の結果と実分析の結果とがそれぞれ異なるデータファイル名で保存されるようにしてもよい。あるいは、空分析のデータファイル名には従来通り通し番号等を付与するようにして、空分析のデータファイルと実分析のデータファイルをユーザが容易に区別できるようにしてもよい。また、空分析のデータファイルと実分析のデータファイルの保存場所を分けてもよい。
10…送液部
11a〜11d、12a〜12d…溶媒容器
、P…送液ポンプ
15、16…溶媒切替バルブ
17…グラジエントミキサー
20…オートサンプラ
30…カラムオーブン
32a〜32f…カラム
40…検出部
41…検出器
50…システムコントローラ
60…制御装置
61…記憶部
62…分析条件設定部
63…スケジュールテーブル作成部
64…分析制御部
65…データ処理部
71…操作部
72…表示部

Claims (3)

  1. 移動相を構成する複数の溶媒の混合比を時間的に変化させつつクロマトグラフ分析を行うグラジエント分析機能を備えた液体クロマトグラフの動作を制御する液体クロマトグラフ用制御装置であって、
    a)試料の分析の際に前記溶媒の混合比を開始混合比から終了混合比まで連続的に変化させると共に、前記試料の分析の前に、該試料の分析時よりも速い速度で前記溶媒の混合比を前記開始混合比から前記終了混合比まで連続的に変化させる予備送液を実行するように前記液体クロマトグラフを制御する混合比制御手段、
    を有することを特徴とする液体クロマトグラフ用制御装置。
  2. b)複数回のグラジエント分析の結果を各分析毎にそれぞれ1つのデータファイルに格納する分析結果格納手段と、
    c)各グラジエント分析に使用されたカラムの名称、溶媒の名称、前記開始混合比、及び前記終了混合比の少なくともいずれかを含んだファイル名を、その分析の結果が格納されるデータファイルに付与するデータファイル名自動付与手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項1に記載の液体クロマトグラフ用制御装置。
  3. コンピュータを請求項1に記載の混合比制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。
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