JP2006118374A - 送液システム - Google Patents

Abstract

【課題】広い流量範囲についての送液を一つのポンプで精度よく行うことを可能とする液体クロマトグラフ用ポンプの提供。
【解決手段】液体クロマトグラフ用ポンプは、溶離液送液用の第１のポンプ１００と第２のポンプ２００を有し、第１、第２の両ポンプは、溶離液の送液方向について第１のポンプが上流側となり第２のポンプが下流側となって互いに協調動作をなせるように組み合わされている。そして流路切替え手段５を備え、この流路切替え手段にて溶離液の流路を切替えることにより、それぞれ両ポンプの協調状態の異なる複数の動作モードの内のいずれかを選択できるようにされており、この動作モードの選択により、それぞれ送液流量範囲の異なる複数の送液量モードの内のいずれかに切替えて送液を行えるようにされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、送液システムに係わり、特に広い流量範囲の送液を必要とする液体クロマトグラフシステムなどに好適な送液システムに関する。

例えば液体クロマトグラフシステムに組み込まれる送液システム（液体クロマトグラフ用ポンプシステムシステム）については、２つのプランジャを備えたプランジャポンプが知られている。このようなプランジャポンプでは、２つのプランジャを独立にモータで駆動し、両プランジャの協調駆動により流量の脈動を低減する。例えば特許文献１に記載された例では、第１プランジャが一往復する間に第２プランジャも一往復し、第１プランジャの吸入動作により発生する流量脈動を第２プランジャの動作により補正する。すなわち第１プランジャが送液流量を決定し、第２プランジャは第１プランジャの脈動補正用として使用する。

通常、液体クロマトグラフ用ポンプシステムシステムを運転する場合、先ず、ポンプや配管内に溶離液（液体クロマトグラフシステムで送液対象となる液体）を充填し、気泡を排出する。こうして準備作業が終了したら、つぎにポンプの吐出圧力を所定の目標値に到達させ、それから定常運転に切り替える。そして定常運転に移行すると、液体クロマトグラフシステムにおける分析や計測が開始される。

特開昭６３−１７３８６６号公報

液体クロマトグラフ用ポンプシステムシステムでは、例えば毎分ナノリットル（ｎｌ）の極低流量（「ナノリットルレベル流量」と略称する）から毎分マイクロリットル（μｌ）の低流量（「マイクロリットルレベル流量」と略称する）までの広い流量範囲での送液が要求される場合が少なくない。このような広い流量範囲での送液要求に応えるのに、従来では送液流量に応じてポンプの種類を変える必要があった。すなわち従来の液体クロマトグラフ用ポンプシステムでは、最小流量と最大流量の比が１００倍程度しかなく、要求される送液流量の範囲がそれよりも広い場合には、流量範囲の異なる複数種類を用意し、それらを選択的に用いる必要があった。このため従来の液体クロマトグラフ用ポンプシステムでは、流量範囲の変更に多くの手間と時間を必要としていた。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、例えばナノリットルレベルからマイクロリットルレベルまでの広い流量範囲についての送液を精度よく行うことを可能とする送液システムの提供を目的としている。

上記目的のために本発明で、液体を加圧して送液する第１のポンプと第２のポンプが互いに協調動作をなせるように組み合わされた送液システムにおいて、流路切替え手段を備え、前記流路切替え手段にて前記液体の流路を切替えることにより、それぞれ前記第１、第２の両ポンプの協調状態の異なる複数の動作モードの内のいずれかを選択きるようにされており、前記動作モードの選択により、それぞれ送液流量範囲の異なる複数の送液量モードの内のいずれかに切替えて送液を行えるようにされていることを特徴としている。

また本発明では上記のような送液システムについて、所定の圧力と流量を保って送液する定常運転時に第１、第２の両ポンプのいずれかのみを送液に用いる送液量モードと、前記定常運転時に前記第１、第２の両ポンプを送液に用いる送液量モードを前記複数の送液量モードに含ませるようにしている。

また本発明では上記のような送液システムについて、前記複数の送液量モードの切替え基準とする流量は、送液対象のシステムで必要とされる分析時間ないし測定時間と吐出流量に基づいて決定するようにしている。

また本発明では上記のような送液システムについて、前記流路切替え手段は、複数のポートを有し、前記複数のポートの接続を切替えることにより流路の切替えを行うアクティブバルブで形成するようにしている。

また本発明では上記のような送液システムについて、前記複数の送液量モードにわたる送液流量の範囲が毎分１ナノリットル〜毎分２００マイクロリットルにあるものとしている。

また本発明では上記目的のために、溶離液を加圧して送液する第１のポンプと第２のポンプを有し、前記第１、第２の両ポンプは、前記溶離液の送液方向について前記第１のポンプが上流側となり前記第２のポンプが下流側となって互いに協調動作をなせるように組み合わされて構成されており、液体クロマトグラフシステムに組み込まれて使用される送液システムにおいて、流路切替え手段を備え、前記流路切替え手段にて前記溶離液の流路を切替えることにより、それぞれ前記第１、第２の両ポンプの協調状態の異なる複数の動作モードの内のいずれかを選択きるようにされており、前記動作モードの選択により、それぞれ送液流量範囲の異なる複数の送液量モードの内のいずれかに切替えて送液を行えるようにされていることを特徴としている。

本発明では、流路切替え手段にて溶離液の流路を切替えることで両ポンプの協調状態の異なる動作モードを選択できるようにし、この選択により、それぞれ送液流量範囲の異なる送液量モードの切替えを行えるようにしている。このため、例えばナノリットルレベルの極低流量からマイクロリットルレベルの低流量までの広い流量範囲の送液を一つの送液システムで精度よく行うことができるようになる。この結果、流量範囲の変更を短時間で行うことが可能となり、例えば液体クロマトグラフシステムにおける処理効率を高めることに寄与できる。

以下、本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。図１と図２に第１の実施形態による送液システムである液体クロマトグラフ用ポンプシステムを適用した液体クロマトグラフシステムの構成例を示す。この例の液体クロマトグラフシステムは、液体クロマトグラフ用ポンプシステム（ポンプ装置と略称する）ＰＳ、インジェクタ５３、カラム５４、検出器５５、および貯蔵槽５６を備えている。ポンプ装置ＰＳは、特に好ましい流量範囲として、１ナノリットル／ｍｉｎ〜２００マイクロリットル／ｍｉｎの流量範囲で溶離液をカラム５４に所定の圧力で送液する。インジェクタ５３では分析対象の試料を注入され、それが溶離液に混合される。試料が混合された溶離液はカラム５４に導入される。カラム５４では、試料混合の溶離液が移動するのに伴って、試料に含まれている複数の成分物質の相互分離がなされる。分離された各成分物質は検出器５５により検出され、これにより成分分析や測定がなされる。使用済みの溶離液は貯蔵槽５６に回収される。カラム５４には微小なシリカゲル粒などが充填されており、ここを流れる際の流体抵抗によってポンプ装置ＰＳには例えば１０ＭＰａ程度の負荷圧力が発生する。負荷圧力の大きさはカラムの径と通過流量により変化する。

