JP7070014B2 - クロマトグラムにおけるピークの信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、クロマトグラム中の、開始点と終了点の信号値に差が生じているピークの信号処理方法に関するものである。

クロマトグラフィは、目的成分を含む未知試料を流体場に注入し、移動相と分析カラムによって目的成分を分離し、検出器において目的成分の検出を行うが、目的成分のピークが、他のピークのショルダーピークとなる場合や、溶媒ピーク周辺に溶出する場合は、目的成分のピークのベースラインがドリフトしてしまう場合がある。これは、目的ピークの検出精度や目的成分の定量精度に悪影響を及ぼす。

ショルダーピークの信号処理としては、波形分離によって目的成分の波形を求める手法や、操作者がベースラインを直線で決定する手法などが良く知られるが、ショルダーピークの場合はクロマトグラムの時間微分を取得してもピーク検出条件によるピーク検出が目的成分以外の成分に阻害され、自動でピークの開始点及び終了点を決定することは困難であった。

本発明の課題は、クロマトグラム中の、開始点と終了点の信号値に差が生じているピークに関して、定量再現性の良いベースラインを決定するための処理方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、クロマトグラム中のピークのうち一部分に対して双曲線関数で精度良くフィッティングできることを発見し、本発明に至った。

すなわち本発明は、
クロマトグラム中の、開始点と終了点の信号値に差が生じているピークの信号処理方法であって、前記ピーク前方の信号点群と前記ピーク後方の信号点群に双曲線関数をフィッティングする工程を含むことを特徴とする。上述の工程を行うことでピークの開始点及び終了点が決定しやすくなり、定量再現性が良い測定が可能となる。

本発明は、前記双曲線関数を前記クロマトグラムから減算することにより差分クロマトグラムを取得する工程と、前記差分クロマトグラムの時間微分値を用いて前記ピークの開始点、終了点を決定する工程とをさらに含んでいてもよい。これらの工程をさらに行うことで、装置により自動でピークの開始点及び終了点を決定することが可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

「開始点と終了点の信号値に差が生じているピーク」とは、クロマトグラフ装置によって取得されたクロマトグラムにおいて目的成分のピークが、目的成分以外のピークに重なっている場合や、試料中の溶媒に由来する負方向のピークの直後に定量目的成分のピークが現れる場合が挙げられる（図１参照）。

図１（ａ）を例に本発明の処理方法を説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）の破線部分を拡大した図である。

まず、定量目的成分のピーク前方の信号点群と、ピーク後方の信号点群に双曲線関数をフィッティングするために、ピーク近傍の信号点群を指定する（図２（ａ）参照）。装置に事前設定された信号点自動決定ルールに基づいて自動で指定しても良く、操作者が指定しても問題ない。信号自動決定ルールは、ピークの溶出時間を参照した基準であり、ピーク前方部分であればピークトップの時間の８０～９５％、ピーク後方部分であれば１０５～１２５％の範囲から任意に選択すればよい。操作者が決定する場合は、クロマトグラム上のショルダーピーク近傍から任意の信号点を指定する方法を用いても良いし、クロマトグラムからピークを含むと思われる領域を指定し、装置が自動で信号点を決定する手法を用いても良い。信号点群として指定する信号点としてはピークの前後１０点程度ずつ選択することが望ましいが、双曲線関数でフィッティングできればよい。

次に、指定された信号点群に対して双曲線関数をフィッティングし、近似曲線を求める（図２（ｂ）参照）。双曲線関数としては、下記数式のいずれかを選択することが好ましい。なお、数式中のｙは出力、ｘは時間、Ｐ１、Ｐ２、ａ及びｂはそれぞれ定数を表す。

近似曲線を求める場合には、最小二乗法により、関数と信号点群のｙ軸方向の残差が最も小さくなるような定数Ｐ１、Ｐ２、ａ、ｂを求める手法を例示できるが、近似曲線の取得方法に特に制限は無く、信号点群のうち一部の信号値に重み付けを行ってもよく、収束の効率化のために定数に対して範囲制約を設定しても良い。

