JP5888437B2

JP5888437B2 - ドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置

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Publication number: JP5888437B2
Application number: JP2014551950A
Authority: JP
Inventors: 祐介横井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: US20150300946A1; JPWO2014091888A1; CN104838262B; US9400245B2; WO2014091888A1; CN104838262A

Description

本発明は、所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置に関するものである。

例えばクロマトグラフのような分析装置の中には、複数の受光素子を含む光検出部が備えられ、これらの受光素子における測定光の受光量に基づいて、測定強度が所定周期で制御装置に入力されるようになっているものがある。制御装置は、例えばコンピュータにより構成されており、所定周期で入力される測定強度と測定時間との関係を測定データとして取得し、当該測定データに対する処理を行うことができるようになっている。

この種の分析装置においては、分析開始後、検出感度が安定するまでに時間がかかることなどに起因して、測定強度に経時的な変化が生じる場合がある。そこで、分析装置の中には、上記測定データに対する処理の一例として、バックグラウンド測定により得られた測定データから測定強度の経時的な変化率（ドリフト）を算出し、算出したドリフトに基づいて測定データを補正するための処理を行うような構成となっているものがある（例えば、下記特許文献１参照）。

図３は、従来のドリフトを算出する際の態様について説明するための図である。この図３では、測定強度の一例である吸光度と測定時間との関係が、測定データとして一部分だけ示されている。

図３（ａ）の例では、最小二乗法を用いて測定データに近似する直線Ｌ１を求めることにより、当該直線Ｌ１の傾きをドリフトＤ１として算出するようになっている。一方、図３（ｂ）の例では、測定データから任意の２点Ｐ１、Ｐ２を選び、これらの２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ直線Ｌ２を求めることにより、当該直線Ｌ２の傾きをドリフトＤ２として算出するようになっている。

特開２０００−１３６９９９号公報

図３（ａ）に例示されるような態様でドリフトＤ１を算出する場合には、一定期間内に所定周期で入力される測定強度の全てを用いて、ドリフトＤ１を算出することとなる。ドリフトＤ１を精度よく算出するためには、上記一定時間を比較的長い時間に設定する必要があり、通常、６０〜９０分程度に設定される。

例えば、１００Ｈｚの周波数で６０分間に得られる測定強度を用いてドリフトＤ１を算出する場合には、各波長につき３６００００回分（１００×６０×６０＝３６００００）の測定強度が用いられることとなる。したがって、１回分の測定強度のデータサイズが８ｂｙｔｅｓの場合には、各波長につき２．８８Ｍｂｙｔｅｓのバッファ容量が必要となる。仮に、受光素子の数が１０２４個である場合には、受光素子ごとに対応する波長の測定強度が用いられるため、全体で２９４９．１２Ｍｂｙｔｅｓ（２．８８×１０２４）という大きなバッファ容量が必要となる。

そのため、バッファ容量が限られた装置においては、十分なバッファ容量を確保できないという問題がある。特に、光検出部から制御装置に測定データを入力し、当該制御装置においてドリフトＤ１を算出するような構成ではなく、例えば光検出部側（分析装置側）においてドリフトＤ１を算出するような構成とする場合には、大容量のバッファを光検出部側に設けることは困難であるため、上記のような問題が顕著になる。

また、図３（ａ）に例示されるような態様でドリフトＤ１を算出する場合には、各波長につき全ての測定強度（上記の例では３６００００回分）が得られるまで、最小二乗法を用いて測定データに近似する直線Ｌ１を求めることができない。そのため、バックグラウンド測定終了後に処理負荷が集中し、処理待ち時間が発生するなどの問題が生じるおそれがある。

これに対して、図３（ｂ）に例示されるような態様でドリフトＤ２を算出する場合には、上記のような問題が生じない。すなわち、各波長につき２回分の測定強度を用いてドリフトＤ２を算出することができるため、１回分の測定強度のデータサイズが８ｂｙｔｅｓの場合には、各波長につき１６ｂｙｔｅｓのバッファ容量を確保するだけでよい。仮に、受光素子の数が１０２４個である場合には、受光素子ごとに対応する波長の測定強度が２回分ずつ必要となるが、全体でも１６３８４ｂｙｔｅｓという比較的小さなバッファ容量で十分である。

