JP6658091B2 - 分析測定装置システム - Google Patents

Description

本発明は、試料を分析し、また、その特性を測定する分析測定装置システムに関し、特に装置の不具合を未然に検知するための機能を備えた分析測定装置システムに関する。

分析測定の結果が法的な措置の根拠として用いられる等の場合には、分析測定結果の正当性を担保するために、分析測定装置が全体として所定の特性を有しているかの検査（バリデーション）が定期的に、或いは所定の測定の前又は後に行われる。バリデーションにおいては、その分析測定装置に所定の標準的な測定条件を設定して標準試料の分析や測定を行った場合に結果が所定の基準を満たすか否かの他、装置を構成する各部が所定の基準を満たすか否かもチェックされる。

このようなバリデーションは所定の法定期間毎に行われるが、その他に、重要な測定の前にも行われ、通常の測定の場合でも必要に応じて適宜のレベルの検査が行われる。これらは、分析・測定結果の正確性を担保する目的の他、装置各部の故障により測定が中断することを防止するためにも行われる。特に、測定が長時間に亘って自動で行われる場合、途中で中断すると測定時間が無駄になるばかりか、貴重な試料が無駄になる可能性もある。

そこで、装置を構成する各部品にタグを付け、装置側にそのタグを読み取る識別モジュールを設けて消耗品の管理を行い、交換時期をユーザーに通知する分析測定装置システムが提案されている（特許文献１）。これにより、これから行おうとする測定の間に消耗品の交換時期が来ることを避けることができる。このシステムでは、部品の誤装着も通知される。

また特許文献２には、予め設定された分析スケジュールに則って複数の試料の分析を一連に実行する分析装置において、各試料の分析毎に、診断動作を行なうか否かの選択及び該診断の結果に応じた処理動作の種類を分析スケジュールにおいて指示しておき、一連の分析を実行する際に、前記分析スケジュールにて診断動作の指示されている試料の分析の前又は後に当該分析装置内部の所定箇所の状態をチェックし、前記分析スケジュールにて指示されている処理動作に応じて分析動作を制御する分析装置が提案されている。

特開平09-171022号公報 特開平10-318803号公報

様々なユニットを組み合わせて構成される分析測定装置システムの場合、通常、それらのユニットを統一的に制御する制御装置が備えられており、複数の試料を連続的に分析する自動分析等の際にはそのような制御装置が必須となる。特許文献１や特許文献２に記載の分析測定装置では、各ユニットの消耗品情報を管理したり、予め設定された分析スケジュールに則って複数の試料の分析を一連に実行するために、このような制御装置が用いられる。

従って、このような分析測定装置システムを構成する各ユニットの消耗品情報や診断情報は、そのシステムの制御装置により保持され、管理されているが、或るユニットがそのシステムから切り離された場合、そのユニットの消耗品がどのような状態にあるのか、或いはユニット自体がどのような状態にあるのか（精度が落ちてきているのか等）は、分からなくなる。従って、そのユニットを他のシステムに組み込んで使おうとした場合、そのユニットを十分に管理された状態で使用するには、前に属していたシステムから情報を取り出すか、そのユニット独自の（紙又はコンピュータ上の）管理簿を設けておかなければならない。

本発明が解決しようとする課題は、複数台のユニットで構成され、各ユニットの管理をより的確且つ十分に行うことができる分析測定装置システムを提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る、複数台のユニットを含む分析測定装置システムは、
a) 前記複数台のユニットの中の少なくとも1台のユニットに設けられた、該ユニットの所定の部位の状態を検出するためのセンサと、
b) 前記ユニットに設けられた、前記センサからの信号を受け、所定の判定基準に基づき該ユニット全体としての状態を判定する判定部と、
c) 前記ユニットに設けられた、前記判定基準と前記判定部の判定結果を保存しておく記憶部と、
d) 前記ユニットに設けられた、前記判定結果を表示する表示部と
を備えることを特徴とする。

