JP3025145B2

JP3025145B2 - マルチチャンネルクロマトグラム解析方法及び装置

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Publication number: JP3025145B2
Application number: JP6057313A
Authority: JP
Inventors: 正人伊藤; 喜三郎出口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 2000-03-27
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速液体クロマトグラフ
ィ、ガスクロマトグラフィ等のクロマトグラフィ技術に
係り、特に、ダイオードアレイ検出器等により得られる
マルチチャンネルクロマトグラムの解析方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチチャンネルクロマトグラム（吸光
度成分、時間成分、波長成分の３次元情報を有するクロ
マトグラム）上の重なりピークを分離、分解する方法は
数多く提案されている。その代表的なものとして多変量
解析の一手法としての因子分析（Factor analysis）や
主成分分析（Principal component analysis）がある
（例えば、(U.S.P. 4807148、J.K.Strasters et.al.)、
(Journal of Liguid Chromatography、12 (1988) 3-22、
H.R. Keller et.al.)、(Chemometrics and Intelligent
Laboratory Systems、 12 (1992) 209-224、J.Craig Ham
ilton et. al.)、(Journal of Chemometrics、4 (1990)
1-13)等参照）。

【０００３】上記因子分析には未解決な問題があり、幾
つかの改良が試行されている。別の方法として、非線法
最小自乗法（non-linear least-square analysis）も提
案されている（例えば、(伊藤、他、第７回液体クロマ
トグラフィー討論会講演要旨集（1986）p.5)、(伊藤、
他、第22回応用スペクトロメトリー東京討論会講演要旨
集（1987）p.141)(伊藤、他、第19回ＨＰＬＣ研究談話
会要旨集（1988）pp.30)）。この方法は、F.J. Knorr
により提案されているGS/MSから得られたマルチチャン
ネルクロマトグラム上の重なりピークをガウシアン（正
規分布関数）を用いてフィッティグする方法（F.J.Knor
r et.al., Aralytical Chemistry,53 (1981)821-825）
から、ガウシアンをより現実的なモデル関数としてのEM
G（Exponentially modified Gaussian）に代えることに
より、さらに発展させたものである。この方法は後の説
明の参考となるため、詳しく説明する。

【０００４】ダイオードアレイ検出器より得られたマル
チチャンネルクロマトグラムのデータは、次式（１）の
行列Ｄijで表わせる。Ｄ＝Ｒ・Ａ・Ｓ＝Ｒ・Ｘ --- （１）ただし、iは時刻の順番番号、jは波長の順番番号、kは
成分の順番番号、Ｄijは吸光度、Ｒikは規格化された保
持波形（クロマトグラム強度）、Ａkkはk-成分の濃度に
関する量的ファクタ、Ｓkjは規格化されたスペクトル強
度、Ｘkjは、k-成分の濃度に関するファクタが乗じられ
た量的スペクトル強度である。なお、マススペクトロメ
ータの場合、波長番号がm/z値の番号になる。

【０００５】ここで、規格化されたクロマトグラム強度
行列Ｒikの代わりに試行行列Ｒ’ｉｋを導入する。上記
式（１）から、この試行行列Ｒ’ｉｋと測定されたデー
タ行列Ｄijとを用いて、まず試行スペクトル強度行列
Ｘ'kjが計算でき、結局、次式（２）のような試行デー
タ行列Ｄ'ijを求めることができる。Ｄ'＝Ｒ'・(Ｒ'^T・Ｒ')^-1・Ｒ'^T・Ｄ --- （２）ただし、Ｒ'^TのＴは転置行列、(Ｒ'^T・Ｒ')の-1は逆行列
を表す。

【０００６】最小自乗法は、Ｄij−Ｄ'ijが最小になる
ように、パラメータを決定し、各成分のＲ'ikをベスト
フィットする。このようにして、重なりピークのデータ
を含む行列Ｄijから各成分の行列Ｒ'ik及びＸ'ikをそれ
ぞれ分離、分解できる。

【０００７】この方法では、Ｒ'ik行列として非対称な
テーリングピークも表わせるEMGを利用している（次式
（３））。

【０００８】

【数１】

【０００９】ただし、ｔ_RKはK-成分のリテンションタイ
ム、σ_Kのk-成分の標準偏差、τ_Kはk-成分の時定数であ
る。また、特開昭６０−２４４７号公報には、三次元情
報として、多波長で吸光度の時間的変化を検出して、定
量分析を行うクロマトグラフィ定量分析方法及び装置が
記載されている。このクロマトグラフィ定量分析方法及
び装置においては、予め測定してある二次元の２つの標
準スペクトルを示す関数ｆ1(λ)及びｆ2(λ)が用いられ
る。そして、重なりピークを有する測定サンプルの二次
元合成組成関数ｆs(λ)を上記関数ｆ1(λ)及びｆ2(λ)
を用いて表すことができる方程式を算出する。この算出
された方程式により、重なりピークが分解される。

【００１０】一般的なクロマトグラム、つまり２次元情
報（吸光度成分及び時間成分）を有するクロマトグラム
の解析方法として、ディコンボリューション処理を利用
するものも提案されている（例えば、(U.S.P.4941101、P
aul Benjamine Crilly)、(IEEE Transaction on Instrum
entation and Measurement、40 (1991) 558-562、PaulBen
jamine Crilly)、(Journal of Chemometrics、 5 (1991)
85-95)）。

【００１１】ここで、ディコンボリューションについて
定義する。元データが検出装置により検出され、検出装
置の検出特性であり、固有の装置関数ｈ(t)（拡がり関
数）によって拡げられる。この拡げられたデータから上
記装置関数ｈ(t)によるデータ拡がり分を除去する処理
をディコンボリューションと定義する。なお、ディコン
ボリューションの定義式を以下に示す。

