JP5966007B2 - Liquid chromatograph - Google Patents

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Description

本発明は、液体クロマトグラフに関し、特に、分析メソッドの高速化、高分離化に関するものである。   The present invention relates to a liquid chromatograph, and more particularly, to an increase in the speed and separation of an analytical method.

近年、液体クロマトグラフ装置(以下、LCと称する。)に関する分析法の高速化、高分離化がより一層求められている。LCに関する分析法の高速性能、高分離性能を検討する手法の一つとして、カイネティック・プロット・アナリシス(以下、KPAと称する。)がある。非特許文献1には、本手法に関する説明がなされている。KPAは、各線速度u0(m/s)における理論段高さH(以下、H(u0と称することもある))の関係を入力データとして用いる。線速度u0(m/s)は流量F(ml/min)と空隙率εを考慮したカラム断面積を係数として比例関係にある。一般にこのデータを、H−uカーブ、あるいはvan Deemter カーブなどと呼ぶ(図2)。本データはカラム固有のものであり、理想的には充填剤の固有特性と考えられている。通常、本データはグラフか、表により示される。ここで、理論段高さH(u0)とは、1理論段数Nあたりに必要なカラム長さを示し(H(u0)=L/N)、より短いカラム長さで1理論段を達成する充填剤ほど高い分離能力を備えることを意味する。KPAは、H−uプロットの他に、カラム固有の通液性あるいは流動性を示すカラム・パーミアビリティKv(m2)、分析に使用する移動相の粘度η(Pa・s)、及び使用条件や使用装置システムから制限される最大分析圧力(システム圧力)ΔPmax(MPa)が入力データとして必要である。In recent years, higher speed and higher separation of analysis methods for liquid chromatograph devices (hereinafter referred to as LC) have been further demanded. One of the methods for examining the high-speed performance and high-separation performance of analytical methods related to LC is kinetic plot analysis (hereinafter referred to as KPA). Non-Patent Document 1 describes this technique. KPA uses the relationship of the theoretical plate height H (hereinafter also referred to as H (also referred to as u 0 )) at each linear velocity u 0 (m / s) as input data. The linear velocity u 0 (m / s) is proportional to the flow rate F (ml / min) and the column cross-sectional area considering the porosity ε as a coefficient. In general, this data is called a H-u curve or a van Demeter curve (FIG. 2). This data is unique to the column and is ideally considered a unique property of the packing material. This data is usually shown as a graph or a table. Here, the theoretical plate height H (u 0 ) indicates the column length required per number of theoretical plates N (H (u 0 ) = L / N), and one theoretical plate with a shorter column length. It means that the filler to be achieved has a higher separation capacity. KPA is not only a Hu plot but also column permeability Kv (m 2 ) showing the liquid permeability or fluidity inherent to the column, the viscosity η (Pa · s) of the mobile phase used for the analysis, and the use conditions Or the maximum analysis pressure (system pressure) ΔPmax (MPa) limited by the apparatus system to be used is required as input data.

KPAでは、これらの入力データ(H−uプロット、Kv、η、ΔPmax)に基づいて、to−Nプロットを求める(図3)。ここで、to(s)は非保持成分のカラム内移動時間であるボイド時間を示す。to−Nプロットはメソッドの高速性能または高分離性能を検討する場合に非常に有用なグラフである。メソッドとはカラム長さLと線速度u0からなる分析法の条件パラメータである。In KPA, a t o -N plot is obtained based on these input data (Hu plot, Kv, η, ΔPmax) (FIG. 3). Here, t o (s) indicates a void time which is a movement time of the non-retained component in the column. The t o -N plot is a very useful graph when considering the high speed or high separation performance of a method. The method is a condition parameter of the analysis method composed of the column length L and the linear velocity u 0 .

図4では、理論段数N=20,000を得る場合を示し、ボイド時間to=10 sが最高速のカラムとメソッドであることがわかる。
また図5では、ボイド時間to=100 sを得る場合を示し、理論段数N=60,000の高分離を実現できるカラムとメソッドであることがわかる。
通液に関するパラメータ(Kv、η、ΔPmax)は、カラム長さLと同時に作用し線速度u0を制限する。これらのパラメータは上記のto−Nプロットへの変換に際し分析法の条件を一義的に決定するために要する。
以下、H−uプロットからto−Nプロットへの変換方法の考え方を説明する。線速度u0とカラム長さLは反比例する。反比例の定数を流動定数(Constant of flow) Cf(m2/s)と呼ぶ。流動定数Cfは、通液に関する入力パラメータ(Kv、η、ΔPmax)から数式1より一義的に決定される。
FIG. 4 shows the case where the number of theoretical plates N = 20,000 is obtained, and it can be seen that the void time t o = 10 s is the fastest column and method.
FIG. 5 shows a case where a void time t o = 100 s is obtained, and it can be seen that the column and the method can realize high separation with the theoretical plate number N = 60,000.
Parameters relating to liquid flow (Kv, η, ΔPmax) act simultaneously with the column length L and limit the linear velocity u 0 . These parameters are necessary for uniquely determining the analytical method conditions in the conversion to the above t o -N plot.
Hereinafter, the concept of the conversion method from the Hu plot to the t o -N plot will be described. The linear velocity u 0 and the column length L are inversely proportional. The inversely proportional constant is referred to as a constant of flow Cf (m 2 / s). The flow constant Cf is uniquely determined from Equation 1 from the input parameters (Kv, η, ΔPmax) relating to liquid flow.

Figure 0005966007
カラム長さLは理論段数Nと理論段高さH(u0)とで表され、数式2を得る。
Figure 0005966007
The column length L is expressed by the theoretical plate number N and the theoretical plate height H (u 0 ), and Equation 2 is obtained.

Figure 0005966007
一方、カラム長さLは線速度とボイド時間toとによっても表され、数式3を得る。
Figure 0005966007
On the other hand, the column length L is also expressed by the linear velocity and the void time t o to obtain Equation 3.

Figure 0005966007
H−uプロットから、複数の(u0, H)セットを得る。次に複数の(u0, H)セットを入力として数式2と数式3からそれぞれ複数の(t0, N)セットを求める。これをグラフに表現したものがt0−Nプロットである。
Figure 0005966007
A plurality of (u 0 , H) sets are obtained from the Hu plot. Next, a plurality of (t 0 , H) sets are input, and a plurality of (t 0 , N) sets are obtained from Equation 2 and Equation 3, respectively. A graph representing this is a t 0 -N plot.

