JP2010085146A - グラジエント送液装置，グラジエント送液システム、および液体クロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】
保持時間の再現性の良いグラジエント送液装置を提供する。
【解決手段】
本発明のグラジエント送液装置では、１０方バルブは、第１のポンプからの溶液をサンプリングループ４ａに送液しながら、第２のポンプによってサンプリングループ４ｂに充填された溶液を６方バルブ側へ押し出す第１の状態と、第１のポンプからの溶液をサンプリングループ４ｂに送液しながら、第２のポンプによってサンプリングループ４ａに充填された溶液を６方バルブ側へ押し出す第２の状態とを交互に繰り返し、第１の状態と第２の状態の切り替えタイミングと、第２のポンプによって押し出された溶液に試料を導入する６方バルブがロード側からインジェクション側へ切り替わるタイミングは、互いに同期している。
【選択図】図１

Description

本発明は、グラジエント送液装置，グラジエント送液システム、および液体クロマトグラフに関し、特に、グラジエントプロファイルの再現性の良い毎分ナノリットル流量のグラジエント送液装置，グラジエント送液システム、および液体クロマトグラフに関する。

近年、液体クロマトグラフ等の分離分析装置において、毎分ナノリットルの流量でグラジエント溶出をし、混合成分の分離を行う方式がいくつか提案されている。

例えば、１分析に要する組成の異なるグラジエント溶液を、１つ又は多数の分岐流路に一時格納し、順次分離カラムに導入する方法がある（特許文献１，２）。また、流路にスプリッタを設けて、毎分マイクロリットル領域の流量で送液されてきたグラジエント溶液の一部を分割して毎分ナノリットル領域の送液を得る方法もある。

しかし、前者の方法では、１分析に要するグラジエント溶液をあらかじめ分析ごとに充填するため、時間がかかり効率よく連続分析を行うことができない。また後者の方法では、流路の詰まりによる流量変動が発生し、正確に一定流量でグラジエント送液することができない。

そこで、安定で効率的に連続測定ができるよう、溶液を一時的に保留するサンプリングループを２つ備え、その流路切り替え手段を有し、グラジエント溶液の充填と試料導入部への押し出しを交互に行う手法が発明された（特許文献３，４）。

特開２００２−７１６５７号公報 特開２００２−３６５２７２号公報 特許第３８２３０９２号公報 特願２００５−３５１７１７号公報

しかし、保持時間の再現性に関しては、まだ汎用ＬＣ（毎分ミリリットル領域）に比べて悪い。考えられる原因の１つとして、溶液を一時的に保留するサンプリングループを持つ流路切り替えバルブは常に一定の間隔で切り替わっており、分析を開始する際、図４（ａ）（ｂ）に示すように、グラジエント勾配の立ち上がりが測定ごとに微妙にずれてしまうからである。

本発明の目的は、この課題を解決し、保持時間の再現性が良い、グラジエント送液装置，グラジエント送液システム、および液体クロマトグラフを提供することである。

上記の問題を解決するために、本発明のグラジエント送液装置では、流路切り替え手段は、第１のポンプからの溶液を第１のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第２のサンプリングループに充填された溶液を押し出す第１の状態と、第１のポンプからの溶液を第２のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第１のサンプリングループに充填された溶液を押し出す第２の状態とを交互に繰り返し、
第１の状態と第２の状態の切り替えタイミングと、第２のポンプによって押し出された溶液に試料を導入する試料導入部がロード側からインジェクション側へ切り替わるタイミングは、互いに同期している。

また、本発明のグラジエント送液システムでは、流路切り替え手段は、第１のポンプからの溶液を第１のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第２のサンプリングループに充填された溶液を試料導入部側へ押し出す第１の状態と、第１のポンプからの溶液を第２のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第１のサンプリングループに充填された溶液を試料導入部側へ押し出す第２の状態とを交互に繰り返し、第１の状態と第２の状態の切り替えタイミングと、試料導入部がロード側からインジェクション側へ切り替わるタイミングは、互いに同期している。

