JPH07111423B2 - クロマトグラフのデ−タ処理方法 - Google Patents

クロマトグラフのデ−タ処理方法

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JPH07111423B2
JPH07111423B2 JP23383286A JP23383286A JPH07111423B2 JP H07111423 B2 JPH07111423 B2 JP H07111423B2 JP 23383286 A JP23383286 A JP 23383286A JP 23383286 A JP23383286 A JP 23383286A JP H07111423 B2 JPH07111423 B2 JP H07111423B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はクロマトグラフのデータ処理方法、詳しくはク
ロマトグラフの原データに含まれるドリフト成分の除去
に好適なデータ処理方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来において、クロマトグラフのデータ処理方法につい
ては特願昭59−267875号に提案したものがあるがクロマ
トグラフから得られる信号のピーク検出に関して述べら
れているだけであり、信号に含まれる長周期または非周
期性のドリフト成分の除去については何等考慮されてい
ない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、溶媒等の温度特性によつて生じたドリフト成
分により、クロマト図形が歪み、定性分析および定量分
析に大きな誤差が現われるという問題があつた。
従来、このようなドリフト成分は信号のベースラインが
安定するまで装置をオン状態のままに放置するなどによ
つて対処していたが、この間は分析測定が不可能となつ
たうえ、瞬間的に飽和しないドリフト成分に対しては全
く効力が無いという問題があつた。
本発明の目的は、長周期および非周期性のドリフト成分
を効果的に除去することができるクロマトグラフのデー
タ処理方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、ノイズ成分を予め除去したクロマトグラフ信
号のデータを2次微分し、その2次微分データの絶対値
が閾値以下の部分を原データの平坦領域と規定し、原デ
ータを時間軸方向に複数個に分割する分割境界をそれぞ
れ異なる平坦領域内に定め、各分割域ごとに前記2次微
分のデータを1回積分し、その1回積分データの前記平
坦領域に対応する部分の値に基づいて1回積分データの
レベル補正を行い、その補正された1回積分データにつ
いて2回目の積分を行った後、隣接する2つの分割域の
データを接続する処理をして、原データに含まれるドリ
フト成分を除去するようにしたものである。
〔作用〕
クロマトグラフの原信号に含まれるノイズ成分が充分小
さく、且つドリフト成分が単調であるか又は周期的であ
つてもその周期が充分長ければ、原信号の2次微分は信
号ピークの存在しない所で充分小さな値となる。本来信
号ピークの存在しない部分(ベース・ライン)は、信号
値0であるか、少なくとも時間軸に平行である。
例えば、クロマトグラフC(t)のベースラインが時間
Tの間にYだけ単調に増加する場合は、 で表わされ、この信号の1次微分は となつて本来のクロマト信号S(t)の微分値S′
(t)に定数Y/Tが加わつたものとなる。S′(t)が
0なる部分では、基準(時間軸)からのオフセツトとな
り、これを0にするレベル補正を行つて(C′(t)に
−Y/Tを加えて)積分すれば本来のクロマト信号S
(t)が復元される。
更にクロマトグラフC(t)のドリフト成分が、時間t
の2次関数で近似される場合には、C(t)の2次微分
には本来のクロマト信号S(t)の2次微分に、定数項
が加わつた次の(3)式となる。
C″(t)=S″(t)−(2Y/T2) …(3) 但し、時間Tの間にYだけドリフトし、且つYの変化が
0となつたとする。従つて、2回のオフセツト除去と積
分の対を行えば(2)式同様、ドリフト成分を除去する
事が出来る。
