JPS61226659A - ベ−スラインドリフト補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフな
どのクロマトグラフの検出器から得られる信号、すなわ
ちクロマトグラム、のベースラインのドリフトを補正す
る方法に関するものである。

（従来の技術） クロマトグラフの検出器の出力信号は温度などの影響に
よってドリフトする。これがクロマトグラム上ではベー
スラインドリフトとして現われる。

例えば、液体クロマトグラフで溶媒組成を分析の進行に
ついて変化させる所謂グラジェント分析においては１通
常、溶媒組成の変化に伴ないベースラインがドリフトす
る。このようなベースラインのドリフトは、特に高感度
で分析を行なう場合、得られるクロマトグラムの記録及
び面積計算において支障をきたす場合が少なくない、そ
のため、ベースラインドリフトを補正したクロマトグラ
ムを得る方法を検討する必要が生じる。

このような場合、従来法によれば前もって実際に分析す
る際と同じように溶媒組成を変化させ。

ドリフトしているベースラインだけをコンピュータのメ
モリに記憶しておき、実際に試料を注入して分析した結
果あられれるクロマトグラムから上記ベースラインを演
算によって差し引き、ベースラインのドリフトを補正す
ることが行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上の方法にはいくつかの問題点がある。

上の方法はベースラインドリフトが正確に再現すること
を前提としているため、もしベースラインドリフトが再
現しなかった場合には全く効果がないことになる。また
、もともと再現するはずのないドリフトについては適用
することが困難である６例えば温度変化に起因するドリ
フトについては全く無力といっても良い。

次に、上の方法ではベースライン全てを記憶しておくと
いうことが必要になる。そのため、長時間を要する分析
の場合には、記憶に必要な容量が大きくなる。すなわち
１分析時間によって記憶容量が変わるため、装置として
は長時間分析に合わせなければならないので一般的には
大容量メモリーが必要となってくる。

また、実際に分析する前にベースラインだけ記憶するた
めに実際の分析時間の２倍の分析時間を必要とする。

以上の事項から全ベースラインの記憶を必要としない補
正方法を検討する必要がある。

本発明は、上記問題を解決するために、ベースラインの
記憶をすることなく、測定されるクロマトグラム信号の
みから、ドリフトのないクロマトグラム信号として時々
刻々に出力するクロマトグラムのベースライン補正方法
を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、次の２ステツプが特徴である。

（１）まず、現在得られた信号がクロマトグラムのベー
スラインに相当する点であるか、あるいはピークに相当
する点であるかを判定する。

ベースラインであるならば、実際にドリフトしているそ
の傾きを正確に求めることができるので、求めた傾きの
値を使ってベースラインからドリフトを除いてしまうこ
とが可能である。

（２）現在得られた信号がピークに相当している点であ
るならば、過去の履歴から現時点での信号のベースを予
測する。

ピーク時点についてはその信号のベースがどこにあるの
かを実測することは不可能である。そこで過去のベース
ラインの履歴からピークのベースを予測する。

また、上の２ステツプには次の事項が重要である。

（１）ベースラインであるか否かの判定のステップにつ
いては、データの入力から出力までに要する時間はリア
ルタイム性をくずさない程度に押さえなければいけない
ので、ヘースライン判定に必要なデータ点数を最小にす
る必要がある。また。

このステップにはベースラインであるか否かを判定する
ためのしきい値をパラメータとして設定しておかなけれ
ばいけない。

（２）ベースラインを予測するためのステップについて
は、ベースラインを予測するためには過去にベースライ
ンと判定されたいくつかの点について記憶しておくと・
ともに、それらの点についてベースラインを確からしく
予測するアルゴリズムが必要である。また、ベースライ
ンと判定された点を何点記憶しておけば確からしく予測
できるかが１つのパラメータとなる。

