JP7201987B2 - クロマトグラフ - Google Patents

Description

本発明は、クロマトグラフに係り、特に、適切に動作させることなどを容易にできる技術に関するものである。

クロマトグラフの適切な動作を容易になし得る技術として、既知試料を分析して、分析エラーが生じている場合に、チェック項目に関するガイダンスを表示するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平４－１３０２７１号公報

しかしながら、クロマトグラフが適切に動作しない場合、その原因は、必ずしも分析結果から特定できるとは限らない。また、チェック項目に関するガイダンスが表示されたとしても、エラーに対処するためには、ユーザの熟練や経験を要する場合があり、必ずしも適切に動作させることは容易ではない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、クロマトグラフが適切に動作しない場合に、対処を容易にできるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、
第１の発明は、
溶離液および試料を供給し、上記試料に含まれる成分を分離して検出することにより上記試料を分析するクロマトグラフであって、
上記分析における不具合を検知する検知部と、
上記不具合の要因を特定するための動作、または上記不具合を回避するための動作の少なくとも一方を上記分析に係る構成要素に行わせる動作制御部と、
を有することを特徴とする。

これにより、試料の分析における種々の不具合が検知されて、その不具合の要因を特定するための動作や、不具合を回避するための動作が行われることによって、クロマトグラフが適切に動作しない場合の対処を容易にすることができる。

本発明では、クロマトグラフが適切に動作しない場合に、対処を容易にすることができる。

クロマトグラフの概略構成を示すブロック図である。 制御部１７０の機能的な構成を模式的に示すブロック図である。 クロマトグラムの一部の例を示す説明図である。 他のクロマトグラムの一部の例を示す説明図である。 他のクロマトグラムの一部の例を示す説明図である。 他のクロマトグラムの一部の例を示す説明図である。 他のクロマトグラムの一部の例を示す説明図である。 クロマトグラフの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（液体クロマトグラフ１００の構成）
図１に液体クロマトグラフ１００の概略構成を示す。この液体クロマトグラフ１００は、バルブ１１１を介して溶離液槽１１２から供給される溶離液を送液するポンプ１１０（グラジエントポンプ）と、図示しない試料を注入するとともに、自動パージング機能を有するオートサンプラ１２０と、六方バルブ１３１を介して切り替え可能に設けられたガードカラム１３２・１３３（またはプレカラム）と、六方バルブ１４１を介して切り離し可能に設けられた分離カラム１４２と、上記分離カラム１４２の温度を検出、制御する温度センサ１４３およびカラム恒温装置１４４と、六方バルブ１５１を介して切り離し可能に設けられたリアクタ１５２と、分離された試料中の成分を検出する検出器１６０と、液体クロマトグラフ１００の各構成要素の動作を制御する制御部１７０（検知部、動作制御部）とを備えている。なお、上記ガードカラム１３２・１３３等とともに、またはこれらに代えて、１つまたは複数の（イン）ラインフィルタが切り離しまたは切り替え可能に設けられて、同様に制御されるようにしてもよい。また、上記リアクタ１５２の種類は特に限定されず、例えば、カートリッジタイプリアクタ、反応カラム、反応コイルなどが適用され得る。

上記制御部１７０は、詳しくは、例えば圧力センサ１１３によって検出されるポンプ圧や、温度センサ１４３によって検出される分離カラム１４２の温度、検出器１６０による試料中の各成分の検出結果に基づいて、ポンプ圧の異常上昇や、各成分の検出不良などの不具合を検知するとともに、その不具合の要因を特定するための動作や、不具合を回避するための動作を各部に行わせるようになっている。より詳しくは、制御部１７０は、例えば、図２に示すように推論エンジン１７０ａを有し、圧力センサ１１３や温度センサ１４３、検出器１６０から入力される入力信号に応じて、知識データ記憶部１７０ｂや通信部１７０ｃから得られる知識データ等に基づいて、六方バルブ１３１～１５１や、カラム恒温装置１４４、ポンプ１１０の動作を調整するようになっている。以下、具体的な例を説明する。

