ガスクロマトグラフ装置及びガスクロマトグラフ分析方法
【課題】カラムの一部切除やカラム交換に伴う保持指標のずれを補償し、基準保持指標を用いた定性分析の精度を向上させる。
【解決手段】同一カラムの下でキャリアガスの平均線速度の変化と基準保持指標に対する保持指標の変化の比率とが直線的な関係になることを利用し、特定の成分についてその関係の直線の傾きを実験的に求めて記憶しておく（Ｓ１、Ｓ２）。カラム一部切除等が行われたあと、特定の成分に対して基準線速度の下での保持指標を実測し（Ｓ３）、保持指標がずれていた場合には、記憶しておいた傾きの値を用いた関係式に、基準保持指標、実測保持指標、基準線速度を適用して、基準保持指標を得るための線速度を算出する（Ｓ４、Ｓ５）。未知試料のＧＣ分析の際には、算出した線速度を制御目標値として線速度一定制御を行うことにより、保持指標のずれを補償する（Ｓ６〜Ｓ９）。
【解決手段】同一カラムの下でキャリアガスの平均線速度の変化と基準保持指標に対する保持指標の変化の比率とが直線的な関係になることを利用し、特定の成分についてその関係の直線の傾きを実験的に求めて記憶しておく（Ｓ１、Ｓ２）。カラム一部切除等が行われたあと、特定の成分に対して基準線速度の下での保持指標を実測し（Ｓ３）、保持指標がずれていた場合には、記憶しておいた傾きの値を用いた関係式に、基準保持指標、実測保持指標、基準線速度を適用して、基準保持指標を得るための線速度を算出する（Ｓ４、Ｓ５）。未知試料のＧＣ分析の際には、算出した線速度を制御目標値として線速度一定制御を行うことにより、保持指標のずれを補償する（Ｓ６〜Ｓ９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスクロマトグラフ装置及びガスクロマトグラフ分析方法に関し、さらに詳しくは、定性分析などを行うために保持指標を利用するガスクロマトグラフ装置及びガスクロマトグラフ分析方法に関する。なお、本発明におけるガスクロマトグラフ装置は検出器の種類を問わないから、検出器が質量分析計であるガスクロマトグラフ質量分析装置も含む。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスクロマトグラフ（以下「ＧＣ」と略す）分析では、クロマトグラムに出現しているピークを同定するために保持時間（リテンションタイム）が用いられる。しかしながら、保持時間は成分に固有の値ではなく、キャリアガス流量、カラム温度、カラムのサイズ、カラム液相厚など様々な分析条件によって大きく変わる。そのため、こうした様々な分析条件を同一にした状態でないと、保持時間を利用したピークの同定を正確に行うことはできない。そこで、例えば特許文献１、２などに記載のＧＣ装置では、保持時間に代わるパラメータとして、分析条件や装置間器差などに依存しにくい保持指標（リテンションインデックス）が利用されている。
【０００３】
ＧＣ分析における保持指標について図３により簡単に説明する。ここでは、最も一般的なｎ−アルカンの同族体系列が基準物質である場合について考える。
図２に示すクロマトグラムにおいて、炭素数がｎ及びｎ＋ｉであるｎ−アルカンのピークＣn及びＣn+iの保持時間がそれぞれｔR(n)、ｔR(n+i)であり、ＣnとＣn+iとの間にピークが存在する未知成分Ｘの保持時間がｔR(x)であるとする。カラム温度を一定レートで上昇させる昇温分析の場合、未知成分Ｘの保持指標ＲＩｘは次の(1)式で定義される。
ＲＩｘ＝［（ｔR(x)−ｔR(n)）／（ｔR(n+i)−ｔR(n)）］・１００・ｉ＋１００・ｎ …(1)
【０００４】
保持指標はカラムの種類やカラム温度条件などにより変化するため、基準となる保持指標（基準保持指標）は、或る一定条件の下で標準試料をＧＣ分析して得られたデータに基づいて算出される。未知試料を定性分析する際には、基準保持指標の決定時と同一の条件の下で未知試料のＧＣ分析が実行されてデータが採取され、得られたクロマトグラムに現れるピーク成分について計算される保持指標と基準保持指標とを比較することで化合物の同定が行われる。このような定性分析の精度を高めるには、保持指標が常に一定であることが望ましい。
【０００５】
保持指標は保持時間に比べると、キャリアガスの種類やガス流量などの条件の影響を遙かに受けにくいものの、そうした条件が変化したときに全く変化しないというわけではない。例えば非特許文献１などにおいては、カラムが同一でカラムオーブンの温度プログラムも同一である条件の下でも、カラムを流れるキャリアガスの平均線速度の相違によって保持指標は変化するとの報告がなされている。一般的に、キャピラリカラムを流れるキャリアガスの線速度が大きくなると保持指標は減少する傾向にあることが知られている。そのため、基準保持指標を利用して正確な定性分析を行うためには、キャリアガスの平均線速度を一定に保つようなキャリアガス制御を行うことが好ましい。近年では、キャリアガスの線速度一定制御が可能なＧＣ装置が容易に入手できるようになり、異なるＧＣ装置であっても、互いに利用可能な安定した保持指標を容易に得ることができるようになっている。その結果、基準保持指標を利用した定性分析は広く普及している（例えば非特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、多成分一斉分析等でよく利用されるキャピラリカラムは、試料中の難揮発性成分により汚染され、使用に伴って性能が劣化してくることが多い。通常、そうした場合には、特に汚染がひどいカラムの入口部分を切除するメンテナンス作業が行われる。上述したようにキャリアガスの平均線速度を一定に維持することが可能なＧＣ装置では、カラム長さを計算して平均線速度が自動的に一定に保たれるようなキャリアガス制御が行われるが、分析対象の化合物によっては、同じ線速度であってもカラム長が短くなった場合に、保持指標が基準保持指標から多少ずれてしまうことがある。そのため、カラム一部切除作業後に、基準保持指標を利用した定性分析の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
また、カラムを同種類のものに交換する場合でも、カラム長や内径が完全に同一で、液相厚も同一であるようなカラムは存在しない。そのため、カラム交換後にキャリアガスの線速度をカラム交換前と同一にしても、得られる保持指標が基準保持指標から若干ずれてしまい、定性分析の精度に影響を及ぼすことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２０１９６０号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２４４６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】マリイッタ・コッコ（Mariitta Kokko）、「エフェクト・オブ・バリエイションズ・イン・ガス・クロマトグラフィック・コンディションズ・オン・ザ・リニア・リテンション・インディシーズ・オブ・セレクテッド・ケミカル・ワーフェア（Effect of variations in gas chromatographic conditions on the linear reaction indices of selected chemical warfare）」、ジャーナル・オブ・クロマトグラフィ（Journal of Chromatography）、630（1993）、p.231-249