本発明では現在の信号がベースラインであるかピークで
あるかを判定するステップと、過去の信号の経過からド
リフトしているベースラインを予測するステップとを必
要とする。そして、現在の信号がベースラインであると
判定した時はベースラインのドリフトの傾きを求め、こ
の傾きに従ってベースラインドリフトを消去する。また
ピークであると判定したときは、それ以前の何ポイント
かのデータからベースラインドリフトの傾きを予測し、
その予測した傾きに従ってドリフトを消去したピークを
求める。

すなわち、本発明は次の（イ）〜（ト）のステップを有
するベースラインドリフトの補正方法である。

（イ）測定されるクロマトグラム信号についてその微分
値を求める、 （ロ）原クロマトグラム信号及び微分信号について小区
間のデータ値を記憶する、 （ハ）記憶された微分値が所定範囲内か否かによりベー
スラインか否かを判定する。

（ニ）ベースラインのとき、ベースラインドリフトの傾
きを求める、 （ホ）求めたベースラインドリフトの傾きからベースラ
インを補正する、 （へ）ピークのとき、記憶された原クロマトグラム信号
からベースラインドリフトの傾きを予測する、 （ト）予測されたベースラインドリフトの傾きからベー
スラインを補正する。

（実施例１） ベースラインドリフトを補正する第１の実施例の機能ブ
ロック図を第１図に示す。

図でＣ＋”Ｃ＋ｓは制御フロー、Ｄ＋”Ｄ＋ｓはデータ
フローを表わす。

本実施例では、ベースラインであるが否がの判定に１０
点のデータを使用し、また、ベースラインを予測するた
めに３０点のデータを使用する。

データ出力のおくれは上記１０点分のデータを記憶する
時間に等しくなる。したがってリアルタイムからのおく
れは。

サンプリング周期ＸＩＯ となる０例えば０．１秒のサンプリングだと１秒のおく
れとなる。実際には１０点及び３０点というデータ点数
は、ベースライン判定の確度とおくれ時間及びベースラ
イン予測との関係から、クロマトグラムの状態によって
最適化するように改良することが可能である。

データが入力されると（機能３）、入力データ総数がカ
ウントされる（機能２）。データは１゜点づつ記憶され
る（機能４）、１０点新たに記憶されると直ちにこれら
のデータについてその差分（微分）を計算し、求められ
る１０個の差分値を記憶する（機能６）、この差分値が
ある範囲内にあるときはベースラインと判定される（機
能９）。

この判定に用いられるしきい値は後述するようにデータ
の変化の様子によって時間と共に変更される。

ベースラインの判定は入力データ総数が４０点をこえな
いと実行されない、ベースライン判定機能に制御が移る
と、ただちに入力データ総数のカウント値を参照し入力
データ数が４０点以下のときは強制的にベースラインと
しての処理へ制御を移す、したがって、処理スタートか
ら最初の４０点についてはベースラインであることを仮
定している。ベースラインと判定されるとｒベースライ
ンデータ記憶」　（機能５）とｒベースラインドリフト
計算」　（機能８）の２つの機能に制御が移る。

ｒベースラインデータ記憶」では先に記憶されている１
０点のデータをベースラインデータとして記憶する。ベ
ースラインデータ記憶のメモリー領域は３０点分の容量
があり、判定時間の若い順に３０点分のデータが入って
いく。記憶データ数が３０点に満たないときは１次の機
能へは進まない、すでに３０点入っているときは古い１
ｏ点を捨て、新らしい１０点を含めて若い順に３０点の
データを記憶する。また、このときは次の「ベースライ
ンドリフト傾き計算」　（機能７）に制御が移る。

ｒベースラインドリフト傾き計算」　（機能７）では、
３０点のベースラインデータについて最小自乗法で直線
をあてはめ、その直線の傾きを求める。得られた傾きは
″今回の傾き″として記憶される。その際、前に″今回
の傾き″として入っているデータは“前回の傾き”とし
て記憶される（機能ｌＯ）。

次に前回、今回の２つの傾きから傾きの変化率を求めて
おく（機能１３）、ここで求めた傾きとその変化率は次
回のベースライン判定のときに使用されるとともに、次
回ベースラインでないと判定したときは予測ベースライ
ンとして使用される。

