JP2017161275A - 温調手段を備えた液体クロマトグラフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温調手段に用いる温度センサーの校正の際、基準温度計の取り付け／取り外しが不要で作業性の高い液体クロマトグラフ装置を提供する。
【解決手段】 構成手段のいずれか一つ以上を温調対象として温調する温調手段を備えた液体クロマトグラフ装置において、前記温調手段は、温調対象を加熱または冷却する加熱／冷却手段と、温調対象の温度を指示する第１の温度センサーと、第１の温度センサーと熱結合状態に置かれた第２の温度センサーであって、第１の温度センサーと種類、形状、特性、温度測定方式のいずれか一つ以上が異なる前記第２の温度センサーと、前記加熱／冷却手段および第１の温度センサーを用いて温調対象を所定の温度に制御する温度制御回路と、第１の温度センサーが示す温度を第２の温度センサーが示す温度に基づいて補正する温度校正手段と、を設ける。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液体クロマトグラフ装置に設ける、移動相供給手段、試料導入手段、分離カラム、検出手段等を温調するための温調器に関する。特に本発明は、温度計測手段に特徴を有する温調器に関する。

液体クロマトグラフ装置は、移動相（溶離液）供給手段、試料導入手段、分離カラム、検出手段およびそれらを接続する流路から構成されている。試料に含まれる成分を分析するために試料導入手段により分離カラムの上流に試料が導入されると、溶離液供給手段から供給された溶離液により分離カラムに試料が導入される。液体クロマトグラフは試料中の成分毎に分離カラムを通過する時間が異なることを利用して当該試料に含まれる成分を分離し、分離カラムから溶出された成分を分離カラムの下流に設けた検出手段で検出後、溶出液を廃棄または分取する。

液体クロマトグラフ分析において、分離カラムによる試料中の成分分離能を向上させたり、試料中の成分の溶解性を向上させたりすることを目的に、試料導入手段や分離カラムの温度を上げることが行なわれる。また、溶離液供給手段による溶離液の送液安定性や、分離カラムによるピーク保持時間や、検出手段による信号のベースライン等は温度に依存するので、必要に応じて温調される。

液体クロマトグラフに用いられる温調器は、温風循環方式(たとえば特許文献１)とブロック温調方式(たとえば特許文献２)の２方式に大別される。第１の温風循環方式は、溶離液供給手段、試料導入手段、分離カラム、検出手段等の温調対象を、個別に、または複数の手段にまとめて恒温槽に収容し、槽内の空気をヒーター等で加温し、ファン等で槽内の空気を撹拌、循環させる。槽内の空気温度を温度計測手段で計測し、温度制御回路で一定の温度に温調する。第２のブロック温調方式は、温調対象手段の筐体もしくは筐体に密着する形状のブロックを、直接ヒーター等で加温し、筐体もしくはブロックに設置した温度計測手段で温度を測定し、温度制御回路で一定の温度に温調する。

温度計測手段として、温度センサーが用いられるが、使用可能な温度センサーの種類としては、白金抵抗測温体、熱電対、サーミスタ、半導体温度センサーなどが挙げられ、使用する温度範囲に応じて適宜選択される。前記温度センサーは、時間応答性のよい、小型のセンサーが一般的に用いられている。

特開２０１４−１６３７３１号公報 特開２０００−０３９４２８号公報

液体クロマトグラフ装置において精密な分析をする場合、高精度な温調が求められる。高精度な温調を実現するための方法の一つとして、温度センサーを高感度にする方法が考えられる。