【００１２】

【数２】

【００１３】ただし、検出波形をＤ（t）、元の波形を
ｄ（t）、拡がり関数をｈ（t）とする。

【００１４】上記２次元情報を有するクロマトグラムの
解析に適用されるディコンボリューションに対して、収
束を速くするために、いくつかの手法が提案されてい
る。つまり、逆行列演算を行なうGaussの消却法を始め
として、Jacobi法、Gauss-Seidel法、フーリエ変換法、
Van Cittert法、Constrained Iterative法、Jansson
法、Gold's ratio法等反復法を主体に考案されている
（南茂夫編著、「科学計測のための波形データ処理」、
ＣＱ出版社（1986）、pp.122-139、P.A.Jansson、Decon
volution With Applications in Spectroscopy、New Yor
k、 Academic (1984)）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の最小自乗法によるピーク分離、分解方法は、ノ
イズに強く実用的ではあるが、その反面、何らかのモデ
ル関数を導入しなければならず、実際のピーク形状を必
ずしも正確に再現しているとは言えない。つまり、非線
形最小自乗法には、モデル関数が不可欠であるが、この
モデル関数の妥当性に疑問があり、実際のピーク形状と
ベストフィッティングしている訳ではない。これは、上
記特開昭６０−２４４４７号公報に記載されたクロマト
グラフィー定量分析方法及び装置についても、上記合成
組成関数ｆs(λ)は、上述と同様に、実際のピーク形状
を必ずしも正確に再現しているとは言えない。

【００１６】また、Jansson法に代表されるディコンボ
リューションは、ノイズに弱く、処理後大きく増幅され
て、擬似ピークがしばしば出現する。したがって、上記
従来のディコンボリューションを３次元であるマルチチ
ャンネルクロマトグラムの解析に適用しても、ノイズ成
分を除去することができず、高精度なピーク分離、分解
を行うことができない。

【００１７】本発明の目的は、マルチチャンネルクロマ
トグラムの重なりピークを高精度に分解して、分析可能
なマルチチャンネルクロマトグラム解析方法及び装置を
実現することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。検出装置により検
出された測定対象物の特性成分と、波長成分と、時間成
分との３次元の成分を有するクロマトグラムデータを解
析するマルチチャンネルクロマトグラム解析方法におい
て、３次元成分を有するクロマトグラムデータを、波長
成分に関して圧縮し、２次元のクロマトグラムデータに
変換する圧縮工程と、圧縮された２次元のクロマトグラ
ムデータから、検出装置の検出特性であり、固有の装置
関数によるデータの拡がり分を除去するディコンボリュ
ーション処理を行うディコンボリューション処理工程
と、データ拡がり分が除去された２次元クロマトグラム
データから測定対象物の特性成分を同定する工程とを備
える。

【００１９】また、マルチチャンネルクロマトグラム解
析方法において、３次元成分を有するクロマトグラムデ
ータを波長成分に関して圧縮し、２次元のクロマトグラ
ムデータに変換する圧縮工程と、圧縮された２次元のク
ロマトグラムデータから、検出装置の検出特性であり、
固有の装置関数である正規分布関数によるデータの拡が
り分を除去するディコンボリューション処理を行い、正
規分布関数の標準偏差を変化させ、２次元クロマトグラ
ムデータの重なりピークを孤立化させるディコンボリュ
ーション処理工程と、データ拡がり分が除去された２次
元クロマトグラムの各成分を、装置関数を用いて、それ
ぞれデータ拡がり分を付加し、ディコンボリューション
処理前のデータに復元するコンボリューション処理を実
行する工程と、復元されたデータに基づいて、各成分の
スペクトル情報を算出する工程と、算出されたスペクト
ル情報から測定対象物の特性成分を同定し、定量する工
程と、少なくとも、同定され定量された特性成分とコン
ボリューション処理が実行された復元データとを表示手
段に表示させる工程とを備える。

【００２０】また、マルチチャンネルクロマトグラム解
析方法において、３次元のクロマトグラムデータから、
検出装置の検出特性であり、固有の装置関数によるデー
タの拡がり分を除去するディコンボリューション処理を
行うディコンボリューション処理工程と、ディコンボリ
ューションされたクロマトグラムデータを、時間成分に
関して圧縮し、各成分のスペクトル情報を算出する工程
と、算出されたスペクトル情報に基づいて、測定対象物
の特性成分を同定する工程とを備える。

【００２１】また、検出手段により検出された測定対象
物の特性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成
分を有するクロマトグラムデータを解析するマルチチャ
ンネルクロマトグラム解析装置において、３次元成分を
有するクロマトグラムデータを、波長成分に関して圧縮
し、２次元のクロマトグラムデータに変換するデータ圧
縮部と、圧縮された２次元のクロマトグラムデータか
ら、検出手段の検出特性であり、固有の装置関数による
データの拡がり分を除去するディコンボリューション処
理を行うディコンボリューション部と、データ拡がり分
が除去された２次元クロマトグラムデータから測定対象
物の特性成分を同定する成分同定部とを備える。

【００２２】また、検出手段により検出された測定対象
物の特性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成
分を有するクロマトグラムデータを解析するマルチチャ
ンネルクロマトグラム解析装置において、３次元クロマ
トグラムデータの解析すべき時間成分の始点と終点とが
設定されるデータ設定部と、上記データ設定部により設
定された３次元成分を有するクロマトグラムデータを波
長成分に関して圧縮し、２次元のクロマトグラムデータ
に変換するデータ圧縮部と、上記圧縮された２次元のク
ロマトグラムデータから、上記検出手段の検出特性であ
り、固有の装置関数である正規分布関数によるデータの
拡がり分を除去するディコンボリューション処理を行
い、上記正規分布関数の標準偏差を変化させ、上記２次
元クロマトグラムデータの重なりピークを孤立化させる
ディコンボリューション部と、ディコンボリューション
処理されたクロマトグラムデータを各成分に分離し、規
格化する分離規格部と、上記各成分に分離され、規格化
されたデータを、上記装置関数を用いて、各成分データ
毎にデータ拡がり分を付加し、ディコンボリューション
処理前のデータに復元するコンボリューション処理を実
行する再コンボリューション部と、上記復元されたデー
タに基づいて、上記各成分のスペクトル情報を算出する
スペクトル算出部と、算出された上記スペクトル情報か
ら測定対象物の特性成分を同定し、定量する成分同定定
量計算部と、少なくとも、同定され定量された特性成分
と、上記コンボリューション処理が実行された復元デー
タとを表示する表示部と、を備える。

