WO2018163275A1 - フラクションコレクタ制御装置及び分取液体クロマトグラフ - Google Patents

Abstract

フラクションコレクタ制御装置は、しきい値保持部、ピーク検出部、データ点数設定部及び制御部を備えている。ピーク検出部は、液体クロマトグラフの検出器の信号を一定時間ごとにデータ点として取り込み、そのデータ点における信号強度及び／又は傾きとしきい値とを比較することにより、ピークの開始点及び終了点を検出する。データ点数設定部は、前記ピーク検出部がピークの開始点及び終了点の検出のために前記しきい値と比較する前記データ点の数を設定するように構成されている。前記ピーク検出部は、前記しきい値との比較によりピークの開始点又は終了点として検出すべき信号強度及び／又は傾きを示すデータ点が、前記データ点数設定部により設定された数以上に連続したときに、ピークの開始点又は終了点を検出するように構成されている。

Description

フラクションコレクタ制御装置及び分取液体クロマトグラフ

　本発明は、液体クロマトグラフの検出器の信号に基づいて試料成分を分画捕集するフラクションコレクタの動作制御を行なうフラクションコレクタ制御装置と、そのフラクションコレクタ制御装置を備えた分取液体クロマトグラフに関するものである。

　高速液体クロマトグラフを始めとする液体クロマトグラフを利用して、試料の含まれる複数の成分を分離して採取する分取液体クロマトグラフが知られている（例えば、特許文献１参照。）。分取液体クロマトグラフは、移動相を送液する送液装置や分析カラム、検出器等を備えたクロマトグラフ部と、そのクロマトグラフ部の後段側に設けられたフラクションコレクタ、及びこれらを制御する制御装置を備えている。フラクションコレクタはクロマトグラフ部の検出器の信号に基づいて動作するように構成されており、分析カラムによって時間的に分離された試料成分がフラクションコレクタによって分画捕集される。

　分取液体クロマトグラフでは、ピークの開始点と終了点のそれぞれを検出するためのしきい値を、所望のピークが検出されるようにユーザが調整することができるようになっている。フラクションコレクタの動作を制御する制御装置は、ユーザにより設定されたしきい値を用い、一定時間ごとに取り込まれる検出器の検出信号のパラメータ（信号強度や傾き）としきい値とを比較することによって、ピークの開始点又は終了点を検出するように構成されている。そして、検出したピーク部分が分画捕集されるように、フラクションコレクタの動作が制御される。

　液体クロマトグラフの分析条件や試料によっては、成分同士が重なり合うことがあるため、ＵＶ（紫外分光）検出器やＭＳ（質量分析）検出器など複数の検出器から複数のアナログ信号を取り込み、その強度を比較しながら成分の分画がなされる場合もある。

特開２００２－００５９１４号公報

　分取液体クロマトグラフでは、複数の成分が混合した試料から高い純度で成分を分画することが要求される。しかし、検出器からの信号にノイズが含まれる場合があり、そのノイズをピークと誤認識してしまい、フラクションコレクタが誤動作して不要な成分が分画捕集されてしまうという問題があった。特に、ＭＳ検出器のアナログ信号は、その検出原理上、信号にノイズを含みやすく、フラクションコレクタの誤動作の原因となることが多い。

　また、所望成分のピークの一部と夾雑物のピークの一部とが重なっている場合に、夾雑物のピークを所望成分のピークと誤認識して分画動作を開始してしまい、不要な成分を分取したり分画成分の純度が低下したりするという問題もある。

　さらには、所望成分のピーク形状がなだらかな形状になっているような場合に、そのピークの途中に一時的な信号変化があるとその部分をピーク終了点と誤認識してしまい、１つの成分ピークが複数に分画されてしまうという問題もあった。

　これらは、ピーク検出の判定に用いるしきい値の調整だけでは排除しきれない問題であり、従来では、ユーザが上記のような問題に対処することが困難であった。

　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ピークを検出するための条件の調整の自由度を拡張することによって上記のような問題に対処できるようにすることを目的とするものである。

