JP4480808B2

JP4480808B2 - 液体クロマトグラフ等の送液方法及び装置

Info

Publication number: JP4480808B2
Application number: JP07595799A
Authority: JP
Inventors: 小靖周
Original assignee: GL Science Inc
Current assignee: GL Science Inc
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000266736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフ等の送液方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分離分析手段の一つとして汎用されている高速液体クロマトグラフィーにおいて、その溶離液を送液するポンプはクロマトグラフの安定性を確保するために非常に重要な要素である。シリンジ型ポンプは、モーターでスクリュー式に送る方式であるので、高圧も容易に得ることができ、脈動も小さいが、シリンダーの体積によって送液量に限りがあり、連続分析が難しい。又、プランジャ型ポンプはピストンの往復運動に応じて液を送る方式であるので、ポンプ内の容量が小さくてすみ、連続的に送液できるが、圧力変動によって脈動が生じ易い。
【０００３】
この点を改善するため、プランジャーを複数使用する複式プランジャー方式が現在最も一般的高速液体クロマトグラフィーに使用されている。その流量は、プランジャーのストローク長を変えたり、プランジャーの往復回数を変えることにより調節することができる。具体的制御方法としては、プランジャーの稼動域中のある位置を指定位置とし、そこからの移動距離でストローク長を決定する方法や、モーターの回転数を変化させる方法などが知られている。
【０００４】
この一つに、特公平４−６１１９８に記載される送液ポンプがある。これは、圧縮予備圧を加えられるようにした与圧ポンプと与圧ポンプからの液を外部に吐出する計量ポンプより成り、計量ポンプの出力サイドの圧力を検出し、計量ポンプ室の圧力が、吐出工程に切換るときに、検出圧力と同じになるように与圧ポンプ室から計量ポンプ室へ吐出される液を加圧するようにしたものである。
これにより、送液すべき液体に適した耐圧流量の低下の補充曲線がなくても、どんな種類の液体に対しても設定流量の確保ができ、グラジエント溶出においても補正曲線が不要で、設定流量の確保が可能となるとしている。
【０００５】
近年、汎用サイズのカラムを使用する分析とは別に、更に内径の細いカラムを使用するセミミクロ、ミクロ分析が注目されつつある。これらの分析は、溶離液に用いる溶媒やその廃液などが汎用分析に比べて少なくてすむため、分析者や環境への影響を与える心配が少ないこと、導入サンプルの希釈率が小さいため、高感度分析が可能となること、液体を多量に導入することのできない検出器との接続が容易になることから、生体試料を中心に、特に微量サンプルの分析に使用され始めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、プランジャーの移動速度を下げ、ゆっくり動かすことで微小流量を実現することが行われる。更に加えて、溶媒組成などを時間に応じて変化させる、所謂グンジェント分析時の溶媒組成追従性、及びアイソクラティック分析時の送液安定性を図るためには、プランジャーのストローク長を分析条件によって変化させることが行われる。
例えば、低圧グラジェント分析の場合には、ストローク長が長いと、溶媒組成の勾配の追従性が極端に悪くなり、結果として得られるクロマトグラムピークの再現性が全くなくなることがある。逆に長いストローク長に設定し、２個あるプランジャー各々に１つの組成溶媒を通液し、ダブルプランジャーポンプ１台で、高圧グラジェント分析を行うことも可能である。
【０００７】
又、アイソクラティック分析の場合には、流量、圧力又は溶媒の種類に応じてストローク長を変化させることによって、より安定した送液、より高い送液精度を得ることができる。動作中にプランジャーのストローク長を変化させるためには、稼動域中のある指定位置までプランジャーを一旦移動させ、その位置を基準として新たに動作させることが必要となる。
【０００８】
現在、汎用カラムを使用する液体クロマトグラフに適する流量は凡そ１ｍｌ／ｍｉｎである。送液ポンプのストローク容量を１００μｌとすると、１ストロークには０．１ｍｉｎの時間が必要となる。この流量であれば、プランジャーを一旦移動させる時間も分析に影響しない程度の少ない時間に十分収まることになり、グラジェント分析にも十分追従することができる。