一方ｒベースラインドリフト計算」　（機能８）では、
差分値１０個について最小自乗法で直線をあてはめる。

その後、各差分値と求めた直線との差を求める補正計算
（機能１１）の後、各時間のこの差を加算、所謂積分を
してクロマトグラム信号として再生し、出力する（機能
１１．１４）。

次にベースラインではないと判定されたときは、差分値
１０個について前に求めた“今回の傾き″の値との差を
計算しく「補正計算」　（機能１２））、各時間のこの
差を加算しクロマトグラム信号として再生した後、出力
する（機能１４．１５）。

次に９機能９のベースラインの判定方法について具体的
に説明するゆ 第２１！ｌのようなりロマトグラムを微分すると第３図
のようになる。微分は実際には差分として計算する。

クロマトグラムのベースラインがドリフトしているとき
は、微分クロマトグラムのベースの位置が０ではなく、
正又は負にシフトしている。ドリフトを補正するという
ことは、第３図のような微分クロマトグラムのベースの
位置をＯに移動させて、第４図のような微分クロマトグ
ラムを得ることである。すなわち、第４図のような微分
クロマトグラムが得られれば、積分をすることによって
第５図のようなドリフトのないクロマトグラムを再生す
ることができる。

この補正計算をリアルタイムで実行させるには、まずベ
ースラインであるか否かを判定する必要がある。第３図
から明らかなように、微分クロマトグラムの値がある範
囲外になったときにベースラインでないと判定すること
ができる。

第３図で、Δの範囲を決め、ある小区間ｄｔについてデ
ータ値がその範囲内にあるか否かを判定することを考え
る。ドリフトの傾きが時間につれて変化するときは、微
分クロマトグラムのベースの中心値は時々刻々変化する
ので、それにつれてΔの範囲も変更していかなければな
らない。

いま、ベースラインを判定する式を次のようにおく。

ｋ−Δ＜　ｄ　ｙ　＜　ｋ＋Δ ｄ、は微分クロマトグラムの値、ｋは微分クロマトグラ
ムのベースラインの中心値、Δはノイズなどの変化分を
考慮したベースライン判定のための範１１（Ｌきい値）
、Δはノイズ分に近い程９判定は正確になる。しかし、
ノイズが大きくなると誤判定をするので、Δはノイズよ
りやや大きめに設定する。にはややマクロに見たときの
平均的なりロマトグラムの傾きであると考えられる。そ
こで。

ｋは次のようにして求める。

スタートから最初の４０点はベースラインであると仮定
しておく、まず、３０点のデータ（微分値ではなく、ク
ロマトグラムの信号）について、最小自乗法で直線をあ
てはめ、その直線の傾きｋｔを求め、これを３００番目
点の傾きとする。

３００番目点に相当する時間をｔｌとする０次に１１番
目のデータから４００番目データの３０個のデータにつ
いて、同様に傾きに２を求め、４００番目点に相当する
時間をｔ２とする。このとき傾きの変化率ｄｋについて
、 ｄｋ＝　（ｋ２−に＋）／　（ｔ２−ｔ＋）を求める。

さて、そのあとの１０点（４１番目から５００番目まで
の点についてベースラインを判定するときのｋの値は に＝に２＋ｄｋ　（ｔ−ｔ２） として求められる・、ｔは判定しようとしている点の時
刻である。したがって判定式は、 ｋ２＋ｄｋ　（ｔ−ｔ２）−Δ＜ｄｙ＜ｋ２＋ｄｋ　（
ｔ−ｔ２）＋Δとなる。以後は上式によりベースライン
と判定された点を用いて新たにに＋、に２．ｋを求めて
いく。

上で求めたｋの値については実際のベースの中心値と若
干の誤差を生じることがある。特にこのことはピークの
立下り時において、どこまでいってもベースラインへも
どったと判定しないことになりうろことを示している。