　従来の分取液体クロマトグラフでは、ピークの検出判定に用いられるデータ点の数は装置固有の規定値となっており、その数は一般的に１若しくは２となっている。データ点とは、検出器から一定時間ごとに取り込まれる検出信号（又はその検出信号からノイズ成分が除去されるように平滑化処理などの処理が施された信号）のことである。本発明者らは、ノイズをピークと誤認識する問題やピークの途中でピーク終了点を誤認識する問題の主な原因は、ピークの開始点や終了点の検出判定がそのような少ないデータ点数に基づいてなされている点にあることに気付いた。

　一方で、ピーク検出判定用のデータ点数が多いと、小さなピークが検出されにくくなるということもあり得るため、判定用のデータ点数を一律に大きな値に規定しておけばよいというものではない。したがって、ピークの検出判定に用いられるデータ点数の最適値は、しきい値と同様、試料や液体クロマトグラフの分析条件によって決まってくるものであるため、適宜調整することができるようになっていることが望ましい。

　本発明に係るフラクションコレクタ制御装置は、しきい値保持部、ピーク検出部、データ点数設定部及び制御部を備えている。しきい値保持部は、ピーク検出用のしきい値を保持する。ピーク検出部は、液体クロマトグラフの検出器の信号を一定時間ごとにデータ点として取り込み、そのデータ点における信号強度及び／又は傾きと前記しきい値保持部に保持されているしきい値とを比較することにより、ピークの開始点及び終了点を検出するように構成されている。データ点数設定部は、前記ピーク検出部がピークの開始点及び終了点の検出のために前記しきい値と比較する前記データ点の数を設定するように構成されている。制御部は、前記ピーク検出部により検出されたピーク部分が分画捕集されるように前記フラクションコレクタの動作を制御するように構成されている。さらに、前記ピーク検出部は、前記しきい値との比較によりピークの開始点又は終了点として検出すべき信号強度及び／又は傾きを示すデータ点が、前記データ点数設定部により設定された数以上に連続したときに、ピークの開始点又は終了点を検出するように構成されている。

　前記データ点数設定部は、ピーク検出の判定に用いるデータ点の数を自動的に設定するように構成されていてもよいが、ユーザに任意の数を設定させるように構成されていてもよい。ピーク検出に用いられるしきい値はユーザによって設定されるのが一般的である。ユーザは、分析対象の試料について予め試験的に実施された分析により得られたクロマトグラムに基づき、ユーザの所望するピークのすべてが検出されるようなしきい値を設定する。このようなしきい値の設定に際し、ピーク検出の判定に用いるデータ点数も設定することができれば、試料や分析条件に応じて、ピーク検出の判定に用いられるデータ点数を最適な値に調整することが可能となる。

　本発明に係る分取液体クロマトグラフは、移動相を送液する送液装置と、前記送液装置によって送液される移動相が流れる分析流路と、前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、前記分析流路上における前記試料注入部よりも下流において試料を成分ごとに分離する分析カラムと、前記分析流路上における前記分析カラムよりも下流において前記分析カラムにより分離された試料成分を検出する検出器と、前記検出器の出口側において、前記検出器を経た試料成分を捕集するためのフラクションコレクタと、前記検出器で得られる検出信号に基づいて、前記分析カラムで分離された試料成分が前記フラクションコレクタによって分画捕集されるように、前記フラクションコレクタを制御する本発明のフラクションコレクタ制御装置と、を備えている。

　本発明のフラクションコレクタ制御装置では、ピークの開始点及び終了点の検出用の判定に用いるデータ点数を設定するデータ点数設定部を備えているので、信号強度や傾きといったしきい値だけでなく、そのしきい値と比較するデータ点数の数も調整できるようになり、ピーク検出の条件の調整の自由度が向上する。これにより、ピークの開始点や終了点の誤認識によるフラクションコレクタの誤動作を低減するなど、ピークの検出精度の向上を図ることができる。