これらの処理操作は、付与された流動定数 Cfの制限条件の下、数式1を用いて線速度u0ごとにカラム長さLを一義的に計算する。すなわち、その線速度u0で最大の圧力損失(以下、ΔPmaxと称する)になるカラム長さLを求めている。In these processing operations, the column length L is uniquely calculated for each linear velocity u 0 using Equation 1 under the restriction condition of the given flow constant Cf. That is, the column length L at which the maximum pressure loss (hereinafter referred to as ΔPmax) is obtained at the linear velocity u 0 is obtained.

その線速度u0で、一旦、カラム長さLが決定されれば、線速度u0に対応するH(u0)が一義的に決まっているため、数式2から理論段数Nが自動的に求められる。同様に、その線速度u0で、一旦、カラム長さLが決定されれば、数式3からボイド時間toが自動的に求められる。
KPAは、上記の計算処理によってH−uプロットをto−Nプロットに変換する。
In the linear velocity u 0, Once the column length L is determined, for H (u 0) is uniquely determined corresponding to the linear velocity u 0, from Equation 2 theoretical plates N is automatically Desired. Similarly, once the column length L is determined at the linear velocity u 0 , the void time t o is automatically obtained from Equation 3.
KPA converts the Hu plot into a t o -N plot by the above calculation process.

また、特許文献1には、汎用的な液体クロマトグラフの測定系から、高圧・高速条件下への測定系へメソッドを変換した場合に、分析条件の変化による影響が大きいことを考慮し、デュエルボリュームの値を反映させる手法について説明されている。   In addition, Patent Document 1 considers that when a method is converted from a general-purpose liquid chromatograph measurement system to a measurement system under high-pressure and high-speed conditions, due to the great influence of changes in analysis conditions, A method of reflecting the volume value is described.

特開2009−281897号公報JP 2009-281897 A

Desmet et al., 2005, Anal. Chem., 77,4058−4070Desmet et al., 2005, Anal. Chem., 77, 4058-4070

しかし、与えられた流動定数Cfの制限条件の下、KPAにおいて上記の処理により線速度u0ごとにΔPmaxとなるカラム長さLを単純に求める手法では、必ずしも最適なカラム長さLが求まらないことが、本発明者らの検討により見出された。
すなわち、実際にはΔPmaxよりも低い圧力値(システム圧力)において、必要としている高速性能(ボイド時間t0)、あるいは高分離性能(理論段数N)が得られる場合であっても、最大のΔPmaxを漸近的極限値として一義的に設定しているために、不必要に圧力を引き上げてしまう事態が生じ得る。
不必要な圧力の上昇は、LCのハード部材への負担、部品の消耗につながり、製品寿命を縮めてしまうという課題をもたらす。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、現実的かつ最適なカラム長さLおよび流量F(線速度u0)を求めることができる装置、及び当該装置を用いた方法を提供することである。
However, in the method of simply obtaining the column length L that becomes ΔPmax for each linear velocity u 0 by the above processing in the KPA under the restriction condition of the given flow constant Cf, the optimum column length L is not always obtained. It has been found by the inventors' investigation.
That is, even if the required high speed performance (void time t 0 ) or high separation performance (theoretical plate number N) is obtained at a pressure value (system pressure) lower than ΔPmax, the maximum ΔPmax Is unambiguously set as an asymptotic limit value, and a situation may occur in which the pressure is unnecessarily increased.
An unnecessary increase in pressure leads to a burden on the LC hard member and wear of parts, leading to a problem of shortening the product life.
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a device capable of obtaining a realistic and optimum column length L and flow rate F (linear velocity u 0 ), and a method using the device. That is.

上記課題を解決するための一態様として、本発明は、以下の特徴を有する。移動相を送液する送液部と、当該送液された移動相流路中に試料を注入する試料注入部と、当該注入された試料を分離するカラムと、当該分離された試料を検出する検出部と、当該検出された結果を処理する制御部と、を有し、前記制御部は、前記カラム効率の流量依存性に関するデータと、流動性に関するデータと、に基づいて、分析時間に関する指標を求め、当該求めた指標が、予め定めた許容範囲をこえるか否か、を判定し、当該判定の結果に基づいて、前記カラムの長さ、及び前記移動相の流量に関する分析条件を設定することを特徴とする装置、及び当該装置を用いた方法を提供する。   As one aspect for solving the above-described problems, the present invention has the following features. A liquid feeding section for feeding a mobile phase, a sample injection section for injecting a sample into the fed mobile phase flow path, a column for separating the injected sample, and detecting the separated sample A detection unit and a control unit for processing the detected result, wherein the control unit is an index related to the analysis time based on the data on the flow rate dependency of the column efficiency and the data on the fluidity And whether or not the obtained index exceeds a predetermined allowable range, and based on the result of the determination, set the analysis conditions for the column length and the mobile phase flow rate. And a method using the device.

上記一態様によれば、LCの高速化、高分離化を検討する際に、過剰に圧力を引き上げる必要がないため、より現実的かつ最適カラム長さLおよび流量F(線速度u0)を求めることができる。また、ハード部材への負担を低減させることができるので、装置全体を長寿命化することができる。According to the above-described aspect, it is not necessary to raise the pressure excessively when considering the high speed and high separation of the LC. Therefore, more realistic and optimum column length L and flow rate F (linear velocity u 0 ) are set. Can be sought. In addition, since the burden on the hard member can be reduced, the life of the entire apparatus can be extended.