温度センサーとしてサーミスタと白金測温抵抗体を比較してみると、サーミスタは、感度が白金測温抵抗体の約１０倍ほど高感度であり、小型で安価であるという利点があるが、その反面、感温特性における個体差のばらつきが大きく、安定性に欠ける面がある。すなわちサーミスタは、白金測温抵抗体に比べ、温度精密さに優れ、温度正確さに劣るといえる。この温度正確さに劣るという欠点を補うために、通常、サーミスタを使用する際は、別途、校正された温度計を用いて温度補正を掛けるのが一般的である。例えば、複数の温調温度にて順次、温調を掛けた際に、別途、校正された温度計を用いて温調対象物の温度を測り、サーミスタと校正済み温度計の指示値の相関性を用いてサーミスタ素子の特性のばらつきを補正する。この補正では、校正済みの基準温度計を温調対象物に取り付け／取り外しする必要があるが、例えばブロック温調の場合には、温調されるブロックに基準温度計を取り付け／取り外しするためには、カバーや断熱材を分解／再組立てする等、手間がかかるという課題があった。

また、校正済み基準温度計を取り付け／取り外ししやすくするよう、あらかじめカバーや断熱材に温度計を取り付け／取り外しするための小窓を設けておくことも考えられるが、この小窓を設けたことによって、温調対象物に温度分布が生じる恐れがあり、高精度な温調が求められる用途においては小窓を設置することが許容できない場合がある。

本発明は、精密性および正確性のすぐれた温調手段を有する液体クロマトグラフ装置を提供することを目的とする。また本発明の他の目的は、温調手段に用いる温度センサーの校正の際、基準温度計の取り付け／取り外しが不要で作業性の高い液体クロマトグラフ装置を提供することである。

上記課題を鑑みてなされた本発明は、以下の態様を包含する。
［１］本発明の液体クロマトグラフ装置は、移動相供給手段と、試料導入手段と、分離手段と、検出手段と、前記各手段のいずれか一つ以上を温調対象として温調する温調手段と、を備えた液体クロマトグラフ装置において、
前記温調手段は、
温調対象を加熱または冷却する加熱／冷却手段と、
温調対象の温度を指示する第１の温度センサーと、
第１の温度センサーと熱結合状態に置かれた第２の温度センサーであって、第１の温度センサーと種類、形状、特性、温度測定方式のいずれか一つ以上が異なる前記第２の温度センサーと、
前記加熱／冷却手段および第１の温度センサーを用いて温調対象を所定の温度に制御する温度制御回路と、
第１の温度センサーが示す温度を第２の温度センサーが示す温度に基づいて補正する温度校正手段と、
を有することを特徴とする。

第２の温度センサーの素子自体の特性のばらつきに起因する測定温度の誤差が、温調で許容される系統誤差よりも小さい場合、第２の温度センサーを基準温度計としてその指示値（指示温度）をもとに、第１の温度センサーの指示温度を補正すなわち校正することが可能となる。

［２］温調手段は、温調対象と接する熱伝導性ブロックを有してもよく、第１の温度センサーおよび第２の温度センサーの両方を前記熱伝導性ブロックに固定するならば、温調対象を効率的に温度制御でき、温調対象に対する断熱構造を強固にするとともに、校正の際の第２の温度センサー（基準温度計）の取り付け／取り外しを不要なものにして作業性を高めることができる。
［３］温度校正手段は、温調対象を、少なくとも目標温度を含む温度域に設定して、第１の温度センサーと第２の温度センサーとの間で温度指示値の相関をとり、一次関数以上の補正式を取得するのが好ましい。すなわち、第１の温度センサーの指示値を補正式に代入して、第２の温度センサー（基準温度計）の温度指示値に換算した値を得る。温度指示値の換算は、温度センサーの指示値を出力する温度変換回路の回路定数に対して適用してもよいし、温度変換回路の出力をＡ／Ｄ変換した後、ディジタルデータに対して適用してもよい。

［４］本発明において、温調手段は、第１の温度センサーが示す温度と第２の温度センサーが示す温度の差が所定の閾値を超えた場合、温調に関するエラー情報を出力するように構成することもできる。本発明は、温調部に独立した二つの温度センサーを有し、温度補正後はほぼ同一の温度測定値が得られるため、一方の温度センサーや温度変換回路、Ａ／Ｄ変換器等に異常が発生した際に、二つの温度センサーの測定値を比較することにより、早期に異常を検知することが可能となる。異常を検知した際には、エラー信号を出力したり、測定中のクロマトグラムデータにフラグを付加したりして、温調に異常がある状態での測定であることをユーザーに注意喚起することができる。
［５］第１の温度センサーおよび第２の温度センサーとして抵抗値の変化を利用した抵抗温度計（サーミスタ、白金測温抵抗体、半導体温度センサー等）を用い、それらの抵抗温度係数の符号が互いに異なるものを使用すると、二つのセンサーが何らかの装置異常により被液し、電気の導通状態が変化した際、二つのセンサーの挙動が異なるため、被液のトラブルを早期に検知することが可能となる。