本発明は、装置による自動ピーク検出を行うために、双曲線関数をクロマトグラムから減算した差分クロマトグラムの時間微分値を用いて、前記ピークの開始点及び終了点を決定してもよい（図３参照）。装置による自動ピーク検出としては、差分クロマトグラムの時間微分値の変化量を基に、前記変化量が事前に定めたピーク検出感度を閾値として参照することにより、ピークの開始点及び終了点を決定する方法などを用いればよい。

本発明により、従来法と比較してクロマトグラムの定量再現性を向上することができるようになった。さらに、開始点と終了点の信号値に差が生じているピークに関して、自動でピーク検出することも可能となった。

開始点と終了点の信号値に差が生じているピークを有するクロマトグラムの例である。 クロマトグラムを双曲線関数でフィッティングする工程を示した図である。 差分クロマトグラムを用いて、ピークの開始点及び終了点を決定した図である。 実施例１及び２で用いたクロマトグラフ装置の流路構成を示す図である。 試料１～３のクロマトグラムの塩化物イオン、亜硝酸イオンに対して従来法を用いてベースラインを決定した結果である。 試料２、３のクロマトグラムに対して、本発明を用いてフィッティングした図である。 試料２、３の差分クロマトグラムを取得し、差分クロマトグラムの時間微分値の変化量を基に、装置により自動でピーク検出を行った結果である。 従来法を用いてフッ化物イオンピークのベースラインを自動決定した図である。 フッ化物イオンピークについて本発明を用いてフィッティングした図である。 差分クロマトグラムを取得し、差分クロマトグラムの時間微分値の変化量を基に、装置により自動でピーク検出を行った結果である。

以下、実施例によって本発明を具体的に示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
使用したイオンクロマトグラムシステムを図４に示す。システムは、移動相及び移動相ボトル１、溶媒脱気装置２、送液ポンプ３、試料注入部４、カラムオーブン７、サプレッサー８、電気伝導度検出計９、廃液ボトル１０及びデータ処理プログラム１１で構成した。分析カラム５としては東ソー（株）製 ＴＳＫｇｅｌ ＳｕｐｅｒＩＣ－Ａｎｉｏｎ ＨＳを使用、ガードカラム６としては東ソー（株）製 ＴＳＫｇｅｌ ｇｕａｒｄｃｏｌｕｍｎ ＳｕｐｅｒＩＣ－Ａ ＨＳを使用、サプレッサーに用いるサプレッサーゲルはＴＳＫｇｅｌ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ＩＣ－Ａを使用、またデータ処理プログラムは東ソー（株）製 ＩＣ－２０１０ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎを使用した。

（実施例１）
下記試料の測定を２０回行い、試料２、３における亜硝酸イオンの定量再現性（標準偏差／平均値）について、従来法と本発明の比較を行った。その他の条件は下記の通りである。
試料１：０．００４ｍｇ／Ｌ 亜硝酸イオン
試料２：５０ｍｇ／Ｌ 塩化物イオン＋０．００４ｍｇ／Ｌ 亜硝酸イオン
試料３：２００ｍｇ／Ｌ 塩化物イオン＋０．００４ｍｇ／Ｌ 亜硝酸イオン
試料注入量：１００μＬ
カラム温度：４０℃
移動相流量：１．５ｍＬ／ｍｉｎ移動相組成：７．５ｍｍｏｌ／Ｌ 炭酸水素ナトリウム＋０．８ｍｍｏｌ／Ｌ 炭酸ナトリウム
サンプリングピッチ：５０ｍｓ

試料１～３を測定して得られたクロマトグラムの３．３００分付近に溶出する亜硝酸イオンについて、従来法であるクロマトグラムの時間微分値を取得し、設定された閾値（ピーク検出感度 ０．１μＳ／ｍｉｎ）を参照することにより自動でピーク検出を行い、ベースラインを決定した。しかし、試料３では、亜硝酸イオンはピークの検出が正常に行われなかったため、操作者の判断によりベースラインを直線で指定した。結果を図５に示す。

次に、本発明を試料２、３のクロマトグラムの亜硝酸イオンに対して適用した。まず、双曲線関数のフィッティングに用いる信号群として、３．３００分付近に溶出している亜硝酸イオンの前後の点として、３．１００分から後方の１０点、３．５００分から前方の１０点の計２０点を選択し、選択した２０点に対して重み付けを行わずに数３に示した関数をフィッティングした（図６参照）。そして、元のクロマトグラムからフィッティングによって得られた関数を減算することにより得られた差分クロマトグラムにて、装置により自動でピークの開始点及び終了点を取得した結果を図７に示す。