ここで、試料導入部がロード側とは、試料を試料導入部に備えられたカラムに保持する状態であり、インジェクション側とは、カラムに保持した試料が１０方バルブ３からの溶液により、分析カラム（不図示），検出器（不図示）側へ送られる状態である。

本発明のグラジエント送液装置およびグラジエント送液システムでは、上記のように、第１の状態と第２の状態の切り替えタイミングと、試料導入部がロード側からインジェクション側へ切り替わるタイミングは、互いに同期している。そのため、測定回毎に生じるグラジエントカーブの立ち上がりのズレを無くすことができる。従って、保持時間の再現性を良くすることができる。

以上のように、本発明によれば、保持時間の再現性を良くすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

図２は、本発明のグラジエント送液システムの概略構成を示す図である。

グラジエント送液システムは、図２に示すように、第１のポンプ１，第２のポンプ２，１０方バルブ（流路切り替えバルブ）３，６方バルブ（試料導入部）５、および制御部６を備えている。ここで、６方バルブ５を除いた、第１のポンプ１，第２のポンプ２，１０方バルブ（流路切り替えバルブ）３、および制御部６を備えたグラジエント送液装置も本発明の範疇に含まれる。また、グラジエント送液システムにさらに、分析カラム（不図示），検出器（不図示）等を加えた液体クロマトグラフも本発明の範疇に含まれる。

第１のポンプ１は、マイクロフローレベル（μｌ／min）の流量で２つの溶液を低圧グラジエント方式、即ち、電磁弁（ソレノイドバルブ）のオン／オフで溶液の組成比を決めて混合し、送液を行う。第１のポンプ１は、複数の溶液の混合比を変更しながら送液するポンプである。第１のポンプ１は、低圧グラジエント方式に限らず、高圧グラジエント方式でもよく、この場合には、それぞれの溶液に送液ポンプが備えられる。この場合、送液ポンプから送られる溶液は、混合された後、１０方バルブ３へ送られる。

１０方バルブ３は、サンプリングループ４ａ（第１のサンプリングループ），サンプリングループ４ｂ（第２のサンプリングループ）、及びサンプリングループ４ｃを備えている。第１のポンプ１から送液された溶液は、１０方バルブ３内の流路を切り替えることにより、サンプルリングループ４ａ・４ｂの何れかに送られ、充填される。サンプリングループ４ａ・４ｂの容積は、それぞれ１マイクロリットル（μｌ）位である。また、切り替えられる流路は、各穴を結ぶ流路である。

図２の状態（第１の状態）では、第１のポンプ１からの溶液は、サンプリングループ４ａを経由した後、流路４ｃを介して、ドレインに流れる流路を形成している。この状態において、第１のポンプ１からの溶液がサンプリングループ４ａに充填される。

１０方バルブ３が切り替えられると（第１の状態から第２の状態になると）、第１のポンプ１からの溶液は、流路４ｃを介して、サンプリングループ４ｂを経由した後、ドレインに流れる流路を形成する。この状態において、第１ポンプ１からの溶液がサンプリングループ４ｂに充填される。第１の状態と第２の状態との切り替えは、一定周期で行われる。例えば、図１に示すように、１分毎に切り替えが行われる。これにより、ナノフローグラジエント勾配を得ることができる。

第２のポンプ２は、溶液をナノフローレベル（ｎｌ／min）の流量で送液するものであり、これによりサンプリングループ４ａ・４ｂに充填された溶液を押し出して１０方バルブ３から６方バルブ５へ送液する。例えば、第１の状態では、第２のポンプ２からサンプリングループ４ｂを介して６方バルブ５に通じる流路が形成され、第２のポンプ２は、サンプリングループ４ｂに充填された溶液を押し出して６方バルブ５へ送る。一方、第２の状態では、第２のポンプ２からサンプリングループ４ａを介して６方バルブ５に通じる流路が形成され、第２のポンプ２は、サンプリングループ４ａに充填された溶液を押し出して６方バルブ５へ送る。