そこで、ピークの立下り時、すなわち、一度ベースライ
ンからはずれた後再度ベースラインへもどってきたこと
を判定する時は次のようにする。

判定は下式で行なう。

ｋ−２Δ＜　ｄ　ｙ　＜　ｋ　＋　２Δ１０点全部につ
いて上式が真であったときは直ぐにベースラインとは判
定せず、次の１０点についても真であったときに初めて
ベースラインに戻ったと判定するようにする。すなわち
、判定条件を緩くして、かつ遅れを持たせることにする
。

次に、機能１１．機能１２のドリフトの補正について具
体的に説明する。

（１）ベースラインと判定されたとき 微分値ｄｙの１０点について最小自乗法で直線をあては
める。このとき求める直線を ａ　ｔ　＋　ｂ　　　　（ｔ　；時刻）とする。

ｄＹ＝ｄｙ　　　（ａｔ＋ｂ） となるｄＹを求め、ｄＹについて時間方向に加算してい
く（積分）、すなわち。

となるＹ　（ｔ）がドリフトを補正したクロマトグラム
となる。

（２）ベースラインではないとき 微分値ｄｙの１０点について前に求めた傾きに２を用い
て を計算する。ただし、ｔｏはこのｔｏ点の１つ前の点に
相当する時刻である。このＹ　（ｔ）がドリフトを補正
したクロマトグラムとなる。

次に、この実施例の方法をパーソナルコンピュータでＲ
ＡＳＩＣプログラムにより実施した例を第６図と第７図
に示す。

これはドリフトしているクロマトグラム信号をプログラ
ムにより発生させ、同時に本実施例に基づくプログラム
で処理し、実現させたものである。

第６図はドリフトしているクロマトグラム、第７図はこ
れを処理したものである。

（実施例２） ベースラインであるか否かの判定と、ベースラインの予
測とを同数のデータ数ｎで行なうようにした方法を第８
図のフローチャートに従って説明する。

図で、ｎはクロマトグラムデータの記憶点数であり、こ
の記憶されたｎ個のデータをもとにしてベースラインの
判定をする。ｙ（ｉ）（ｉ＝０〜ｎ）はドリフトしてい
るクロマトグラムデータ、　Ｙ（ｉ）（ｉ＝０”ｎ）は
ドリフトを補正したクロマトグラムデータ、ｄ　ｙ　（
ｉ）はクロマトグラム　ｙ（ｉ−１）とｙ　（ｉ）との
差分値、Δは実施例１と同じく、微分クロマトグラムの
ベースライン変動許容幅で、ベースライン判定のしきい
値である。

まず、ｎの値とベースライン判定のしきい値Δを設定す
る（ステップＳ１．Ｓ２）、ｎはおくれ時間と、ベース
ライン判定やベースライン予測の確度との関係から最適
値を設定する。

ｎ個のデータを入力し、ｙ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）として
記憶する（ステップＳ３）、この記憶されたデータにつ
いて、差分ｄ　ｙ　（ｉ）＝　ｙ　（ｉ）　−ｙ　（ｉ
−１）を計算しくステップＳ４）、記憶する。

ｄ　ｙ　（ｉ）の平均値Ｋを に＝Σｄ　ｙ　（ｉ）／　（ｎ　　１）尤１１２ として計算する（ステップＳ５）。

Ｙ　（１）　＝　Ｏとおいて、ｉ＝１〜ｎについて、Ｙ
（ｉ）＝Ｙ（ｉ−１）＋　ｄ　ｙ　（ｉ）　−Ｋを計算
することにより、最初のｎ個のデータについてのドリフ
ト補正を行なう（ステップＳ６）。

次に、Ｙ　（ｎ）をＹ（０）とおき、ｙ　（ｎ）をｙ　
（０）とおいて（ステップＳ７）、次のｎ個のデータを
入力し、ｙ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）として記憶する（ステ
ップＳ８）。