【００２３】また、検出手段により検出された測定対象
物の特性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成
分を有するクロマトグラムデータを解析するマルチチャ
ンネルクロマトグラム解析装置において、３次元クロマ
トグラムデータの解析すべき時間成分及び波長成分の始
点と終点とが設定されるデータ設定部と、上記始点と終
点とが設定された３次元のクロマトグラムデータから、
上記検出手段の検出特性であり、固有の装置関数による
データの拡がり分を除去するディコンボリューション処
理を行うディコンボリューション部と、ディコンボリュ
ーションされたクロマトグラムデータを規格化し、上記
時間成分に関して圧縮して、各成分のスペクトル情報を
算出する規格化スペクトル算出部と、算出されたスペク
トル情報に基づいて、測定対象物の特性成分を同定し、
定量する成分同定定量計算部と、を備える。

【００２４】また、マルチチャンネルクロマトグラムの
解析方法において、検出器の出力に基づいて測定対象物
の特性成分、波長成分及び時間成分の情報を含むデータ
を得て、上記データのノイズ成分を低減し、上記ノイズ
低減されたデータから流れに伴う広がりを補正するよう
に演算処理し、上記演算処理された結果を出力する。

【００２５】好ましくは、上記マルチチャンネルクロマ
トグラムの解析方法において、上記ノイズ成分を低減す
る工程は、平滑化処理を含む。また、好ましくは、上記
マルチチャンネルクロマトグラムの解析方法において、
上記演算処理する工程は、数値解析処理を含む。

【００２６】また、好ましくは、上記マルチチャンネル
クロマトグラムの解析方法において、試料を分離するカ
ラムにより分離された試料を上記検出器で検出する。ま
た、好ましくは、上記マルチチャンネルクロマトグラム
の解析方法において、上記検出器は、複数のダイオード
を並べて構成される。

【００２７】また、マルチチャンネルクロマトグラムの
解析方法において、検出器の出力に基づいて、測定対象
物の特性成分、波長成分及び時間成分の情報を含んだデ
ータを得て、上記データのノイズ成分を低減し、上記ノ
イズ低減されたデータから上流の状態を推定して演算処
理し、この演算処理された結果を出力する。

【００２８】また、測定対象物の特性成分、波長成分及
び時間成分の情報を含んだデータを解析するマルチチャ
ンネルクロマトグラムの解析装置において、上記データ
のノイズ成分を低減するノイズ低減器と、上記ノイズ低
減されたデータから流れに伴う広がりを補正するように
演算する演算処理部と、上記演算処理された結果を出力
する出力器と、を備える。

【００２９】

【作用】測定対象物の特性成分と、波長成分と、時間成
分との３次元成分を有するマルチチャンネルクロマトグ
ラムにおいて、このクロマトグラムに含まれるノイズ成
分は、波長成分方向にプラスマイナスに増減している。
マルチチャンネルクロマトグラムを波長成分方向に、圧
縮すれば、ノイズ成分は互いに相殺する。このため、マ
ルチチャンネルクロマトグラムは、波長成分に関して圧
縮され、２次元のクロマトグラムデータに変換される。
この変換処理により、ノイズ成分が除去される。ノイズ
成分が除去された２次元クロマトグラムデータは、ディ
コンボリューション処理により、装置関数によるデータ
の拡がりが除去され、重なりピークが高精度に分解され
る。そして、高精度に分解されたデータに基づいて、測
定対象物の成分の同定が行われる。

【００３０】また、３次元成分を有するマルチチャンネ
ルクロマトグラムに含まれるノイズ成分は、時間成分方
向にもプラスマイナスに増減している。そこで、マルチ
クロマトグラムデータは、先に、ディコンボリューショ
ン処理が実行される。そして、ディコンボリューション
処理が実行されたデータについて、各成分毎に、時間成
分に関して圧縮され、各成分のスペクトル情報が算出さ
れる。このとき、ノイズ成分は、互いに相殺し、データ
から除去される。そして、ノイズ成分が除去されたスペ
クトルに基づいて、測定対象物の成分の同定が行われ
る。

【００３１】

【実施例】本発明に基づく実施例を図１〜図９を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例におけるマルチ
チャンネルクロマトグラム解析方法の動作フローチャー
トであり、図２は、本発明の一実施例におけるマルチチ
ャンネルクロマトグラム解析装置の概略構成図である。
この図２の例は、本発明を薬物モニタリングＨＰＬＣ
（High Performance Liquid Chromatography）システム
に適用した例である。そして、マルチチャンネルクロマ
トグラムは、吸光度（特性成分）成分と、波長成分と、
時間成分との３次元成分を有するものである。

【００３２】図２において、制御部４４の命令によりポ
ンプ４０は溶離液４９を送液する。可動ニードルを有す
るサンプラ４３は、試料容器に収容された標準試料５２
あるいは未知試料（測定対象物）５１を注入し、カラム
４１への流路に送りこむ。試料５１又は５２は、溶離液
４９とともにカラム４１に送りこまれ、含有成分が分離
展開され、ダイオ−ドアレイ検出器４２で検出される。
この検出データであるマルチチャンネルクロマトグラム
がデータ解析部４５に供給される。また、入力部５４か
ら後述する成分等がデータ解析部４５に入力される。