ピークの定量再現性について、従来法で行った場合と本発明で行った場合とで比較した結果を表１に示す。

これらの結果から、本発明を適用することにより、定量再現性が従来法と比較して塩化物イオンの濃度の影響を受けにくくなることが分かった。また、ショルダーピークであっても装置により自動でピーク検出が可能になることがわかった。

（実施例２）
下記試料を測定して得られた、試料溶媒に由来するドリフトに重なった１．５分付近に溶出するフッ化物イオンのピークに対して、本発明を適用した。
試料：和光純薬工業（株）製 陰イオン混合標準液１を２０倍希釈したもの
試料注入量：３０μＬ
カラム温度：４０℃
移動相流量：１．５ｍＬ／ｍｉｎ移動相組成：３．８ｍｍｏｌ／Ｌ 炭酸水素ナトリウム＋３．０ｍｍｏｌ／Ｌ 炭酸ナトリウム
サンプリングピッチ：５０ｍｓ。

まず、従来法であるクロマトグラムの時間微分値を取得し、設定された閾値（ピーク検出感度 ０．１μＳ／ｍｉｎ）を参照することにより自動でピーク検出を行い、フッ化物イオンに対してベースラインを決定したクロマトグラムを図８に示す。これによるとフッ化物イオンの直前に溶出している試料中の溶媒に由来する負方向のピークが存在していることにより、クロマトグラムの時間微分値を用いた場合にフッ化物イオンのピーク開始点が、試料中の溶媒に由来する負方向のピーク頂点と誤認され、従来法では正しくベースラインを決定できていないことがわかる。また、試料中の溶媒に由来する負方向のピークがクロマトグラムのベースラインまで回復する前にフッ化物イオンが溶出していることにより、従来法のクロマトグラムの時間微分値を用いてピーク検出を行おうとした場合、フッ化物イオンピークの開始点付近が溶媒に由来する負ピークから回復途中のドリフトが発生している部分に存在していることにより、ピークの検出条件を満たすフッ化物イオンピークの開始点及びベースラインの決定が困難となる。

次に、同じクロマトグラムに対して本発明を適用した。
双曲線関数のフィッティングに用いる信号群として、１．５００分付近に溶出しているフッ化物イオンの前後の点として、１．３００分から後方の１０点、１．８００分から前方の１０点の計２０点を選択し、２０点に対して重み付けを行わずに数３に示した関数をフィッティングした（図９参照）。そして、元のクロマトグラムからフィッティングによって得られた関数を減算したクロマトグラムを用いて装置で自動ピーク検出した結果を図１０に示す。

この結果から、定量を目的と成分のピークの直前に、溶媒ピークが溶出しても、本開発法を用いて直前の負方向のピークの影響を受けない差分クロマトグラムを取得し、差分クロマトグラムの時間微分値の変化量を基に装置にてピークを自動検出することが可能となった。これによりベースラインも装置により自動で決定することができ、本発明の有用性を確認できた。

１．移動相
２．脱気装置
３．送液ポンプ
４．試料注入バルブ
５．ガードカラム
６．分析カラム
７．カラムオーブン
８．サプレッサー
９．電気伝導度検出器
１０．廃液ボトル
１１．データ処理装置

Claims (3)

1. クロマトグラム中の、開始点と終了点の信号値に差が生じているピークの信号処理方法であって、
   ピークトップの時間の８０～９５％の信号点群と前記ピークトップの時間の１０５～１２５％の信号点群に双曲線関数をフィッティングする工程を含むことを特徴とする前記方法。
2. 前記双曲線関数が下記数式１～３から選ばれた関数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。数式中のｙは出力、ｘは時間、Ｐ１、Ｐ２、ａ及びｂはそれぞれ定数を表す。
   

   

   

   
3. 前記双曲線関数を前記クロマトグラムから減算することにより差分クロマトグラムを取得する工程と、
   前記差分クロマトグラムの時間微分値を用いて前記ピークの開始点、終了点を決定する工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

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