本発明の実施例1を示す高速化処理フローチャート。FIG. 3 is a flowchart of speeding up processing showing Embodiment 1 of the present invention. FIG. H−u プロットの例を示すグラフ。The graph which shows the example of Hu plot. 各種カラムのt0−N プロットの例を示すグラフ。Graph showing an example of t 0 -N plot of various columns. 各種カラムのt0−N プロットの例を示すグラフ(N固定)。Graph showing an example of t 0 -N plot of various columns (N fixed). 各種カラムのt0−N プロットの例を示すグラフ(t0固定)。Graph showing an example of t 0 -N plot of various columns (t 0 fixed). 本発明の実施例1のt0−N プロットのレイヤー構造を示す図。Shows the layer structure of t 0 -N plot of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2を示す高分離化処理フローチャート。The separation process flowchart which shows Example 2 of this invention. 本発明の実施例を示すシステム構成図。1 is a system configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 本発明の実施例を示すシステム流路図。The system flow-path figure which shows the Example of this invention. 本発明の実施例を示す入力装置8の表示画面を示す図。The figure which shows the display screen of the input device 8 which shows the Example of this invention. 本発明の実施例を示す出力装置9の表示画面を示す図。The figure which shows the display screen of the output device 9 which shows the Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係るレイヤード・カイネティック・プロット・アナリシス法(以下、LKPA法と称する)について、図面を用いて説明する。
前提として、従来のKPA法を用いて、付与された流動定数 Cfの制限条件の下、(数式1)を用いて線速度u0ごとにカラム長さLを一義的に求める方法や、その線速度u0で最大の圧力損失ΔPmaxとなるカラム長さLを求める方法では、現実的に最適なカラム長さLを得るためには不十分であることを説明する。
Hereinafter, a layered kinetic plot analysis method (hereinafter referred to as LKPA method) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As a premise, a method for uniquely determining the column length L for each linear velocity u 0 using (Formula 1) using the conventional KPA method under the restriction condition of the given flow constant Cf, It will be explained that the method of obtaining the column length L that provides the maximum pressure loss ΔPmax at the speed u 0 is not sufficient to obtain the optimum column length L in practice.

一例として、粒径5μMの充填剤カラムを使用する場合、KPAにおいては、あくまでも計算上、圧力損失ΔPmax=100 MPaまで引き上げた条件下で計算を行う。しかしながら、現実的には、100 MPaまで圧力を引き上げる必要はなく、この値よりも低い圧力条件下(例えば、20 MPa程度)で分析を行うことが多い。
その理由は次の通りである。通常、理論段数N=10,000近傍の領域では、本例のように粒径5μMの充填剤カラムを用いた場合、約ΔPmax=20 MPa程度となると、それ以上にどれだけ圧力損失ΔPmaxを大きくし、カラム長さLを長くしても、ボイド時間toは短くならない。また、上記の値よりも圧力損失ΔPmaxをどれだけ大きくしても、流動定数Cf、カラム長さL、及び線速度u0(流量)が増大するのみであり、何らLC分析における性能上の利点がないためである。
As an example, when using a filler column having a particle diameter of 5 μM, in KPA, the calculation is performed under the condition that the pressure loss ΔPmax is increased to 100 MPa. However, in reality, it is not necessary to increase the pressure to 100 MPa, and the analysis is often performed under a pressure condition lower than this value (for example, about 20 MPa).
The reason is as follows. Normally, in the region near the theoretical plate number N = 10,000, when a packing column with a particle size of 5 μM is used as in this example, the pressure loss ΔPmax is increased by about ΔPmax = 20 MPa. However, even if the column length L is increased, the void time t o is not shortened. Further, no matter how much the pressure loss ΔPmax is larger than the above value, only the flow constant Cf, the column length L, and the linear velocity u 0 (flow rate) increase, and there is no performance advantage in LC analysis. Because there is no.

上記のような現象は、無益な繰返し操作であって、悪循環である。すなわち、高速化のために線速度u0を引き上げる場合、前述のH−uカーブを考察する必要がある。粒径5μMでは、線速度u0を理論段高さHの極小値を超えても引き上げていくと、理論段高さHが線速度u0に対し直線的に増加する。この直線的増加領域では線速度u0を上げても理論段数Nが悪化してしまい、ボイド時間t0を効率良く縮めることができない。言い換えると線速度u0を10%大きくすると理論段高さHが10%近く増加してしまう。この場合、理論段数Nを維持するためには数式2によりカラム長さLを10%程度伸ばざるを得ず、結局ボイド時間t0は数式3によりほとんど元の値に戻ってしまうからである。The above phenomenon is a useless repetitive operation and is a vicious circle. That is, when the linear velocity u 0 is increased for speeding up, it is necessary to consider the aforementioned Hu curve. At a particle size of 5 μM, when the linear velocity u 0 is increased even if it exceeds the minimum value of the theoretical plate height H, the theoretical plate height H increases linearly with respect to the linear velocity u 0 . In this linear increase region, even if the linear velocity u 0 is increased, the theoretical plate number N deteriorates and the void time t 0 cannot be shortened efficiently. In other words, increasing the linear velocity u 0 by 10% increases the theoretical plate height H by nearly 10%. In this case, in order to maintain the theoretical plate number N, the column length L must be increased by about 10% according to Equation 2, and the void time t 0 eventually returns to the original value according to Equation 3. .

KPAは非現実的、あるいは極限的な想定状況でも、当該粒子径充填剤カラムの到達性能を割り出すことが目的なので方法論としては問題ない。しかしながら、KPAを用いた場合、現実的にどの程度の長さLのカラムに、どの程度の線速度u0(流量)の移動相を送液すべきなのかを求めることはできない。本発明は現実的なカラム長Lと線速度u0の解、及びto−Nプロットを提供する方法論を提供し、そのために必要な設定変数を提供する。KPA has no problem as a methodology because it is intended to determine the reach performance of the particle size packing column even in unrealistic or extreme assumptions. However, when KPA is used, it is impossible to determine how much mobile phase of linear velocity u 0 (flow rate) should actually be sent to a column of length L. The present invention provides a methodology for providing realistic column length L and linear velocity u 0 solutions, and t o -N plots, and provides the necessary setup variables.

上記の内容をまとめると、KPAでは入力データ(H−uプロット、Kv、η、ΔPmax)からto−Nプロットを出力する際、カラム長さLと線速度u0からなるメソッドも中間的に算出する。このとき、無益な繰返し操作を伴う場合、この付随的に算出する条件セット(uo, L)が現実的ではない極限的な場合がある。
本発明に係るLKPAでは、実際の分析を想定した条件(uo, L)の現実解を提供するものである。以下にその具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。
To summarize the above contents, the input data in KPA (H-u plot, Kv, eta,? Pmax) when outputting the t o -N plot from also intermediately method consisting column length L and the linear velocity u 0 calculate. At this time, if it is accompanied by useless repetitive operation, the condition set (u o , L) calculated incidentally may be limitless in reality.
The LKPA according to the present invention provides an actual solution of the conditions (u o , L) assuming actual analysis. Specific embodiments thereof will be described below with reference to the drawings.