【００３３】データ解析部４５は、データ行列決定部
（データ設定部）４５１と、データ圧縮部４５２と、デ
ィコンボリューション部４５３と、分離規格化部４５４
とを備える。また、データ解析部４５は、再コンボリュ
ーション部４５５と、スペクトル算出部４５６と、成分
同定定量計算部４５７とを備える。そして、このデータ
解析部４５により解析された結果等がＣＲＴ４６及びプ
リンタ４７に表示される。

【００３４】図３〜図６は、本発明の一実施例により得
られた未知試料５１のマルチチャンネルクロマトグラム
である。図３の（Ａ）において、成分２と成分３とがオ
ーバーラップしているため定量のみならず成分同定も困
難である。このため、この重なりピークを分離、分解
し、リテンションタイムを正確に求め、且つスペトクル
も精度よく求め、成分同定する必要がある。また、分
離、分解により、ピークの大きさを正確に求めること
で、標準試料５２との比較から、定量分析も行なうこと
ができる。

【００３５】次に、図１〜図６を参照して、本発明によ
る一次実施例の解析方法及び装置の動作を説明する。図
２において、ダイオードアレイ検出器４２から、マルチ
チャンネルクロマトグラムのデータが、データ行列決定
部４５１を介して、制御部４４に供給され、ＣＲＴ４６
に、図３の（Ａ）に示すような３次元クロマトグラムの
等高線図が表示される。図１の動作フローは、上記等高
線図がＣＲＴ４６に表示された状態から開始される。

【００３６】さて、図１の工程１１で、動作フローを開
始する。次に、工程１２において、分離、分解すべき重
なりピークの成分を指定する。つまり、操作者がＣＲＴ
４６に表示された等高線図を参照して、キー、マウス、
ペン等により図３の（Ａ）に示す重なりピーク成分２及
び３を、入力部５４からデータ行列決定部４５１にイン
プットする。または、ピーク成分２及び３の座標を数値
かディスプレイ上のライン移動によりインプットする。
ピーク成分のインプットが２回行われることにより、重
なりピークが２成分あることが、データ行列決定部４５
１により判断される。また、このインプットにより、重
なりピーク成分の２点間に、ディコンボリューション
後、谷ができることが期待できる。

【００３７】続いて、工程１３において、データ行列決
定部４５１は、指定された重なりピーク全体の始点と終
点を探索し、上記（１）式に示したデータ行列Ｄijの時
刻の始点及び終点を決定し、データ行列Ｄijを決定す
る。上記始点から終点までの測定ポイント数は２０〜５
０が適しているが、これ以上の点数になる場合は積算平
均等によりポイント数を減らすことが望ましい。波数方
向の点数に関しては、測定チャンネル数を単純に採用し
てよい。

【００３８】次に、工程１４において、データ圧縮部４
５２は、次式（４）にしたがって、波長方向（λ方向）
に圧縮、つまりサメーション（summation）し、圧縮デ
ータ列ベクトルＤi・を得る（図３の（Ｂ））。

【００３９】

【数３】

【００４０】ここで、上記式（４）のように、データ行
列Ｄijを波長方向に圧縮する意味を説明する。図３の
（Ａ）に示すマルチチャンネルクロマトグラムには、図
示はしていないが、通常、多くのノイズ成分（高さ方向
ノイズ成分）が含まれる。このノイズ成分は、所定の基
準レベルに対して、波長方向にプラスマイナスに振動し
ていると考えられる。したがって、３次元データを波長
方向にサメーションすれば、上記ノイズは、互いに相殺
し、ノイズが除去された２次元データＤi・が得られる。

【００４１】次に、上記２次元データＤi・に対してディ
コンボリューション処理を行う。つまり、２次元データ
Ｄi・は、次式（５−１）により、コンボリュート（拡が
り処理）されていると考えられる。ただし、σは、標準
偏差、ｈi（σ）は、次式（５−２）で示されるガウシ
アン型装置関数であり、ｄi・（σ）は、２次元の元デー
タ関数である。

【００４２】

【数４】

【００４３】工程１５において、ディコンボリューショ
ン部４５３は、上記装置関数ｈi（σ）の標準偏差σが
設定される。この標準偏差σの初期値は、例えば工程１
２で指定された２点の重なりピークの時間差の１／１０
の値にすることができる。他に、Ｄi・行列の時間幅の１
／３０とか、固定値、入力値等も採用できる。また、初
期値を０とすることもできる。

【００４４】続いて、工程１６において、ディコンボリ
ューション部４５３は、上記（５−１）式のデータＤi・
及び関数ｈi（σ）から関数ｄi・（σ）を算出する。つ
まり、データＤi・をディコンボリューション処理する。
この場合、ディコンボリューション処理は、Jansson法
等の方法を利用することもできる。

【００４５】つぎに、工程１７において、ディコンボリ
ューション部４５３は、ディコンボリューション処理後
のデータ行ベクトルが、十分分離され、重なりピークが
孤立しているか判定する。判定基準としては、ピーク間
の谷の高さが最大値の３％以下であること等を用いる。
この基準を満せば、工程１８へ進む。そうでなれれば、
工程２６に進み、標準偏差σを増加させ、工程１５に戻
り、再び、ディコンボリューション処理を試みる。標準
偏差σの増加分は、例えば前述した標準偏差の初期値を
使用する（ただし、初期値を０する場合は、０以外の適
切な値とする）。