【非特許文献２】「GC/MS用農薬ライブラリ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社島津製作所、［平成２３年３月７日検索］、インターネット＜URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/gcms/agri.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、カラムの交換作業やカラムの一部切除作業などがなされた場合でも、そうした作業前に得られる保持指標からのずれが小さい、再現性の高い保持指標を得ることができるＧＣ装置及びＧＣ分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述したように、キャピラリカラムを用いたＧＣ装置では、カラム長及びカラム温度条件が同一であっても、キャリアガスの平均線速度を上げると保持指標が下がる傾向にあることが知られているものの、そのメカニズムが理論的に解明されているわけではなく、定量的な解析もなされていない。これに対し本願発明者は、実験の積み重ねによって、キャリアガスの平均線速度の変化と基準保持指標に対する保持指標の変化の比率とがほぼ直線的な関係にあることを見い出した。そして、その関係を利用して平均線速度を適切に調整することにより、カラムの長さや内径、液相厚などの変化に伴って生じる保持指標のずれを補償することができることに着目し、本発明を想到するに至った。
【００１２】
上記課題を解決するために成された第１発明は、キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置を用いたガスクロマトグラフ分析方法であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について取得するずれ補償情報取得ステップと、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算ステップと、
c)前記線速度演算ステップで算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行いつつガスクロマトグラフ分析を実行する分析実行ステップと、
を有することを特徴としている。
【００１３】
また上記課題を解決するために成された第２発明に係るガスクロマトグラフ分析装置は、キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について記憶しておくずれ補償情報記憶手段と、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報記憶手段に記憶されている情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算手段と、
c)ガスクロマトグラフ分析を実行する際に、前記線速度演算手段で算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
基準保持指標は例えば、キャリアガスの平均線速度が基準平均線速度一定であって、且つカラム温度（カラムが内装されたカラムオーブンの温度）が所定の昇温プログラムに従うという条件の下で、標準試料を測定した結果に基づいて決定されるものである。
【００１５】
上述したように本願発明者の検討によれば、カラムやカラム温度条件が同一である場合に、キャリアガスの平均線速度δvと、基準保持指標に対する保持指標の変化の比率δRIとはほぼ直線的な関係で、且つ、δvの増加に対して比率δRIは減少する関係となる。したがって、この両者の関係は次の(2)式で近似できる。
δRI＝−Ａ・δv …(2)
ここでＡは、δRIとδvとの直線的な関係の傾きを示す、化合物によって異なる定数であり、実験的に求めることができるものである。キャリアガスの平均線速度が基準値（基準平均線速度）ＶｓからＶｘに変化したときに、保持指標が基準保持指標ＲＩｓからＲＩｘに変化したとすると、(2)式は次の(3)式に書き換えることができる。
（ＲＩｓ−ＲＩｘ）／ＲＩｓ＝−Ａ・（Ｖｘ−Ｖｓ） …(3)
【００１６】
例えばカラムが同一種類の他のカラムに交換された場合やカラムの一部が切除されてカラム長が変化した場合、化合物によっては、基準平均線速度の下で得られる保持指標が基準保持指標からずれる。(2)式及び(3)式の関係によれば、基準保持指標ＲＩｓからの保持指標のずれは平均線速度を基準平均線速度Ｖｓから意図的にずらすことにより補償できることが分かる。そこで、本発明に係るガスクロマトグラフ装置では例えば、或る化合物について得られる定数Ａを、ずれ補償情報としてずれ補償情報記憶手段に記憶させておく。ここで用いる化合物は、保持指標を利用した定性分析を行う化合物であれば特に問わないが、定数Ａの正確性を高めるために、平均線速度の変化に対する保持指標の変化の度合いが大きいものであることが好ましい。
【００１７】
カラム交換やカラム一部切除などの作業が行われて、基準平均線速度において基準保持指標が得られない状態になったとき、線速度演算手段は、上記ずれ補償情報である定数Ａを含む(3)式に、その化合物の基準保持指標ＲＩｓ、実測による保持指標ＲＩｘ、及び基準平均線速度Ｖｓを代入することにより、平均線速度Ｖｘを導出する。これが保持指標のずれを補償して基準保持指標を得るための平均線速度であるから、制御手段は、算出された平均線速度Ｖｘを制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行いつつ、ＧＣ分析を実行する。それにより、カラム交換やカラム一部切除などに伴う保持指標のずれが補償され、基準保持指標が再現性よく得られることになる。
【００１８】
なお、定数Ａの値は化合物によって異なるものの、化合物が相違しても(2)式のような直線的な関係は維持される。そのため、平均線速度Ｖｘを算出する際に用いた化合物以外の化合物に対しても、同じ平均線速度Ｖｘを用いることで保持指標のずれは補償される。それ故に、例えば農薬分析や薬物分析等の多成分一斉分析に際し本発明を適用すれば、多成分のそれぞれの保持指標のずれを一斉に補償し、基準保持指標を用いた定性が精度よく行える。
【００１９】
第２発明に係るガスクロマトグラフ装置においては、当該装置の製造メーカやユーザ以外の第３者（例えば定性用データベースの提供メーカなど）が、標準試料などに対するＧＣ分析を予め行い、これにより取得したデータに基づいて算出されたずれ補償情報をずれ補償情報記憶手段に格納しておくものとすることができる。即ち、ＧＣ分析により取得されたデータに基づいてずれ補償情報を求める機能は、ずれ補償情報記憶手段自体が必ずしも有している必要はない。もちろん、ずれ補償情報記憶手段にこうした機能を内蔵させ、所定条件の下でＧＣ分析により取得されたデータに基づいてずれ補償情報を自動的に生成し、これを記憶部に格納できるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るガスクロマトグラフ分析方法及びガスクロマトグラフ装置によれば、キャピラリカラムの一部切除やカラムの交換など、保持指標に影響を及ぼす何らかの変更が加えられた場合でも、線速度一定制御のための制御目標値を適宜調整することによって、基準保持指標からの保持指標のずれを実質的になくす又は小さくすることができる。それにより、基準保持指標を利用して未知成分の定性を行う際の信頼性を高めることができる。また特に本発明によれば、ＧＣやＧＣ／ＭＳにおける多成分一斉分析の際に分析対象成分の保持指標のずれを一斉に補償することができるので、ユーザにとっては、保持指標ずれ補償のために余計な手間を掛けることなく、高い信頼性を有する結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ装置の要部の構成図。
【図２】本発明における保持指標ずれ補償のための手順を示すフローチャート。
【図３】一般的な保持指標の説明図。
【図４】キャリアガスの平均線速度と基準保持指標に対する保持指標の変化率との関係の実測結果を示す図。
【図５】平均線速度４７cm/sにおける各カラム長での保持指標の実測値。
【図６】カラム長が３０mと２６mとの場合における各平均線速度での保持指標の実測値。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、実測例に基づいて、本発明に係るガスクロマトグラフ分析方法における保持指標ずれ補償の原理と手順とを説明する。
【００２３】