この記憶されたｎ個のデータについて、差分ｄ　ｙ　（
ｉ）−ｙ　（ｉ）　−ｙ　（ｉ−１）を計算して記憶す
る（ステップＳ９）。

この記憶された全ての差分ｄ　ｙ　（ｉ）が次の判定式 ％式％ を満たすか否かを判定する（ステップ５ＩＯ）。

上記判定式を満たし、ベースラインと判定された場合は
、ｄｙ（ｉ）の平均値Ｋを に＝Σｙ（ｉ）／ｎ ｌＩＩ として計算し、記憶する（ステップ５ｌｌ）。

そして、 Ｙ（ｉ）＝Ｙ（ｉ−１）　−ｄ　ｙ　（ｉ）　　Ｋとし
てベースラインドリフト補正されたクロマトダラムを求
める（ステップ５１２）。

その後、再びｙ　（ｎ）をｙ（０）、　’Ｙ（ｎ）をｙ
　（ｏ）とした（ステップ５１３）後、ステップＳ８へ
戻って再び次のｎ個のクロマトグラムデータｙ　（ｉ）
を入力する。

ステップＳＩＯにおいて１判定式からピークであると判
定されたとき、前のｎ個のデータについて求められたＫ
を用いてベースラインドリフトの補正を行なう（ステッ
プ５１４）、その後、ｙ（ｎ）をｙ（０）とおき、Ｙ（
ｎ）をＹ（０）とおいて（ステップ５１５）、次のｎ個
のデータを入力し、記憶しくステップ５１６）、差分を
求める（ステップ５１７）、この差分ｄ　ｙ　（ｉ）を
用いてベースラインかピークかの判定を行なうが、前の
ｎ個のデータがピークであったので、ここでの判定式の
しきい値としては２Δを用い、 Ｋ−２Δ＜ｄ７（ｉ）＜Ｋ＋２Δ を満足するか否かにより判定を行なう（ステップ５１８
）、この判定式によって尚ピークであると判定された場
合はステップＳ１４へ戻ってベースラインドリフトの補
正を行なう。

また、ステップＳ１８で判定式を満たした場合はピーク
からベースラインへ復帰したものと判定してステップＳ
８へ移動する。

なお、本発明では、測定データについては液体クロマト
グラフのみならず、ガスクロマトグラフから得られる信
号であっても良い、また、いかなる検出器から得られる
信号であっても、それがクロマトグラム信号であれば良
い。

また、本発明方法の機能を有する機構を検出器に組み込
むこともできるし、クロマトグラムの面積計算を行なう
データ処理装置に組み込むこともできる。

（発明の効果） 本発明方法によれば、次のような効果を達成することが
できる。

（１）分析時間に相当するベースライン全てを記憶する
必要がない、そのため、大量のメモリー容量は不要であ
る。

（２）再現性のないドリフトについても補正することが
できる。したがって、グラジェントに基因するドリフト
のみならず、温度ドリフトについても補正が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第ｔＶ７Ａは一実施例の構成を示す機能ブロック図。 第２図ないし第５図は同実施例におけるベースライン判
定方法を説明するクロマトグラムを示す図。 第６図はベースラインドリフトを含むクロマトグラムを
示す図、第７図は同実施例によりベースラインドリフト
を補正した後のクロマトグラムを示す図、第８図は他の
実施例を示すフローチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）以下のステップからなるクロマトグラムのベース
   ラインドリフト補正方法。 （イ）測定されるクロマトグラム信号についてその微分
   値を求める、 （ロ）原クロマトグラム信号及び微分信号について小区
   間のデータ値を記憶する、 （ハ）記憶された微分値が所定範囲内か否かによりベー
   スラインか否かを判定する、 （ニ）ベースラインのとき、ベースラインドリフトの傾
   きを求める。 （ホ）求めたベースラインドリフトの傾きからベースラ
   インを補正する、 （ヘ）ピークのとき、記憶された原クロマトグラム信号
   からベースラインドリフトの傾きを予測する、 （ト）予測されたベースラインドリフトの傾きからベー
   スラインを補正する。