（ポンプ圧異常の要因特定、異常回避）
圧力センサ１１３によって検出されるポンプ圧が異常に上昇した場合、制御部１７０は、例えば下記（表１）に示すように、六方バルブ１３１～１５１を順に切り替え制御して、ポンプ圧上昇の要因を特定する。

例えば、まず、六方バルブ１３１によってガードカラム１３２・１３３を一方から他方に切り替える。これによって、ポンプ圧が適切な圧力に低下すれば、不具合の要因はガードカラム１３２・１３３であったことが特定されるとともに、上記不具合は回避され、その後の検出を適切に行うことができるようになる。

また、ガードカラム１３２・１３３を切り替えてもポンプ圧が低下しなければ、次に、六方バルブ１５１によってリアクタ１５２が送液流路から切り離される。これによって、ポンプ圧が適切な圧力に低下すれば、不具合の要因はリアクタ１５２であったことが特定（推定）される。この場合には、例えば図示しない表示部にリアクタ１５２の交換を促すメッセージが表示され、ユーザによってリアクタ１５２が交換されると、その後の検出を適切に行うことができるようになる。

さらに、リアクタ１５２を切り離してもポンプ圧が低下しなければ、次に、六方バルブ１４１によって分離カラム１４２が送液流路から切り離される。これによって、ポンプ圧が適切な圧力に低下すれば、不具合の要因は分離カラム１４２であったことが特定され、上記リアクタ１５２の場合と同様に分離カラム１４２の交換を促すメッセージが表示されて分離カラム１４２が交換されると、その後の検出を適切に行うことができるようになる。なお、前記ガードカラム１３２・１３３の切り替えは、このリアクタ１５２の切り離しが試みられた後に行われるように、すなわち下流側から順に確認されるようにしてもよい。

上記のように不具合の要因が自動的に特定されたり、不具合が回避されたりすることによって、速やかに検査を続行することができる。また、分析操作者が適切なポンプ圧を意識したりする必要もない。

なお、上記のようにガードカラム１３２を２本設けるのに限らず、１本だけ設けて、分離カラム１４２やリアクタ１５２と同様に、不具合がある場合にはユーザによって交換されるようにしてもよい。一方、３本以上設けて、順次切り替えて使用できるようにしてもよい。また、分離カラム１４２やリアクタ１５２も、必ずしも１本に限るものではなく、複数本設けて自動的に切り替えられるようにしてもよい。

また、上記のように六方バルブ１３１～１５１を切り替える際には、急激なポンプ圧の上昇などが防止されるように、ポンプの流量を制御するなどしてもよい。

また、上記のような動作をしても不具合の要因が特定できないような場合には、例えば自動的にインターネットなどの通信手段を介して専門家への問い合わせが行われるようにしたり、電話によるサービスコールやメール送信などによって問い合わせることを促す案内表示をしたりしてもよい。

（クロマトグラムの解析による不具合の検知や回避）
分析における不具合の検知は、上記のように圧力センサ１１３等のセンサを用いて行われるのに限らず、例えば１回以上測定を行った後に、結果のクロマトグラムを解析してクロマトグラフィックな性能指標を得ることにより行われたりしてもよい。また、不具合の要因を特定するための動作、または不具合を回避するための動作は、測定のために装置に設定される種々の装置設定パラメータを設定する動作であってもよい。上記クロマトグラフィックな性能指標としては、例えば、分離度、分離係数、理論段数、ピーク面積、ピーク高さ、ピーク幅、保持時間、ホールドアップタイム、保持係数、理論段数相当高さ、カラム圧力損失、シンメトリー係数、ピークバレー比、ＳＮ比、ベースラインノイズ、ベースラインドリフト、検出限界、定量限界、精度、真度などを適用することができる。特に、例えば、上記成分の分離度、分離係数、理論段数、理論段数相当高さ、およびピーク幅の少なくとも１つを含む分離性能の程度を適用することができる。また、上記装置設定パラメータとしては、ハードウエアの設定をさし、例えば、グラジエント溶離タイムプログラム、溶離液切替タイミング、溶離液組成、流量、注入量、試料希釈倍率、カラム温度、カラム温度切替タイミング、カラムセレクト、反応温度、反応試薬組成、検出波長、検出波長切替タイミング、レスポンス時定数などを適用することができる。特に、例えば、上記溶離液の切り替えタイミング、グラジエント溶離タイムプログラム、カラム温度の切り替えタイミング、および流量の少なくとも１つを含む溶離条件を適用することができる。