　本発明の分取液体クロマトグラフでは、上述のフラクションコレクタ制御装置を備えているので、自由度の高いピーク検出用の条件設定によってピークの検出精度の向上が図られ、高い分画精度が得られる。

分取液体クロマトグラフの一実施例を示す概略流路構成図である。 同実施例の制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 同実施例のピーク検出用しきい値の設定動作を示すフローチャートである。 従来技術によるピーク検出の一例を示すクロマトグラムである。 同実施例によるピーク検出の一例を示すクロマトグラムである。 従来技術によるピーク検出の他の例を示すクロマトグラムである。 同実施例によるピーク検出の他の例を示すクロマトグラムである。 従来技術によるピーク検出の他の例を示すクロマトグラムである。 同実施例によるピーク検出の他の例を示すクロマトグラムである。

　以下、本発明のフラクションコレクタ制御装置及び分取液体クロマトグラフの一実施例について、図面を用いて説明する。

　図１に分取液体クロマトグラフの構成を概略的に示す。

　この分取液体クロマトグラフは、分析流路２において移動相を送液する送液装置４、分析流路２中に試料を注入する試料注入部６、試料を成分ごとに分離する分析カラム８、分析カラム８で分離された試料成分を検出する検出器１０、分析カラム８で分離された試料成分を分画して捕集するフラクションコレクタ１２、及びこの分取液体クロマトグラフ全体の動作制御を行なう制御装置１４を備えている。

　試料注入部６は分析流路２上における送液装置４の下流に設けられている。試料注入部６は、試料を自動的に採取して送液装置４からの移動相が流れる分析流路２中に試料を注入するように構成されたオートサンプラである。分析流路２上における試料注入部６の下流に分析カラム８が設けられている。試料注入部６によって注入された試料は、送液装置４からの移動相によって分析カラム８へ搬送され、成分ごとに分離される。

　分析流路２上における分析カラム８の下流に検出器１０が設けられており、分析カラム８で分離された試料成分が検出器１０で得られる検出波形においてピークとして表れる。フラクションコレクタ１２は検出器１０の後段側に設けられている。フラクションコレクタ１２の動作は制御装置１４によって制御される。

　制御装置１４は、検出器１０からの信号に基づいてフラクションコレクタ１２の動作制御を行なうフラクションコレクタ制御装置としての機能を果たすものである。制御装置１４は、フラクションコレクタ１２だけでなく、送液装置４や試料注入部６、分析カラム８の温度調節を行なうカラムオーブン（図示は省略）の動作制御も行なうように構成されている。制御装置１４は、この分取液体クロマトグラフ専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現される。

　フラクションコレクタ１２は、検出器１０から流出する移動相のうち、所望の試料成分を含む部分を分画して捕集することができる構成であればいかなる構成のものであってもよい。例えば、フラクションコレクタ１２は、検出器１０の出口からの流路が流路切替バルブに接続され、その流路切替バルブの切替えによって所望の試料成分を含む移動相を個別の容器へ導くように構成されたものであってもよい。また、フラクションコレクタ１２は、検出器１０の出口からの流路が移動式のプローブに接続され、所望の試料成分を含む移動相がプローブの先端から個別の容器へ滴下されるように、プローブを移動させるように構成されたものであってもよい。

　制御装置１４は、検出器１０で得られる信号波形から所望の（ユーザによって指定された分画捕集対象の）試料成分に相当するピークを検出し、そのピーク部分に相当する移動相が分画捕集されるように、フラクションコレクタ１２の動作を制御する。制御装置１４には、検出器１０で得られる信号波形から所望の試料成分に相当するピークを検出するための判定条件が設定されている。ピークを検出するための判定条件とは、ピークの開始点及び終了点のそれぞれを検出するためのしきい値と、そのしきい値との比較に用いるデータ点の数である。