ここで、前記の「ユニットの所定の部位の状態」とは、そのユニットの全体ではなく特定の、通常のセンサで検出・測定することが可能な物理量のことであり、例えば分析測定装置システムが液体クロマトグラフシステムであって、ユニットがポンプである場合には、そのポンプの圧力や温度等であり、ユニットが紫外線検出器（UV検出器）である場合にはサンプルセルを通過した光の光量や通過しない光（参照光）の光量等である。そして「ユニット全体としての状態」とは、そのユニットが正常に動作し得る状態であるのか、或いは、求められる性能を満たすことができない不具合状態にあるのかという状態を指す。それらの他に、該不具合状態までは至っていないが、それに近づきつつある状態（劣化している状態）を加えてもよい。

本発明に係る分析測定装置システムにおいて、判定部は、センサにより検出された該ユニットの所定部位の状態の信号を記憶部に保存されている判定基準と照合し、前記のようなユニット全体としての状態を判定する。すなわち、ユニット自体において自己診断を行う。

記憶部に保存されている判定基準は、予め該ユニットについて定められた（メーカーが定めた）ものであってもよいし、変更可能となっており、該ユニットに設けられた入力装置によりユーザーが適宜変更して記憶部に保存しておいたものであってもよい。或いは、本分析測定装置システムがシステム全体を制御するシステム制御部を備えている場合には、該システム制御部から与えられたものであってもよい。判定部は、判定結果（自己診断結果）を記憶部に保存するとともに、表示部に表示する。ユーザーは、そのユニットの表示部の表示により該ユニットの自己診断の結果を知ることができ、そのユニットを使用するか否かの判断をすることができる。また、自己診断の結果は記憶部に保存されているため、そのユニットを他の分析測定装置システムに組み込んで使用した場合でも、該システムにおいてそのユニットを正しく管理し、使用することができるようになる。また、自己診断の結果として、測定中に装置が正常に動作していることを記憶部に保存しておくことにより、測定が正しく行われたことの証拠を残すことができる。

本発明に係る分析測定装置システムでは、2台以上のユニットが上記のようなセンサ、判定部、記憶部及び表示部を有する場合、それらのユニットが相互に信号を授受するための通信部を各ユニットが持つようにしてもよい。こうすることにより、一方のユニットの判定部は、他のユニットのセンサで検出された結果も加味して自ユニットのユニット全体としての状態を判定することができるようになり、より的確且つ十分な自己診断を行うことができるようになる。

本発明に係る分析測定装置システムでは、それを構成する複数台のユニットの中の少なくとも1台に該ユニットの所定の部位の状態を検出するためのセンサが設けられ、それにより該ユニット全体としての状態を判定して、自己診断を行うことができる。自己診断の結果は記憶部に保存されるとともに、表示部に表示される。これによりユーザーは、そのユニット単体だけでも、該ユニットの（全体の）状態を知ることができ、そのユニットを使用するか否かの判断をすることができる。また、そのユニットを他の分析測定装置システムに組み込んで使用した場合でも、該システムにおいてそのユニットを的確且つ十分に管理し、使用することができるようになる。

また、従来の分析測定装置システムのように、システムの制御装置が各ユニットの管理も行っている場合には、試料の分析中は、たとえ或るユニットが分析に関与していなくても、そのユニットに対する診断を行うことはできなかったが、本発明に係る分析測定装置システムでは、ユニット自体が上記のような自己診断機能を有するため、試料の分析中であっても、分析に関与していないユニットにおいてそのユニットの状態を判定することができる。これは、多数の試料に対する連続分析が長時間に亘って行われる場合に、特に有効な機能となる。

本発明に係る分析測定装置システムの第１実施形態を示す概略構成図。 第１実施形態の分析測定装置システムの変形例を示す概略構成図。 波長可変UV検出器の一例を示す概略構成図。 本発明に係る分析測定装置システムの第２実施形態を示す概略構成図。