ポンプ装置ＰＳは、本発明の第１の実施形態による送液システムであり、ポンプ部Ｐ、コントローラ５０、貯蔵槽５１、脱気装置（デガッサ）１４、吸込配管１５、アクティブバルブ５、吸込配管１６、中間吐出配管１７、中間吸込配管１８、および吐出配管１９を備えている。

ポンプ部Ｐは、第１のプランジャポンプ（第１のポンプ）１００と第２のプランジャポンプ（第２のポンプ）２００を一体構造で直列的に組み合わせて形成されており、第１と第２の各プランジャ１０１、２０１を有するとともに、これらが配される第１と第２の各加圧室１０２、２０２を有している。各加圧室１０２、２０２は、それぞれシール１２４、２２４より液密にされている。本実施形態では、両プランジャ１０１、２０１の径を同一にしている。第１、第２の各プランジャ１０１、２０１は、モータ１２１、２２１により駆動される直動アクチュエータ１２２、２２２にそれぞれ接続され、また軸受１２３、２２３によりそれぞれ摺動可能に保持されている。モータ１２１、２２１の回転は、それぞれ直動アクチュエータ１２２、２２２により直線運動に変換され、これを受けて第１、第２の各プランジャ１０１、２０１が直線動を行う。また第１加圧室１０２には、吸込配管１６に接続する第１加圧室用の吸込通路１０３と中間吐出配管１７に接続する第１加圧室用の吐出通路１０４が接続されている。一方、第２加圧室２０２には、中間吸込配管１８に接続する第２加圧室用の吸込通路２０３と吐出配管１９に接続する第２加圧室用の吐出通路２０４が接続されている。吐出通路１０４、２０４には圧力センサ６０、６１がそれぞれ設けられている。

コントローラ５０は、アクティブバルブ５とポンプ部Ｐの動作を制御する。すなわちコントローラ５０は、圧力センサ６０、６１からの信号に基づいて、モータ１２１、２２１の駆動制御を行い、またアクティブバルブ５の開閉制御を行う。貯蔵槽５１は、ポンプ部Ｐが送液する溶離液を貯蔵する。脱気装置１４は、溶離液の脱気を行う。吸込配管１５は、貯蔵槽５１とアクティブバルブ５を接続し、ポンプ部Ｐの送液動作に応じて貯蔵槽５１から溶離液をアクティブバルブ５に吸い込ませる。

アクティブバルブ５は、図外の駆動源により流路を切替えて開閉するロータリーバルブであり、複数のポート、図の例では６つのポート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆとこれら各ポートの選択的接続のための複数の流路（ポート接続流路）、図の例では２本の流路５ｈ、５ｇを有する。流路５ｈ、５ｇの体積は非常に小さい。第１〜第３のポート５ａ、５ｂ、５ｃは、ポンプ部Ｐの第１プランジャポンプ１００への溶離液の吸込み系であり、第１ポート５ａは吸込配管１５に接続され、第２ポート５ｂは吸込配管１６に接続され、第３ポート５ｃはどの配管にも接続されない止栓となっている。一方、第４〜第６のポート５ｄ、５ｅ、５ｆは、ポンプ部Ｐの第１プランジャポンプ１００で加圧された溶離液の吐出系であり、第４ポート５ｄは中間吸込配管１８に接続され、第５ポート５ｅは中間吐出配管１７に接続され、第６ポート５ｆはどの配管にも接続されない止栓となっている。図１は、流路５ｇにより第１、第２の両ポート５ａ、５ｂが接続され、第４、第５の両ポート５ｄ、５ｅが非接続とされている状態を示す。一方、図２は、流路５ｈにより第４、第５の両ポート５ｄ、５ｅが接続され、第１、第２の両ポート５ａ、５ｂが非接続とされている状態を示す。このようなアクティブバルブ５は、後述するような送液量モードの切替えのためにポンプ装置ＰＳにおける溶離液の流路を切替える流路切替え手段として機能する。

吸込配管１６は、アクティブバルブ５とポンプ部Ｐを接続し、貯蔵槽５１からアクティブバルブ５に吸い込まれた溶離液をポンプ部Ｐに吸い込ませる。中間吐出配管１７は、ポンプ部Ｐから吐出される溶離液をアクティブバルブ５に送り出す。中間吸込配管１８は、ポンプ部Ｐから吐出されてアクティブバルブ５を経た溶離液を再びポンプ部Ｐに吸い込ませる。吐出配管１９は、ポンプ部Ｐが吐出する溶離液をインジェクタ５３に送り込む。この吐出配管１９にはドレンバルブ９が設けられている。

以下では、本例の液体クロマトグラフシステムにおける送液経路の概略を説明する。図１の状態、つまり流路５ｇにより第１、第２の両ポート５ａ、５ｂが接続されている状態では、貯蔵槽５１から吸込配管１５を介してアクティブバルブ５の第１ポート５ａに導かれる溶離液は、第１流路５ｇ、第２ポート５ｂおよび吸込配管１６を経由し、第１加圧室用の吸込通路１０３を介して第１加圧室１０２に導かれる。

一方、図２の状態、つまり第２流路５ｈにより第４、第５の両ポート５ｄ、５ｅが接続されている状態では、第１ポンプ１００から吐出され吐出通路１０４と中間吐出配管１７を介してアクティブバルブ５の第５ポート５ｅに導かれた溶離液は、第２流路５ｈ、第４ポート５ｄおよび中間吸込配管１８を経由し、ポンプ部Ｐの吸込通路２０３に導かれる。吸込通路２０３に導かれた溶離液は、さらに第２加圧室２０２、吐出通路２０４、および吐出配管１９を経由してインジェクタ５３に導かれる。インジェクタ５３に導かれた溶離液にインジェクタ５３で分析対象試料が混合されて分析対象試料の成分分析がなされ、その際にポンプ装置ＰＳのポンプ部Ｐに１０ＭＰａ程度の負荷圧力が発生することは上述のとおりである。

以下ではポンプ装置ＰＳにおける動作について説明する。ポンプ装置ＰＳは、それぞれ流量範囲の異なる複数の送液量モードで送液を行えるようにされている。各送液量モードは、第１、第２の両ポンプ１００、２００の動作協調状態をアクティブバルブ５による溶離液流路の切替えで異ならせることにより切替えられる。まず、ナノリットルレベルの極低流量で溶離液を送液する第１の送液量モードの場合の動作について説明する。第１の送液量モードにおけるポンプ装置ＰＳの動作モードを図３に示す。図３Ａは、ドレンバルブ９の開閉動作、図３Ｂは、第１プランジャ１０１に対するアクティブバルブ５の開閉動作、図３Ｃは、第１プランジャ１０１の変位、図３Ｄは、第２プランジャ２０１に対するアクティブバルブ５の開閉動作、図３Ｅは、第２プランジャ２０１の変位、図３Ｆは、第１ポンプ１００の流量（第１ポンプ流量）、図３Ｇは、第２ポンプ２００の流量（第２ポンプ流量）、図３Ｈは、圧力センサ６１によって検出されたポンプ装置ＰＳの吐出圧力を示す。図における横軸は時間である。