［６］第１と第２の温度センサーとして互いに温度検出原理の異なる温度センサー、例えば抵抗温度計と、異種金属の２接点間の温度差によって熱起電力が生じる現象（ゼーベック効果）を利用した熱電対を用いると、検出原理の違いから、何らかの装置異常により電気の導通状態が変化した際のセンサーの挙動が異なるため、早期に異常を検知することが可能となる。その場合、第１の温度センサーに抵抗温度計を用いて第２の温度センサーに熱電対を用いることも、また逆に第１の温度センサーに熱電対を用いて第２の温度センサーに抵抗温度計を用いることもできる。どの組み合わせとするかは温度調節に求める精度、確度、使用温度等に応じて適宜選択すればよい。
［７］本発明の第１の温度センサーは、より精密な温調を実現するために高感度な温度センサーであるサーミスタ等を用いるのが好ましい。第２の温度センサーは、第１の温度センサーより素子自体の特性のばらつきが少ない白金測温抵抗体を基準温度計として用いるのが好ましい。

本発明に係る液体クロマトグラフ装置に用いる温調手段は、温調に使用する第１の温度センサーに加えて、第１の温度センサーの測定温度を補正するための第２の温度センサーを設けたので、第１の温度センサーの校正を、使用中の温調対象の温度状態において直接実施することができる。また、温度計を取り付け／取り外しするために、温調対象を収容するカバーや断熱材等の分解／再組立てする手間を省くことができる。その結果、液体クロマトグラフの製造時やメンテナンス時の調整工程を短縮、簡易にすることができる。

また本発明は、温調手段として独立した二つの温度センサーを有し、温度補正後はほぼ同一の温度測定値が得られるため、一方の温度センサーや温度変換回路、Ａ／Ｄ変換器等に異常が発生した際に、二つの温度センサーの測定値を比較することにより、早期に異常を検知することが可能となる。異常を検知した際には、エラー信号を出力したり、測定中のクロマトグラムデータにフラグを付加したりして、温調に異常がある状態での測定であることをユーザーに注意喚起することができる。

液体クロマトグラフ装置の一例を示す図である。 従来の液体クロマトグラフ装置の温調手段の一例を示す図である。 従来の液体クロマトグラフ装置の温調手段において温度センサーの補正を行う構成の一例を示す図である。 本発明の液体クロマトグラフ装置の温調手段の一例を示す図である。 実施例の温調された示差屈折率計を上部から見たときの断面図である。 実施例の温調された示差屈折率計を側面から見たときの断面図である。 実施例の結果を示す図である。

液体クロマトグラフ装置の一例を図１に示す。溶離液容器３６に入った溶離液は配管２５で接続された移動相供給手段３８によって送液される。試料導入手段３９によって流路中に試料が導入され、分離手段４０によって試料が分離される。分離された試料は検出手段４１によって検出後、溶出液を廃液容器３７へ廃棄する。

従来の液体クロマトグラフ装置に用いる温調手段の一例を図２に示す。移動相供給手段、試料導入手段、分離手段、検出手段のいずれか一つ以上を温調対象として温調する。温調対象ブロック１は断熱材４に覆われ、その外側にカバー５があり、温調対象ブロック１が周囲の環境温度変動の影響を受けにくいように断熱、保温している。温調対象ブロック１はヒーター２により加温され、温度センサー３で温度を測定されて温調される。