図9は、本発明の実施の形態に係る液体クロマトグラフシステムの流路図を示す。   FIG. 9 is a flow chart of the liquid chromatograph system according to the embodiment of the present invention.

図9において、溶離液(移動相)10Aを搬送するポンプ11Aと、溶離液(移動相)10Bを搬送するポンプ11Bとを備え、各ポンプによって送液された溶離液10Aと溶離液10Bはミキサ12によって混合される。ポンプ11Aとポンプ11Bにより、グラジエント送液も可能である。ミキサ12にて混合された溶離液は、オ−トサンプラ13で注入された試料と共に分析カラム15に送液される。分析カラム15はカラムの温度を調節するカラムオ−ブン14を備える。
分析カラム15において試料は、成分ごとに分離され、検出器16に送液される。検出器16のセル17において光を照射し、その信号強度からクロマトグラフの波形を得る。試料及び溶離液はその後廃液タンク18に送液される。
In FIG. 9, a pump 11A for transporting the eluent (mobile phase) 10A and a pump 11B for transporting the eluent (mobile phase) 10B are provided, and the eluent 10A and the eluent 10B sent by each pump are mixers. 12 is mixed. Gradient liquid feeding is also possible with the pump 11A and the pump 11B. The eluent mixed by the mixer 12 is sent to the analysis column 15 together with the sample injected by the autosampler 13. The analytical column 15 includes a column oven 14 that adjusts the temperature of the column.
In the analysis column 15, the sample is separated for each component and sent to the detector 16. The cell 17 of the detector 16 is irradiated with light, and a chromatographic waveform is obtained from the signal intensity. The sample and eluent are then sent to the waste liquid tank 18.

図8は、本発明の実施の形態に係る液体クロマトグラフシステムの構成図を示す。液体クロマトグラフ装置1は、図9を用いて上述した構成に対応しており、ポンプ2、オートサンプラ3、カラムオ−ブン4、検出器5を備える。液体クロマトグラフ装置1における各モジュールはデータ処理装置6と接続され、データのやり取りが行われる。データ処理装置6における処理結果は出力装置9で表示される。また、データ処理装置6は、メソッド変換処理用コンピュータ7とデータのやり取りを行う。メソッド変換処理用コンピュータ7は入力装置8から入力された条件に基づき処理をすることが可能である。なお、データ処理装置6とメソッド変換処理用コンピュータ7は同一のコンピュータで処理を行っても良い。メソッド変換処理用コンピュータ7では、以下本発明に係るLKPAを用いた処理が実行される。   FIG. 8 shows a configuration diagram of the liquid chromatograph system according to the embodiment of the present invention. The liquid chromatograph apparatus 1 corresponds to the configuration described above with reference to FIG. 9 and includes a pump 2, an autosampler 3, a column oven 4, and a detector 5. Each module in the liquid chromatograph apparatus 1 is connected to the data processing apparatus 6 to exchange data. The processing result in the data processing device 6 is displayed on the output device 9. The data processing device 6 exchanges data with the method conversion processing computer 7. The method conversion processing computer 7 can perform processing based on the conditions input from the input device 8. The data processing device 6 and the method conversion processing computer 7 may perform processing by the same computer. In the method conversion processing computer 7, processing using LKPA according to the present invention is executed.

図1は、本発明の実施の形態に係る高速化処理(高速化パラメータを取得する)フローチャートを示す。ここでは、本来、スキャニングパラメータとして、圧力損失(システム圧力)ΔPを例に説明するが、この他のスキャニングパラメータとしては、反比例定数である流動定数 Cfがある。スキャニングは、所定の幅ごとに離散的に処理する場合を例に説明する。ここでは、圧力損失ΔPmaxを初期値として、例えば10MPaごとのステップで減算処理をする。図1ではステップをs=10MPaと示すが、ΔPのステップ幅を意味するので、ΔP=10MPaと表記することもできる。すなわち、圧力損失ΔPを徐々に下降させ、上記の無益な繰返しが解消したと判断したら、圧力損失ΔPの下降を停止する。   FIG. 1 shows a flowchart of acceleration processing (acquisition of acceleration parameters) according to an embodiment of the present invention. Here, the pressure loss (system pressure) ΔP is originally described as an example of the scanning parameter, but another scanning parameter includes a flow constant Cf that is an inversely proportional constant. Scanning will be described by taking an example of processing discretely for each predetermined width. Here, the pressure loss ΔPmax is set as an initial value, and subtraction processing is performed in steps of, for example, 10 MPa. In FIG. 1, the step is indicated as s = 10 MPa, but it means a step width of ΔP, and can be expressed as ΔP = 10 MPa. That is, when the pressure loss ΔP is gradually decreased and it is determined that the above-described useless repetition has been resolved, the decrease in the pressure loss ΔP is stopped.

無益な繰返し操作の解消を判定する指標は、分析時間に関する指標であるボイド時間toとした。判定指標は例えば、プレート時間(to/N)やインピーダンスタイム(to/N2)なども採用可能であるが、図1の場合、取得すべき理論段数Ntargetを固定しているため、これらを用いた場合にも同様の処理を行うことができる。The index for determining the elimination of the useless repetitive operation was the void time t o that is an index related to the analysis time. For example, plate time (t o / N), impedance time (t o / N 2 ), etc. can be adopted as the determination index, but in the case of FIG. 1, the number of theoretical plates N target to be acquired is fixed. Similar processing can be performed when these are used.

本実施例では、圧力損失ΔPのステップを10 MPaとして、ΔPごとにto−Nプロットの平面グラフを生成する。これを順々に積み重ねることにより、層状(レイヤ−)構造が形成される。In this embodiment, the step of the pressure loss ΔP is set to 10 MPa, and a plane graph of a t o -N plot is generated for each ΔP. By laminating them one after another, a layered structure is formed.