任意のドリフト信号は、一般にn次式で表わせるから、
理論的には、n次微分とn回の積分で真のクロマト信号
が復元されるはずである。ところが、1回の積分毎に1
個の積分定数を定める必要があり、これをオフセツト除
去で行うとすると、n回目の積分には最初の誤差がn回
積分されるから、反つて不安定となり、大量の計算を行
う割には、精度が上らない。
例えば、ドリフト成分が周期的であれば、1クロマトグ
ラフの中に複数回の変曲点(1次微分値が0となる点)
を含むわけであり、このクロマトグラフを変曲点1個の
みを含む分割域に分割することができれば、ドリフト成
分を2次関数に近似する事ができる。
従つて、クロマトグラフの原信号の2次微分を計算し、
この2次微分の絶対値が一定のしきい値以下の部分を求
め、この部分の中点を含む区間を夫々1個の分割域とす
れば、この区域内の2回の積分により、本来の信号を復
元する事ができる。
当然ながら、その間にオフセツト除去のための正しいレ
ベル補正と、最終結果が連続したデータとなるための接
続処理を行う事が必要となる。
以上のデータ処理により、自動的にドリフト成分を除去
する事ができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、クロマトグラフの原信号1はA−D変換器
10に入力し、デイジタル信号11となつて2次微分回路20
に入力し、2次微分信号21となつて平坦検出回路30に入
力する。平坦検出回路30は平坦中点信号31と、平坦終点
信号32を発生し、データ分割回路40に入力し、分割回路
40からは分割境界信号41を出力する。
一方、2次微分信号21はレベル補正回路50に入力し、中
点信号31により中点における2次微分信号が0になる様
にレベル補正された信号51となり、積分回路60に入力
し、積分信号61を出力する。積分信号61のベースライン
に傾斜が存在するときは、傾斜補正回路70に入力し、補
正2次微分信号51に傾斜補正を行つて、再び積分回路60
で積分され、第2のレベル補正回路55に入力する。ここ
で中点CPにおける積分信号が0になる様レベル補正を受
けて、第2の積分回路65に入力する。積分信号66は第3
のレベル補正回路80に入力し、第1の分割域の場合は第
1分割域の中点CP1でのレベルが0になる様に補正さ
れ、第2分割域以降の場合は、前の分割域の最終データ
と連続する様に、段差を0とするレベル補正を受けた
後、表示器90で結果を表示する。
以上に述べた単機能の回路20〜80は、デイジタル素子を
用いて実現可能であり、場合によつてはA−D変換器10
を除いてアナログ的に行う事も不可能ではない。しかし
ながら、これ等の単機能の回路20〜80は1個の演算記憶
装置100と、これを順序正しく実行させるための、命令
プログラムがあれば、全く同等又はそれ以上に、動作さ
せ得る事は云うまでもない。
A−D変換器10の機能は、クロマトグラフの原信号C
(t)を一定の時間間隔で抽出し、データ点iで指定さ
れる不連続なデイジタル信号C(i)に量子化する。
演算記憶装置100の機能は、例えば第6図の命令プログ
ラムの流れ図200に示された処理を行うものであり、最
終的にドリフトの除去されたデイジタル信号81を出力す
る。
表示器90は、デイジタル信号81をアナログに変換して画
面上に表示するもので、通常CRTモニタなどが使われ
る。
第2図は強度軸8と時間軸9で表わされた、各デイジタ
ル信号を判り易く図示したものである。同図(a)の原
信号11はドリフトするベースライン12に信号ピーク13が
含まれている。同図(b)の2次微分信号21には、平坦
部分22と信号部分23があり、平坦部分の信号値は極めて
小さい。従つて逆に、一定のしきい値DTより小さな2次
微分絶対値を有する領域を平坦部と規定し、平坦部の始
点33,終点32,中点31を求める事が出来る。
微分演算は原信号C(i)の2点間の差分を取つて行わ
れる。又微分は前後対称でなければならない。1次微分
D1(i)は D1(i)=(C(i+1)−C(i−1))×0.5 …
(4) で与えられ、2次微分はこれを2回繰り返してもよい
が、次式より一度に求める事ができる。
すなわち、2次微分D(i)は D1(i)=0.25×(C(i+2)+C(i−2))−0.