【００４６】工程１７において、異常に巨大な擬似ピー
クなどが発生した場合は、処理不良と判断し、ディコン
ボリューション部４５３は、エラー信号を制御部４４に
送信し、ＣＲＴ４６にエラーの発生を表示させ、工程２
５に進んでフローを終了する。工程１７において、ピー
クが孤立したと、ディコンボリューション部４５３が判
断すると（ディコンボリューションされた波形を図３の
(ｃ)に示す）、工程１８に進み、最終的に決定された標
準偏差を最終標準偏差σ0として、登録する。

【００４７】次に、工程１９において、分離規格化部４
５４は、次式（６−１）を用いて、孤立化したデータｄ
i・(σ0)から、各成分毎の規格化行列ｒik(σ0)を算出す
る。本方法の分離・分解はこの工程で実行され、ここを
折り返し点として処理を遡っていく。次に、工程２０に
おいて、再コンボリューション部４５５は、次式（６−
２）により、ディコンボリュートした際と同じ装置関数
ｈi(σ0)を用いて、各規格化行列ｒik(σ0)を保持強度
行列Ｒ'ikへ再コンボリュートする（図４の(A)〜(C
c)）。これにより、検出器４２により得られ、ノイズを
含まないデータの重なりピーク成分のそれぞれの波形を
表現することができる。

【００４８】

【数５】

【００４９】ただし、ｆkはファクタである。

【００５０】続いて、工程２１において、スペクトル算
出部４５６は、次式（７）に基づき、図５の（Ａ）〜
（Ｃ）に示すように、各成分の量的スペクトル強度行列
Ｘ'kjを算出する。Ｘ'＝（Ｒ'^TＲ'）^-1Ｒ'^TＤ --- （７）次に、工程２２において、成分同定定量計算部４５７
は、算出され量的スペクトル強度行列Ｘ'kjのスペクト
ル波形及びＲ'ikのリテンションタイムに基づいて、成
分同定を行なう。予め、薬物のスペクトルを記憶してお
き、そのライブラリーを探索して成分同定を行う。続い
て、工程２３において、成分同定定量計算部４５７は、
行列Ｘ'kjの大きさを用いて、標準試料５２の量的スペ
クトル強度行列を参照し、定量計算する。

【００５１】工程２４において、以上説明した工程によ
り得られた結果をＣＲＴ４６に表示し、オペレータの選
択によりプリンタ４７にプリントアウトする。つまり、
図３の（Ｂ）に示したディコンボリューション前の画像
と、再コンボリュートされた各成分の画像（図４の(A
a)、(Bb)、(Cc)）と、各成分のスペクトル画像（図５の
(A)、(B)、(C)）とを表示する。この場合、図３の（Ｂ）
に示したディコンボリューション前の画像においては、
重なりピークである成分２と３を表示する色彩が互いに
異なるようにし、重なりを明確に表示することが可能で
ある。そして、工程２５でフローを終了する。

【００５２】以上のように、本発明の一実施例によれ
ば、マルチチャンネルクロマトグラムが波長方向にデー
タ圧縮されることにより、ノイズ成分が除去される。そ
して、ノイズ成分が除去された２次元データに対してデ
ィコンボリューション処理が行われる。したがって、マ
ルチチャンネルクロマトグラムの重なりピークを高精度
に分解して、分析可能なマルチチャンネルクロマトグラ
ム解析方法及び装置を実現することができる。また、本
発明の一実施例によれば、ディコンボリューション処理
され、分離された各成分が装置関数により、再コンボリ
ューション処理される。そして、再コンボリューション
処理された各成分がそれぞれ表示されるとともに、この
再コンボリュート処理された各成分に基づいて、分離さ
れていないデータの画像が各成分毎に色分けして表示さ
れる。したがって、オペレータに対して、どの位置で成
分が重なっているかを明瞭に表現することができる。

【００５３】また、本発明の一実施例によれば、ディコ
ンボリューション処理によりピーク形状に、ある種の変
形を加えて、行列Ｒ'ik、行列Ｓ'kjを求めていることに
なり、モデル関数から解放することができる。

【００５４】図７は、本発明のマルチチャンネルクロマ
トグラム解析方法の他の実施例の動作フローチャートで
あり、図８は、マルチチャンネルクロマトグラム解析装
置の他の実施例の概略構成図である。図８において、デ
ータ解析部４５は、データ行列決定部（データ設定部）
４５１と、ディコンボリューション部４５８と、規格化
強度行列算出部（データ圧縮部）４５９とを備える。ま
た、データ解析部４５は、量的強度行列算出部４６０
と、成分同定定量計算部４６１とを備える。他の構成
は、図２の例と同様であるので、説明は省略する。

【００５５】図７の工程６１でフローを開始する。次
に、工程６２において、入力部５４から、重なりピーク
を分離、分解するためのマルチチャンネルクロマトグラ
ムの時間方向及び波長方向の領域が、データ行列決定部
４５１に入力され、指定される。この場合、数値により
始点及び終点を指定するのが一般的であるが、ＣＲＴ４
６に表示された等高線図上でのライン移動等により指定
することもできる。また、この工程６１で、指定領域に
何成分のピークが重なっているかも数値で入力する。

【００５６】工程６３において、データ行列決定部４５
１は、時間、波長それぞれの始点、終点からデータ行列
Ｄijの境界を決定する。この実施例においては、データ
圧縮に先だって、ディコンボリューション処理を行うた
め、時間、波長共ポイント数は１０程度が適している。

【００５７】次に、工程６４において、ディコンボリュ
ーション部４５８は、装置関数ｈi(σ)を設定する。こ
の設定は、図１の工程１５と同様の方法でガウシアン型
の装置関数を採用するのが一般的であるが、実測した拡
がり関数を装置関数ｈi(σ)としてもよい。しかし、以
下の工程によりディコンボリューション処理をより強く
行なう場合、ガウシアン型を採用したほうが単純であ
る。

【００５８】そして、工程６５において、ディコンボリ
ューション部４５８は、図１に示した工程１６と同様な
ディコンボリューション処理を実行する。ただし、デー
タ行列Ｄijは、圧縮されていないため、約１００ポイン
トの処理となる。