以下の説明では、図１の例のように、アクティブバルブ５において、流路５ｇにより第１、第２の両ポート５ａ、５ｂが接続され、第４、第５の両ポート５ｄ、５ｅが非接続の状態を、第１プランジャ１０１に対して「開」と呼び、第２プランジャ２０１に対して「閉」と呼ぶことにする。このとき、第１加圧室１０２は、アクティブバルブ５を介して貯蔵槽５１に接続され、第１加圧室１０２と第２加圧室２０２の間は遮断の状態にある。一方、図２に示すように、流路５ｈにより第４、第５の両ポート５ｄ、５ｅが接続され、第１、第２ポートの両５ａ、５ｂが非接続の状態を、第１プランジャ１０１に対して「閉」と呼び、第２プランジャ２０１に対して「開」と呼ぶことにする。このとき、第１加圧室１０２と貯蔵槽５１の間はアクティブバルブ５により遮断される一方で、第１加圧室１０２がアクティブバルブ５を介して第２加圧室２０２に接続される。以上のように、アクティブバルブ５は、第１プランジャ１０１に対して「開」であるとき第２プランジャ２０１に対して「閉」であり、第１プランジャ１０１に対して「閉」であるとき第２プランジャ２０１に対して「開」である。

また、第１、第２の各プランジャ１０１、２０１について、それらが直動アクチュエータ１２２、２２２によって引き込まれた状態にあるとき、すなわち図１および図２において、加圧室の左端にプランジャが位置する状態を下死点にあると呼び、直動アクチュエータ１２２、２２２によって押し込まれた状態にあるとき、すなわち図１および図２において、加圧室の右端に位置する状態を上死点にあると呼ぶことにする。

ポンプ装置ＰＳは、ナノリットルレベル流量の場合、分析開始前の準備的な動作である気泡排出・溶離液充填（気泡排出・溶離液充填動作）、送液開始にあたってポンプ装置ＰＳの吐出圧力を適切な圧力まで短時間で上げる動作である起動運転（起動運転動作）、および所定の圧力と流量を保って送液を行う定常運転（定常運転動作）の順で動作を行うのが通常である。これらではそれぞれ第１、第２の両ポンプ１００、２００の動作協調状態が異なる。すなわち気泡排出・溶離液充填では、第１、第２の両ポンプ１００、２００を共に使用する動作モードで送液し、起動運転では第１ポンプ１００だけを使用する動作モードで送液し、極低流量の送液を行う場合の定常運転では、第２ポンプ２００だけを使用する動作モードで送液する。

まず、気泡排出・溶離液充填について説明する。気泡排出・溶離液充填では、液体クロマトグラフシステムにおける溶離液の通路（加圧室、配管、流路など）に、そこから気泡を排出しながら溶離液を充填する。図３Ａに示すように、ドレンバルブ９を開放する。図３Ｂと図３Ｄを比較すると、アクティブバルブ５の第２プランジャ２０１に対する開閉動作は、第１プランジャ１０１に対する開閉動作に対して、半周期遅れている。

図３Ｃと図３Ｅを比較すると、第２プランジャ２０１の往復運動は第１プランジャ１０１の往復運動に対して、半周期遅れている。第１プランジャ１０１が引き込まれ上死点から下死点に移動するとき、第２プランジャ２０１は押し込まれ下死点から上死点に移動する。すなわち、第１ポンプ１００の吸込工程では、第２ポンプ２００は吐出工程となる。逆に、第１プランジャ１０１が押し込まれ下死点から上死点に移動するとき、第２プランジャ２０１は引き込まれ上死点から下死点に移動する。すなわち、第１ポンプ１００の吐出工程では、第２ポンプ２００は吸込工程となる。

図３Ｆと図３Ｇを比較すると、第１ポンプ１００が吸込工程のとき、第２ポンプ２００は吐出工程である。逆に、第１ポンプが吐出工程のとき、第２ポンプは吸込工程である。ここで、第１ポンプ流量が、第２ポンプ流量より大きいのは、第１プランジャの移動速度を第２プランジャの移動速度より大きくしていることによるものである。

図３Ｂ〜図３Ｅを比較すると、第１、第２の各プランジャ１０１、１０２の動作は、アクティブバルブ５の開閉動作に対して、４分の１周期遅れている。したがって、図３Ｂのアクティブバルブ５の第１プランジャ１０１に対する開閉動作、図３Ｃの第１プランジャ１０１の往復運動、図３Ｄのアクティブバルブ５の第２プランジャ２に対する開閉動作、および図３Ｅの第２プランジャ２の往復運動は、それぞれ、順に、４分の１周期ずつ遅れている。

例えば、図３Ｂに示すように、アクティブバルブ５が第１プランジャ１０１に対して「閉」から「開」に変化する。つぎに、４分の１周期遅れて、図３Ｃに示すように、第１プランジャ１０１が上死点から下死点に変化し、第１ポンプ１００の吸込工程が行われる。つぎに、４分の１周期遅れて、図３Ｄに示すように、アクティブバルブ５が第２プランジャ２に対して「閉」から「開」に変化する。つぎに、４分の１周期遅れて、図３Ｅに示すように、第２プランジャ２が上死点から下死点に変化し、第２ポンプ２００の吸込工程が行われる。

図３Ｂに示すように、アクティブバルブ５が第１プランジャ１０１に対して、半周期遅れて「開」から「閉」に変化する。つぎに、４分の１周期遅れて、図３Ｃに示すように、第１プランジャ１０１の位置が下死点から上死点に変化し、第１ポンプ１００の吐出工程が行われる。つぎに、４分の１周期遅れて、図３Ｄに示すように、アクティブバルブ５が第２プランジャ２に対して「開」から「閉」に変化し、さらに４分の１周期遅れて、図３Ｅに示すように、第２プランジャ２が下死点から上死点に変化し、第２ポンプ２００の吐出工程が行われる。図３Ｈに示すように、ポンプの吐出圧力は、第１ポンプ流量と第２ポンプ流量の微小な変動成分を含むが略一定となる。

気泡排出・溶離液充填では、図３に示すように、第１、第２の各プランジャを複数回往復運動させる。ドレンバルブ９からは、第１ポンプ流量と第２ポンプ流量の差分が排出され、同時に気泡も除去される。特に本例では、下流側の第２加圧室２０２に溜まった気泡を容易に排出することが可能である。これにより分析や測定に先立つ送液準備を短時間で完了することができる。

気泡排出・溶離液充填が終了すると、第１、第２の各プランジャとアクティブバルブが以下に説明するホームポジションに配置され、起動運転に移行する。起動運転は、上述のように、送液開始にあたってポンプ装置ＰＳの吐出圧力を適切な圧力まで短時間で上げる動作モードであり、これを行うことにより、目標圧力までの到達時間、つまりはポンプ装置ＰＳの起動時の立ち上がり時間を短縮することができる。起動運転の開始に先立って第１、第２の両プランジャとアクティブバルブはホームポジションに配置される。ホームポジションでは、アクティブバルブ５は第１プランジャ１０１に対して「開」であり、第２プランジャ２０１に対して「閉」である。また、第１、第２の各プランジャは下死点に配置されている。したがって、第１、第２の両加圧室には溶離液が満たされている。