5×C(i) …(5) 第3図はこの様にして得られた2次微分データの拡大図
であり、ノイズ成分24より大きいしきい値DTを定め、し
きい値の帯35−35′と2次微分信号21が交叉する点36,3
8を求め、この2点間の区間が平坦部29であるとする。
通常、しきい値DTは2次微分データの最大絶対値|D
(i)|Maxの1/1000程度が良い。
第2図(b),(c)において、原データを複数個のブ
ロツクに分割するには、信号ピークの存在しない平坦部
が適当であり、図(c)の分割点44は、終点34が、また
分割点41については中点31と終点32の間に取られてい
る。いずれの場合も、その範囲内に中点を含み、終点以
内で分割される様な点を分割の境界とする。但し、範囲
内の前1/4以内にある中点は無視するなどの条件を付け
るのが望ましい。
最初と最後の境界43,49を示したのが、図(c)で、1
回積分データ(原信号の1次微分に担当)61は、各分割
域内における積分で得られる。積分はデータの端末補正
した積算で与えられる。
但し、2次微分値D*(i)は中点CPでのレベル補正 D*(i)=D(i)−D(CP) …(7) を行つている。
第2図(d)は、各分割域毎にレベル補正した1回積分
データS*(i)を2回積分したもので、本来の信号81
が復元され、ドリフトが除去された事を示している。
第4図(a)は1回積分の結果、ベースライン62が大き
く傾斜した例であつて、このデータのまま2回目の積分
を行えば、ドリフトはむしろ増大する。これは、1回目
の積分に先立つて行われたレベル・シフトが、たまたま
ノイズ24の谷(負値)で行われたため、正に片寄り、積
分結果に正の傾斜を持つたのである。境界点での値66が
負であるのは、中点67でレベル補正を行つたためであ
る。このオフセツト値66が検出されれば、この傾斜を打
消す様な傾斜補正を行うことができる。
これはドリフト成分に周期性が有る場合に有効である。
すなわち補正値Δを2次微分データD*(i)に加えて
再度積分すればよい。
いずれの場合でも、次式(9)で計算される補正量Δを
求め、前記第(8)式の補正を常に行なえば、傾斜の無
い時はΔ=0の補正(補正を行なわないことと同じ意
味)をすることになり、特別の判定は不要である。
Δ=(S(BB)S(CP))/(CP−BB) …(9) その結果が第4図(b)で、ベースライン62′には傾斜
が認められない。
更に、分割域内での中点レベル補正と、積分を行うと、
第5図(a)の2回積分信号66が得られる。これは分割
域毎に独立して行われるから、信号67,68の様に、例え
ば境界41の前後で段差Aを生ずる場合がある。同図
(b)はこの段差を除去するデータ接続を説明するもの
で、境界点BBにおける前分割域のデータ67′と、後分割
域のデータ68′との差をレベル補正69により0とし、接
続データ82を得る。最終データS*C(i)は、 となる。第1分割域(k=1)の時のみ、前データが無
いため、中点でのレベル補正とする。
第6図の流れ図200は、以上に述べた処理を順序だてて
まとめたものである。判定98は、平坦部の検出と分割域
の設定が、全入力データ点について行われた事を検出す
るもので、全点終了すれば次の処理に移る。判定99は、
積分等によるデータ復元処理が、各分割域毎に全て行わ
れた事を検出するもので、全域終了すればドリフト除去
処理は終了する。
これに続く処理データの表示は、全域終了後に一括表示
しても良いが、各分割域毎の処理が終了する度に表示器
に描画させてもよい。CRTなどへの描画速度を考える
と、分割描画の方が待ち時間を少なくする事ができて、
より自然の印象を与えることができる。
以上に述べたドリフト除去処理を行うには、できるだけ
ノイズ成分を予め除去しておく事が、極めて効果的であ
る。
平坦部の検出方法として、原信号の2次微分の絶対値が
小さい領域を探す手段を述べたが、平坦部を検出するの
に本方法以外の手段もあり、他手段との併用も当然考え
られる。
本発明の要点は、何等かの手段で平坦部を検出し、その
平坦部で分割される様な複数個の分割域に分け、各分割
域毎にドリフト除去操作を行い、最後にデータを一本に
接続するところにある。
ドリフト除去操作としては、全体より小さなデータ点で
のレベルシフトと積分の繰返しで得られるが、この出発
を原信号の2次微分データから行うところに特長があ
る。
若し、ドリフトが直線的だけであるとすれば、出発は原
信号の1次微分データから行う事もできるし、ノイズの
ほとんど無い周期性ドリフトに対しては、3次微分デー
タから出発した方が良い場合もある。
又、分割域の個数も、最初の入力データ点が103個位で
あれば、3ないし10程度が適当であるが、入力点数の増