非特許文献２のライブラリに収録されている各種農薬成分に対するガスクロマトグラフ質量分析を以下の分析条件の下で実行し、その結果から各成分の保持指標をそれぞれ求めた。
・分析装置：島津製作所製 GCMS-QP2010シリーズ
・カラム：米国レステック（Restek）社製 Rtx-5MS（３０m×０．２５mm I.D.，df＝０．２５μm）、
・ＧＣ試料注入：スプリットレス（気化室温度：２５０℃、サンプリング時間：１分）、高圧注入法
・キャリアガス：ヘリウム
・キャリアガス制御モード：線速度一定モード（基準平均線速度：４７cm/s）
・カラムオーブン温度：５０℃、１分保持→２５℃／分で１２５℃まで昇温→１０℃／分で３００℃まで昇温→３００℃、１０分保持
・ＧＣ／ＭＳインタフェイス温度：２５０℃
・質量（m/z）走査範囲：m/z５０−４６０
【００２４】
上記のように元々の（つまり未使用品の）カラム長は３０mであるが、このカラムを３０mから１mずつ切除して短くしていったときの、各カラム長における各成分の保持指標を実測により求めた。その結果を図５に示す。この結果によれば、カラム長３０mにおける保持指標ＲＩ（Ｌ＝３０）とカラム長２６mにおける保持指標ＲＩ（Ｌ＝２６）との差異（ずれ）は成分によって異なり、最小で０、最大で７であって、平均は２．９である。
【００２５】
一方、カラム長が３０mである状態で、キャリアガスの平均線速度を基準平均線速度である４７cm/sから変化させたときの保持指標の変化を実測した。図５中に下線を引いた、１、１９、２６、２９、及び４６の番号がふられた５種類の成分について、平均線速度の変化と基準平均線速度（４７cm/s）における保持指標（基準保持指標）からの保持指標の変化の比率（変化率）との関係の実測結果を図４に示す。この変化率は上記(3)式の左辺に相当するパラメータである。
【００２６】
図４で明らかなように、同じ平均線速度の変化量に対する保持指標の変化率は成分によって異なる。この例の５種類の成分の中では、キノメチオネート（Chinomethionat）が最大の変化率を示す一方、ジクロルボス（Dichorvos）は殆ど保持指標が変化しないと言える。また、成分に依らず、保持指標の変化率は平均線速度の変化に対してほぼ直線的であるとみなすことができることも分かる。このことから、平均線速度と保持指標変化率との直線的な関係を示す傾きをＡとして、上記の(3)式の関係が成り立つことが分かる。この(3)式で得られる平均線速度Ｖｘが基準保持指標ＲＩｓを得るために必要な平均線速度である。
【００２７】
図４において、最も大きな保持指標変化率を与える成分であるキノメチオネートについて、特に平均線速度の変化と保持指標変化率との関係の直線性が高い範囲に含まれる、３７cm/sと４７cm/sの２点に対する保持指標の変化から(2)式のＡを求め、これを(3)式に適用すると次の(4)式が得られる。
（ＲＩｓ−ＲＩｘ）／ＲＩｓ＝−０．０５×（Ｖｘ−Ｖｓ） …(4)
この(4)式が、キノメチオネートを用い保持指標ずれを補償するための平均線速度を算出する演算式である。
【００２８】
図５中に示されているように、基準平均線速度の下でカラム長３０mで得られているキノメチオネートの保持指標、つまり基準保持指標は２１３６であり、それと同じ平均線速度でカラム長２６mで得られる同成分の保持指標は２１３０である。そこで、ＲＩｓ＝２１３６、ＲＩｘ＝２１３０、Ｖｓ＝４７cm/sとして、これらを(4)式に代入して平均線速度Ｖｘを求めると、４１．４cm/sと求まる。これが、カラム長が２６mであるときに基準保持指標を取得するのに必要な平均線速度である。
【００２９】
上記手法が適切であることを確認するために、カラム長を２６mに短縮したキャピラリカラムを利用し、キャリアガスの平均線速度を４０、４１、４２、４３、４４cm/sにそれぞれ設定してＧＣ／ＭＳ分析を実行し、各成分の保持指標を求めた結果が図６である。図６中に示す□＊が基準保持指標からの保持指標のずれである。例えば、４１cm/sの平均線速度をみると、図中に下線を引いて示したように、キノメチオネートにおける保持指標のずれは０となっており、上記のように算出された４１．４cm/sという平均線速度が保持指標のずれを補償するのに最適な（又は最適に近い）値であることが確認できる。
【００３０】
ここで注目すべきことは、４１cm/sの平均線速度において、キノメチオネート以外の成分の保持指標のずれもほぼ０（最大でも１又は−１）になっていることである。上述した平均線速度４１．４cm/sという値はキノメチオネートの測定結果から導いた値であるが、この値は他の成分の保持指標ずれを補償するためにも有効であると言える。これは、キノメチオネート以外の他の成分においても、直線の傾きを示すＡの値は異なるものの、(2)式、(3)式のような直線的な関係が成り立っているためである。したがって、或る１つの成分の測定結果を用いて保持指標のずれを補償するべく求めた平均線速度の値を用いてキャリアガスの線速度一定制御を行いつつＧＣ分析を実行することで、他の成分の保持指標のずれも同時に補償することが可能である。これにより、多成分一斉分析法に本発明を適用して、多成分のそれぞれの保持指標のずれをそれぞれ適切に補償する（基準保持指標からのずれを小さくする）ことができる。
【００３１】
もちろん、或る１つの成分の測定結果のみを用いて保持指標のずれを補償するための平均線速度を求めるのではなく、複数の成分の測定結果を用いることで、多成分の保持指標のずれを補償するためにより適切な平均線速度を得ることができる。但し、適切な定数Ａを求めるためには、平均線速度の変化に対する保持指標変化率ができるだけ大きな成分を用い、且つ、上述したように、平均線速度と保持指標変化率との関係の直線性が高い範囲を選んで定数Ａを決めるようにするとよい。
【００３２】
具体的には、図２のフローチャートに示す手順で、カラム長の変化等に伴う保持指標のずれを補償するような分析を行うことができる。
基準保持指標が既知である（又は既に測定済みである）少なくとも１つの成分を用い、基準保持指標取得時と同一のカラム条件、昇温条件の下で、キャリアガスの平均線速度を基準平均線速度から変化させたときの保持指標の変化を実測する（ステップＳ１）。そして、この実測結果を用い、図４に示したような平均線速度の変化と基準保持指標に対する保持指標の変化率との関係を求め、(2)式を用いて傾きを示す定数Ａを算出する。この定数Ａを保持指標ずれを補償する情報として記憶しておく（ステップＳ２）。
【００３３】
なお、ステップＳ１、Ｓ２の作業（図２中のａの範囲）は、必ずしもユーザ側で行う必要はなく、例えばＧＣ装置を製造するメーカ側において行うことが可能な作業である。その場合、定数Ａが内部に予め記録された装置がユーザに提供（販売）されることになる。或いは、制御ソフトウエアへの追加プログラム等の形式で、あとからユーザに提供することも可能である。
【００３４】
また、或る１つの成分の測定結果から定数Ａを決定するのではなく、適切な複数の成分の測定結果を利用して定数Ａを決めるようにしてもよい。
【００３５】
例えばカラムの一部切除やカラム交換などの作業が行われ、保持指標が基準保持指標からずれた可能性がある場合にはステップＳ３〜Ｓ７を実行する。即ち、基準保持指標取得時と同一の昇温条件、基準平均線速度の下で、定数Ａを算出する際に使用された成分のＧＣ分析を実行し、取得されたデータに基づいて保持指標を求める（ステップＳ３）。ここで得られた保持指標がその成分の基準保持指標と一致していれば（ステップＳ４でＹｅｓ）、上記作業に伴う保持指標のずれはないか無視できる程度であるから、基準平均線速度をキャリアガス線速度一定制御の制御目標値に設定する（ステップＳ７）。
【００３６】
これに対し、得られた保持指標がその成分の基準保持指標と一致しない場合（ステップＳ４でＮｏ）、つまり、保持指標にずれが生じている場合には、その成分の基準保持指標、その時点での実測結果に基づく保持指標、基準平均線速度、及び、上記のように記憶してある定数Ａ、を(3)式に適用し、平均線速度Ｖｘを算出する（ステップＳ５）。そして、基準平均線速度ではなく、算出した平均線速度Ｖｘをキャリアガス線速度一定制御の制御目標値に設定する（ステップＳ６）。