以下の説明では、アクティブバルブ５が第１プランジャ１０１に対して「開」であるとき、単に、アクティブバルブ５が「開」であると記述する。したがって、アクティブバルブ５が「開」であるとは、図１に示すように第１プランジャ１０１に対して「開」であり、第２プランジャ２０１に対して「閉」であることを意味する。またアクティブバルブ５が第１プランジャ１０１に対して「閉」であるとき、単に、アクティブバルブ５が「閉」であると記述する。したがって、アクティブバルブ５が「閉」であるとは、図２に示すように、第１プランジャ１０１に対して「閉」であり、第２プランジャ２０１に対して「開」であることを意味する。

ホームポジションにあるときアクティブバルブ５は「開」である。まず、図３Ａに示すようにドレンバルブ９を閉じ、図３Ｂおよび図３Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「開」から「閉」にする。したがって、図２に示すように、第１加圧室１０２は、アクティブバルブ５を介して第２加圧室２０２に接続される。図３Ｃに示すように、第１プランジャ１０１を下死点から上死点方向に所定の速度にて移動させ、第１ポンプの吐出工程が行われる。グラフの勾配から判るように、起動運転における第１プランジャ１０１の移動速度は、気泡排出・溶離液充填の場合より小さい。図３Ｅに示すように、第２プランジャ２０１は下死点に配置されているから、第１加圧室１０２から吐出された溶離液は、アクティブバルブ５を介して第２加圧室２０２に導かれ、そこから吐出配管１９に吐出される。このとき、第２ポンプ２００は実質的に作動していない。つまり、第２ポンプ２００は、その加圧室２０２を溶離液の通路として機能させているだけである。したがって、図３Ｆに示すように、第１ポンプ流量は第１プランジャ１０１の移動速度に対応した所定の値となるが、図３Ｇに示すように、第２ポンプ流量はゼロである。

以上のような起動運転における動作により、図３Ｈに示すように、ポンプ部Ｐの吐出圧力つまり吐出配管１９における吐出圧力が目標圧力ＰsetよりΔＰsetだけ低い値（Ｐset−ΔＰset）に到達すると、定常運転に切り替える。

つぎに、ナノリットルレベルの極低流量で溶離液を送液する場合の定常運転について説明する。定常運転が開始されると、図３Ｂおよび図３Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「閉」から「開」にする。したがって、図１に示すように、第２加圧室２０２は、第１加圧室１０２より遮断される。図３Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は、下死点と上死点の間の所定の位置で停止する。したがって図３Ｆに示すように、第１ポンプ流量はゼロとなる。一方、第２ポンプ流量は、図３Ｇに示すように、目標流量Ｑsetとなる。図３Ｈに示すように、ポンプの吐出圧力は、上昇し、目標圧力Ｐsetに到達する。目標圧力Ｐsetは、カラム５４の径とそこで必要な通過流量によって決まる。圧力センサ６１は、ポンプの吐出圧力が目標圧力Ｐsetに到達すると、それをコントローラ５０に通知する。コントローラ５０は、第１、第２の両ポンプ１００、２００とアクティブバルブ５に定常運転の命令を送信する。定常運転では、吐出圧力を目標圧力Ｐsetに保持しながら、一定の送液流量で送液を行う。以上のように本例では、ナノリットルレベル流量における定常運転では、第２プランジャ２０１のみを一定の低速度にて押し込むことにより、吐出圧力を目標圧力Ｐsetに保持し、また送液流量をナノリットルレベルの目標流量Ｑsetに保持する。

こうした超低流量による送液を必要とする分析や測定の操作が終了すると、第１、第２の両プランジャ１０１、２０１およびアクティブバルブ５は上記したホームポジションの状態に戻り、次の分析や測定の操作をできるように待機する。

ここで、図１および図２の例では、第１プランジャの径と第２プランジャの径を同一径となるように構成したが、第１プランジャ径を第２プランジャ径より大きくするようにしてもよい。

以下では、ポンプ装置ＰＳがマイクロリットルレベルの低流量で溶離液を送液する場合のポンプ装置ＰＳの動作について説明する。マイクロリットルレベル流量での送液には、それぞれ流量範囲の異なる第２の送液量モードと第３の送液量モードがある。

まず、第２の送液量モードについて説明する。図４に示すのは、第２の送液量モードでアクティブバルブ５に現れる「閉−閉」状態を示す図である。「閉−閉」とは、第１ポート５ａと第２ポート５ｂとが隔絶されており、さらに、第４ポート５ｄと第５ポート５ｅも隔絶されている状態である。こうしたアクティブバルブ５の「閉−閉」状態にあっては、アクティブバルブ５が第１加圧室１０２と第２加圧室２０２の何れとも隔絶した状態にある。

図５に、第２の送液量モードにおけるポンプ装置ＰＳの動作モードを示す。図５のＡ〜Ｇは図３におけるＡ〜Ｇに対応し、図５のＨはポンプ装置から吐出される溶離液の流量を示している。マイクロリットルレベル流量の場合にも気泡排出・溶離液充填や起動運転を経た後に定常運転に入るが、気泡排出・溶離液充填の動作は図３の場合と同様なので図５では省略してある。またマイクロリットルレベル流量の場合、起動運転は必ずしも必要でなく、省略することもできる。本例では起動運転を省略し、気泡排出・溶離液充填が終了すると定常運転に移るようにしている。

気泡排出・溶離液充填が終了すると、第１、第２の両プランジャとアクティブバルブはホームポジションに配置される。ホームポジションでは、アクティブバルブ５は第１プランジャ１０１に対して「開」であり、第２プランジャ２０１に対して「閉」である。つまり上で仮に定義した“アクティブバルブ５が「開」”の状態にある。また、第１プランジャは下死点に配置され、第２プランジャは上死点と下死点の中間位置に配置されている。したがって第１、第２の両加圧室には溶離液が満たされている。

まず、図５Ａに示すようにドレンバルブ９を閉じ、１回目のサイクルにおけるＰｈａｓｅ（フェーズ）１の行程では、図５Ｂおよび図５Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「開」から「閉−閉」にする。したがって、図４に示すように、アクティブバルブ５は、第１加圧室１０２と第２加圧室２０２の何れとも遮断された状態となる。図５Ｅに示すように、第２プランジャ２０１を中間位置から上死点方向に所定の速度にて移動し、第２ポンプ２００の吐出工程が行われる。図５Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は下死点に配置されているから、第１ポンプは実質的に作動していない。したがって、図５Ｇに示すように、第２ポンプ流量は第２プランジャ２０１の移動速度に対応した所定の値となるが、図５Ｆに示すように、第１ポンプ流量はゼロである。

１回目のサイクルにおけるＰｈａｓｅ２−１の行程では、図５Ｂおよび図５Ｄに示すように、アクティブバルブ５は「閉−閉」の状態である。図５Ｅに示すように、第２プランジャ２０１は上死点方向に所定の速度にて移動し、引き続き第２ポンプの吐出工程が行われる。図５Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は、下死点から上死点方向に所定の速度にて移動し、第１加圧室１０２の圧力が第２加圧室２０２の圧力（ポンプ吐出圧力）に達するまで加圧する。したがって、図５Ｇに示すように、第２ポンプ流量は第２プランジャ２０１の移動速度に対応した所定の値となるが、図５Ｆに示すように、第１ポンプ流量はゼロである。