しかしながら、図３（ｂ）に例示されるような態様では、各波長につき２回分の測定強度のみを用いるため、算出されたドリフトＤ２が精度の高い値とは言い難いという問題がある。特に、２回分の測定強度として測定データから２点Ｐ１、Ｐ２を選ぶ際の態様によっては、算出されるドリフトＤ２に大きな誤差が生じ、ドリフトＤ２を精度よく算出することができないおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができるドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できるドリフト算出装置及びこれを備えた光検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るドリフト算出装置は、所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置であって、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数について、当該係数を構成する測定強度及び測定時間の少なくとも一方を変数とする複数の総和関数にそれぞれ割り当てられた複数の総和用バッファと、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて前記複数の総和用バッファのデータを更新するデータ更新部と、前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出するドリフト算出部とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファのデータが更新されるため、所定周期で入力される測定強度を全て記憶しておく必要がない。また、各総和用バッファが、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数を構成する総和関数に割り当てられているため、更新された各総和用バッファのデータを上記計算式に代入することにより、ドリフトを精度よく算出することができる。したがって、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。

また、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファのデータが更新され、全ての測定強度が入力された後は、更新された各総和用バッファのデータを上記計算式に代入するだけでよい。したがって、所定周期で入力される測定強度の全てが得られてからドリフトを算出するための処理を開始するような構成と比較して、処理を分散させることができるため、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる。

前記ドリフト算出装置は、前記複数の総和関数に共通で使用可能な変数に割り当てられた共用バッファをさらに備えていてもよい。この場合、前記データ更新部は、所定周期で測定強度が入力される度に、前記共用バッファのデータを更新するものであってもよい。また、前記ドリフト算出部は、前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファ及び前記共用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出するものであってもよい。

このような構成によれば、複数の総和関数に共通で使用可能な変数に割り当てられた共用バッファが用いられるため、さらに小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。

本発明に係る光検出装置は、前記ドリフト算出装置と、測定光の受光量に基づく測定強度を所定周期で前記ドリフト算出装置に入力する光検出部とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができ、かつ、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる光検出装置を提供することができる。このように、光検出装置においてドリフトが算出されるような構成の場合には、算出されたドリフトに基づくデータを光検出装置の表示部などで確認することができる。

したがって、例えば光検出装置の近くで作業している場合などに、算出されたドリフトに基づくデータを別の装置（制御装置など）で確認する手間を省くことができるため、作業をより円滑に行うことができる。また、大容量のバッファを光検出装置に設けることが困難な場合であっても、上記のように、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができるような構成とすることにより、ドリフトを算出するのに十分なバッファ容量を確保することができる。

本発明によれば、所定周期で入力される測定強度を全て記憶しておく必要がなく、各総和用バッファが、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数を構成する総和関数に割り当てられているため、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。

また、本発明によれば、所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファのデータが更新され、全ての測定強度が入力された後は、更新された各総和用バッファのデータを計算式に代入するだけでよいため、処理を分散させることができ、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる。

本発明の一実施形態に係る光検出装置の構成例を示したブロック図である。データ処理部による処理の一例を示したフローチャートである。従来のドリフトを算出する際の態様について説明するための図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る光検出装置の構成例を示したブロック図である。この光検出装置は、例えばクロマトグラフのような分析装置に用いられるものであり、光検出部１、データ処理部２及び記憶部３などを備えている。ただし、本実施形態に係る光検出装置は、クロマトグラフ以外の分析装置にも適用可能である。