【００３７】
そして、ステップＳ６、Ｓ７のいずれの場合にも、未知試料等の試料に対するＧＣ分析を実行する際には、基準保持指標取得時と同一の昇温条件でキャリアガス線速度一定制御を行い、データを収集する（ステップＳ８）。そして、そのデータに基づいて作成されるクロマトグラムに現れる各ピークの保持指標を計算し、様々な成分の基準保持指標との比較により定性分析を行う（ステップＳ９）。カラムの一部切除やカラム交換などの作業により保持指標がずれた場合でも、キャリアガスの平均線速度が調整されることでそのずれが補償されるので、基準保持指標を利用して精度の高い定性が可能となる。
【００３８】
次に、上記のような保持指標ずれの補償を行う機能を有するＧＣ装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＧＣ／ＭＳの要部の構成図である。
【００３９】
図１において、カラムオーブン１１内に設置されたキャピラリカラム１０の入口には試料気化室１が設けられ、キャピラリカラム１０の出口には図示しないインタフェイスを介して質量分析計１２が検出器として接続されている。例えば無極性や微極性のカラムを用いるのが好ましく、通常のＧＣ装置の場合には、質量分析計の代わりに別の、例えばＦＩＤなどの検出器を用いればよい。試料気化室１には、フロー制御部３が設けられたキャリアガス流路２と、抵抗管（又はニードルバルブなど）５が設けられたパージ流路４と、制御バルブ８が設けられたスプリット流路７とが接続されている。パージ流路４上で試料気化室１と抵抗管５との間には、試料気化室１内のガス圧を検出する圧力センサ６が接続されている。
【００４０】
分析制御部２５の制御の下にフロー制御部３により所定流量に制御されたキャリアガス（例えばヘリウム）がキャリアガス流路２から試料気化室１に送られ、そのごく一部は、試料気化室１を密封するためのセプタムから出る不所望のガスを伴ってパージ流路４を経て排出される。スプリット分析の場合には制御バルブ８は開放され、試料気化室１に供給されるキャリアガスは設定されたスプリット比で分割されて一部がキャピラリカラム１０に送られる。一方、スプリットレス分析の場合には制御バルブ８は閉鎖され、パージ排気を除いて試料気化室１に供給されるキャリアガスはキャピラリカラム１０に送られる。
【００４１】
所定のタイミングでインジェクタ９より試料気化室１内に少量の液体試料が注入されると、液体試料は短時間で気化してキャリアガス流に乗ってキャピラリカラム１０内に送り込まれる。キャピラリカラム１０はカラムオーブン１１により一定温度に維持されたり（恒温分析の場合）、或いは所定の昇温プログラムに従って昇温制御されたり（昇温分析の場合）する。キャピラリカラム１０を通過する間に液体試料に含まれる各種化合物はカラム１０の長手方向に分離され、時間的にずれてカラム１０から流出して質量分析計１２により検出される。
【００４２】
質量分析計１２の検出信号はデータ処理部２０に送られ、ここでクロマトグラム（トータルイオンクロマトグラム、マスクロマトグラム）やマススペクトルが作成され、さらに所定のデータ処理が実行されることで定性分析や定量分析が遂行される。データ処理部２０は、本実施例に特徴的な機能ブロックとして、ずれ補償用パラメータ算出部２１、パラメータ記憶部２２、線速度算出部２３、化合物ライブラリ２４などを含む。化合物ライブラリ２４には、様々な化合物について定性分析に必要な情報として、構造式、マススペクトル、基準保持指標などが収録されている。分析制御部２５は各部の動作を制御することで、ＧＣ／ＭＳ分析動作を達成する。分析制御部２５やデータ処理部２０の機能の多くは、例えばパーソナルコンピュータ上で所定の制御・処理プログラムを動作させることにより具現化される。
【００４３】
このＧＣ／ＭＳにおいて保持指標ずれの補償を行う際の動作を説明する。保持指標ずれの補償を行うために必要なパラメータである定数Ａを算出する際には、分析制御部２５は、化合物ライブラリ２４に収録されている特定の成分が含まれる試料に対して、ステップＳ１で説明したようなＧＣ／ＭＳ分析を実行するように各部を制御する。ずれ補償用パラメータ算出部２１はこの分析により収集されたデータに基づいて、平均線速度の変化と保持指標変化率との直線的な関係を示す定数Ａを算出し、この定数Ａをパラメータ記憶部２２に記憶する。なお、上述したように、製造メーカ側において定数Ａを求める作業を行う場合には、データ処理部２０にずれ補償用パラメータ算出部２１の機能は不要であり、予め算出された定数Ａが格納されたパラメータ記憶部２２を備えればよい。
【００４４】
キャピラリカラム１０の入口端の切除やキャピラリカラム１０の交換などの作業が行われた後に、ユーザが図示しない操作部から所定の操作を実行すると、分析制御部２５は、化合物ライブラリ２４に収録されている上記特定の成分が含まれる試料に対して、ステップＳ３で説明したようなＧＣ／ＭＳ分析を実行するように各部を制御する。線速度算出部２３はこの分析により収集されたデータに基づいて、上記ステップＳ４〜Ｓ７の処理を実行し、特定成分の保持指標がずれている場合に、このずれを補償し得るような平均線速度を計算する。即ち、或るカラム条件（例えばカラム長）で基準保持指標が得られるような平均線速度が自動的に算出される。
【００４５】
化合物ライブラリ２４に収録されている基準保持指標を用いた定性分析を行うために保持指標ずれの補償を実際に行う場合には、分析制御部２５は線速度算出部２３において上記のように計算された平均線速度を制御目標値に設定してキャリアガスの線速度一定制御を行うようにフロー制御部３を制御する。また、カラムオーブン１１の昇温プログラムを基準保持指標決定時と同一に設定する。このような条件の下で、例えば多数の農薬成分が含まれる可能性がある未知試料をＧＣ／ＭＳ分析しデータを収集し、データ処理部２０はそのデータに基づいてクロマトグラムに現れる各ピークの保持指標を算出して化合物ライブラリ２４に収録されている基準保持指標と比較することで定性分析を行う。各成分の保持指標は基準保持指標とほぼ同じになるから、未知試料に含まれる成分は高い精度で同定され、成分の含有の有無を高い信頼性をもって調べることが可能となる。
【００４６】
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨に沿った範囲で適宜変形や修正を行うことができることは明らかである。
【符号の説明】
【００４７】
１…試料気化室
２…キャリアガス流路
３…フロー制御部
４…パージ流路
５…抵抗管
６…圧力センサ
７…スプリット流路
８…制御バルブ
９…インジェクタ
１０…キャピラリカラム
１１…カラムオーブン
１２…質量分析計
２０…データ処理部
２１…補償用パラメータ算出部
２２…パラメータ記憶部
２３…線速度算出部
２４…化合物ライブラリ
２５…分析制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスクロマトグラフ装置及びガスクロマトグラフ分析方法に関し、さらに詳しくは、定性分析などを行うために保持指標を利用するガスクロマトグラフ装置及びガスクロマトグラフ分析方法に関する。なお、本発明におけるガスクロマトグラフ装置は検出器の種類を問わないから、検出器が質量分析計であるガスクロマトグラフ質量分析装置も含む。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスクロマトグラフ（以下「ＧＣ」と略す）分析では、クロマトグラムに出現しているピークを同定するために保持時間（リテンションタイム）が用いられる。しかしながら、保持時間は成分に固有の値ではなく、キャリアガス流量、カラム温度、カラムのサイズ、カラム液相厚など様々な分析条件によって大きく変わる。そのため、こうした様々な分析条件を同一にした状態でないと、保持時間を利用したピークの同定を正確に行うことはできない。そこで、例えば特許文献１、２などに記載のＧＣ装置では、保持時間に代わるパラメータとして、分析条件や装置間器差などに依存しにくい保持指標（リテンションインデックス）が利用されている。