図1のフローチャートに沿って具体的な処理について説明する。まず、高速化処理を開始すると(S101)、各種パラメータの入力設定を行う(S102)。必要な情報として、H−uプロット、Kv、η、ΔPmax、に加えて本処理では目標値として設定すべきNtarget、及びΔPの下降ステップ幅s、許容率を入力する。各入力情報について、以下に説明する。
Kv、η、ΔPmaxは、KPAを用いた場合に当初から入力変数として要するパラメータであり、これらの値を用いて数式1により流動定数Cfが一義的に求められる。
H−uプロットは、t0−Nプロットへの変換に用いられる。
targetは、KPAにより得られたt0−Nプロットを解釈する場合に必要とされる値であって、処理ごとの固定値である。例えば、上述したように、図4に示した場合を例にとると、目標値として設定したNtarget=20,000に相当するボイド時間としては、to=10 sが最高速となることがわかる。
上記の情報に加えて、本発明に係るLKPAを用いた場合に特有の入力変数として、下降ステップ幅s、及び許容率%を要する。許容率は、処理ごとの固定値となる。ステップ幅s(すなわち、ΔP幅)は、図6のレイヤーの上下間隔に対応する。
次に、圧力損失ΔPの値をΔPmaxとして初期設定し(S103)、ΔPmaxのときのt0−Nプロットを生成することで、ΔPmax時の、Ntargetを取得するのに要するt0のうち、最小の時間を示すTを得る(S104)。
その後、設定したステップ幅sを用いて、ΔPmaxからの下降ステップ処理を行う(S105)。
各々のΔPにおけるt0−Nプロットを生成し、補間カーブからΔP時のt0@Ntargetを取得する(S106)。
A specific process is demonstrated along the flowchart of FIG. First, when the speed-up process is started (S101), input settings for various parameters are performed (S102). As necessary information, in addition to the H-u plot, Kv, η, and ΔPmax, N target to be set as a target value in this processing, a descending step width s of ΔP, and an allowable rate are input. Each input information will be described below.
Kv, η, and ΔPmax are parameters that are required as input variables from the beginning when KPA is used, and the flow constant Cf is uniquely determined by Equation 1 using these values.
The Hu plot is used for conversion to a t 0 -N plot.
N target is a value required when interpreting the t 0 -N plot obtained by KPA, and is a fixed value for each process. For example, as described above, taking as an example the case shown in FIG. 4, as a void time corresponding to N target = 20,000 was set as a target value, that t o = 10 s is the fastest Recognize.
In addition to the information described above, a descending step width s and an allowable rate% are required as specific input variables when the LKPA according to the present invention is used. The allowable rate is a fixed value for each process. The step width s (that is, ΔP width) corresponds to the vertical interval of the layers in FIG.
Next, the value of pressure loss ΔP is initially set as ΔPmax (S103), and a t 0 -N plot at ΔPmax is generated, and among t 0 required to obtain N target at ΔPmax, T indicating the minimum time is obtained (S104).
Thereafter, a step-down process from ΔPmax is performed using the set step width s (S105).
A t 0 -N plot at each ΔP is generated, and t 0 @N target at ΔP is obtained from the interpolation curve (S106).

許容率%は、ΔP=ΔPmaxのときに得られるボイド時間t0のうち、最小の時間を示すTを100%として、下降ステップ処理により得られたt0のTに対する比率に関する許容範囲をいう。
すなわち、ここでは、Tに許容率%を乗じた値がt0よりも大きくなるか否かを判断する(S107)。そして、この値がt0よりも大きくなる場合にはS105の下降ステップ処理を繰り返す。一方、t0を超えない場合には、この時点におけるΔPにおいて下降ステップ処理を停止する(S108)。
ここで、S107について、表1を用いた具体的な例により説明する。
例えばΔPmax=100 MPa、T=5.0 sから始まって、ステップ幅としてΔP=10MPaごとに減算していくと、表1に示される通り、ΔP=90 MPaの時点においても、Ntargetを取得するのに要する時間はt0=5.0 sであり、ΔPmaxのときと同じとなる。
そして、表1に示すようにΔP=60 MPaまで下降させた時点ではじめて許容率110%以上になる。
上述の例のように、(1)無益な繰返しが起こっている圧力損失の上方領域と、(2)圧力損失が高いことが有益に高速化に機能している境界と、を区分けする割合が許容率%である。
The allowable rate% is an allowable range related to the ratio of t 0 to T obtained by the descending step process, with T indicating the minimum time as 100% of the void time t 0 obtained when ΔP = ΔPmax.
That is, here, it is determined whether or not a value obtained by multiplying T by the allowable rate% is larger than t 0 (S107). When this value becomes larger than t 0 , the descending step process of S105 is repeated. On the other hand, if it does not exceed t 0 , the descent step process is stopped at ΔP at this time (S108).
Here, S107 will be described using a specific example using Table 1.
For example, starting from ΔPmax = 100 MPa, T = 5.0 s and subtracting every ΔP = 10 MPa as the step width, as shown in Table 1, N target is acquired even when ΔP = 90 MPa. The time required for this is t 0 = 5.0 s, which is the same as when ΔPmax.
As shown in Table 1, the allowable rate becomes 110% or more only when the pressure is lowered to ΔP = 60 MPa.
As in the above example, there is a ratio that divides (1) the upper region of pressure loss where useless repetition occurs and (2) the boundary where high pressure loss is beneficial for speeding up. Permissible rate is%.

Figure 0005966007
これは、T(s)が既知である場合には、許容率%の代わりにオペレータが目標ボイド時間to target(s)を入力設定することもできる。
通常のフローはΔPの減算処理だが、目標ボイド時間to target(s)を入力する設定方法の場合は、10, 20, …MPaとΔPを加算する処理方法もありうる。この場合は無益な繰返し操作を行う前に処理を停止することとなる。
加算する処理方法の短所は圧力損失ΔPを引き上げで達成可能な限界値を知ることができない点である。LKPAにより圧力損失ΔPを上昇・下降させることは、実験的な操作ではなく計算処理なので、ボイド時間toの限界値を知ることができる減算処理のほうが望ましい。
Figure 0005966007
In this case, when T (s) is known, the operator can input and set the target void time t o target (s) instead of the allowable rate%.
The normal flow is subtraction processing of ΔP, but in the setting method of inputting the target void time t o target (s), there can be a processing method of adding 10, 20,... MPa and ΔP. In this case, the processing is stopped before the useless repetition operation is performed.
The disadvantage of the processing method to be added is that the limit value achievable by increasing the pressure loss ΔP cannot be known. Increasing / decreasing the pressure loss ΔP by LKPA is not an experimental operation but a calculation process, so a subtraction process that can know the limit value of the void time t o is preferable.