光検出部１には、例えば複数のフォトダイオードを受光素子として有するフォトダイオードアレイ１１が備えられている。試料を分析する際には、試料からの測定光をフォトダイオードアレイ１１で受光することにより、各受光素子における受光量に基づいて、波長ごとの測定強度を得ることができる。ただし、光検出部１はフォトダイオードアレイにより構成されるものに限らず、例えばＵＶ検出器などの他の検出器により構成されていてもよい。

データ処理部２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成である。当該ＣＰＵがプログラムを実行することにより、データ処理部２は、データ入力受付部２１、データ更新部２２、ドリフト算出部２３及びドリフト補正部２４などの各種機能部として機能するようになっている。ただし、データ処理部２は、例えばＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）に例示されるような各種論理回路により構成することも可能である。

記憶部３は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read-Only Memory）などにより構成することができる。記憶部３には、測定データ記憶部３１、ドリフト算出用記憶部３２及び計算式記憶部３３などが割り当てられている。光検出部１における受光量に基づく測定強度は、所定周期でデータ処理部２に入力され、測定強度と測定時間との関係を表す測定データが測定データ記憶部３１に記憶される。

分析装置においては、分析開始後、検出感度が安定するまでに時間がかかることなどに起因して、測定強度に経時的な変化が生じる場合がある。本実施形態に係る光検出装置では、測定強度の経時的な変化率（ドリフト）を算出し、算出したドリフトに基づいて測定データを補正することができるようになっている。

ドリフトは、例えば試料がない状態で測定（いわゆるバックグラウンド測定）を行うことにより、そのとき所定周期で入力される測定強度に基づいて算出することができる。そして、算出されたドリフトを用いて、実際に試料を分析する際に得られる測定データを補正することにより、ドリフトの影響が除去又は緩和された測定データを得ることができる。

ドリフト算出用記憶部３２には、ドリフトを算出する際に使用される複数のバッファが割り当てられている。また、計算式記憶部３３には、ドリフトを算出する際に使用される計算式が記憶されている。本実施形態において、データ処理部２、ドリフト算出用記憶部３２及び計算式記憶部３３は、所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置を構成している。当該ドリフト算出装置では、最小二乗法を用いてドリフトを算出することができるようになっている。

具体的には、測定強度と測定時間との関係を表す測定データについて、最小二乗法を用いて測定データに近似する直線を求める場合、測定強度をｙ_ｉ、測定時間をｘ_ｉとして、直線の傾きａ及び切片ｂを下記式（１）により表すことができる。

ここで、ドリフトは、単位時間当たりの測定強度の変化量であるから、切片ｂの値とは関係なく、傾きａの値から算出することができる。そこで、本実施形態では、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数である傾きａについて、当該傾きａを構成する下記４つの総和関数（２−１）〜（２−４）に、それぞれ総和用バッファが割り当てられている。

すなわち、ドリフト算出用記憶部３２には、傾きａを構成する測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉの少なくとも一方を変数とする４つの総和関数（２−１）〜（２−４）にそれぞれ割り当てられた４つの総和用バッファ３２１〜３２４が含まれている。第１総和用バッファ３２１は上記総和関数（２−１）に、第２総和用バッファ３２２は上記総和関数（２−２）に、第３総和用バッファ３２３は上記総和関数（２−３）に、第４総和用バッファ３２４は上記総和関数（２−４）に、それぞれ対応している。

これらの総和用バッファ３２１〜３２４は、測定する波長ごとに設けられている。また、ドリフト算出用記憶部３２には、上記４つの総和関数（２−１）〜（２−４）に共通で使用可能な変数ｎに割り当てられた共用バッファ３２５が含まれている。この共用バッファ３２５のデータは、所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力される度にインクリメント（＋１）されることとなる。したがって、例えば１００Ｈｚの周波数で６０分間に得られる測定強度を用いてドリフトを算出する場合には、変数ｎの最終値が３６００００となる。