【０００３】
ＧＣ分析における保持指標について図３により簡単に説明する。ここでは、最も一般的なｎ−アルカンの同族体系列が基準物質である場合について考える。
図２に示すクロマトグラムにおいて、炭素数がｎ及びｎ＋ｉであるｎ−アルカンのピークＣn及びＣn+iの保持時間がそれぞれｔR(n)、ｔR(n+i)であり、ＣnとＣn+iとの間にピークが存在する未知成分Ｘの保持時間がｔR(x)であるとする。カラム温度を一定レートで上昇させる昇温分析の場合、未知成分Ｘの保持指標ＲＩｘは次の(1)式で定義される。
ＲＩｘ＝［（ｔR(x)−ｔR(n)）／（ｔR(n+i)−ｔR(n)）］・１００・ｉ＋１００・ｎ …(1)
【０００４】
保持指標はカラムの種類やカラム温度条件などにより変化するため、基準となる保持指標（基準保持指標）は、或る一定条件の下で標準試料をＧＣ分析して得られたデータに基づいて算出される。未知試料を定性分析する際には、基準保持指標の決定時と同一の条件の下で未知試料のＧＣ分析が実行されてデータが採取され、得られたクロマトグラムに現れるピーク成分について計算される保持指標と基準保持指標とを比較することで化合物の同定が行われる。このような定性分析の精度を高めるには、保持指標が常に一定であることが望ましい。
【０００５】
保持指標は保持時間に比べると、キャリアガスの種類やガス流量などの条件の影響を遙かに受けにくいものの、そうした条件が変化したときに全く変化しないというわけではない。例えば非特許文献１などにおいては、カラムが同一でカラムオーブンの温度プログラムも同一である条件の下でも、カラムを流れるキャリアガスの平均線速度の相違によって保持指標は変化するとの報告がなされている。一般的に、キャピラリカラムを流れるキャリアガスの線速度が大きくなると保持指標は減少する傾向にあることが知られている。そのため、基準保持指標を利用して正確な定性分析を行うためには、キャリアガスの平均線速度を一定に保つようなキャリアガス制御を行うことが好ましい。近年では、キャリアガスの線速度一定制御が可能なＧＣ装置が容易に入手できるようになり、異なるＧＣ装置であっても、互いに利用可能な安定した保持指標を容易に得ることができるようになっている。その結果、基準保持指標を利用した定性分析は広く普及している（例えば非特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、多成分一斉分析等でよく利用されるキャピラリカラムは、試料中の難揮発性成分により汚染され、使用に伴って性能が劣化してくることが多い。通常、そうした場合には、特に汚染がひどいカラムの入口部分を切除するメンテナンス作業が行われる。上述したようにキャリアガスの平均線速度を一定に維持することが可能なＧＣ装置では、カラム長さを計算して平均線速度が自動的に一定に保たれるようなキャリアガス制御が行われるが、分析対象の化合物によっては、同じ線速度であってもカラム長が短くなった場合に、保持指標が基準保持指標から多少ずれてしまうことがある。そのため、カラム一部切除作業後に、基準保持指標を利用した定性分析の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
また、カラムを同種類のものに交換する場合でも、カラム長や内径が完全に同一で、液相厚も同一であるようなカラムは存在しない。そのため、カラム交換後にキャリアガスの線速度をカラム交換前と同一にしても、得られる保持指標が基準保持指標から若干ずれてしまい、定性分析の精度に影響を及ぼすことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２０１９６０号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２４４６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】マリイッタ・コッコ（Mariitta Kokko）、「エフェクト・オブ・バリエイションズ・イン・ガス・クロマトグラフィック・コンディションズ・オン・ザ・リニア・リテンション・インディシーズ・オブ・セレクテッド・ケミカル・ワーフェア（Effect of variations in gas chromatographic conditions on the linear reaction indices of selected chemical warfare）」、ジャーナル・オブ・クロマトグラフィ（Journal of Chromatography）、630（1993）、p.231-249
【非特許文献２】「GC/MS用農薬ライブラリ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社島津製作所、［平成２３年３月７日検索］、インターネット＜URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/gcms/agri.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、カラムの交換作業やカラムの一部切除作業などがなされた場合でも、そうした作業前に得られる保持指標からのずれが小さい、再現性の高い保持指標を得ることができるＧＣ装置及びＧＣ分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述したように、キャピラリカラムを用いたＧＣ装置では、カラム長及びカラム温度条件が同一であっても、キャリアガスの平均線速度を上げると保持指標が下がる傾向にあることが知られているものの、そのメカニズムが理論的に解明されているわけではなく、定量的な解析もなされていない。これに対し本願発明者は、実験の積み重ねによって、キャリアガスの平均線速度の変化と基準保持指標に対する保持指標の変化の比率とがほぼ直線的な関係にあることを見い出した。そして、その関係を利用して平均線速度を適切に調整することにより、カラムの長さや内径、液相厚などの変化に伴って生じる保持指標のずれを補償することができることに着目し、本発明を想到するに至った。
【００１２】
上記課題を解決するために成された第１発明は、キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置を用いたガスクロマトグラフ分析方法であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について取得するずれ補償情報取得ステップと、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算ステップと、
c)前記線速度演算ステップで算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行いつつガスクロマトグラフ分析を実行する分析実行ステップと、
を有することを特徴としている。
【００１３】
また上記課題を解決するために成された第２発明に係るガスクロマトグラフ分析装置は、キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について記憶しておくずれ補償情報記憶手段と、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報記憶手段に記憶されている情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算手段と、
c)ガスクロマトグラフ分析を実行する際に、前記線速度演算手段で算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