図１〜図４を用いて、本発明に係る分析測定装置システムの実施形態を説明する。

図１に、第１実施形態の分析測定装置システム１０を示す。この分析測定装置システム１０は、高速液体クロマトグラフ（High Performance Liquid Chromatograph：HPLC）であり、移動相Ｍが流れる流路１１上に、送液ポンプ１２、試料注入部１３、分析カラム１４及び検出器１５がこの順に設けられている。送液ポンプ１２は移動相Ｍを試料注入部１３側に送液するポンプである。試料注入部１３は、流路１１を流れる移動相Ｍに試料Ｓを注入するものである。分析カラム１４は、試料注入部１３で注入された試料Ｓに含まれる成分毎の溶出時間の相違を利用して各成分を分離するものである。検出器１５は、分析カラム１４から溶出する溶出液の光学的特性や電気的特性等を測定するものである。それら特性の時間変化を測定することにより、試料Ｓに含まれる成分を検出することができる。本実施形態では、検出器１５には後述の波長可変紫外光（UV）検出器を用いる。

送液ポンプ１２には、流量センサ１２１と、流量判定部１２２と、流量判定情報記憶部１２３と、流量判定結果表示部１２４が設けられている。流量センサ１２１は、送液ポンプ１２が送液する移動相の単位時間当たりの流量を検出するものである。流量判定部１２２は、流量センサ１２１が検出する流量の時間変動の大きさが所定の基準値内にあるか否かを判定するものであり、中央演算装置（ＣＰＵ）で具現化されている。この流量の時間変化は、送液ポンプ１２がその部品の劣化によって移動相を一定の流量で送液することができなくなることにより生じるものであり、検出器１５で得られる検出信号のベースラインに影響を及ぼすため、小さくする必要がある。流量判定情報記憶部１２３は、判定基準である流量の時間変動の大きさの基準値を記憶すると共に、流量判定部１２２で判定された判定結果を記憶するものである。流量判定結果表示部１２４は、当該判定結果を表示するディスプレイ（画像表示装置）である。ディスプレイの代わりに、判定結果が「正常」であることを示すランプ及び「不具合有り」であることを示すランプ、あるいは「不具合有り」であることを示すランプのみを設けてもよい。

流量判定情報記憶部１２３に記録する基準値は、分析測定装置システム１０の製造者が出荷時に入力してもよいし、別途、流量判定情報記憶部１２３に基準値を入力する操作キー等の流量基準値入力部１２５（図１）を設けて分析測定装置システム１０のユーザーが入力するようにしてもよい。あるいは、分析測定装置システム１０に、該分析測定装置システム１０の全体を制御するシステム制御部１６（図２）を設けておき、該システム制御部１６から流量判定情報記憶部１２３に基準値を与えるようにしてもよい。システム制御部１６は、判定基準を流量判定情報記憶部１２３や後述の光量判定情報記憶部１５３に与える他、送液ポンプ１２のON/OFF、試料注入部１３から試料Ｓを移動相Ｍに注入するタイミング、検出器１５における光源や回折格子の動作（後述）等を制御する。

本実施形態の検出器１５である波長可変UV検出器は、図３に示すように、光源１５Ｌからの光を回折格子（分光器）１５Ｄで波長毎に分散し、そのうちの１波長を選択して流路１１中のフローセルＣを通過する移動相Ｍ中の試料Ｓに照射し、試料Ｓを通過した光の光量を光量検出部１５１で検出する。該波長の光の一部はフローセルＣの手前で分割され、試料に照射されることなく、リファレンス光として光量が光量検出部１５１又はそれとは別の光量検出部１５１Ａ（図３）で検出される。以下では、リファレンス光と区別して、フローセルＣに照射される光を「サンプル光」と呼ぶ。この検出器１５は光源１５Ｌ、回折格子１５Ｄ及び光量検出部１５１の他に、光量判定部１５２と、光量判定情報記憶部１５３と、光量判定結果表示部１５４を有する。光量判定部１５２は、サンプル光とリファレンス光のそれぞれについて定められた光量の所定基準範囲内に、それらサンプル光とリファレンス光の光量の検出値が含まれるか否かを判定し、後述のように検出器１５の状態を判定する。なお、光量判定部１５２でサンプル光の光量を判定する際には、移動相Ｍに試料Ｓを注入していない状態で行う。光量判定情報記憶部１５３は、判定基準である光量の所定基準範囲を記憶すると共に、光量判定部１５２で判定された判定結果を記憶するものである。光量判定結果表示部１５４は、光量判定部１５２で判定された判定結果を表示するディスプレイである。前述の流量判定結果表示部１２４と同様に、光量判定結果表示部１５４には、ディスプレイの代わりに、判定結果が「正常」であることを示すランプ及び「不具合有り」であることを示すランプ、あるいは「不具合有り」であることを示すランプのみを用いてもよい。