１回目のサイクルにおけるＰｈａｓｅ２−２の行程では、図５Ｂおよび図５Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「閉−閉」から「閉」にする。したがって、図２に示すように、第１加圧室１０２はアクティブバルブ５を介して第２加圧室２０２に接続される。図５Ｅに示すように、第２プランジャ２０１はＰｈａｓｅ１やＰｈａｓｅ２−１の速度の半分の速度で上死点まで移動し、第２ポンプの吐出工程が終了する。図５Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は、第２プランジャ２０１と同じ速度で上死点方向に移動し、第１ポンプの吐出工程が行われる。したがって、図５Ｇに示すように、第２ポンプ流量はＰｈａｓｅ１やＰｈａｓｅ２−１時の半分の流量となるが、図５Ｆに示すように、第１ポンプ流量も第２ポンプ流量と同じ流量である。すなわち、第１ポンプと第２ポンプで目標流量の半分ずつを吐出することでトータル流量を得ている。

１回目のサイクルにおけるＰｈａｓｅ３の行程では、図５Ｂおよび図５Ｄに示すように、アクティブバルブ５は「閉」の状態を維持している。図５Ｅに示すように、第２プランジャ２０１は上死点から中間位置まで移動し、第２ポンプの吸込工程が行われる。図５Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は、Ｐｈａｓｅ１時の第２プランジャ２０１速度の２倍の速度で上死点まで移動し、第１ポンプの吐出工程が終了する。したがって、図５Ｇに示すように、第２ポンプ流量はＰｈａｓｅ１時に相当する負の流量（吸込流量）となるが、図５Ｆに示すように、第１ポンプ流量はＰｈａｓｅ１時の第２ポンプ流量の２倍の流量となる。すなわち、第２ポンプの負の流量を第１ポンプで補って吐出することで目標のトータル流量を得ている。

２回目以降のサイクルにおいては、１回目サイクルと比較してＰｈａｓｅ１のみが異なっている。以下では２回目以降のサイクルにおけるＰｈａｓｅ１についてだけ説明をする。２回目以降のサイクルにおけるＰｈａｓｅ１行程では、図５Ｂおよび図５Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「閉」から「開」にする。したがって、図１に示すように、第２加圧室２０２は第１加圧室１０２より遮断され、第１加圧室１０２はアクティブバルブ５を介して貯蔵槽５１に接続される。図５Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は上死点から下死点方向に所定の速度にて移動し、第１ポンプの吸込工程が行われる。図５Ｅに示すように、第２プランジャ２０１は下死点から上死点方向に所定の速度にて移動し、第２ポンプの吐出工程が行われる。したがって、図５Ｇに示すように、第２ポンプ流量は第２プランジャ２０１の移動速度に対応した所定の値となるが、図５Ｆに示すように、第１ポンプ流量はゼロである。ここで、第１ポンプの吸込工程が第２ポンプ流量に影響を与えないのは、上記したようにアクティブバルブ５によって第２加圧室２０２が第１加圧室１０２から遮断されているためである。

以上の例では、Ｐｈａｓｅ２−１の行程のように、第１プランジャを動作させて第１加圧室の圧力が第２加圧室の圧力に達するまで加圧する行程を組み入れるようにしている。このような工程を組み入れることにより、アクティブバルブの切替えタイミング、それに溶離液の圧縮性やシール材の弾性変形などから生じる圧力変動（この圧力変動は流量に影響を与えて無視できない脈動をもたらす）を効果的に回避することができる。マイクロリットルレベル流量の送液においは、上記のような圧力変動を生じる流量域がある。したがってそのよう流量域ではＰｈａｓｅ２−１の行程を組み入れるのが好ましい。

ポンプ装置ＰＳは、以上のようなポンプ動作により、図５Ｈに示すように、溶離液を目標流量Ｑsetに高精度で保って送液することができる。

つぎに、マイクロリットルレベル流量送液における第３の送液量モードについて説明する。第３の送液量モードは第２の送液量モードよりも流量が大きい流量域で用いられる。図６に、第３の送液量モードにおけるポンプ装置ＰＳの動作モードを示す。図６のＡ〜Ｈは図５におけるＡ〜Ｈに対応している。

まず、前半の行程では、図６Ａに示すようにドレンバルブ９を閉じ、図６Ｂおよび図６Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「閉」にする。したがって、図２に示すように、第１加圧室１０２はアクティブバルブ５を介して第２加圧室２０２に接続される。図６Ｃに示すように、第１プランジャ１０１を下死点から上死点方向に所定の速度にて移動し、第１ポンプの吐出工程が行われる。図６Ｅに示すように、第２プランジャ２０１は伴に配置されているから、第２ポンプは実質的に作動していない。したがって、図６Ｆに示すように、第１ポンプ流量は第１プランジャ１０１の移動速度に対応した所定の値となるが、図６Ｇに示すように、第２ポンプ流量はゼロである。

つぎに、後半の行程では、図６Ｂおよび図６Ｄに示すように、アクティブバルブ５を「閉」から「開」にする。したがって、図１に示すように、第２加圧室２０２は、第１加圧室１０２より遮断される。図６Ｃに示すように、第１プランジャ１０１は上死点から下死点方向に所定の速度にて移動し、第１ポンプの吸込工程が行われる。図６Ｅに示すように、第２プランジャ２０１は下死点から上死点方向に所定の速度にて移動し、第２ポンプの吐出工程が行われる。したがって、図６Ｇに示すように、第２ポンプ流量は第２プランジャ２０１の移動速度に対応した所定の値となるが、図６Ｆに示すように、第１ポンプ流量はゼロである。すなわち、図６Ｈに示すように、第１ポンプと第２ポンプの吐出・吸込行程を交互に繰り返す動作によって目標のトータル流量Ｑsetを得ている。

以上のように第３の送液量モードによれば、アクティブバルブの単純で簡便な開閉動作により、マイクロリットルレベル流量における送液を安定的に行うことができる。

本実施例において、アクティブバルブは３ポジションの６ポートバルブとしているが、本発明においてはこの限りではなく、３ポジションであればポート数は限定されるものではない。

本発明では、上で説明したように、ナノリットルレベルの極低流量を送液する場合とマイクロリットルレベルの低流量を送液する場合とで送液量モードを変えている。以下で、このような送液量モードの使い分けを行うことについての考え方を説明する。基本的には、プランジャ式ポンプの場合、低流量で脈動を伴わずに高精度に送液するポンプの動作は、一押し運転である。いわゆるシリンジ式ポンプとしての動作である。シリンジ式は、流量脈動（圧力脈動）の問題を避けることができるというメリットを有するものの、「連続送液」を行えないというデメリットを有している。一方、繰返し運転（往復動運転）は、「連続送液」が可能であるというメリットを有するものの、連続送液中にプランジャの吸込工程を不可欠とするため無視できない流量脈動を伴うというデメリットを有している。