基準保持指標は例えば、キャリアガスの平均線速度が基準平均線速度一定であって、且つカラム温度（カラムが内装されたカラムオーブンの温度）が所定の昇温プログラムに従うという条件の下で、標準試料を測定した結果に基づいて決定されるものである。
【００１５】
上述したように本願発明者の検討によれば、カラムやカラム温度条件が同一である場合に、キャリアガスの平均線速度δvと、基準保持指標に対する保持指標の変化の比率δRIとはほぼ直線的な関係で、且つ、δvの増加に対して比率δRIは減少する関係となる。したがって、この両者の関係は次の(2)式で近似できる。
δRI＝−Ａ・δv …(2)
ここでＡは、δRIとδvとの直線的な関係の傾きを示す、化合物によって異なる定数であり、実験的に求めることができるものである。キャリアガスの平均線速度が基準値（基準平均線速度）ＶｓからＶｘに変化したときに、保持指標が基準保持指標ＲＩｓからＲＩｘに変化したとすると、(2)式は次の(3)式に書き換えることができる。
（ＲＩｓ−ＲＩｘ）／ＲＩｓ＝−Ａ・（Ｖｘ−Ｖｓ） …(3)
【００１６】
例えばカラムが同一種類の他のカラムに交換された場合やカラムの一部が切除されてカラム長が変化した場合、化合物によっては、基準平均線速度の下で得られる保持指標が基準保持指標からずれる。(2)式及び(3)式の関係によれば、基準保持指標ＲＩｓからの保持指標のずれは平均線速度を基準平均線速度Ｖｓから意図的にずらすことにより補償できることが分かる。そこで、本発明に係るガスクロマトグラフ装置では例えば、或る化合物について得られる定数Ａを、ずれ補償情報としてずれ補償情報記憶手段に記憶させておく。ここで用いる化合物は、保持指標を利用した定性分析を行う化合物であれば特に問わないが、定数Ａの正確性を高めるために、平均線速度の変化に対する保持指標の変化の度合いが大きいものであることが好ましい。
【００１７】
カラム交換やカラム一部切除などの作業が行われて、基準平均線速度において基準保持指標が得られない状態になったとき、線速度演算手段は、上記ずれ補償情報である定数Ａを含む(3)式に、その化合物の基準保持指標ＲＩｓ、実測による保持指標ＲＩｘ、及び基準平均線速度Ｖｓを代入することにより、平均線速度Ｖｘを導出する。これが保持指標のずれを補償して基準保持指標を得るための平均線速度であるから、制御手段は、算出された平均線速度Ｖｘを制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行いつつ、ＧＣ分析を実行する。それにより、カラム交換やカラム一部切除などに伴う保持指標のずれが補償され、基準保持指標が再現性よく得られることになる。
【００１８】
なお、定数Ａの値は化合物によって異なるものの、化合物が相違しても(2)式のような直線的な関係は維持される。そのため、平均線速度Ｖｘを算出する際に用いた化合物以外の化合物に対しても、同じ平均線速度Ｖｘを用いることで保持指標のずれは補償される。それ故に、例えば農薬分析や薬物分析等の多成分一斉分析に際し本発明を適用すれば、多成分のそれぞれの保持指標のずれを一斉に補償し、基準保持指標を用いた定性が精度よく行える。
【００１９】
第２発明に係るガスクロマトグラフ装置においては、当該装置の製造メーカやユーザ以外の第３者（例えば定性用データベースの提供メーカなど）が、標準試料などに対するＧＣ分析を予め行い、これにより取得したデータに基づいて算出されたずれ補償情報をずれ補償情報記憶手段に格納しておくものとすることができる。即ち、ＧＣ分析により取得されたデータに基づいてずれ補償情報を求める機能は、ずれ補償情報記憶手段自体が必ずしも有している必要はない。もちろん、ずれ補償情報記憶手段にこうした機能を内蔵させ、所定条件の下でＧＣ分析により取得されたデータに基づいてずれ補償情報を自動的に生成し、これを記憶部に格納できるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るガスクロマトグラフ分析方法及びガスクロマトグラフ装置によれば、キャピラリカラムの一部切除やカラムの交換など、保持指標に影響を及ぼす何らかの変更が加えられた場合でも、線速度一定制御のための制御目標値を適宜調整することによって、基準保持指標からの保持指標のずれを実質的になくす又は小さくすることができる。それにより、基準保持指標を利用して未知成分の定性を行う際の信頼性を高めることができる。また特に本発明によれば、ＧＣやＧＣ／ＭＳにおける多成分一斉分析の際に分析対象成分の保持指標のずれを一斉に補償することができるので、ユーザにとっては、保持指標ずれ補償のために余計な手間を掛けることなく、高い信頼性を有する結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ装置の要部の構成図。
【図２】本発明における保持指標ずれ補償のための手順を示すフローチャート。
【図３】一般的な保持指標の説明図。
【図４】キャリアガスの平均線速度と基準保持指標に対する保持指標の変化率との関係の実測結果を示す図。
【図５】平均線速度４７cm/sにおける各カラム長での保持指標の実測値。
【図６】カラム長が３０mと２６mとの場合における各平均線速度での保持指標の実測値。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、実測例に基づいて、本発明に係るガスクロマトグラフ分析方法における保持指標ずれ補償の原理と手順とを説明する。
【００２３】
非特許文献２のライブラリに収録されている各種農薬成分に対するガスクロマトグラフ質量分析を以下の分析条件の下で実行し、その結果から各成分の保持指標をそれぞれ求めた。
・分析装置：島津製作所製 GCMS-QP2010シリーズ
・カラム：米国レステック（Restek）社製 Rtx-5MS（３０m×０．２５mm I.D.，df＝０．２５μm）、
・ＧＣ試料注入：スプリットレス（気化室温度：２５０℃、サンプリング時間：１分）、高圧注入法
・キャリアガス：ヘリウム
・キャリアガス制御モード：線速度一定モード（基準平均線速度：４７cm/s）
・カラムオーブン温度：５０℃、１分保持→２５℃／分で１２５℃まで昇温→１０℃／分で３００℃まで昇温→３００℃、１０分保持
・ＧＣ／ＭＳインタフェイス温度：２５０℃
・質量（m/z）走査範囲：m/z５０−４６０
【００２４】
上記のように元々の（つまり未使用品の）カラム長は３０mであるが、このカラムを３０mから１mずつ切除して短くしていったときの、各カラム長における各成分の保持指標を実測により求めた。その結果を図５に示す。この結果によれば、カラム長３０mにおける保持指標ＲＩ（Ｌ＝３０）とカラム長２６mにおける保持指標ＲＩ（Ｌ＝２６）との差異（ずれ）は成分によって異なり、最小で０、最大で７であって、平均は２．９である。
【００２５】
一方、カラム長が３０mである状態で、キャリアガスの平均線速度を基準平均線速度である４７cm/sから変化させたときの保持指標の変化を実測した。図５中に下線を引いた、１、１９、２６、２９、及び４６の番号がふられた５種類の成分について、平均線速度の変化と基準平均線速度（４７cm/s）における保持指標（基準保持指標）からの保持指標の変化の比率（変化率）との関係の実測結果を図４に示す。この変化率は上記(3)式の左辺に相当するパラメータである。
【００２６】
図４で明らかなように、同じ平均線速度の変化量に対する保持指標の変化率は成分によって異なる。この例の５種類の成分の中では、キノメチオネート（Chinomethionat）が最大の変化率を示す一方、ジクロルボス（Dichorvos）は殆ど保持指標が変化しないと言える。また、成分に依らず、保持指標の変化率は平均線速度の変化に対してほぼ直線的であるとみなすことができることも分かる。このことから、平均線速度と保持指標変化率との直線的な関係を示す傾きをＡとして、上記の(3)式の関係が成り立つことが分かる。この(3)式で得られる平均線速度Ｖｘが基準保持指標ＲＩｓを得るために必要な平均線速度である。
【００２７】