データ入力受付部２１は、光検出部１のフォトダイオードアレイ１１から、測定強度ｙ_ｉのデータの入力を受け付ける。このデータ入力受付部２１には、所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力されるようになっており、所定周期で入力される測定強度ｙ_ｉと測定時間ｘ_ｉとの関係が、測定データとして測定データ記憶部３１に記憶される。また、データ入力受付部２１に所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力される度に、そのときの測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉがデータ更新部２２に入力されるようになっている。

データ更新部２２は、所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力される度に、そのときの測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉの少なくとも一方に基づいて総和用バッファ３２１〜３２４を更新するとともに、共用バッファ３２５のデータを更新（インクリメント）する。具体的には、第１総和用バッファ３２１は測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉの両方、第２及び第３総和用バッファ３２２、３２３は測定時間ｘ_ｉ、第４総和用バッファ３２４は測定強度ｙ_ｉに基づいて更新される。

このとき、各総和用バッファ３２１〜３２４は、測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉの少なくとも一方に基づく値が順次加算されることにより更新される。すなわち、第１総和用バッファ３２１はｘ_ｉｙ_ｉの値、第２総和用バッファ３２２はｘ_ｉ ^２の値、第３総和用バッファ３２３はｘ_ｉの値、第４総和用バッファ３２４はｙ_ｉの値が、それぞれ所定周期ごとに加算されることにより更新されるようになっている。

ドリフト算出部２３は、データ更新部２２により更新された各総和用バッファ３２１〜３２４及び共用バッファ３２５のデータを計算式記憶部３３に記憶されている計算式に代入することにより、ドリフトを算出する。計算式記憶部３３に記憶されている計算式には、係数として上記傾きａが含まれており、当該傾きａを構成する上記４つの総和関数（２−１）〜（２−４）に各総和用バッファ３２１〜３２４のデータ（最終値）が代入されるとともに、変数ｎとして共用バッファ３２５のデータ（最終値）が代入される。

このようにして算出されたドリフトは、ドリフト補正部２４により行われるドリフト補正の際に用いられる。ドリフト補正部２４は、実際に試料を分析することにより測定データ記憶部３１に記憶された測定データに対して、ドリフト算出部２３で算出されたドリフトに基づく補正処理を行う。

図２は、データ処理部２による処理の一例を示したフローチャートである。ドリフトを算出するための処理を行う際には、まず、バックグラウンド測定が開始される（ステップＳ１０１）。

バックグラウンド測定中は、光検出部１から所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力される度に（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、各総和用バッファ３２１〜３２４のデータを更新するための処理（ステップＳ１０３）、及び、共用バッファ３２５のデータを更新するための処理（ステップＳ１０４）が行われる。ステップＳ１０３の処理は、波長ごとに設けられた総和用バッファ３２１〜３２４を用いて、全ての波長について行われる。

そして、バックグラウンド測定が終了した後（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、各総和用バッファ３２１〜３２４及び共用バッファ３２５のデータが計算式に代入されることによりドリフトが算出される（ステップＳ１０６）。その後、実際に試料を分析することにより得られた測定データに対して、算出されたドリフトに基づく補正処理が行われる（ステップＳ１０７）。ただし、ドリフト補正については、ドリフトを算出するための処理と一連で行われるような構成に限らず、算出されたドリフトを用いて任意のタイミングで行われるような構成であってもよい。

本実施形態では、所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力される度に、そのときの測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉの少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファ３２１〜３２４のデータが更新されるため、所定周期で入力される測定強度ｙ_ｉを全て記憶しておく必要がない。また、各総和用バッファ３２１〜３２４が、最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数（傾きａ）を構成する総和関数（２−１）〜（２−４）に割り当てられているため、更新された各総和用バッファ３２１〜３２４のデータを上記計算式に代入することにより、ドリフトを精度よく算出することができる。したがって、より小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。

特に、本実施形態では、複数の総和関数（２−１）〜（２−４）に共通で使用可能な変数ｎに割り当てられた共用バッファ３２５が用いられるため、さらに小さい容量のバッファを用いて精度よくドリフトを算出することができる。