本発明では、ナノリットルレベルの極低流量域で送液する場合にはプランジャを一押し運転とする動作モードで定常運転を行う第１の送液量モードとし、マイクロリットルレベルの低流量域についてはプランジャに往復動を行わせる繰返し運転による第２や第３の送液量モードとすることにより、一押し運転と繰返し運転それぞれのメリットを一つのポンプ装置において有効に生かせるようにし、このことにより、ナノリットルレベルの極低流量からマイクロリットルレベルの低流量までの広い流量範囲の送液を一つのポンプ装置で実現することができるようになる。

以上では、ナノリットルレベルとマイクロリットルレベルなどのおおまかな流量目安を前提にした説明であったが、送液流量モードの切替えを行う流量は、一般的には以下のようにして決められる。ポンプ装置におけるプランジャの「１ストローク当たりの流量（あるいは流速）」は、プランジャの仕様であるプランジャの径とプランジャのストローク長で決まる。したがってプランジャの仕様が決まっていれば、液体クロマトグラフシステム（あるいはこれを使用するユーザ）が要求する「分析時間」ないし「測定時間」と「吐出流量（毎分の送液量）」に基づいて切替え流量を決定することができる。

具体例として、プランジャ径：φ２μｍ、ストローク長：８μｍとするとプランジャの１ストローク当たりの流量（あるいは流速）は約２５μｌ／ｍｉｎである。要求される吐出流量が５００ｎｌ／ｍｉｎであれば、プランジャが１ストロークするのに要する時間は約５０分となる。この場合に「分析時間」や「測定時間」が３０分であれば、プランジャを１ストロークすれば十分である。したがってポンプは一押し運転すればよいことになる。

一方、要求される吐出流量が１００μｌ／ｍｉｎであれば、プランジャが１ストロークするのに要する時間は０．２５分となる。この場合に「分析時間」や「測定時間」が３０分であると、プランジャの１ストローク分では不足となる。したがって繰返し運転（往復動運転）することになる。

すなわち、プランジャの１ストローク当たりの流量（あるいは流速）をＱｓ、要求吐出流量をＱｄ、要求分析時間（または測定時間）をＴｄとして、Ｑｓ／Ｑｄ＝Ｔ≧Ｔｄであれば、プランジャを一押し運転とする送液量モード（上の例では第１の送液量モード）とし、Ｑｓ／Ｑｄ＝Ｔ＜Ｔｄであれば、プランジャに往復動を行わせる繰返し運転による送液量モード（上の例では第２と第３の各送液量モード）とすることになる。

本例の液体クロマトグラフシステムを用いて分析や測定を行う場合、あらかじめ目標流量や測定時間に対するポンプ装置の運転方法を決めるマップを作成しておき、このマップを用いて液体クロマトグラフシステムを自動的に立ち上げるようにすることも可能である。例えば、ユーザが目標流量あるいは測定時間を入力する。液体クロマトグラフシステムは、マップから目標流量あるいは測定時間に対する最適なポンプの動作モードを読み取り、それにより自動的にポンプを立ち上げるようにする。

つぎに、高圧グラジエント運転システムに本発明による送液システム（液体クロマトグラフ用ポンプシステム）を適用する場合の形態例について説明する。図７に本発明による送液システムを適用した高圧グラジエント運転システムの構成を示す。高圧グラジエント運転システムでは、二つの送液システムを用い、高圧グラジエント運転を行う。本例の高圧グラジエント運転システムは、２台のポンプ装置１０ａ、１０ｂ、インジェクタ５３、カラム５４、検出器５５、貯蔵槽５６、ミキサー６２、およびメインコントローラ７０を含む。ポンプ装置１０ａ、１０ｂは、図１におけるポンプ装置ＰＳと同様である。またインジェクタ５３、カラム５４、検出器５５、および貯蔵槽５６も図１におけるそれらと同様である。なお図７では、煩雑になるのを避けてポンプ装置１０ａ、１０ｂの構成要素の一部について符号を付すのを省略してある。

ポンプ装置１０ａ、１０ｂそれぞれの第１ポンプの吐出通路には第１の圧力センサ６０ａ、６０ｂがそれぞれ設けられ、ポンプ装置１０ａ、１０ｂそれぞれの第１加圧室には第２の圧力センサ６１ａ、６１ｂがそれぞれ設けられている。またポンプ装置１０ａ、１０ｂそれぞれの吐出配管１９ａ、１９ｂはミキサー６２に接続されている。そしてミキサー６２の吐出側はインジェクタ５３に接続されている。

図８に高圧グラジエント運転システムにおける２つのポンプ装置１０ａ、１０ｂのそれぞれで送液される溶離液の流量の関係を示す。グラジエント運転とは、ポンプ装置１０ａで送液される溶離液Ａとポンプ装置１０ｂで送液される溶離液Ｂの混合比を時間と共に階段状に変化させながら送液することをいう。すなわち、総送液流量（Ｑｔ＝Ｑａ＋Ｑｂ）を一定に保持しながら、２つの送液流量ＱａとＱｂの比率を変化させる。図８Ａに示すように、第１の溶離液Ａの流量Ｑａは時間と共に段階的に増加し、例えば、Ｑａ＝１から９９まで段階的に変化する。図８Ｂに示すように、第２の溶離液Ｂの流量Ｑｂは時間と共に段階的に減少し、例えば、Ｑｂ＝９９から１まで段階的に変化する。図８Ｃに示すように、総送液流量Ｑｔ＝Ｑａ＋Ｑｂは一定であり、その値を１００とする。なお総送液流量Ｑｔはミキサー６２の流量である。図８Ｄはミキサー６２の吐出点Ｓにおける両溶離液Ａ、Ｂの混合比を示す。第１の溶離液Ａと第２の溶離液Ｂの混合比は時間と共に段階的に増加する。例えば、Ｑｂ／Ｑａ＝１から９９まで段階的に変化する。本例は、１００段階のグラジエントである。したがって、総送液流量Ｑｔを１μｌ／ｍｉｎとすると最小流量および分解能はその１／１００、すなわち、１０ｎｌ／ｍｉｎである。

図８Ｅは、ポンプ装置の吐出圧力を示す。２つのポンプ装置それぞれの吐出配管１９ａ、１９ｂはミキサー６２を介して互いに接続されている。ミキサー６２による圧力低下または圧力損失を無視すると、２つのポンプ装置の吐出圧力は同一である。すなわち、第１のポンプ装置１０ａの第１の圧力センサ６０ａによって検出された吐出圧力は、第２のポンプ装置１０ｂの第１の圧力センサ６０ｂによって検出された吐出圧力に等しい。さらに、これらの圧力センサ６０ａ、６０ｂによって検出された吐出圧力は、ミキサー６２の吐出圧力に等しい。

図８Ｃに示すように、総送液流量Ｑｔが一定でも、図８Ｅに示すように、ポンプの吐出圧力は、最大１．５〜２倍程度も変化する。これは、２つの溶離液の混合比が変化すると、カラムを通過するときの流体抵抗が変化するためである。ポンプの吐出圧力を一定に保持しようとすると、逆に総送液流量Ｑｔが一定とならない。しかし、混合比と圧力変動の関係は過去の実験データより既知である。したがって、総送液流量Ｑｔが一定である場合の圧力変動曲線は予測可能である。そこで、ミキサー６２の吐出圧力を測定し、それを圧力変動曲線の予測値と比較し、両者の偏差をフィードバック信号としてポンプ装置を駆動することで総送液流量Ｑｔを一定に保つことができる。図８Ｅの実線の曲線は、ポンプの吐出圧力の測定値であり、破線の曲線は、過去の実験データより得られた目標圧力である。