【００５９】次に、工程６６において、ディコンボリュ
ーション部４５８は、オーバーラップの無い領域が成分
数だけあるか否か、つまり、ディコンボリューション処
理が十分であるか否かを判断する。これは、例えば、図
６の区間Ｋ＝２と３で示すように、スペクトルが孤立し
ていれば、合格である。条件としては、上記区間のポイ
ント数が３以上あるほうが望ましい。

【００６０】また、特殊な場合として、ディコンボリュ
ーション処理されたデータｒ'i3用サメーション区間と
して示すように、ある波長区間において一方の成分のピ
ークしか出現していないことがある。このディコンボリ
ューション処理されたデータｒ'i3から、コンボリュー
ション処理された一方のデータＲ'i3を求め、他方のデ
ータＲ'i2を決定することができる。もちろんディコン
ボリューション処理により各ピークが孤立化すれば、コ
ンボリューション処理されたデータＲ'ikが得られ、合
格判定となる。

【００６１】なお、工程６５及び６６において、重なり
ピークが孤立化するまでディコボリューション処理する
こともできるが、後述するスペトクル強度行列Ｓ'kjが
精度よく得られる程度のディコンボリューション処理で
十分である（注：どこかの波長において重なりピークが
孤立化する程度まで分解できれば、規格化保持強度行列
Ｒ'ikが求められるため、前述した図１の例の方法へも
移行できる）。

【００６２】工程６６において、不合格と判定した場合
は、工程７２に進み、図１の工程２６と同様に、標準偏
差σの幅を少し拡げ、装置関数ｈi(σ)を更新し、工程
６４に進む。工程６６において、合格と判定した場合
は、工程６７に進む。

【００６３】工程６７において、規格化強度行列算出部
４５９は、次式（７−１）及び（７−２）に従って規格
化スペクトル強度行列Ｓ'kjを算出し、図６に示すＳ'2j
及びＳ'3jのようなスペクトルを得る。

【００６４】

【数６】

【００６５】上記式（７−１）に基づき、ｄijを算出
し、算出したｄijを上記式（７−２）に代入して、規格
化スペクトル強度行列Ｓ'kjを算出する。ただし、i₁及
びi₂はｋ−成分のスペクトルが得られるクロマトグラム
の区間を指定する時間の始点と終点である。

【００６６】そして、時間軸方向でピークが孤立化すれ
ば、次式（８）に従って、規格化保持強度行列Ｒ'ikを
算出する。

【００６７】

【数７】

【００６８】ただし、j₁及びj₂はｋ−成分の保持関数が
得られる波長区間の始点と終点である。

【００６９】ここで、上述したように、マルチチャンネ
ルクロマトグラムには、通常、多くのノイズ成分が含ま
れる。このノイズ成分は、所定の基準レベルに対して、
時間軸方向にもプラスマイナスに振動していると考えら
れる。したがって、３次元データを時間軸方向にサメー
ションすれば、上記ノイズは、互いに相殺し、ノイズが
除去された規格化スペクトル強度行列Ｓ'kjならびに規
格化保持強度行列Ｒ'ikが得られる。

【００７０】次に、工程６８において、量的強度行列算
出部４６０は、次式（９）に基づいて、量的保持強度行
列Ｒ'ikＡ'kkを算出する。Ｒ'Ａ'＝ＤＳ'^T（Ｓ'Ｓ'^T）^-1 --- （９）また、工程６７において、規格化保持強度行列Ｒikが算
出されていれば、次式（１０）に基づいて、量的スペク
トル強度行列Ｘ'kjを算出する。Ｘ'＝（Ｒ'^TＲ'）^-1Ｒ'^TＤ --- （１０）そして、工程６９において、成分同定定量計算部４６１
は、算出されたスペクトル強度行列と保持強度行列とを
用いて、図１の工程２２及び２３と同様に、成分同定、
定量計算を行なう。

【００７１】続いて、工程７０において、図１の工程２
４と同様に、上記工程により得られた結果をＣＲＴ４６
に表示し、オペレータの選択によりプリンタ４７にプリ
ントアウトする。そして、処理は工程７１で終了する。

【００７２】以上のように、本発明の他の実施例によれ
ば、マルチチャンネルクロマトグラムが時間軸方向にデ
ータ圧縮されることにより、ノイズ成分が除去される。
そして、ノイズ成分が除去された規格化スペクトル強度
行列Ｓ'kjならびに規格化保持強度行列Ｒ'ikを算出する
ことができる。したがって、図１及び図２の例と同様
に、マルチチャンネルクロマトグラムの重なりピークを
高精度に分解して、分析可能なマルチチャンネルクロマ
トグラム解析方法及び装置を実現することができる。

【００７３】また、図１及び図２の例と同様に、モデル
関数から解放することができる。また、上記本発明の他
の実施例は、従来からよく知られている重なりピークの
裾（オーバーラップの影響が少ない部分）からスペクト
ルを得、ピーク分解する方法をディコボリューション処
理により支援し、拡張したものと考えられる。３成分以
上オーバーラップしている場合、従来技術では分解困難
であったが、上記実施例では分解可能となる。

【００７４】図９は、データの圧縮処理を実行すること
なく、デコンボリューション処理され、得られた３次元
クロマトグラムの例を示す図であり、本発明と従来技術
との比較例である。この図９に示すように、３次元クロ
マトグラムを単にディコンボリューション処理すると、
ノイズや疑似ピークが出現する。図９の（Ｂ）は、図９
の（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面を示す。このよう
に、３次元クロマトグラムを単にディコンボリューショ
ン処理しただけでは、数種類の波長が異なる２次元クロ
マトグラムがあることに等しい。これでは、３次元クロ
マトグラム全体の情報を活用し、処理していることには
ならず、２次元クロマログラムの場合に持っていたノイ
ズや疑似ピークは増幅される欠点は、そのまま残ること
になる。