温度変換回路６は温度センサー３に接続されて温調対象ブロックの温度を指示する温度信号１０を出力する。温度設定／表示器９で温調温度を設定し、目標とする温調温度設定値信号１１が出力される。温度制御回路７は温度信号１０を制御量とし温調温度設定値信号１１を設定値としヒーター２による発熱量を操作量とし発熱量指示信号１３を出力する。また、温度信号１０をＡ／Ｄ変換し現在温度表示信号１２を出力し、温度設定／表示器９で現在温度を表示する。電力供給回路８は発熱量指示信号１３に基づきヒーター２に電力を供給する。

従来の液体クロマトグラフ装置に用いる温調手段の温度センサーの補正の一例を図３に示す。補正をするために、別途、校正された温度センサー１４を断熱材４やカバー５を分解して、温調対象ブロックの温度センサー３の近傍に設置した後、断熱材４やカバー５を組み立てる。温度センサー３からの温度測定値が、校正された温度計測器１５での測定値と一致するように、補正係数を温度センサー３からの温度測定値に掛ける。補正作業が終了したら、再度、断熱材４やカバー５を分解し、校正された温度センサー１４を取り外し、断熱材４やカバー５を組み立てる。

本発明の液体クロマトグラフ装置に用いる温調手段の一例を図４に示す。第１の温度センサー１６は、従来の温度センサー３と同様で、温調をかけるために用いられる。第１の温度センサー１６の近傍に、第２の温度センサー１７が設置され、第１と第２の温度センサーは、温調対象ブロックの同一の温度を測定している。第１の温度センサーの素子自体の特性のばらつきを補正するために、第２の温度センサーが測定した温度を利用する。二つ以上の温調設定温度にて温調した際に、第１の温度センサーと第２の温度センサーの測定温度を比較し、第１の温度センサーの測定温度が第２の温度センサーの測定温度と等しくなるよう１次以上の補正式を作成し、それに第１の温度センサーの測定温度を代入することにより、第２の温度センサー（基準温度計）の温度指示値に換算した値を得る。

本発明において、検出手段として示差屈折率計を用い、この示差屈折率計を温調対象としたときの装置構成を図５，６に示す。図５は上部から見た断面図、図６は側面から見た断面図である。フローセル２３、ミラー２６、レンズ２８、ＬＥＤ３０、コリメートレンズ３１、フォトダイオード３２の光学素子は、それぞれセルホルダー２４、ミラーホルダー２７、レンズホルダー２９、発光・受光素子ホルダー３３によって保持され、各ホルダーはアルミ製光学ブロック２２にネジで固定されている。光学ブロック２２の周囲には断熱材４が設けられ、更にその外側にカバー５が設けられ、光学ブロック２２と光学ブロック支柱３４で接続・固定されている。配管２５内を流れる移動相が前記フローセル２３に流れ込み、移動相内に注入された試料と移動相の屈折率の差によってビームが偏向することを検出することにより、クロマトグラムが得られる。

ヒーター２は光学ブロック２２の側面に２個設置し、電気的に並列接続した。第１の温度センサー１６と第２の温度センサー１７はいずれもアルミ製の光学ブロック２２の底面の熱結合する近接位置に設置した。第１の温度センサーとしてサーミスタ（Ｒ２５＝１０．０ｋΩ、許容差±１％、Ｂ定数３４３５Ｋ±１％）を、第２の温度センサーとして白金測温抵抗体（Ｐｔ１０００Ω、ＪＩＳ Ａ級）を用いた。光学ブロックの温度を２９℃付近（温調ＯＦＦ）と、温調温度４０℃とに設定して第１と第２の温度センサーの測定温度（指示値）を図７に示した。温調ＯＦＦ時は、第１の温度センサーの測定値は２７．３７４℃、第２の温度センサーの測定値は２９．０５１℃であった。温調時は、第１の温度センサーの測定値は４０．０００℃、第２の温度センサーの測定値は４１．４０７℃であった。