図７に示すように、第１のポンプ装置に設けられた第１の圧力センサ６０ａの出力は、メインコントローラ７０にフィードバックされる。メインコントローラ７０は、第１の圧力センサ６０ａからの測定値を目標圧力と比較し、両者の偏差を求める。この偏差を各ポンプ装置１０ａ、１０ｂのコントローラ５０ａ、５０ｂに送信する。コントローラ５０ａ、５０ｂは、偏差に基づいて、各ポンプ装置１０ａ、１０ｂを制御する。

ポンプ装置１０ａ、１０ｂの吐出圧力が目標圧力より低い場合、総送液流量（Ｑｔ＝Ｑａ＋Ｑｂ）が低下している。したがって、総送液流量を増加させればよい。しかしながら、２つの送液流量ＱａとＱｂのどちらがより大きく低下しているのかは不明である。例えば、実際には第１の送液流量Ｑａが低下しているのに誤って第２の送液流量Ｑｂが低下していると判断し、第２の送液流量Ｑｂを増加させた場合、混合比の精度が悪化する。これはグラジエント運転における相互干渉と呼ばれる問題である。

本例では、２つの送液流量ＱａとＱｂは、同一の割合で増加または減少すると仮定する。したがって、図８Ｆに示すように、２つの送液流量ＱａとＱｂに対して、流量比に比例したフィードバックゲインを与える。すなわち、比例制御を行う。例えば２つの送液流量の比Ｑａ：Ｑｂが２０：８０の場合、２つの送液流量Ｑａ、Ｑｂのフィードバックゲインは、それぞれ（２０／１００）×Ｋ、（８０／１００）×Ｋで与えられる。Ｋは定数である。仮に総送液流量Ｑｔが５だけ不足している場合、２つのポンプへの指令値はそれぞれ２０＋（２０／１００）×Ｋ×５、８０＋（８０／１００）×Ｋ×５で与えられる。例えばＫを１とすると、前者は２１、後者は８４となる。この方法によれば２つのポンプ装置の固体差による混合比の精度の低下は避けられないが、相互干渉は避けられる。

以上のような高圧グラジエント運転システムは、混合精度に優れ送液を安定して行うことを可能とする。

つぎに、本発明による送液システムを適用して構成される２次元高性能液体クロマトグラフ／質量分析システムの形態例について説明する。図９に、２次元高性能液体クロマトグラフ／質量分析システムの構成例を示す。本例の２次元高性能液体クロマトグラフ／質量分析システムは、前段分離部、脱塩部、後段分離部および質量分析部を含み、さらにコンピュータで構成される制御部７９と各部の接続関係の切替え手段である６方バルブ８０を含んでいる。前段分離部は、ポンプ装置７１、オートサンプラ７２、およびイオン交換カラム７３を含み、脱塩部は、ポンプ装置７４およびトラップカラム７５を含み、後段分離部は、グラジエント送液ユニット７６および逆相カラム７７を含み、質量分析部は、質量分析計７８を含む。

前段分離部では、図１のポンプ装置ＰＳと同様に構成されているポンプ装置７１が制御部７９からの制御の下で溶離液を定量でイオン交換カラム７３へ送液する。分析対象の試料を含む試料溶液は、オートサンプラ７２から導入される。オートサンプラ７２から導入された試料の成分の一部は、イオン交換カラム７３で最初の溶離液により分離されてイオン交換カラム７３から流出し、６方バルブ８０を経由して接続された脱塩部のトラップカラム７５に成分ごとに分離された状態でトラップされる。トラップカラム７５にトラップされた各分離成分は、後述の脱塩、逆相グラジエント分離、および質量分析という一連の操作を経て分析される。前段分離部の溶離液流量としては、極微量試料に対する高分離能での分離を可能とするために２００μｌ／ｍｉｎ以下が好適である。

脱塩部では、イオン交換カラム７３による各分離成分の脱塩処理を行う。脱塩処理は、分離成分を逆相分離系である後段分離部へそのまま導入した場合、その分離成分に含まれる塩が後続の質量分析部の質量分析計７８に混入して質量分析計７８の分析性能に影響するのを防止するために行われる。

後段分離部では、トラップカラム７５で各分離成分を脱塩処理した後、６方バルブ８０を回転して流路を切り替える。そして、各分離成分は逆相カラム７７へ送られ、逆相分離用の溶離液によりグラジエント分離される。グラジエント送液ユニット７６は、高圧グラジエント運転システムについて上で説明しグラジエント運転と同様に２種類の溶離液を任意の混合比で混合した混合溶離液を送液する。具体的には、図１のポンプ装置ＰＳと同様に構成されている２つのポンプ装置７６ａ、７６ｂのそれぞれで送液される２種類の溶離液をミキサー７６ｃで混合することにより、任意混合比の混合溶離液として逆相カラム７７へ導入する。混合溶離液の混合比率は制御部７９の制御により段階的に変えられ、上記各分離成分は、混合溶離液の混合比率に応じた溶出強度に基づいてさらに各成分に分離される。後段分離部の溶離液流量としては、極微量試料に対する高分離能での分離を可能とするために１００μｌ／ｍｉｎ以下が好適である。場合によっては、５０ｎｌ／ｍｉｎ以下が好適な場合もある。

質量分析部では、以上のような２段階の分離により単一成分へ分離された各成分の定性、定量分析が質量分析計７８にて行われる。高性能液体クロマトグラフと質量分析計のインターフェースとしては、ＥＳＩ（エレクトロスプレーイオン化）、ＡＰＣＩ（大気圧化学イオン化）などが用いられる。また質量分析計としては、飛行時間型やイオントラップ型などの構成が適用される。

以上のような２次元高性能液体クロマトグラフ／質量分析システムは、例えばプロテオーム解析において高分離能を発揮し、高精度な自動分析を可能とし、また処理効率を高めることも可能とする。これには、本システムに用いているポンプ装置（７１、７４、７６ａ、７６ｂ）の送液能力が大きく寄与している。プロテオーム解析においては、採取した細胞から種々のたんぱく質を抽出して分析するが、細胞に含まれる各たんぱく質は極微量であり、増殖も不可能である。したがって２次元高性能液体クロマトグラフ／質量分析システムの検出感度を上げるためには、液体クロマトグラフシステムで極低流量の送液も行えることが求められることになる。またプロテオーム解析では、試料を投入してからデータ処理するまでに数時間の分析時間を要する。本発明による液体クロマトグラフ用ポンプシステムであるポンプ装置（７１、７４、７６ａ、７６ｂ）は、極低流量のナノリットルレベルから低流量のマイクロリットルレベルまでの広い送液量範囲での送液を一つのポンプで可能とし、送液動作モードの切替えを短時間で行うことを可能とするものであり、プロテオーム解析で求められる上記のような条件を満足させることができ、そのことでプロテオーム解析において高精度な自動分析を可能とし、また処理効率を高めることも可能とする。