光量判定部１５２における検出器１５の状態の判定は以下のように行われる。サンプル光とリファレンス光の双方の光量が所定基準範囲内にあれば、光量判定部１５２は検出器１５が正常であると判定する。それに対して、サンプル光とリファレンス光の双方の光量が所定基準範囲外にある場合には、光量判定部１５２は、サンプル光のみが通過するフローセルＣの不具合ではなく、サンプル光とリファレンス光の双方が関与する光源１５Ｌ、光量検出部１５１（リファレンス光を光量検出部１５１で検出する場合）、あるいは回折格子１５Ｄ等の光学素子に不具合があると判定する。光源１５Ｌの不具合としては経年劣化による光量の低下が、光量検出部１５１の不具合としては光学素子の汚れが、それぞれ原因として考えられる。また、リファレンス光の光量が所定基準範囲内にあって、サンプル光の光量だけが所定基準範囲外にある場合には、光量判定部１５２は、フローセルＣに不具合があると判定する。フローセルＣの不具合は、その汚れが原因として考えられる。一方、サンプル光の光量が所定基準範囲内にあって、リファレンス光の光量だけが所定基準範囲外にある場合には、光量判定部１５２は、リファレンス光の光軸の調整に不備があると判定する。

光量判定情報記憶部１５３に記録する光量の所定基準範囲は、流量判定情報記憶部１２３の場合と同様に、分析測定装置システム１０の製造者が出荷時に入力してもよいし、光量判定情報記憶部１５３に光量の所定基準範囲を入力する光量基準値入力部１５５（図１）を設けてユーザーが入力するようにしてもよいし、システム制御部１６（図２）から与えるようにしてもよい。

本実施形態の分析測定装置システム１０によれば、送液ポンプ１２及び検出器１５という2つのユニットにそれぞれセンサが設けられ、各ユニットの状態を判定して自己診断を行うことができる。自己診断の結果は、各ユニットの記憶部に保存されるとともに、各ユニットの表示部に表示される。ユーザーは、ユニット単体の状態を知ることができ、そのユニットを使用するか否かの判断をすることができる。また、これらのユニットを他の分析測定装置システムに組み込んで使用した場合でも、自己診断の結果が記憶部に保存されているため、該システムにおいてそのユニットを的確且つ十分に管理し、使用することができる。

検出器１５には、波長可変UV検出器の代わりに、フォトダイオードがアレイ状に設けられたフォトダイオードアレイを有するものを用いてもよい。フォトダイオードアレイを有する検出器１５は、光源からフローセルＣに照射されて試料Ｓを通過した光を回折格子（分光器）で分光し、フォトダイオードアレイのフォトダイオードで波長毎に検出する。この検出器１５の状態を判定する際には、試料Ｓの測定時と同じ光路で光源からフォトダイオードアレイに到達するサンプル光と、光源からの光の一部をフローセルＣの手前で分割してフローセルＣを通過しない光路を通過した後にサンプル光と同じ光路で回折格子を経てフォトダイオードアレイに達するリファレンス光を用いる。ここでリファレンス光には、光源からの光の一部をフローセルＣの手前で分割してフローセルＣを通過しない光路を通過した後に、サンプル光と同じ回折格子（あるいはサンプル光と異なる回折格子でもよい）を経て、サンプル光とは異なる検出器（フォトダイオード）に達するものを用いてもよい。あるいは、サンプル光と同じ光路からフローセルＣのみを取り外した状態で検出器１５において検出される光をリファレンス光として用いてもよい。この検出器１５の正常・不具合の判定は、これらサンプル光及びリファレンス光を用いて、波長可変UV検出器を用いた場合と同様の方法で行えばよい。