これにより、測定動作が最適条件になるように装置側で変更することもできる。さらに、例えば、繰り返し測定等のために同じ組成のサンプルが複数オートサンプラに搭載されていた場合に、最初の測定結果を解析して前述のような不具合を検知した場合に、設定を変更して引き続きの測定を行うようにしてもよい。その場合、装置が設定を変更したことをアナウンスして測定を繰り返すようにしてもよい。また、条件変更を測定者に指示するようにしたりしてもよい。

また、設定された条件に不備があるのか、設定された条件は合っているが何らかの原因で装置側がそのとおりに動作していないかを判断して、これに応じた動作をさせるようにしてもよい。すなわち、例えば、分離度が閾値を下回る場合（具体的には、例えばＡｌａとＣｙｓの分離度が１．２未満となる場合）、概ね設定条件の不備が原因であるが、設定条件は合っていても装置の構成要素である分離カラムの理論段数が低下していることが原因の可能性もある。このようなケースでは、分離度だけではなく分離カラムの理論段数も判断指標に加え、条件不備か装置起因か判断できる。そこで、条件不備であれば、設定条件を変更する一方、例えばＧｌｙなど孤立ピークの理論段数が３，０００段未満であれば、装置起因と判定して、その旨を装置起因の推定要因として表示したり、（分離）カラムの切換え動作などの不具合回避動作をさせるようにしたりしてもよい。

（分離度不良の回避１）
検出器１６０の検出結果として得られるクロマトグラムの解析によって、所定の成分の分離度が適切でないことが検知された場合、上記（表１）に併せて示すように溶離液の切り替えタイミングを制御することによって、分離度不良が自動的に回避されるようにすることができる。

具体的には、例えば、グラジエント法を用いてアミノ酸の分析が行われる場合に、図３（ａ）に示すように、アラニン（Ａｌａ）とシスチン（Ｃｙｓ）の分離度が１．０以下であるか、またはアラニン（Ａｌａ）とシスチン（Ｃｙｓ）のピーク時間差ｔ１が所定以下であるかの少なくとも一方であるアーリーピーク状態が検知された場合には、バルブ１１１の制御により溶離液の切り替えタイミングが遅くされる。一方、図３（ｂ）に示すように、シスチン（Ｃｙｓ）とバリン（Ｖａｌ）の分離度が１．０以下であるか、またはアラニン（Ａｌａ）とシスチン（Ｃｙｓ）のピーク時間差ｔ２が所定以上であるかの少なくとも一方であるレートピーク状態が検知された場合には、バルブ１１１の制御により溶離液の切り替えタイミングが早くされる。このような制御が行われることによって、図３（ｃ）に示すようにアラニン（Ａｌａ）とシスチン（Ｃｙｓ）のピーク時間差ｔ３が適切になるようすることができる。

（分離度不良の回避２）
試料に含まれる各成分の保持時間に対するカラム温度の影響は、成分ごとに異なる。例えば図４に示すように、Ｇｌｕは、ＡｓｐＮＨ２やＧｌｕＮＨ２に比べて、カラム温度が低い場合の保持時間の増加程度が大きい。そこで、上記（分離度不良の回避１）と同様に、検出器１６０の検出結果として得られるクロマトグラムの解析によって、所定の成分の分離度が適切でないことなどが検知された場合、カラム恒温装置１４４の設定温度を制御することによって、分離度不良の要因を特定したり、分離度不良が自動的に回避されるようにしたりすることができる。