【０００９】
一方、ミクロカラムを使用する分析に前記ポンプを使用し、流量を１μｌ／ｍｉｎに設定すると、１ストロークに１００ｍｉｎの時間が必要となる。当然プランジャーを一旦移動させる時間も同程度に長いものとなり、グラジェント分析にはおろか、その他の条件変更にも到底対応できない。
【００１０】
そこで、分析条件を変更する場合にだけ、プランジャーを高速で移動し、強制的に指定位置まで持っていくことが考えられるが、ポンプの下流には高抵抗の分離カラムが接続されているので、移動の時間にシステム全体の圧力が急に上昇し、カラム及びその他の装置の許容圧力を超えたり、悪影響をもたらす虞れがある。
【００１１】
又、一方、特開平６−３２４０２５には大量の液を早送りして送液を可能にする自動ドレインバルブが示されている。ドレインバルブは、１ブロック内で溶媒導入口、溶媒出口、ドレイン流路を形成し、最小の流路とし、デッドボリュームの削減を目的としたもので、モーターにより駆動される切換シールの回動により、切換シールに形成される切換溝を介して溶媒出口とドレイン流路への切換を行う構造としており、切換シールのロータリーシールの構成には高度な加工技術を要し、バルブ構造が複雑でありコストもかかるものである。
【００１２】
本発明の目的は、分析条件に応じてプランジャーのストロークを変化させる場合に、プランジャーの高速移動を可能にし、且つその際のシステム圧力が殆ど上昇しないような方法及び構成を得ることで、特にセミミクロ・ミクロカラムを使用する微量分析において、その目的を達成することである。又、一つの目的は、従来では、溶媒の置換、ポンプの洗浄及びポンプヘッドに混入したエアーの排除などのため、手動でドレインバルブを開け、排出流路へ連通して、高流量で移動相或は洗浄液を送液する。しかし、使用者がシステム圧力が安全な値まで降下していない状態で手動でドレインバルブを開けてしまうこともある。その場合に、急な圧力変動でカラムが破損してしまう虞れがある。そのようなトラブルを防ぐために、先ずカラムに対して安全な圧力を設定し、キー操作により高流量で送液する指令を出す。その際に、圧力センサーにより検知されたシステム圧力が設定圧力以下に降下した時点から、自動ドレインバルブが制御部から送られた信号により自動的に排出流路に連通し、迅速に溶媒の置換、ポンプの洗浄及びポンプヘッドに混入したエアーの排除といった操作が自動的に行えるような構成を得ることである。又、他の一つの目的は、機構のシンプルな自動ドレインバルブにより、小型化、低デッドボリュームを達成し、スペースの節約、低コスト化、自動制御による利便性を得ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては第１に、移動相の圧力を圧力センサーにより感知し、分析条件の変更時、該圧力が設定圧力以下に降下した時から、該移動相を排出流路から排出させ、同時にその圧力信号を介して制御部により、ポンプのプランジャーを指定位置に高速で移動させることを特徴とし、第２に、インジェクターに接続する接続流路と排出流路とを、ドレインボディとダンパー間の流路、ポンプへの接続流路を介して連通状態に為すと共に、移動相の圧力を感知する圧力センサーを備え、該圧力センサーからの信号が設定以下に降下した時から、ポンプのプランジャーを指定位置まで高速で移動させ、該排出流路から移動相を排出させるための制御部を有することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す一実施例により本発明を説明する。
図１は本発明実施例による液体クロマトグラフの流路系を示すものである。該図において、２はポンプで、就中微小流量ポンプ、例えば０．０１〜５００μｌ／ｍｉｎの流量領域で移動相を送れるものを使用し、その吸入側に移動相槽１を接続し、その吐出口側に以下に詳述する自動ドレインバルブ３を接続してある。こゝで移動相とは、各種溶媒や洗浄液をさすものである。
【００１５】
自動ドレインバルブ３は、そのドレインボディー１０の一側にインジェクター５への接続流路２１を、他側には排出流路１４を形成させてある。該接続流路２１はインジェクター５の接続口５１に接続してあり、接続口５３，５６にサンプルループ、接続口５２を介してカラム６に接続してある。７はカラム６に接続した検出器で、一方は廃液槽４に接続してある。９は制御部で、ポンプ２、自動ドレインバルブ３、インジェクター５の制御を行っている。又、検出器７と連結したクロマトグラフィーデーター処理装置８も制御部９により制御されている。
【００１６】
【実施例】