なお、上記の例では送液ポンプ１２の状態の判定において、流量の時間変動の大きさの基準値を1つのみ用いているが、その代わりに、第１基準値とそれよりも大きい第２基準値を用いてもよい。その場合には、流量センサ１２１の検出値が第１基準値以下であれば「正常」、第１基準値よりも大きく第２基準値以下であれば「劣化」あるいは「部品交換時期近し」、第２基準値よりも大きければ「不具合有り」あるいは「部品交換要」という3段階の判定を流量判定部１２２が行うようにしてもよい。検出器１５の検出光量の判定においても、同様の3段階の判定を行うことができる。

また、送液ポンプ１２においては、移動相Ｍの流量の時間変化を判定する代わりに、移動相Ｍの圧力の時間変化を判定してもよい。

次に、第２実施形態の分析測定装置システム２０について説明する。この分析測定装置システム２０は図４に示すように、第１実施形態の分析測定装置システム１０に、送液ポンプ側通信部２２及び検出器側通信部２５、並びにそれら送液ポンプ側通信部２２と検出器側通信部２５を結ぶ通信線２１を追加した構成を有する。送液ポンプ側通信部２２は流量センサ１２１の検出信号を検出器側通信部２５に通信線２１を通して送信し、検出器側通信部２５は該検出信号を受信する機能を有する。なお、図４では流量基準値入力部１２５及び光量基準値入力部１５５を有しシステム制御部１６を有しない構成を示したが、流量基準値入力部１２５及び光量基準値入力部１５５を有さずシステム制御部１６を有する構成としてもよい。

第２実施形態の分析測定装置システム２０では、光量判定部１５２は、光量検出部１５１が検出したサンプル光及びリファレンス光の光量と共に、検出器側通信部２５が受信した流量センサ１２１の検出信号、すなわち移動相Ｍの流量に基づいて、以下のように判定を行う。サンプル光の光量は、フローセルＣの汚れ等の検出器１５の不具合だけでなく、移動相Ｍの流量の変動という送液ポンプ１２の不具合によっても変動する。そこで、光量判定部１５２は、サンプル光の光量が所定基準範囲外にあるときに、サンプル光の光量の時間変化と移動相Ｍの流量の時間変化を対比し、両者の相関関数を求める。そして、該光量の時間変化と該流量の時間変化に一定以上の相関性が有ると認められる場合には、光量判定部１５２は、検出器１５ではなく送液ポンプ１２に不具合があると判定し、検出器１５に関しては正常と判定する。それに対して、前記光量の時間変化と前記流量の時間変化の相関性が無いか低いと判断される場合には、光量判定部１５２は、第１実施形態の場合と同様の手法により、検出器１５の不具合の有無を判定する。

第２実施形態の分析測定装置システム２０において、前記光量の時間変化と前記流量の時間変化に一定以上の相関性が認められたときに、それを意味する信号を検出器側通信部２５から送液ポンプ側通信部２２に送るようにしてもよい。これにより、流量判定部１２２は、送液ポンプ１２に不具合があるとの判定を行うことができる。

ここまではHPLCにおける送液ポンプと検出器を不具合検出の対象のユニットとして説明したが、ガスクロマトグラフにおける真空ポンプと検出器や、複数の検出器を有する各種測定装置等にも同様に本発明を適用することができる。さらには、不具合検出の対象のユニットが1つのみであっても、当該ユニットにおいて自己診断を行うことができるという点で本発明を適用することができる。

上記各実施例や各種変形例は本発明の例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、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当然である。