　制御装置１４のもつ機能について、図２のブロック図を用いて説明する。

　制御装置１４は、しきい値設定部１６、データ点数設定部１８、しきい値保持部２０、ピーク検出部２２及び制御部２４を備えている。制御部１４には入力部２６と表示部２８が電気的に接続されている。入力部２６は、例えばキーボードやマウスなどによって実現されるものであり、入力部２６を介してユーザが制御部１４への情報入力を行なうようになっている。表示部２８は、例えば液晶ディスプレイなどによって実現され、例えば検出器１０で得られる検出信号データに基づいて作成されたクロマトグラムなどの種々の情報が表示部２８に表示される。

　しきい値設定部１６はユーザにしきい値を設定させるように構成されている。しきい値設定の際、表示部２６には、予め試験的になされた分析によって得られたクロマトグラムが表示され、ユーザはそのクロマトグラムに基づいて所望のピーク成分のすべてが検出されるようなしきい値を設定する。なお、必ずしもユーザが設定する必要はなく、装置が適当なしきい値を設定するようになっていてもよい。

　しきい値に用いられるパラメータは、検出器１０から取り込まれた信号（又はその信号を平滑化処理などによってノイズ成分を除去した後の信号）の強度（信号強度）や変化率（傾き）であり、信号強度と傾きのうちいずれか一方のみをピーク検出判定用のパラメータ（以下、判定パラメータと称する。）として用いる場合と、信号強度と傾きの両方を判定パラメータとして用いる場合がある。検出器１０の検出信号のどのようなパラメータを判定パラメータとして用いるかは、試料や分析条件（ドリフトの有無や傾き等）による。設定されたしきい値はしきい値保持部２０によって保持される。

　データ点数設定部１８は、後述するピーク検出部２２によるピークの開始点及び終了点の検出判定に用いるデータ点の数をユーザに設定させるように構成されている。なお、ユーザに任意のデータ点数を設定させる機能だけでなく、装置側で適当なデータ点数を設定する機能を備えていてもよい。また、ピーク開始点の検出判定に用いるデータ点数とピーク終了点の検出判定に用いるデータ点数とは必ずしも同じである必要はなく、個別に設定できるようになっていてもよい。

　ピーク検出部２２は、上記のように設定されたしきい値とデータ点数に基づいて、ピークの開始点及び終了点をそれぞれ検出するように構成されている。すなわち、ピーク検出部２２は、検出器１０から取り込まれる検出信号又はその検出信号を平滑化処理などの処理を施すことによってノイズ除去された後の信号（これをデータ点という。）の判定パラメータを抽出及び／又は算出し、そのデータ点の判定パラメータとしきい値とを比較することによって、ピークの開始点と終了点の検出を行なう。

　ここで、判定パラメータを「抽出」するとは、判定パラメータが「信号強度」である場合に、その信号強度を数値として抽出することを意味する。判定パラメータを「算出」するとは、判定パラメータが傾きである場合に、そのデータ点の信号強度と１つ前に取り込まれたデータ点の信号強度とを用いて信号強度の変化率を算出することを意味する。

　また、データ点の判定パラメータとしきい値とを比較するとは、データ点の判定パラメータがしきい値を越えているか否かを判定することを意味する。データ点の判定パラメータがしきい値を「越えている」とは、値の大小のみを意味するものではない。例えば、ピークの終了点を判定パラメータ「信号強度」によって検出する場合、検出器１０から取り込まれた信号の信号強度がピーク終了点検出用のしきい値以下となったことを、判定パラメータがしきい値を「越えた」という。

　ピーク検出部２２によるピークの開始点と終了点の検出判定には、データ点数設定部１８により設定された数のデータ点が用いられる。すなわち、あるデータ点の判定パラメータがしきい値を越えたとしても、しきい値を越える判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定値に達しなければ、ピーク開始点又は終了点は検出されない。例えば、判定パラメータが「信号強度」であり、ピーク判定に用いられるデータ点数が「３」に設定されていた場合、しきい値を越える信号強度をもつデータ点が３点連続しなければ、ピーク開始点又はピーク終了点は検出されない。