６方バルブ５には、トラップカラムを設けることができる。試料をトラップカラムに保持する状態を、「ローディング」といい、トラップカラムに保持した試料が１０方バルブ３からの溶液により、分析カラム（不図示），検出器（不図示）側へ送られる状態を、「インジェクション」という。６方バルブ５を切り替えることにより、「ローディング」と「インジェクション」とを互いに切り替えることができる。６方バルブ５に限られるものでは無く、試料を導入できるものであれば、６方バルブに限られない。

第２のポンプ２が送り出す溶液８は、第１のポンプ１からの流量に比べて桁違いに小さいために、実際に分析カラム（不図示）に到達するわけではない。したがって、第２のポンプ２には、電気浸透流を起こすのに最適な溶液を用いた電気浸透流ポンプを用いても良い。また同様の理由により、一定圧で送液する場合はガスボンベを用いても良い。なお、１０方バルブ３の切り替え、および６方バルブ５の切り替え等は、制御部６の制御により行われる。

次に、図面を用いて、本発明のグラジエント送液システムの動作について説明する。

図１に示すように、１０方バルブは、１分毎に状態が切り替わる。時刻ｔ１の第２の状態において第１のポンプ１により送られてきた溶液は、サンプリングループ４ｂに保留される。この時、サンプリングループ４ａに保留されている溶液は、送液用の溶液を送液する第２のポンプ２により６方バルブ５に送られる。

次に、１０方バルブ３が切り替わる時刻ｔ２に、サンプリングループ４ｂに保留された溶液が第２のポンプ２により６方バルブ５に送られる。その後、次回の１０方バルブ３の切り替わり（時刻ｔ３）まで、サンプリングループ４ａに第１のポンプ１から送られてきた別の溶液が保留される。

本実施の形態では、図１に示すように、分析スタート（６方バルブ５のローディング側からインジェクション側への切り替え）を、１０方バルブ３の切り替えのタイミング（時刻ｔ２）と同時に行っている。なお、時刻ｔ２は単なる一例であり、１０方バルブの切り替わりのタイミングであればいつでもよい。

このため、グラジエントカーブが、図３（ａ）（ｂ）に示すように、１回目の測定と２回目の測定とで同じになる。ここで、図３（ｂ）は、図３（ａ）における四角で囲った部分の拡大図であり、図３（ａ）（ｂ）における太線は低圧グラジエント型ポンプ（第１のポンプ１）が作製したグラジエントプロファイルである。図３（ａ）（ｂ）における縦軸は、複数のグラジエント溶媒を用いた場合の、あるグラジエント溶媒Ｂの比率を示しており、横軸は、時間を示している。

本実施形態によれば、グラジエント勾配（グラジエントカーブ）の立ち上がりが測定回毎にずれることが無く、保持時間の再現性を良くすることができる。

上記では、１０方バルブ３の流路の切り替えに合わせて６方バルブ５をローディング側からインジェクション側へ切り替えていた。しかしながら、逆に、６方バルブ５をローディング側からインジェクション側への切り替えに合わせて１０方バルブ３の流路を切り替えてもよい。この場合でもグラジエントカーブを測定毎にいつも同じにすることができる。

さらに、上記では、１０方バルブ３の流路の切り替えと、６方バルブ５をローディング側からインジェクション側への切り替えとを同時に行っているが、これに限らず両者の同期が取れば良く、必ずしも同時に行う必要は無い。例えば、１０方バルブ３の流路の切り替えと次回の１０方バルブ３の流路の切り替えとの中間において６方バルブ５をローディング側からインジェクション側へ切り替えてもよい。この場合でもグラジエントカーブを測定毎にいつも同じにすることができる。つまり、グラジエントカーブが測定毎にいつも同じであることが重要であるため、図３（ａ）（ｂ）に示す測定１回目のグラジエントカーブと測定２回目のグラジエントカーブは単なる一例にすぎない。