図４において、最も大きな保持指標変化率を与える成分であるキノメチオネートについて、特に平均線速度の変化と保持指標変化率との関係の直線性が高い範囲に含まれる、３７cm/sと４７cm/sの２点に対する保持指標の変化から(2)式のＡを求め、これを(3)式に適用すると次の(4)式が得られる。
（ＲＩｓ−ＲＩｘ）／ＲＩｓ＝−０．０５×（Ｖｘ−Ｖｓ） …(4)
この(4)式が、キノメチオネートを用い保持指標ずれを補償するための平均線速度を算出する演算式である。
【００２８】
図５中に示されているように、基準平均線速度の下でカラム長３０mで得られているキノメチオネートの保持指標、つまり基準保持指標は２１３６であり、それと同じ平均線速度でカラム長２６mで得られる同成分の保持指標は２１３０である。そこで、ＲＩｓ＝２１３６、ＲＩｘ＝２１３０、Ｖｓ＝４７cm/sとして、これらを(4)式に代入して平均線速度Ｖｘを求めると、４１．４cm/sと求まる。これが、カラム長が２６mであるときに基準保持指標を取得するのに必要な平均線速度である。
【００２９】
上記手法が適切であることを確認するために、カラム長を２６mに短縮したキャピラリカラムを利用し、キャリアガスの平均線速度を４０、４１、４２、４３、４４cm/sにそれぞれ設定してＧＣ／ＭＳ分析を実行し、各成分の保持指標を求めた結果が図６である。図６中に示す□＊が基準保持指標からの保持指標のずれである。例えば、４１cm/sの平均線速度をみると、図中に下線を引いて示したように、キノメチオネートにおける保持指標のずれは０となっており、上記のように算出された４１．４cm/sという平均線速度が保持指標のずれを補償するのに最適な（又は最適に近い）値であることが確認できる。
【００３０】
ここで注目すべきことは、４１cm/sの平均線速度において、キノメチオネート以外の成分の保持指標のずれもほぼ０（最大でも１又は−１）になっていることである。上述した平均線速度４１．４cm/sという値はキノメチオネートの測定結果から導いた値であるが、この値は他の成分の保持指標ずれを補償するためにも有効であると言える。これは、キノメチオネート以外の他の成分においても、直線の傾きを示すＡの値は異なるものの、(2)式、(3)式のような直線的な関係が成り立っているためである。したがって、或る１つの成分の測定結果を用いて保持指標のずれを補償するべく求めた平均線速度の値を用いてキャリアガスの線速度一定制御を行いつつＧＣ分析を実行することで、他の成分の保持指標のずれも同時に補償することが可能である。これにより、多成分一斉分析法に本発明を適用して、多成分のそれぞれの保持指標のずれをそれぞれ適切に補償する（基準保持指標からのずれを小さくする）ことができる。
【００３１】
もちろん、或る１つの成分の測定結果のみを用いて保持指標のずれを補償するための平均線速度を求めるのではなく、複数の成分の測定結果を用いることで、多成分の保持指標のずれを補償するためにより適切な平均線速度を得ることができる。但し、適切な定数Ａを求めるためには、平均線速度の変化に対する保持指標変化率ができるだけ大きな成分を用い、且つ、上述したように、平均線速度と保持指標変化率との関係の直線性が高い範囲を選んで定数Ａを決めるようにするとよい。
【００３２】
具体的には、図２のフローチャートに示す手順で、カラム長の変化等に伴う保持指標のずれを補償するような分析を行うことができる。
基準保持指標が既知である（又は既に測定済みである）少なくとも１つの成分を用い、基準保持指標取得時と同一のカラム条件、昇温条件の下で、キャリアガスの平均線速度を基準平均線速度から変化させたときの保持指標の変化を実測する（ステップＳ１）。そして、この実測結果を用い、図４に示したような平均線速度の変化と基準保持指標に対する保持指標の変化率との関係を求め、(2)式を用いて傾きを示す定数Ａを算出する。この定数Ａを保持指標ずれを補償する情報として記憶しておく（ステップＳ２）。
【００３３】
なお、ステップＳ１、Ｓ２の作業（図２中のａの範囲）は、必ずしもユーザ側で行う必要はなく、例えばＧＣ装置を製造するメーカ側において行うことが可能な作業である。その場合、定数Ａが内部に予め記録された装置がユーザに提供（販売）されることになる。或いは、制御ソフトウエアへの追加プログラム等の形式で、あとからユーザに提供することも可能である。
【００３４】
また、或る１つの成分の測定結果から定数Ａを決定するのではなく、適切な複数の成分の測定結果を利用して定数Ａを決めるようにしてもよい。
【００３５】
例えばカラムの一部切除やカラム交換などの作業が行われ、保持指標が基準保持指標からずれた可能性がある場合にはステップＳ３〜Ｓ７を実行する。即ち、基準保持指標取得時と同一の昇温条件、基準平均線速度の下で、定数Ａを算出する際に使用された成分のＧＣ分析を実行し、取得されたデータに基づいて保持指標を求める（ステップＳ３）。ここで得られた保持指標がその成分の基準保持指標と一致していれば（ステップＳ４でＹｅｓ）、上記作業に伴う保持指標のずれはないか無視できる程度であるから、基準平均線速度をキャリアガス線速度一定制御の制御目標値に設定する（ステップＳ７）。
【００３６】
これに対し、得られた保持指標がその成分の基準保持指標と一致しない場合（ステップＳ４でＮｏ）、つまり、保持指標にずれが生じている場合には、その成分の基準保持指標、その時点での実測結果に基づく保持指標、基準平均線速度、及び、上記のように記憶してある定数Ａ、を(3)式に適用し、平均線速度Ｖｘを算出する（ステップＳ５）。そして、基準平均線速度ではなく、算出した平均線速度Ｖｘをキャリアガス線速度一定制御の制御目標値に設定する（ステップＳ６）。
【００３７】
そして、ステップＳ６、Ｓ７のいずれの場合にも、未知試料等の試料に対するＧＣ分析を実行する際には、基準保持指標取得時と同一の昇温条件でキャリアガス線速度一定制御を行い、データを収集する（ステップＳ８）。そして、そのデータに基づいて作成されるクロマトグラムに現れる各ピークの保持指標を計算し、様々な成分の基準保持指標との比較により定性分析を行う（ステップＳ９）。カラムの一部切除やカラム交換などの作業により保持指標がずれた場合でも、キャリアガスの平均線速度が調整されることでそのずれが補償されるので、基準保持指標を利用して精度の高い定性が可能となる。
【００３８】
次に、上記のような保持指標ずれの補償を行う機能を有するＧＣ装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＧＣ／ＭＳの要部の構成図である。
【００３９】
図１において、カラムオーブン１１内に設置されたキャピラリカラム１０の入口には試料気化室１が設けられ、キャピラリカラム１０の出口には図示しないインタフェイスを介して質量分析計１２が検出器として接続されている。例えば無極性や微極性のカラムを用いるのが好ましく、通常のＧＣ装置の場合には、質量分析計の代わりに別の、例えばＦＩＤなどの検出器を用いればよい。試料気化室１には、フロー制御部３が設けられたキャリアガス流路２と、抵抗管（又はニードルバルブなど）５が設けられたパージ流路４と、制御バルブ８が設けられたスプリット流路７とが接続されている。パージ流路４上で試料気化室１と抵抗管５との間には、試料気化室１内のガス圧を検出する圧力センサ６が接続されている。
【００４０】
分析制御部２５の制御の下にフロー制御部３により所定流量に制御されたキャリアガス（例えばヘリウム）がキャリアガス流路２から試料気化室１に送られ、そのごく一部は、試料気化室１を密封するためのセプタムから出る不所望のガスを伴ってパージ流路４を経て排出される。スプリット分析の場合には制御バルブ８は開放され、試料気化室１に供給されるキャリアガスは設定されたスプリット比で分割されて一部がキャピラリカラム１０に送られる。一方、スプリットレス分析の場合には制御バルブ８は閉鎖され、パージ排気を除いて試料気化室１に供給されるキャリアガスはキャピラリカラム１０に送られる。
【００４１】