（分離度不良の回避３）
また、例えば図５に示すように、カラム恒温装置１４４の設定温度を４０℃から７０℃に切り替えるタイミングを、所定の基準時刻後６３分から４８分に切り替えることにより、主にＴｒｐの保持時間だけを短くして分離度不良を回避することなどができる。

（分離度不良の回避４）
また、例えば図６に示すように、所定の基準時刻後６６～７２分の間、溶離液の組成をＢ４＝１００％からＢ１／Ｂ４＝６０／４０％に変えることによって、ＮＨ３とＨｙｌｙｓ（およびその異性体）の分離不良を回避することができる。

（分離度不良の回避５）
また、例えば図７に示すように、所定の基準時刻後８５～９８分の間、溶離液の組成をＢ４＝１００％からＢ２／Ｂ４＝２０／８０％に変えることによって、３ＭｅｈｉｓとＡｎｓとＣａｒの分離不良を回避することができる。

（ピーク高さ不良の回避）
検出器１６０の検出結果として得られるクロマトグラムの解析によって、例えばアスパラギン酸（Ａｓｐ）のピーク高さが適切でないことが検知された場合の例を図８のフローチャートおよび上記（表１）に基づいて説明する。

（Ｓ１０１） まず、分析が行われるのに先立って、標準試料のアスパラギン酸（Ａｓｐ）が検出される場合のピーク高さの基準値Ｒが図示しないデータベース等から読み込まれる。

（Ｓ１０２） 試料の分析が行われると、分析結果のクロマトグラムに基づいてピーク高さＨが測定される。

（Ｓ１０３） 測定されたピーク高さＨが、例えば基準値Ｒの０．７倍を下回っているかが判定され、下回っていなければ、（Ｓ１１２）に移行して、例えば計測完了表示などがなされ、計測動作が完了する。

（Ｓ１０４） 一方、ピーク高さＨが、例えば基準値Ｒの０．７倍を下回っている場合には、オートサンプラ（ＡＳ）１２０の自動パージングが行われたかが判定される。

（Ｓ１０５） 上記（Ｓ１０４）で自動パージングが行われていないと判定された場合には、自動パージングを行った後、（Ｓ１０２）に戻って、再度分析が行われてピーク高さＨの測定以降が繰り返される。すなわち、ピーク高さ不良の回避が試みられ、回避されれば、上記のように（Ｓ１１２）に移行して計測動作が完了する。

（Ｓ１０６） 一方、既に自動パージングが行われていた場合には、例えば他の回避策をユーザに案内するために、まず、ニンヒドリン試薬の交換日が読み出される。

（Ｓ１０７） ニンヒドリン試薬の交換日から２週間以上経過しているかどうかが判定される。

（Ｓ１０８） ニンヒドリン試薬の交換日から２週間以上経過していれば、ユーザに交換を促すメッセージが表示されて、計測動作が終了する。

（Ｓ１０９） また、ニンヒドリン試薬の交換日から２週間以上経過していない場合には、さらに、標準試料の調整から１か月以上経過しているかが判定される。

（Ｓ１１０） 標準試料の調整から１か月以上経過していれば、ユーザに新規の標準の調整試料を促すメッセージが表示されて、計測動作が終了する。

（Ｓ１１１） 一方、標準試料の調整から１か月を経過していなければ、他の要因が想定されるので、例えば装置の異常状態を示す表示をして計測動作が終了する。なお、このような不明な要因が想定されるような場合には、例えば自動的にインターネットなどの通信手段を介して専門家への問い合わせが行われるようにしたり、電話によるサービスコールやメール送信などによって問い合わせることを促す案内表示をしたりしてもよい。