その後、決定されたパラメータ群、すなわち、処理停止時の圧力損失ΔP、ボイド時間to、およびそれを実現するカラム長さL、線速度u0を出力し(S109)、処理を終了する。Thereafter, the determined parameter group, that is, the pressure loss ΔP at the time of stopping the process, the void time t o , the column length L and the linear velocity u 0 for realizing it are output (S109), and the process is terminated.

オペレータはメソッドとして、出力結果である長さLのカラムを調達し、線速度u0から導かれる流量Fで送液することにより高速分析法を実現する。圧力損失ΔPや、ボイド時間toはこの分析条件で測定した結果として得られる指標であり、必要に応じて測定し確認することになる。
上記の実施の形態ではΔPを便宜上、離散的に処理した場合について説明したが、数学的にはΔPは稠密な実数に拡張可能である。実数の場合、平面上のto−Nカーブは、N、to、ΔPの3軸で張る3次元空間で、ちょうどカーテン(膜)のように垂れ下がる曲面を呈する。
図10は、上記処理における入力装置8の表示画面を示す。本図に示されるように、評価対象となる各カラムごとの必要なパラメータ、及び処理条件を入力し、処理開始ボタン1001を押すことで処理が開始される。
図11は、上記処理における出力装置9の表示画面を示す。本図に示されるように、オペレータは最終的に必要な分析条件であるカラム長さL、線速度u0を認識することができる。
The operator procures a column having a length L as an output result and sends it at a flow rate F derived from the linear velocity u 0 to realize a high-speed analysis method. The pressure loss ΔP and the void time t o are indexes obtained as a result of measurement under these analysis conditions, and are measured and confirmed as necessary.
In the above embodiment, the case where ΔP is discretely processed has been described for convenience, but mathematically ΔP can be expanded to a dense real number. In the case of a real number, the t o -N curve on the plane exhibits a curved surface that hangs down like a curtain (film) in a three-dimensional space stretched by three axes of N, t o , and ΔP.
FIG. 10 shows a display screen of the input device 8 in the above processing. As shown in this drawing, necessary parameters and processing conditions for each column to be evaluated are input, and a processing start button 1001 is pressed to start processing.
FIG. 11 shows a display screen of the output device 9 in the above processing. As shown in the figure, the operator can recognize the column length L and the linear velocity u 0 which are finally required analysis conditions.

実施例1では、高速化処理について説明したが、本実施の形態では、高分離化処理について説明する。ここで、本処理を適用する液体クロマトグラフ装置は、図8及び図9を用いて説明したものと同様である。
図7のフローチャートに沿って具体的な処理について説明する。まず、高分離化処理を開始すると(S701)、各種パラメータの入力設定を行う(S702)。必要な情報として、H−uプロット、Kv、η、ΔPmax、に加えて本処理では目標値として設定すべきt0 target、及びΔPの下降ステップ幅s、許容率を入力する。各入力情報について、以下に説明する。
Kv、η、ΔPmaxは、KPAを用いた場合に当初から入力変数として要するパラメータであり、これらの値を用いて数式1により流動定数Cfが一義的に求められる。
H−uプロットは、t0−Nプロットへの変換に用いられる。
0 targetは、KPAにより得られたt0−Nプロットを解釈する場合に必要とされる値であって、処理ごとの固定値である。例えば、上述したように、図5に示した場合を例にとると、目標値として設定したt0 target=100sに相当する理論段数としては、N=60,000が最高分離能となることがわかる。
上記の情報に加えて、本発明に係るLKPAを用いた場合に特有の入力変数として、下降ステップ幅s、及び許容率%を要する。許容率は、処理ごとの固定値となる。ステップ幅s(すなわち、ΔP幅)は、図6のレイヤーの上下間隔に対応する。
次に、圧力損失ΔPの値をΔPmaxとして初期設定し(S703)、ΔPmaxのときのt0−Nプロットを生成することで、ΔPmax時の、t0 targetを取得するのに要するNのうち、最高の分離能を示すNmaxを得る(S704)。
その後、設定したステップ幅sを用いて、ΔPmaxからの下降ステップ処理を行う(S705)。
各々のΔPにおけるt0−Nプロットを生成し、補間カーブからΔP時のN@t0 targetを取得する(S706)。
許容率%は、ΔP=ΔPmaxのときに得られる理論段数Nのうち、最高の分離能を示すNmaxを100%として、下降ステップ処理により得られたNのNmaxに対する比率に関する許容範囲をいう。
すなわち、ここでは、Nmaxに許容率%を乗じた値がNよりも小さくなるか否かを判断する(S707)。そして、この値がNよりも小さくならない場合にはS705の下降ステップ処理を繰り返す。一方、Nよりも小さくなる場合には、この時点におけるΔPにおいて下降ステップ処理を停止する(S708)。
ここで、S707について、表2を用いた具体的な例により説明する。
無益な繰り返しが起きている場合、例えばΔPmax=100 MPa、N=20,000から始まって、ステップ幅としてΔP= 10MPaごとに減算していくと、表2に示される通り、ΔP= 90MPaの時点においても、t0を取得するのに要する理論段数は20,000であり、ΔPmaxのときと同じとなる。
そして、表2に示すようにΔP=60 MPaまで下降させた時点ではじめて許容率90%以下となる。
In the first embodiment, the high-speed processing has been described. In the present embodiment, the high-speed processing will be described. Here, the liquid chromatograph apparatus to which this process is applied is the same as that described with reference to FIGS.
A specific process is demonstrated along the flowchart of FIG. First, when high separation processing is started (S701), input settings of various parameters are performed (S702). As necessary information, in addition to the H-u plot, Kv, η, and ΔPmax, t 0 target to be set as a target value in this processing, a descending step width s of ΔP, and an allowable rate are input. Each input information will be described below.
Kv, η, and ΔPmax are parameters that are required as input variables from the beginning when KPA is used, and the flow constant Cf is uniquely determined by Equation 1 using these values.
The Hu plot is used for conversion to a t 0 -N plot.
t 0 target is a value required when interpreting the t 0 -N plot obtained by KPA, and is a fixed value for each process. For example, as described above, taking the case shown in FIG. 5 as an example, N = 60,000 may be the maximum resolution as the number of theoretical plates corresponding to t 0 target = 100 s set as the target value. Recognize.
In addition to the information described above, a descending step width s and an allowable rate% are required as specific input variables when the LKPA according to the present invention is used. The allowable rate is a fixed value for each process. The step width s (that is, ΔP width) corresponds to the vertical interval of the layers in FIG.
Next, the value of the pressure loss ΔP is initially set as ΔPmax (S703), and a t 0 -N plot at ΔPmax is generated to generate a t 0 target at ΔPmax. Nmax indicating the highest resolution is obtained (S704).
Thereafter, a step-down process from ΔPmax is performed using the set step width s (S705).
A t 0 -N plot at each ΔP is generated, and N @ t 0 target at ΔP is obtained from the interpolation curve (S706).
The permissible rate% refers to a permissible range regarding the ratio of N to Nmax obtained by the descending step process, where Nmax indicating the highest resolution among the theoretical plate numbers N obtained when ΔP = ΔPmax is 100%.
That is, here, it is determined whether or not a value obtained by multiplying Nmax by the allowable rate% is smaller than N (S707). If this value is not smaller than N, the descent step process of S705 is repeated. On the other hand, if it is smaller than N, the descent step process is stopped at ΔP at this time (S708).
Here, S707 will be described using a specific example using Table 2.
When useless repetition occurs, for example, starting from ΔPmax = 100 MPa, N = 20,000, and subtracting every ΔP = 10 MPa as the step width, as shown in Table 2, ΔP = 90 MPa The number of theoretical plates required to obtain t 0 is 20,000, which is the same as ΔPmax.
Then, as shown in Table 2, the allowable rate becomes 90% or less only when it is lowered to ΔP = 60 MPa.