【００７５】これに対し、本発明は、上述したように、
上記従来技術の欠点を克服するために、データを圧縮
し、ノイズを相殺して除去するものである。

【００７６】なお、上記実施例において、ディコンボリ
ューション処理には、一般的な平滑化及びベ−スライン
処理が適宜行なわれる。

【００７７】また、入力部５４からデータ解析部４５に
は、装置関数の標準偏差の初期値の他、推定される複数
のリテンションタイム、テーリングピークを指定する時
定数のフィッチングパラメータの初期値を入力すること
ができる。また、上述した例は、本発明を薬物モニタリ
ングＨＰＬＣシステムに適用した例であるが、本発明
は、上記システムに限らず、他のクロマトグラム分析シ
ステムに適用可能である。

【００７８】また、上記例において、測定対象物の特性
成分を吸光度としたが、蛍光強度であっても、本発明を
適用することができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下のような効果がある。マルチチャンネ
ルクロマトグラムは、波長成分に関して圧縮され、２次
元のクロマトグラムデータに変換され、ノイズ成分が除
去される。ノイズ成分が除去された２次元クロマトグラ
ムデータは、ディコンボリューション処理により、装置
関数によるデータの拡がりが除去され、重なりピークが
高精度に分解される。そして、高精度に分解されたデー
タに基づいて、測定対象物の成分の同定が行われる。し
たがって、マルチチャンネルクロマトグラムの重なりピ
ークを高精度に分解して、分析可能なマルチチャンネル
クロマトグラム解析方法及び装置を実現することができ
る。

【００８０】また、マルチクロマトグラムデータは、先
に、ディコンボリューション処理が実行される。そし
て、ディコンボリューション処理が実行されたデータに
ついて、各成分毎に、時間成分に関して圧縮され、各成
分のスペクトル情報が算出される。このとき、ノイズ成
分が互いに相殺し、データから除去される。そして、ノ
イズ成分が除去されたスペクトルに基づいて、測定対象
物の成分の同定が行われる。したがって、上述と同様
に、マルチチャンネルクロマトグラムの重なりピークを
高精度に分解して、分析可能なマルチチャンネルクロマ
トグラム解析方法及び装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるマルチチャンネルクロ
マトグラム解析方法の動作フローチャートである。