なお、上記（Ｓ１０３）でピーク高さＨが、例えば基準値Ｒの０．７倍を下回っていると判定された場合には、常にオートサンプラ１２０の自動パージングを行った後、再度の分析を自動的に行うことなく、（Ｓ１０６）以降で他の要因の確認等を行って計測動作を終了するようにしてもよい。

上記のように、試料の分析における種々の不具合が検知されて、その不具合の要因を特定するための動作や、不具合を回避するための動作が行われることによって、クロマトグラフが適切に動作しない場合の対処を容易にすることができる。

１００ 液体クロマトグラフ
１１０ ポンプ
１１１ バルブ
１１２ 溶離液槽
１１３ 圧力センサ
１２０ オートサンプラ
１３１ 六方バルブ
１３２・１３３ ガードカラム
１４１ 六方バルブ
１４２ 分離カラム
１４３ 温度センサ
１４４ カラム恒温装置
１５１ 六方バルブ
１５２ リアクタ
１６０ 検出器
１７０ 制御部
１７０ａ 推論エンジン
１７０ｂ 知識データ記憶部
１７０ｃ 通信部

Claims (6)

1. 溶離液および試料を供給し、上記試料に含まれる成分を分離して検出することにより上記試料を分析するクロマトグラフであって、
   上記分析における不具合を検知する検知部と、
   上記不具合の要因を特定するための動作、または上記不具合を回避するための動作の少なくとも一方を上記分析に係る構成要素に行わせる動作制御部と、
   を有し、
   上記検知部は、上記試料に含まれる成分の検出結果に基づいて、上記成分についてのクロマトグラフィックな性能指標により、上記分析における分離度不良を検知し、
   上記動作制御部は、上記検知結果に応じて、上記分析における溶離液切替タイミング、またはカラム温度に関する装置設定パラメータを制御することを特徴とするクロマトグラフ。
2. 請求項１のクロマトグラフであって、
   上記カラム温度に関する上記装置設定パラメータが、カラム温度、またはカラム温度切替タイミングであることを特徴とするクロマトグラフ。
3. 請求項１のクロマトグラフであって、
   アミノ酸を分析し得るように構成されるとともに、
   上記検知部は、
   第１成分と、当該第１成分とは異なる第２成分との分離度が所定以下であるか、または上記第１成分と上記第２成分とのピーク時間差が所定以下であるかの少なくとも一方であるアーリーピーク状態、および
   上記第２成分と、上記第１成分および上記第２成分とは異なる第３成分との分離度が所定以下であるか、または上記第１成分と上記第２成分とのピーク時間差が所定以上であるかの少なくとも一方であるレートピーク状態を検知し、
   上記動作制御部は、上記アーリーピーク状態の場合に所定の溶離液の切り替えタイミングを遅らせる一方、上記レートピーク状態の場合に上記所定の溶離液の切り替えタイミングを早めることを特徴とするクロマトグラフ。
4. 請求項３のクロマトグラフであって、
   上記第１成分がアラニン、上記第２成分がシスチン、上記第３成分がバリンであることを特徴とするクロマトグラフ。
5. 溶離液および試料を供給し、上記試料に含まれる成分を分離して検出することにより上記試料を分析するクロマトグラフであって、
   上記分析における不具合を検知する検知部と、
   上記不具合の要因を特定するための動作、または上記不具合を回避するための動作の少なくとも一方を上記分析に係る構成要素に行わせる動作制御部と、
   を有し、
   上記分析に係る上記構成要素は、自動パージング機能を有するオートサンプラを含み、
   上記検知部は、検出された所定の成分のピーク高さと標準試料のピーク高さの基準値との比が所定以下である検出不良を検知し、
   上記動作制御部は、上記検出不良の場合に、上記オートサンプラに自動パージングを行わせることを特徴とするクロマトグラフ。
6. 請求項５のクロマトグラフであって、
   アミノ酸を分析し得るように構成されるとともに、
   上記検出不良は、検出されたアスパラギン酸のピーク高さと標準試料のピーク高さの基準値との比が所定以下であることを特徴とするクロマトグラフ。

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