さらに、上記の１０方バルブ３の流路の切り替えのタイミング、及び６方バルブ５のローディング側からインジェクション側へ切り替えのタイミングに、第１のポンプ１が溶液を吸引開始するタイミングを同期させてもよい。これにより、更に保持時間の再現性を良くすることができる。図１における「複数の溶液を混合比をプログラムし送液するポンプ」は、第１のポンプ１であり、スタート時の混合比での吸引・送液（平衡化中）から、グラジエントプログラムに従って混合比での吸引・送液（分析中）への切り替わりにおいて（時刻ｔ２において）、グラジエント溶液の吸引が開始されることが好ましい。

〔比較例〕
なお、従来は、試料導入部が試料を導入するタイミングと１０方バルブが切り替わるタイミングとの同期が図れていなかったため、試料導入部が試料導入側に切り替わり（分析スタート）で始まるグラジエント勾配の立ち上がりは試料の測定回ごとに、１０方バルブの周期の間で不定となり、試料の測定再現性にも影響していた（図４（ａ）（ｂ））。

本発明のグラジエント送液装置は、液体クロマトグラフに用いることができる。

本発明のグラジエント送液装置における、１０方バルブの切り替えと、試料導入部のローディング・インジェクションの切り替えを示すタイミングチャートである。 本発明のグラジエント送液装置の概略構成を示す図である。 本発明のグラジエント送液装置を用いた場合の、第１回目の測定と第２回目の測定におけるグラジエントカーブである。 従来のグラジエント送液装置を用いた場合の、第１回目の測定と第２回目の測定におけるグラジエントカーブである。

符号の説明

１ 第１のポンプ
２ 第２のポンプ
３ １０方バルブ（流路切り替え手段）
４ａ 第１のサンプリングループ
４ｂ 第２のサンプリングループ
５ ６方バルブ（試料導入部）

Claims (6)

1. 複数の溶液の混合比を変更しながら送液する第１のポンプと、
   第１のポンプから送液された溶液が充填される第１及び第２のサンプリングループを備えた流路切り替え手段と、
   第１及び第２のサンプリングループに充填された溶液を押し出す第２のポンプと、を有するグラジエント送液装置であって、
   流路切り替え手段は、第１のポンプからの溶液を第１のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第２のサンプリングループに充填された溶液を押し出す第１の状態と、第１のポンプからの溶液を第２のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第１のサンプリングループに充填された溶液を押し出す第２の状態とを交互に繰り返し、
   第１の状態と第２の状態の切り替えタイミングと、第２のポンプによって押し出された溶液に試料を導入する試料導入部がロード側からインジェクション側へ切り替わるタイミングは、互いに同期していることを特徴とするグラジエント送液装置。
2. 請求項１のグラジエント送液装置において、
   第１のポンプが低圧グラジエント型ポンプであり、
   さらに、第１のポンプによる溶媒の吸引開始のタイミングが同期していることを特徴とするグラジエント送液装置。
3. 請求項１のグラジエント送液装置において、
   第１の状態と第２の状態の切り替えと、試料導入部のロード側からインジェクション側への切り替えと、を同時に行うことを特徴とするグラジエント送液装置。
4. 請求項１のグラジエント送液装置において、
   試料導入部は、６方バルブであることを特徴とするグラジエント送液装置。
5. 請求項１に記載のグラジエント送液装置を備えた液体クロマトグラフ。
6. 複数の溶液の混合比を変更しながら送液する第１のポンプと、
   第１のポンプから送液された溶液が充填される第１及び第２のサンプリングループを備えた流路切り替え手段と、
   第１及び第２のサンプリングループに充填された溶液を押し出す第２のポンプと、
   第２のポンプによって押し出された溶液に試料を導入する試料導入部と、を有するグラジエント送液システムであって、
   流路切り替え手段は、第１のポンプからの溶液を第１のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第２のサンプリングループに充填された溶液を試料導入部側へ押し出す第１の状態と、第１のポンプからの溶液を第２のサンプリングループに送液しながら、第２のポンプによって第１のサンプリングループに充填された溶液を試料導入部側へ押し出す第２の状態とを交互に繰り返し、
   第１の状態と第２の状態の切り替えタイミングと、試料導入部がロード側からインジェクション側へ切り替わるタイミングは、互いに同期していることを特徴とするグラジエント送液システム。

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