Figure 0005966007
上記のように、高分離化処理の場合は、目標ボイド時間to targetを基準に圧力損失ΔPを減算しながら、圧力損失ΔPごとに理論段数Nを計算する。この場合、S707において、許容率を乗じた理論段数Nmax以下になるところで、圧力損失ΔPの減算処理を停止する。減算処理が終了すると計算生成物として、処理停止時の圧力損失ΔP、ボイド時間to、およびそれを実現するカラム長さL、線速度u0が決定される。
その後、決定されたパラメータ群、すなわち、処理停止時の圧力損失ΔP、理論段数N、およびそれを実現するカラム長さL、線速度u0を出力し(S709)、処理を終了する。
Figure 0005966007
As described above, in the case of high separation process, while subtracting the pressure loss [Delta] P based on the target void time t o target, to calculate the number of theoretical plates N for each pressure loss [Delta] P. In this case, in S707, the subtraction process of the pressure loss ΔP is stopped when the theoretical plate number Nmax or less multiplied by the allowable rate is reached. When the subtraction process is completed, a pressure loss ΔP, a void time t o , a column length L, and a linear velocity u 0 when the process is stopped are determined as calculation products.
Thereafter, the determined parameter group, that is, the pressure loss ΔP when the process is stopped, the theoretical plate number N, the column length L that realizes it, and the linear velocity u 0 are output (S709), and the process ends.

オペレータはメソッドとして、解として得られた長さLのカラムを調達し、線速度u0から導かれる流量Fで送液することにより高速・高分離分析法を実現する。圧力損失ΔPや、ボイド時間toはこの分析条件で測定した結果として得られる指標であり、必要に応じて測定し確認することになる。
上記のように、LCによる分析法を最適化する上で不可欠な指標であるカラム長さLおよび流量F(線速度u0)に関して、本実施の形態では現実的に最適な解を得ることができるLKPAの手法について説明した。
本手法によれば、従来のKPAではカラム長さLと流量Fに極限解をもたらすようなケースでも、ハード部材に負担をかけることなくより安定した分析を行うことが可能となる。
本発明はメソッド最適化ソフトウェアやメソッドトランスファープログラム、およびUHPLCシステムに応用できる。
The operator procures a column of length L obtained as a solution as a method, and sends the solution at a flow rate F derived from the linear velocity u 0, thereby realizing a high speed and high separation analysis method. The pressure loss ΔP and the void time t o are indexes obtained as a result of measurement under these analysis conditions, and are measured and confirmed as necessary.
As described above, with respect to the column length L and the flow rate F (linear velocity u 0 ), which are indispensable indexes for optimizing the LC analysis method, the present embodiment can obtain a practically optimal solution. The possible LKPA method has been described.
According to this method, even in the case where the conventional KPA brings an extreme solution to the column length L and the flow rate F, it becomes possible to perform more stable analysis without imposing a burden on the hard member.
The present invention can be applied to method optimization software, method transfer programs, and UHPLC systems.

1 液体クロマトグラフ装置
2 ポンプ
3 オートサンプラ
4 カラムオーブン
5 検出器
6 データ処理装置
7 メソッド変換処理用コンピュータ
8 入力装置
9 出力装置
10A 溶離液
10B 溶離液
11A ポンプ
11B ポンプ
12 ミキサ
13 オートサンプラ
14 カラムオーブン
15 分析カラム
16 検出器
17 セル
18 廃液タンク
1001 処理開始ボタン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid chromatograph apparatus 2 Pump 3 Autosampler 4 Column oven 5 Detector 6 Data processing apparatus 7 Method conversion processing computer 8 Input apparatus 9 Output apparatus 10A Eluent 10B Eluent 11A Pump 11B Pump 12 Mixer 13 Autosampler 14 Column oven 15 Analysis column 16 Detector 17 Cell 18 Waste liquid tank 1001 Process start button

Claims (9)