　制御部２４は、ピーク検出部２２により検出されたピーク部分に相当する移動相が分画して捕集されるように、フラクションコレクタ１２を制御するように構成されている。

　同実施例による一連のピーク検出動作の一例について、図２とともに図３のフローチャートを用いて説明する。

　制御装置１４は、検出器１０の検出信号を一定時間ごとに取り込む（ステップＳ１）。制御装置１４では、取り込んだ信号に平滑化処理などの処理が施される場合がある。制御部２４は、取り込んだ信号又は平滑化処理などの処理が施された信号の判定パラメータ（検出信号及び／又は傾き）を抽出及び／又は算出し（ステップＳ２）、その判定パラメータをしきい値保持部２０に保持されたピーク開始点検出用のしきい値と比較する（ステップＳ３）。この動作を、しきい値を越える判定パラメータをもつデータ点が現れるまで繰り返し行なう。

　あるデータ点の判定パラメータがしきい値を越えた場合、制御部２４は、しきい値を越えた判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定数に達したか否かを判定する（ステップＳ４）。しきい値を越えた判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定数に達していなければ次に取り込まれる信号（データ点）について同様の判定を行ない、しきい値を越えた判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定数に達したときにピークの開始点を検出する（ステップＳ５）。

　制御部２４は、ピークの開始点を検出した後、ピーク終了点判定用のしきい値を用いてピーク終了点の検出を行なう。ピーク開始点の検出と同様に、検出器１０から取り込まれる信号の判定パラメータを抽出及び／又は算出し（ステップＳ６、Ｓ７）、その判定パラメータをピーク終了点検出用のしきい値と比較する（ステップＳ８）。この動作を、しきい値を越える判定パラメータをもつデータ点が現れるまで繰り返し行なう。

　あるデータ点の判定パラメータがしきい値を越えた場合、しきい値を越えた判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定数に達したか否かを判定する（ステップＳ９）。しきい値を越えた判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定数に達していなければ次に取り込まれる信号（データ点）について同様の判定を行ない、しきい値を越えた判定パラメータをもつデータ点の連続数が設定数に達したときにピークの終了点を検出する（ステップＳ１０）。

　上記のように、しきい値を越える判定パラメータの連続数が設定数に達した時点でピークの開始点と終了点が検出されるのであるが、ピークの開始点及び終了点として実際に認識されるデータ点は、しきい値を越える判定パラメータの連続数が設定数に達したときのデータ点ではなく、その連続数を考慮した逆算により求められるデータ点である。例えば、ピーク開始点として認識されるデータ点は、ピークの開始点が検出される原因となった連続するデータ点の起点となるデータ点とすることができる。同様に、ピーク終了点として認識されるデータ点は、ピークの終了点が検出される原因となった連続するデータ点の起点となるデータ点の１つ前のデータ点とすることができる。

　図４から図９を用いて、上記実施例によって達成される分画動作を従来技術と比較しながら説明する。なお、以下では、従来技術におけるピーク検出の判定に用いるデータ点数を１として説明している。

　図４と図５はともに、同一試料について従来技術を用いた場合と実施例の技術を用いた場合の分画結果である。この例におけるピーク検出の判定パラメータは、「信号強度」である。図４に示されているように、従来技術では、判定用データ点数を１としているため、しきい値を越えるノイズ信号をピークの開始点として検出してしまい、ノイズ部分を分画ピーク１として分画捕集することになる。

　これに対し、図５に示されているように、判定用データ点数が３に設定された実施例の技術では、しきい値を越えるノイズ信号の連続数が３に満たないため、ノイズ部分はピークとして検出されない。これにより、所望のピーク部分だけが分画ピーク１として分画捕集される。

　図６と図７も、同一試料について従来技術を用いた場合と実施例の技術を用いた場合の分画結果である。この例におけるピーク検出の判定パラメータは、「傾き」である。図６及び図７の信号波形では、所望成分のピークの一部に夾雑物のピークの一部が重なっている。このような波形を示す試料に対して、従来技術では、図６に示されているように、夾雑物ピークのデータ点の最初の傾きがしきい値を越えるためにピークとして検出され、その結果、夾雑物が分画ピーク１として分画捕集されることになる。