例えば、本実施形態のように４つの総和用バッファ３２１〜３２４と１つの共用バッファ３２５を用いて、１０２４個の受光素子で測定を行う場合、各総和用バッファ３２１〜３２４の容量が８ｂｙｔｅｓ、共用バッファ３２５の容量が４ｂｙｔｅｓであれば、必要となるバッファ容量は、３２７７２ｂｙｔｅｓ（１０２４×４×８＋１×４）となる。この値は、図３（ａ）に例示されるような態様でドリフトＤ１を算出する場合に必要なバッファ容量（２９４９．１２Ｍｂｙｔｅｓ）と比べて極めて小さい容量である。

また、本実施形態では、所定周期で測定強度ｙ_ｉが入力される度に、そのときの測定強度ｙ_ｉ及び測定時間ｘ_ｉの少なくとも一方に基づいて複数の総和用バッファ３２１〜３２４のデータが更新され、全ての測定強度ｙ_ｉが入力された後は、更新された各総和用バッファ３２１〜３２４のデータを上記計算式に代入するだけでよい。したがって、所定周期で入力される測定強度ｙ_ｉの全てが得られてからドリフトを算出するための処理を開始するような構成と比較して、処理を分散させることができるため、ドリフトを算出する際に処理負荷が集中するのを防止できる。

本実施形態のように、ドリフト算出装置が光検出装置と一体的に構成されている場合には、例えば算出されたドリフトに基づくデータを光検出装置の表示部（図示せず）などで確認することができる。

ただし、本発明に係るドリフト算出装置は、光検出装置と一体的な構成に限らず、ドリフト算出装置のみを個別に提供することも可能である。この場合、光検出装置をドリフト算出装置に接続することにより、光検出装置の光検出部１からドリフト測定装置に対して、所定周期で測定強度を入力させることができる。

また、ドリフトを算出するための計算式は、係数として上記のような傾きａを含むものに限られるものではない。すなわち、複数の総和用バッファは、上記のような４つの総和関数（２−１）〜（２−４）にそれぞれ割り当てられた総和用バッファ３２１〜３２４に限らず、他の総和関数に割り当てられたものであってもよい。したがって、総和用バッファの数も４つに限られるものではない。また、共用バッファ３２５を省略して、例えばカウンタなどの計数部からの出力値を上記計算式に代入することも可能である。

１光検出部
２データ処理部
３記憶部
１１フォトダイオードアレイ
２１データ入力受付部
２２データ更新部
２３ドリフト算出部
２４ドリフト補正部
３１測定データ記憶部
３２ドリフト算出用記憶部
３３計算式記憶部
３２１第１総和用バッファ
３２２第２総和用バッファ
３２３第３総和用バッファ
３２４第４総和用バッファ
３２５共用バッファ

Claims

所定周期で入力される測定強度に基づいてドリフトを算出するドリフト算出装置であって、
最小二乗法を用いてドリフトを算出するための計算式に含まれる係数について、当該係数を構成する測定強度及び測定時間の少なくとも一方を変数とする複数の総和関数にそれぞれ割り当てられた複数の総和用バッファと、
所定周期で測定強度が入力される度に、そのときの測定強度及び測定時間の少なくとも一方に基づいて前記複数の総和用バッファのデータを更新するデータ更新部と、
前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出するドリフト算出部とを備えたことを特徴とするドリフト算出装置。
前記複数の総和関数に共通で使用可能な変数に割り当てられた共用バッファをさらに備え、
前記データ更新部は、所定周期で測定強度が入力される度に、前記共用バッファのデータを更新し、
前記ドリフト算出部は、前記データ更新部により更新された前記複数の総和用バッファ及び前記共用バッファのデータを前記計算式に代入することにより、ドリフトを算出することを特徴とする請求項１に記載のドリフト算出装置。
請求項１又は２に記載のドリフト算出装置と、
測定光の受光量に基づく測定強度を所定周期で前記ドリフト算出装置に入力する光検出部とを備えたことを特徴とする光検出装置。