加により、分割域数も増す事も有効である。
平坦部検出の他の方法としては、原信号の3次微分を用
いる事ができる。この場合は残存ノイズの大きさに注意
する必要がある。又、クロマトグラフの出力信号におけ
る信号ピークの半値巾はおおよそ一定であるという性質
を利用する方法もある。原信号のピーク位置を検出した
ら、例えば1次微分が正から負に0を横切る点が判れ
ば、その点の前後一定時間幅(前後は一般に非対称)
は、「平坦部でない」と云う情報を出力するものであ
る。後者の方法は、単独で行うより、2次微分方式等と
論理積を取つて判断させると効果的である。
以上述べた如く、種々の変形を行つたとしても、本発明
の主旨を変えるものではない事を明記する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、クロマトグラフの信号データに含まれ
るドリフト成分を自動的に除去できるので、クロマトグ
ラフの定量,定性分析の性能,効率,信頼性向上の効果
がある。
また、入力した原信号データを、適当な点数の複数個の
分割域に自動的に分割して処理するので、直線的ドリフ
トに対してはほぼ完全に、周期性あるいは非周期性のド
リフトに対しても数分の1以下に、効率良くドリフト成
分を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は本発明の
処理を説明する信号図、第3図は平坦部検出の原理図、
第4図は傾斜補正の原理図、第5図はデータ接続の説明
図、第6図が本発明の処理の流れ図の一例である。 10……A−D変換器、20……2次微分回路、30……平坦
部検出回路、40……データ分割回路、50,55……レベル
補正回路、60,65……積分回路、70……傾斜補正回路、8
0……レベル補正回路(2)、90……表示器、30……演
算記憶装置、11……原信号、21……2次微分信号、81…
…復元信号。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】信号強度の時間的変化を観察するクロマト
    グラフにおいて、ノイズ成分を予め除去したクロマトグ
    ラフ信号のデータを2次微分し、該2次微分のデータの
    絶対値が閾値以下の部分を原データの平坦領域と規定
    し、原データを時間軸方向に複数個に分割する分割境界
    をそれぞれ異なる平坦領域内に定め、各分割域ごとに前
    記2次微分のデータを1回積分し、その1回積分データ
    の前記平坦領域に対応する部分の値に基づいて1回積分
    データのレベル補正を行い、その補正された1回積分デ
    ータについて2回目の積分を行った後、隣接する2つの
    分割域のデータを接続する処理をして、原データに含ま
    れるドリフト成分を除去することを特徴とするクロマト
    グラフのデータ処理方法。
  2. 【請求項2】各分割域は平坦領域の中点を1個以上有
    し、分割域内の積分結果に応じて平坦中点における値が
    零とされることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のクロマトグラフのデータ処理方法。
  3. 【請求項3】各分割域での積分は2回目の積分結果に応
    じて該分割域の一方の境界点における被積分データのオ
    フセツト値を検出し、該オフセツト値が零になるように
    該分割域の2次微分データに補正値を加えて再び積分を
    行うことを含むものであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のクロマトグラフのデータ処理方法。
  4. 【請求項4】各分割域のうち最初の第1分割域のデータ
    の接続は平坦中点における復元データ値が零となるよう
    にレベル補正を行った後実施することを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載のクロマトグラフのデータ処理方
    法。
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JP5804070B2 (ja) * 2011-09-05 2015-11-04 株式会社島津製作所 クロマトグラムデータ処理装置及び処理方法
KR102564393B1 (ko) * 2016-10-25 2023-08-08 리제너론 파아마슈티컬스, 인크. 크로마토그래피 데이터 분석을 위한 방법 및 시스템

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