　これに対し、判定用データ点数が３である実施例では、図７に示されているように、夾雑物のピークにおいて傾きがしきい値を越えるデータ点の連続数は２であるため、夾雑物部分がピークとして検出されることはない。これにより。所望のピーク部分のみが分画ピーク１として検出され、分画捕集される。

　図８と図９も、同一試料について従来技術を用いた場合と実施例の技術を用いた場合の分画結果である。この例におけるピーク検出の判定パラメータも「傾き」である。図６及び図７の信号波形では、所望成分のピークがなだらかになっており、ピークの途中に一時的な傾きの極性（プラスとマイナス）変化が見られる。

　このような波形を示す試料に対して、従来技術では、図８に示されているように、ピーク途中の傾きに極性変化が起きている部分をピーク開始点及びピーク終了点として検出してしまい、３つの分画ピーク１～３を検出してしまっている。その結果、本来は１つの成分ピークとして捕集されるべきものが、３つに分割されて捕集されることになる。

　これに対し、判定用データ点数が３である実施例では、図９に示されているように、ピーク途中の傾きに極性変化が起こっていても、その部分において傾きがしきい値を越えるデータ点の連続数が３に達していないため、ピーク開始点及びピーク終了点として検出されない。これにより、なだらかな形状を示すピークの全体が１つのピーク成分として検出され、分画捕集される。

　　　２　　　分析流路
　　　４　　　送液装置
　　　６　　　試料注入部
　　　８　　　分析カラム
　　　１０　　　検出器
　　　１２　　　フラクションコレクタ
　　　１４　　　制御装置
　　　１６　　　しきい値設定部
　　　１８　　　データ点数設定部
　　　２０　　　しきい値保持部
　　　２２　　　ピーク検出部
　　　２４　　　制御部
　　　２６　　　入力部
　　　２８　　　表示部

Claims (3)

1. 　液体クロマトグラフの検出器の出口側に接続されたフラクションコレクタを制御するためのフラクションコレクタ制御装置であって、
   　ピーク検出用のしきい値を保持するしきい値保持部と、
   　液体クロマトグラフの検出器の信号を一定時間ごとにデータ点として取り込み、そのデータ点における信号強度及び／又は傾きと前記しきい値保持部に保持されているしきい値とを比較することにより、ピークの開始点及び終了点を検出するように構成されたピーク検出部と、
   　前記ピーク検出部がピークの開始点及び終了点の検出のために前記しきい値と比較する前記データ点の数を設定するように構成されたデータ点数設定部と、
   　前記ピーク検出部により検出されたピーク部分が分画捕集されるように前記フラクションコレクタの動作を制御するように構成された制御部と、を備え、
   　前記ピーク検出部は、前記しきい値との比較によりピークの開始点又は終了点として検出すべき信号強度及び／又は傾きを示すデータ点が、前記データ点数設定部により設定された数以上に連続したときに、ピークの開始点又は終了点を検出するように構成されているフラクションコレクタ制御装置。
2. 　前記データ点数設定部はユーザに任意の数を設定させるように構成されている請求項１に記載のフラクションコレクタ制御装置。
3. 　移動相を送液する送液装置と、
   　前記送液装置によって送液される移動相が流れる分析流路と、
   　前記分析流路中に試料を注入する試料注入部と、
   　前記分析流路上における前記試料注入部よりも下流において試料を成分ごとに分離する分析カラムと、
   　前記分析流路上における前記分析カラムよりも下流において前記分析カラムにより分離された試料成分を検出する検出器と、
   　前記検出器の出口側において、前記検出器を経た試料成分を捕集するためのフラクションコレクタと、
   　前記検出器で得られる検出信号に基づいて、前記分析カラムで分離された試料成分が前記フラクションコレクタによって分画捕集されるように、前記フラクションコレクタを制御する請求項１又は２に記載のフラクションコレクタ制御装置と、を備えた分取液体クロマトグラフ。

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