移動相を送液する送液部と、
当該送液された移動相流路中に試料を注入する試料注入部と、
当該注入された試料を分離するカラムと、
当該分離された試料を検出する検出部と、
当該検出された結果を処理するデータ処理部と、
当該データ処理部に接続されたメソッド変換処理部と、を有する液体クロマトグラフ装置において、
前記メソッド変換処理部は、
前記カラム効率の流量依存性に関するデータと、流動性に関するデータと、に基づいて、
分析時間に関する指標を求め、
当該求めた指標が、
予め定めた許容範囲をこえるか否か、を判定し、
当該判定の結果に基づいて、
前記カラムの長さ、及び前記移動相の流量に関する分析条件を設定することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
A liquid feeding part for feeding the mobile phase;
A sample injection portion for injecting a sample into the liquid phase mobile phase flow path,
A column for separating the injected sample;
A detection unit for detecting the separated sample;
A data processing unit for processing the detected result;
In a liquid chromatograph apparatus having a method conversion processing unit connected to the data processing unit ,
The method conversion processing unit
Based on the data on the flow rate dependence of the column efficiency and the data on fluidity,
Find metrics on analysis time,
The calculated index is
Determine whether it exceeds the predetermined tolerance,
Based on the result of the determination,
The liquid chromatograph apparatus is characterized by setting analysis conditions relating to a length of the column and a flow rate of the mobile phase.
請求項1に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記メソッド変換処理部は、
当該当該求めた指標が、
予め定めた許容範囲をこえる場合には、
当該範囲をこえたときの前記流動性に関するデータにおける前記指標に基づいて、
前記カラムの長さ、及び前記移動相の流量に関する分析条件を設定することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
In the liquid chromatograph apparatus according to claim 1,
The method conversion processing unit
The calculated indicator is
If it exceeds the predetermined tolerance,
Based on the indicator in the liquidity data when the range is exceeded,
The liquid chromatograph apparatus is characterized by setting analysis conditions relating to a length of the column and a flow rate of the mobile phase.
請求項1に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記分析時間に関する指標は、
予め定めた目標理論段数を取得するために要する時間であることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
In the liquid chromatograph apparatus according to claim 1,
The indicator related to the analysis time is
A liquid chromatograph apparatus characterized by a time required for acquiring a predetermined target theoretical plate number.
請求項1に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記流動性に関するデータは、圧力条件値であり、
前記メソッド変換処理部は、
前記圧力条件値を所定の間隔ごとに逐次変化させ、
当該変化させた圧力条件値における前記カラム効率の流量依存性に関するデータに基づいて、
前記分析時間に関する指標を求めることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
In the liquid chromatograph apparatus according to claim 1,
The fluidity data is a pressure condition value,
The method conversion processing unit
The pressure condition value is sequentially changed at predetermined intervals,
Based on the data on the flow rate dependence of the column efficiency at the changed pressure condition value,
A liquid chromatograph apparatus for obtaining an index relating to the analysis time.
請求項1〜4のいずれかに記載された液体クロマトグラフ装置において、In the liquid chromatograph device according to any one of claims 1 to 4,
前記データ処理部と前記メソッド変換処理部とは、同一のコンピュータ内に備えられることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。The liquid chromatograph apparatus, wherein the data processing unit and the method conversion processing unit are provided in the same computer.
液体クロマトグラフ分析の最適化方法であって、An optimization method for liquid chromatographic analysis,
カラム効率の流量依存性に関するデータ、及び流動性に関するデータを入力する第1のステップと、A first step of inputting data relating to flow dependency of column efficiency and data relating to fluidity;
当該入力されたカラム効率の流量依存性に関するデータ、及び流動性に関するデータに基づいて、Based on the data on the flow dependency of the column efficiency and the data on the flowability,
分析時間に関する指標を求める第2のステップと、A second step for obtaining an index relating to analysis time;
当該求めた指標が、The calculated index is
予め定めた許容範囲をこえるか否か、を判定する第3のステップと、A third step for determining whether or not a predetermined allowable range is exceeded;
当該判定の結果に基づいて、Based on the result of the determination,
前記カラムの長さ、及び前記移動相の流量に関する分析条件を設定する第4のステップと、を有することを特徴とする液体クロマトグラフ分析の最適化方法。A fourth step of setting analysis conditions relating to the length of the column and the flow rate of the mobile phase, and a method for optimizing a liquid chromatograph analysis.
請求項6に記載された液体クロマトグラフ分析の最適化方法であって、A method for optimizing liquid chromatographic analysis according to claim 6, comprising:
前記第4のステップにおいて、In the fourth step,
当該求めた指標が、The calculated index is
予め定めた許容範囲をこえる場合には、If it exceeds the predetermined tolerance,
当該範囲をこえたときの前記流動性に関するデータにおける前記指標に基づいて、Based on the indicator in the liquidity data when the range is exceeded,
前記カラムの長さ、及び前記移動相の流量に関する分析条件を設定することを特徴とする液体クロマトグラフ分析の最適化方法。A method for optimizing a liquid chromatograph analysis, wherein analysis conditions relating to a length of the column and a flow rate of the mobile phase are set.
請求項6に記載された液体クロマトグラフ分析の最適化方法であって、A method for optimizing liquid chromatographic analysis according to claim 6, comprising:
前記分析時間に関する指標は、The indicator related to the analysis time is
予め定めた目標理論段数を取得するために要する時間であることを特徴とする液体クロマトグラフ分析の最適化方法。A method for optimizing a liquid chromatograph analysis, characterized in that it is the time required to acquire a predetermined target theoretical plate number.
請求項6に記載された液体クロマトグラフ分析の最適化方法であって、A method for optimizing liquid chromatographic analysis according to claim 6, comprising:
前記第2のステップにおいて、In the second step,
前記流動性に関するデータは、圧力条件値であり、The fluidity data is a pressure condition value,
前記圧力条件値を所定の間隔ごとに逐次変化させ、The pressure condition value is sequentially changed at predetermined intervals,
当該変化させた圧力条件値における前記カラム効率の流量依存性に関するデータに基づいて、Based on the data on the flow rate dependence of the column efficiency at the changed pressure condition value,
前記分析時間に関する指標を求めることを特徴とする液体クロマトグラフの最適化方法。A method for optimizing a liquid chromatograph, characterized in that an index relating to the analysis time is obtained.
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