図１０に、第２の実施形態による送液システムを適用した液体クロマトグラフシステムの構成例を示す。本例の液体クロマトグラフシステムは、図１の液体クロマトグラフシステムと基本的には同様である。したがって図１と共通する要素には同一の符号を付し、それらについての説明は適宜省略する。

この例の液体クロマトグラフシステムは、ポンプ装置ＰＳ´が本発明の第２の実施形態による送液システム（液体クロマトグラフ用ポンプシステム）で構成されている。ポンプ装置ＰＳ´は、第１の実施形態におけるポンプ装置ＰＳが一体構造であったのに対して、それぞれ別体に形成された第１のプランジャポンプ（第１のポンプ）１と第２のプランジャポンプ（第２のポンプ）２を並列的に組み合わせた構造とされている。第１ポンプ１には、貯蔵槽５１−１と脱気装置１４−１が吸込配管１６−１を介して接続され、第２ポンプ２には、貯蔵槽５１−２と脱気装置１４−２が吸込配管１６−２を介して接続されている。また第１ポンプ１は、吸込通路１０３に吸込チェック弁１０５が設けられ、吐出通路１０４に吐出チェック弁１０６が設けられ、第２ポンプ２は、吸込通路２０３に吸込チェック弁２０５が設けられ、吐出通路２０４に吐出チェック弁２０６が設けられている。これらのチェック弁は、図１のアクティブバルブ５が負っていた機能を実現する。すなわち送液量モードの切替えのための流路切替え手段として機能する。また第１ポンプ１と第２ポンプ２は、共通の吐出配管１９を介してそれぞれ個別にインジェクタ５３に接続されている。吐出配管１９には、ドレンバルブ９と圧力センサ６３が設けられている。以上が第１の実施形態におけるポンプ装置ＰＳに対するポンプ装置ＰＳ´の構造上の主な相違である。

つぎにポンプ装置ＰＳ´の動作について説明する。ポンプ装置ＰＳ´の動作は、基本的には図１のポンプ装置ＰＳと同様である。以下ではポンプ装置ＰＳ´に特有な動作を中心にして説明する。気泡排出・溶離液充填では、ドレンバルブ９を開にし、第１、第２の両ポンプ１、２を作動させて気泡の排出と溶離液の充填を行う。起動運転では、ドレンバルブ９を閉じ、第１プランジャ１０１のみを作動させて、第１ポンプ１の吐出圧力を目標圧力に到達させる。吐出圧力が目標圧力に到達したら定常運転に移る。定常運転では、ドレンバルブ９が閉じた状態で、第１ポンプ１を停止し、第２ポンプ２のみを作動させる。第２プランジャ２０１を低速にて第２加圧室２０２に押し込む。それにより、第２ポンプ２の吐出圧力を目標圧力に保持しながら、所定の流量で送液する。以上がポンプ装置ＰＳ´におけるナノリットルレベル流量の場合の動作モードである。マイクロリットルレベル流量の動作モードでは、第１、第２の両ポンプ１、２に、それぞれの加圧室の圧力をモニターしながら、交互に吐出・吸込工程を行わせることにより、所定の流量で送液する。

以上のように本実施形態におけるポンプ装置ＰＳ´は、別体に形成した第１、第２の両ポンプ１、２を配管で接続する構造とされているため、その分解作業が容易となり、シール交換などのメンテナンス作業の負担を軽減できる。また機器のレイアウト性が向上するなどの利点も得られる。

本発明は、送液システムについて、例えばナノリットルレベルの極低流量からマイクロリットルレベルの低流量までの広範囲な流量域での送液を一つのポンプで精度よく行えるようにするものであり、液体クロマトグラフの分野などで広く利用することができる。

第１の実施形態による送液システムを適用した液体クロマトグラフシステムの構成を示すとともに、アクティブバルブが「開」の状態を示す図である。 第１の実施形態による送液システムを適用した液体クロマトグラフシステムの構成を示すとともに、アクティブバルブが「閉」の状態を示す図である。 第１の送液量モードにおけるポンプ装置の動作モードを示す図である。 第２の送液量モードでアクティブバルブに現れる「閉−閉」状態を示す図である。 第２の送液量モードにおけるポンプ装置の動作モードを示す図である。 第３の送液量モードにおけるポンプ装置ＰＳの動作モードを示す図である。 高圧グラジエント運転システムの構成を示す図である。 高圧グラジエント運転システムにおける２つのポンプ装置それぞれの溶離液流量の関係を示す図である。 ２次元高性能液体クロマトグラフ／質量分析システムの構成を示す図である。 第２の実施形態による送液システムを適用した液体クロマトグラフシステムの構成を示す図である。

符号の説明

５ アクティブバルブ（流路切替え手段）
５ａ〜５ｈ ポート
１００ 第１のポンプ
２００ 第２のポンプ
ＰＳ ポンプ装置（送液システム）

Claims (6)

1. 液体を加圧して送液する第１のポンプと第２のポンプが互いに協調動作をなせるように組み合わされた送液システムにおいて、
   流路切替え手段を備え、前記流路切替え手段にて前記液体の流路を切替えることにより、それぞれ前記第１、第２の両ポンプの協調状態の異なる複数の動作モードの内のいずれかを選択きるようにされており、前記動作モードの選択により、それぞれ送液流量範囲の異なる複数の送液量モードの内のいずれかに切替えて送液を行えるようにされていることを特徴とする送液システム。
2. 所定の圧力と流量を保って送液する定常運転時に前記第１、第２の両ポンプのいずれかのみを送液に用いる送液量モードと、前記定常運転時に前記第１、第２の両ポンプを送液に用いる送液量モードが前記複数の送液量モードに含まれている請求項１に記載の送液システム。
3. 前記送液量モードの切替え基準とする流量は、送液対象のシステムで必要とされる分析時間ないし測定時間と吐出流量に基づいて決定するようにされている請求項１または請求項２に記載の送液システム。
4. 前記流路切替え手段は、複数のポートを有し、前記複数のポートの接続を切替えることにより流路の切替えを行うアクティブバルブで形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の送液システム。
5. 前記複数の送液量モードにわたる送液流量の範囲が毎分１ナノリットル〜毎分２００マイクロリットルにある請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の送液システム。
6. 溶離液を加圧して送液する第１のポンプと第２のポンプを有し、前記第１、第２の両ポンプは、前記溶離液の送液方向について前記第１のポンプが上流側となり前記第２のポンプが下流側となって互いに協調動作をなせるように組み合わされて構成されており、液体クロマトグラフシステムに組み込まれて使用される送液システムにおいて、
   流路切替え手段を備え、前記流路切替え手段にて前記溶離液の流路を切替えることにより、それぞれ前記第１、第２の両ポンプの協調状態の異なる複数の動作モードの内のいずれかを選択きるようにされており、前記動作モードの選択により、それぞれ送液流量範囲の異なる複数の送液量モードの内のいずれかに切替えて送液を行えるようにされていることを特徴とする送液システム。
   

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