１０、２０…分析測定装置システム
１１…流路
１２…送液ポンプ
１２１…流量センサ
１２２…流量判定部
１２３…流量判定情報記憶部
１２４…流量判定結果表示部
１２５…流量基準値入力部
１３…試料注入部
１４…分析カラム
１５…検出器
１５１、１５１Ａ…光量検出部
１５２…光量判定部
１５３…光量判定情報記憶部
１５４…光量判定結果表示部
１５５…光量基準値入力部
１５Ｄ…回折格子
１５Ｌ…光源
１６…システム制御部
２１…通信線
２２…送液ポンプ側通信部
２５…検出器側通信部
Ｃ…フローセル
Ｍ…移動相
Ｓ…試料

Claims (6)

1. 送液ポンプ、試料注入部、分析カラムおよび検出器を備えるクロマトグラフであって、
   前記検出器が、
   光源と、
   試料を含む移動相が流れるフローセルと、
   前記光源からの光を前記フローセルにサンプル光として照射する光学素子と、
   前記フローセルを通過した前記サンプル光を検出するサンプル光検出部と、
   前記光源からの光の一部が前記フローセルの手前で分割されたリファレンス光を検出するリファレンス光検出部と、
   前記サンプル光検出部で検出された前記サンプル光の光量及び前記リファレンス光検出部で検出された前記リファレンス光の光量が、それぞれについて定められた所定基準範囲内に含まれるか否かを判定する光量判定部と、
   前記サンプル光の光量及び前記リファレンス光の光量の両方が前記所定基準範囲内にあると判定された場合には前記検出器が正常であると判定し、前記サンプル光の光量及び前記リファレンス光の光量の両方が前記所定基準範囲外にあると判定された場合には前記光源又は前記光学素子に不具合があると判定し、前記リファレンス光の光量が前記所定基準範囲内にあって前記サンプル光の光量が前記所定基準範囲外にあると判定された場合には前記フローセルに不具合があると判定し、前記サンプル光の光量が前記所定基準範囲内にあって前記リファレンス光の光量が前記所定基準範囲外にあると判定された場合には前記リファレンス光の光軸の調整に不備があると判定する装置状態判定部と
   を備える、クロマトグラフ。
2. 前記送液ポンプが、前記送液ポンプが送液する移動相の単位時間当たりの流量を検出する流量センサを備え、
   前記装置状態判定部が、
   前記サンプル光の光量が前記所定基準範囲外にあるとき、前記サンプル光の光量の時間変化と移動相の流量の時間変化とを対比し、前記サンプル光の光量の時間変化と移動相の流量の時間変化とに相関性が認められる場合、前記送液ポンプに不具合があると判定する、
   請求項１に記載のクロマトグラフ。
3. 請求項１に記載のクロマトグラフにおいて、
   前記検出器が、さらに、
   前記サンプル光の光量及び前記リファレンス光の光量にそれぞれについて定められた前記所定基準範囲と、前記装置状態判定部の判定結果を保存しておく記憶部と、
   前記判定結果を表示する表示部と
   を備える、クロマトグラフ。
4. 前記記憶部に保存されている所定基準範囲は、ユーザーが設定したものである請求項３に記載のクロマトグラフ。
5. 本クロマトグラフが該クロマトグラフ全体を制御する制御部を備えており、前記記憶部に保存されている所定基準範囲は、該制御部から与えられたものである請求項３に記載のクロマトグラフ。
6. 前記送液ポンプが、
   移動相の単位時間あたりの流量を検出する流量センサと、
   前記流量センサで検出された流量の時間変動の大きさが所定の時間変動基準範囲内にあるか否かを判定する流量判定部と、
   前記時間変動基準範囲と前記流量判定部の判定結果を保存しておく流量判定情報記憶部と、
   前記流量判定部の判定結果を表示する流量判定結果表示部とを有しており、
   前記検出器と前記送液ポンプがそれぞれ、互いに信号を授受するための通信部を有する請求項３〜５のいずれかに記載のクロマトグラフ。

Images