上記２点の温度での第１、第２の温度センサーの測定値の相関関係を表す一次の補正式ｙ＝０．９７８６３ｘ＋２．２６１９４を得た。この式を用いることにより、第１の温度センサーを第２の温度センサーに基づいて校正することができる。本実施例では、補正のために２点の温度を測定し、１次式で直線補正式を求めたが、実際に温調をかける温度範囲を考慮し、３点以上の温調設定温度にて温度を測定し、２次以上の補正式を使用して補正の精度を高めることもできる。例えば、温調温度範囲が４０℃〜６０℃の温調手段の温度センサーを補正する場合、温調温度の上限の６０℃と下限の４０℃、中間点の５０℃の三つの温調温度にてそれぞれ第１および第２の温度センサーの指示値を記録し、２次関数の補正式を得ることが例示できる。

１ 温調対象ブロック
２ ヒーター
３ 温度センサー
４ 断熱材
５ カバー
６ 温度変換回路
７ 温度制御回路
８ 電力供給回路
９ 温度設定／表示器
１０ 温度信号
１１ 温調温度設定値信号
１２ 現在温度表示信号
１３ 発熱量指示信号
１４ 校正された温度センサー
１５ 温度計測器
１６ 第１の温度センサー
１７ 第２の温度センサー
１８ 第１の温度センサーの温度信号
１９ 第２の温度センサーの温度信号
２０ 第１の温度センサーの現在温度表示信号
２１ 第２の温度センサーの現在温度表示信号
２２ 光学ブロック
２３ フローセル
２４ セルホルダー
２５ 配管
２６ ミラー
２７ ミラーホルダー
２８ レンズ
２９ レンズホルダー
３０ ＬＥＤ
３１ コリメートレンズ
３２ フォトダイオード
３３ 発光・受光素子ホルダー
３４ 光学ブロック支柱
３５ 示差屈折率計
３６ 溶離液容器
３７ 廃液容器
３８ 移動相供給手段
３９ 試料導入手段
４０ 分離手段
４１ 検出手段

Claims (7)

1. 移動相供給手段と、試料導入手段と、分離手段と、検出手段と、前記各手段のいずれか一つ以上を温調対象として温調する温調手段と、を備えた液体クロマトグラフ装置において、
   前記温調手段は、
   温調対象を加熱または冷却する加熱／冷却手段と、
   温調対象の温度を指示する第１の温度センサーと、
   第１の温度センサーと熱結合状態に置かれた第２の温度センサーであって、第１の温度センサーと種類、形状、特性、温度測定方式のいずれか一つ以上が異なる前記第２の温度センサーと、
   前記加熱／冷却手段および第１の温度センサーを用いて温調対象を所定の温度に制御する温度制御回路と、
   第１の温度センサーが示す温度を第２の温度センサーが示す温度に基づいて補正する温度校正手段と、
   を有する前記液体クロマトグラフ装置。
2. 前記温調手段は、温調対象と接する熱伝導性ブロックを有し、第１の温度センサーおよび第２の温度センサーが前記熱伝導性ブロックに固定されてなる請求項１の液体クロマトグラフ装置。
3. 前記温度校正手段は、温調対象を、少なくとも目標温度を含む温度域に設定して、第１の温度センサーと第２の温度センサーとの間で温度指示値の相関をとり、一次関数以上の補正式を取得する請求項１または２に記載の液体クロマトグラフ装置。
4. 前記温調手段は、第１の温度センサーが示す温度と第２の温度センサーが示す温度の差が所定の閾値を超えた場合、温調に関するエラー情報を出力する請求項１から３のいずれかに記載の液体クロマトグラフ装置。
5. 第１の温度センサーおよび第２の温度センサーは、抵抗温度係数の符号が互いに異なる抵抗温度計である請求項１から４のいずれかに記載の液体クロマトグラフ装置。
6. 第１の温度センサーおよび第２の温度センサーが互いに温度検出原理の異なる温度センサーである請求項１から４のいずれかに記載の液体クロマトグラフ装置。
7. 第１の温度センサーがサーミスタ、第２の温度センサーが白金測温抵抗体である請求項６に記載の液体クロマトグラフ装置。

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