【図２】本発明の一実施例であるマルチチャンネルクロ
マトグラム解析装置の概略構成図である。

【図３】マルチチャンネルクロマトグラムのデータ表示
例を示す図である。

【図４】再コンボリューション処理された成分ｋの保持
強度行列を示す波形図である。

【図５】成分ｋのスペクトル強度行列を示す波形図であ
る。

【図６】ディコンボリューション処理されたデータ行列
の波形図である。

【図７】本発明の他の実施例であるマルチチャンネルク
ロマトグラム解析方法の動作フローチャートである。

【図８】本発明の他の実施例であるマルチチャンネルク
ロマトグラム解析装置の概略構成図である。

【図９】本発明と従来技術とを比較するための波形図で
ある。

【符号の説明】

４０ポンプ４１カラム４２ダイオードアレイ検出器４３サンプラ４４制御部４５データ解析部４５１データ行列決定部４５２データ圧縮部４５３、４５８ディコンボリューション部４５４分離規格化部４５５再コンボリューション部４５６スペクトル算出部４５７、４６１成分同定定量計算部４５９規格化強度行列算出部４６０量的強度行列算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭51−43953（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−24447（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−83963（ＪＰ，Ａ) 特開平４−274761（ＪＰ，Ａ) 特開平６−88814（ＪＰ，Ａ) 特開平７−103959（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−22659（ＪＰ，Ａ) 特開平４−130270（ＪＰ，Ａ) 特開平１−191055（ＪＰ，Ａ) 特開平２−253156（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 30/86 G01N 30/74 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検出装置により検出された測定対象物の特
性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成分を有
するクロマトグラムデータを解析するマルチチャンネル
クロマトグラム解析方法において、上記３次元成分を有するクロマトグラムデータを、上記
波長成分に関して圧縮し、２次元のクロマトグラムデー
タに変換する圧縮工程と、上記圧縮された２次元のクロマトグラムデータから、上
記検出装置の検出特性であり、固有の装置関数によるデ
ータの拡がり分を除去するディコンボリューション処理
を行うディコンボリューション処理工程と、上記データ拡がり分が除去された２次元クロマトグラム
データから測定対象物の特性成分を同定する工程と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析方法。
【請求項２】検出装置により検出された測定対象物の特
性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成分を有
するクロマトグラムデータを解析するマルチチャンネル
クロマトグラム解析方法において、３次元成分を有するクロマトグラムデータを波長成分に
関して圧縮し、２次元のクロマトグラムデータに変換す
る圧縮工程と、上記圧縮された２次元のクロマトグラムデータから、上
記検出装置の検出特性であり、固有の装置関数である正
規分布関数によるデータの拡がり分を除去するディコン
ボリューション処理を行い、上記正規分布関数の標準偏
差を変化させ、上記２次元クロマトグラムデータの重な
りピークを孤立化させるディコンボリューション処理工
程と、上記データ拡がり分が除去された２次元クロマトグラム
の各成分を、上記装置関数を用いて、それぞれデータ拡
がり分を付加し、ディコンボリューション処理前のデー
タに復元するコンボリューション処理を実行する工程
と、上記復元されたデータに基づいて、上記各成分のスペク
トル情報を算出する工程と、算出された上記スペクトル情報から測定対象物の特性成
分を同定し、定量する工程と、少なくとも、同定され定量された特性成分と、上記コン
ボリューション処理が実行された復元データとを表示手
段に表示させる工程と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析方法。
【請求項３】検出装置により検出された測定対象物の特
性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成分を有
するクロマトグラムデータを解析するマルチチャンネル
クロマトグラム解析方法において、上記３次元のクロマトグラムデータから、上記検出装置
の検出特性であり、固有の装置関数によるデータの拡が
り分を除去するディコンボリューション処理を行うディ
コンボリューション処理工程と、ディコンボリューションされたクロマトグラムデータ
を、上記時間成分に関して圧縮し、各成分のスペクトル
情報を算出する工程と、算出されたスペクトル情報に基づいて、測定対象物の特
性成分を同定する工程と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析方法。
【請求項４】検出手段により検出された測定対象物の特
性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成分を有
するクロマトグラムデータを解析するマルチチャンネル
クロマトグラム解析装置において、上記３次元成分を有するクロマトグラムデータを、上記
波長成分に関して圧縮し、２次元のクロマトグラムデー
タに変換するデータ圧縮部と、上記圧縮された２次元のクロマトグラムデータから、上
記検出手段の検出特性であり、固有の装置関数によるデ
ータの拡がり分を除去するディコンボリューション処理
を行うディコンボリューション部と、上記データ拡がり分が除去された２次元クロマトグラム
データから測定対象物の特性成分を同定する成分同定部
と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析装置。
【請求項５】検出手段により検出された測定対象物の特
性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成分を有
するクロマトグラムデータを解析するマルチチャンネル
クロマトグラム解析装置において、３次元クロマトグラムデータの解析すべき時間成分の始
点と終点とが設定されるデータ設定部と、上記データ設定部により設定された３次元成分を有する
クロマトグラムデータを波長成分に関して圧縮し、２次
元のクロマトグラムデータに変換するデータ圧縮部と、上記圧縮された２次元のクロマトグラムデータから、上
記検出手段の検出特性であり、固有の装置関数である正
規分布関数によるデータの拡がり分を除去するディコン
ボリューション処理を行い、上記正規分布関数の標準偏
差を変化させ、上記２次元クロマトグラムデータの重な
りピークを孤立化させるディコンボリューション部と、ディコンボリューション処理されたクロマトグラムデー
タを各成分に分離し、規格化する分離規格部と、上記各成分に分離され、規格化されたデータを、上記装
置関数を用いて、各成分データ毎にデータ拡がり分を付
加し、ディコンボリューション処理前のデータに復元す
るコンボリューション処理を実行する再コンボリューシ
ョン部と、上記復元されたデータに基づいて、上記各成分のスペク
トル情報を算出するスペクトル算出部と、算出された上記スペクトル情報から測定対象物の特性成
分を同定し、定量する成分同定定量計算部と、少なくとも、同定され定量された特性成分と、上記コン
ボリューション処理が実行された復元データとを表示す
る表示部と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析装置。
【請求項６】検出手段により検出された測定対象物の特
性成分と、波長成分と、時間成分との３次元の成分を有
するクロマトグラムデータを解析するマルチチャンネル
クロマトグラム解析装置において、３次元クロマトグラムデータの解析すべき時間成分及び
波長成分の始点と終点とが設定されるデータ設定部と、上記始点と終点とが設定された３次元のクロマトグラム
データから、上記検出手段の検出特性であり、固有の装
置関数によるデータの拡がり分を除去するディコンボリ
ューション処理を行うディコンボリューション部と、ディコンボリューションされたクロマトグラムデータを
規格化し、上記時間成分に関して圧縮して、各成分のス
ペクトル情報を算出する規格化スペクトル算出部と、算出されたスペクトル情報に基づいて、測定対象物の特
性成分を同定し、定量する成分同定定量計算部と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析装置。
【請求項７】検出器の出力に基づいて測定対象物の特性
成分、波長成分及び時間成分の情報を含むデータを得
て、上記データのノイズ成分を低減し、上記ノイズ低減
されたデータから流れに伴う広がりを補正するように演
算処理し、上記演算処理された結果を出力することを特
徴とするマルチチャンネルクロマトグラムの解析方法。
【請求項８】請求項７記載のマルチチャンネルクロマト
グラムの解析方法において、上記ノイズ成分を低減する
工程は、平滑化処理を含むことを特徴とするマルチチャ
ンネルクロマトグラムの解析方法。
【請求項９】請求項８記載のマルチチャンネルクロマト
グラムの解析方法において、上記演算処理する工程は、
数値解析処理を含むことを特徴とするマルチチャンネル
クロマトグラムの解析方法。
【請求項１０】請求項９記載のマルチチャンネルクロマ
トグラムの解析方法において、試料分離するカラムによ
り分離された試料を上記検出器で検出することを特徴と
するマルチチャンネルクロマトグラムの解析方法。
【請求項１１】請求項７、８、９又は１０記載のマルチ
チャンネルクロマトグラムの解析方法において、上記検
出器は、複数のダイオードを並べて構成されることを特
徴とするマルチチャンネルクロマトグラムの解析方法。
【請求項１２】検出器の出力に基づいて、測定対象物の
特性成分、波長成分及び時間成分の情報を含んだデータ
を得て、上記データのノイズ成分を低減し、上記ノイズ
低減されたデータから上流の状態を推定して演算処理
し、この演算処理された結果を出力することを特徴とす
るマルチチャンネルクロマトグラムの解析方法。
【請求項１３】測定対象物の特性成分、波長成分及び時
間成分の情報を含んだデータを解析するマルチチャンネ
ルクロマトグラムの解析装置において、上記データのノイズ成分を低減するノイズ低減器と、上記ノイズ低減されたデータから流れに伴う広がりを補
正するように演算する演算処理部と、上記演算処理された結果を出力する出力器と、を備えることを特徴とするマルチチャンネルクロマトグ
ラムの解析装置。