所定のタイミングでインジェクタ９より試料気化室１内に少量の液体試料が注入されると、液体試料は短時間で気化してキャリアガス流に乗ってキャピラリカラム１０内に送り込まれる。キャピラリカラム１０はカラムオーブン１１により一定温度に維持されたり（恒温分析の場合）、或いは所定の昇温プログラムに従って昇温制御されたり（昇温分析の場合）する。キャピラリカラム１０を通過する間に液体試料に含まれる各種化合物はカラム１０の長手方向に分離され、時間的にずれてカラム１０から流出して質量分析計１２により検出される。
【００４２】
質量分析計１２の検出信号はデータ処理部２０に送られ、ここでクロマトグラム（トータルイオンクロマトグラム、マスクロマトグラム）やマススペクトルが作成され、さらに所定のデータ処理が実行されることで定性分析や定量分析が遂行される。データ処理部２０は、本実施例に特徴的な機能ブロックとして、ずれ補償用パラメータ算出部２１、パラメータ記憶部２２、線速度算出部２３、化合物ライブラリ２４などを含む。化合物ライブラリ２４には、様々な化合物について定性分析に必要な情報として、構造式、マススペクトル、基準保持指標などが収録されている。分析制御部２５は各部の動作を制御することで、ＧＣ／ＭＳ分析動作を達成する。分析制御部２５やデータ処理部２０の機能の多くは、例えばパーソナルコンピュータ上で所定の制御・処理プログラムを動作させることにより具現化される。
【００４３】
このＧＣ／ＭＳにおいて保持指標ずれの補償を行う際の動作を説明する。保持指標ずれの補償を行うために必要なパラメータである定数Ａを算出する際には、分析制御部２５は、化合物ライブラリ２４に収録されている特定の成分が含まれる試料に対して、ステップＳ１で説明したようなＧＣ／ＭＳ分析を実行するように各部を制御する。ずれ補償用パラメータ算出部２１はこの分析により収集されたデータに基づいて、平均線速度の変化と保持指標変化率との直線的な関係を示す定数Ａを算出し、この定数Ａをパラメータ記憶部２２に記憶する。なお、上述したように、製造メーカ側において定数Ａを求める作業を行う場合には、データ処理部２０にずれ補償用パラメータ算出部２１の機能は不要であり、予め算出された定数Ａが格納されたパラメータ記憶部２２を備えればよい。
【００４４】
キャピラリカラム１０の入口端の切除やキャピラリカラム１０の交換などの作業が行われた後に、ユーザが図示しない操作部から所定の操作を実行すると、分析制御部２５は、化合物ライブラリ２４に収録されている上記特定の成分が含まれる試料に対して、ステップＳ３で説明したようなＧＣ／ＭＳ分析を実行するように各部を制御する。線速度算出部２３はこの分析により収集されたデータに基づいて、上記ステップＳ４〜Ｓ７の処理を実行し、特定成分の保持指標がずれている場合に、このずれを補償し得るような平均線速度を計算する。即ち、或るカラム条件（例えばカラム長）で基準保持指標が得られるような平均線速度が自動的に算出される。
【００４５】
化合物ライブラリ２４に収録されている基準保持指標を用いた定性分析を行うために保持指標ずれの補償を実際に行う場合には、分析制御部２５は線速度算出部２３において上記のように計算された平均線速度を制御目標値に設定してキャリアガスの線速度一定制御を行うようにフロー制御部３を制御する。また、カラムオーブン１１の昇温プログラムを基準保持指標決定時と同一に設定する。このような条件の下で、例えば多数の農薬成分が含まれる可能性がある未知試料をＧＣ／ＭＳ分析しデータを収集し、データ処理部２０はそのデータに基づいてクロマトグラムに現れる各ピークの保持指標を算出して化合物ライブラリ２４に収録されている基準保持指標と比較することで定性分析を行う。各成分の保持指標は基準保持指標とほぼ同じになるから、未知試料に含まれる成分は高い精度で同定され、成分の含有の有無を高い信頼性をもって調べることが可能となる。
【００４６】
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨に沿った範囲で適宜変形や修正を行うことができることは明らかである。
【符号の説明】
【００４７】
１…試料気化室
２…キャリアガス流路
３…フロー制御部
４…パージ流路
５…抵抗管
６…圧力センサ
７…スプリット流路
８…制御バルブ
９…インジェクタ
１０…キャピラリカラム
１１…カラムオーブン
１２…質量分析計
２０…データ処理部
２１…補償用パラメータ算出部
２２…パラメータ記憶部
２３…線速度算出部
２４…化合物ライブラリ
２５…分析制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置を用いたガスクロマトグラフ分析方法であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について取得するずれ補償情報取得ステップと、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算ステップと、
c)前記線速度演算ステップで算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行いつつガスクロマトグラフ分析を実行する分析実行ステップと、
を有することを特徴とするガスクロマトグラフ分析方法。
【請求項２】
キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について記憶しておくずれ補償情報記憶手段と、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報記憶手段に記憶されている情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算手段と、
c)ガスクロマトグラフ分析を実行する際に、前記線速度演算手段で算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
【請求項１】
キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置を用いたガスクロマトグラフ分析方法であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について取得するずれ補償情報取得ステップと、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算ステップと、
c)前記線速度演算ステップで算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行いつつガスクロマトグラフ分析を実行する分析実行ステップと、
を有することを特徴とするガスクロマトグラフ分析方法。
【請求項２】
キャピラリカラムに流すキャリアガスの平均線速度を制御目標値に保つように線速度一定のキャリアガス制御を行うことが可能なガスクロマトグラフ装置であって、
a)平均線速度を基準値から変化させたときの基準保持指標からの保持指標の変化の比率とその平均線速度の変化量との直線的な関係を示すパラメータを、ずれ補償情報として、少なくとも１つの化合物について記憶しておくずれ補償情報記憶手段と、
b)平均線速度を基準値に設定して前記化合物についてガスクロマトグラフ分析を実行して得られる保持指標が基準保持指標からずれている場合に、その基準保持指標に対する保持指標のずれの比率を求め、該比率と前記ずれ補償情報記憶手段に記憶されている情報とを用い、基準保持指標を得るための平均線速度を算出する線速度演算手段と、
c)ガスクロマトグラフ分析を実行する際に、前記線速度演算手段で算出された平均線速度を制御目標値に設定して線速度一定のキャリアガス制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８５０９０（Ｐ２０１２−１８５０９０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９４２７（Ｐ２０１１−４９４２７）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
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