図２乃至図５は自動ドレインバルブ３の実施例を示すものである。該自動ドレインバルブ３は、ポンプを収納する筐体等に固定されたドレインボディー１０に出入り自在のスクリュー１５とそのスクリュー１５を直線運動させる滑り機構１６、筐体に固定されたモーター１９より成り立っている。スクリュー１５は、その螺子１５１によりドレインボディー１０に設けたガイド１０１内に設けられた螺子１０２に螺入され、螺出入自在とされている。スクリュー１５には適宜箇処にリング１５２を嵌合させ、水密性を保持させてある。スクリュー１５の先端にはストッププラグ１５３が設けられ、多少の弾性を有するポリマー等にて形成するのが便である。
【００１７】
ガイド１０１の先端にはポンプ２，２の接続流路２０と連通する連通孔１０３が形成されている。該連通孔１０３端部は、ストッププラグ１５３と係合するようにテーパー状に形成されるのがよく、その後端は接続流路２０と連通している。排出流路１４は、ドレインボディー１０に穿設され、その先端はガイド１０１の先端部に連通している。又、該ドレインボディー１０には、インジェクター５（或はオートサンプラー）へ接続する接続流路２１及びポンプ２の脈流を減少させるユニットであるダンパー１１とポンプ２の吐出圧力を検知する圧力センサー１２を一体的に形成してある。
【００１８】
この構成は、ドレインボディー１０の一側、例えばスクリュー１５の螺入する対向面に空処１０４を穿設し、ダイヤフラム１３を介してダンパー１１を設けてある。ダイヤフラム１３は、その周囲をドレインボディー１０に固定してあり、ポンプ２への接続流路２０の開口或は開溝２０１及び接続流路２１の開口２１０と夫々対向してある。このダンパー１１は圧縮性液体を封入した袋体により構成し、ダイヤフラム１３を後端に添設してある。
【００１９】
次に、スクリュー１５の進退について説明すると、モーター１９の駆動軸乃至はその延長軸１９１には滑り機構１６を設け、スクリュー１５と係合させてある。その係合は、滑り機構１６にスクリュー１５の出入自在の滑りガイド１６１を設け、該滑りガイド１６１に溝１６２を設け、一方のスクリュー１５は後端が滑りガイド１６１に出入自在とし、且つその後端にピン１５４を張出させ、溝１６２に係合させて行っている図４（ａ）。又、ピン１５４と溝１６２の摩擦を減らすため、ピン１５４と溝１６２の間に鋼材のボール１５５を埋込み、更には溝１６２にボール１５５のガイド溝１６３を設けることもできる図４（ｂ）。又、ピン１５４には溝１６２に当たる部分にベアリング１５６を設けることもできる図４（ｃ）。滑り機構１６の後端には、円盤状のセンサープレート１８を設けてあり、センサープレート１８の端部には、位置定めセンサー１７を設けてある。該位置定めセンサー１７は、ストロボ、フォトインタラプター等の公知の各種のセンサーを使用できる。
【００２０】
ポンプ２には公知のシリンダーとプランジャーを含み、プランジャーの駆動部の後端にはセンサーを取付け、プランジャーの移動位置を感知させ、ステッピングモーターのパルス信号等により制御部９によりその制御をさせること及び自動ドレインバルブ３、インジェクター５も制御部９に連結し、夫々の制御をされるように構成することが推奨される。制御部９はシステム圧力信号やキー操作の指令に基づき連結するこれらを制御する。
【００２１】
次いで、その作動について説明する。
分析中に、ポンプ２により移動相槽１から送られた液は、自動ドレインバルブ３のポンプへの接続流路２０を経て開口或は開溝２０１より空処１０４に送られる。然るとき、該移動相はダイヤフラム１３を押しつつ開口２１０より接続流路２１に入り、接続流路２１はインジェクター５に連通し、移動相が接続流路２１に流れる。
【００２２】
この際、移動相がダイヤフラム１３を押圧する力は、ダンパー１１を介して圧力センサー１２に感得せられ、制御部９に伝達される。
制御部９を介して、キー操作又は設定されたプログラム等により、流量を変更すると、前記圧力センサー１２に検知されたシステム圧力が設定圧力以下に降下した時点から、制御部９に送られた信号により自動的に排出流路１４が開放され、移動相は抵抗の低い排出流路１４より排出され、システム圧力が殆ど上昇しない。この排出流路１４の開放を詳述すると、制御部９の信号によりモーター１９が回動され、その軸１９１に設けた滑り機構１６を回動させる。この回動により滑り機構１６の溝１６２に係合されたピン１５４を介してスクリュー１５が回動される。このスクリュー１５は螺子１０２に螺入した螺子１５１に案内されて後退する。このスクリュー１５の後退は、後部は滑りガイド１６１に進む型となり、ピン１５４は溝１６２中を移動する。このため、スクリュー１５の先端のストッププラグ１５３は連通孔１０３の後端テーパーより離脱する。そこで、接続流路２０に連通する連通孔１０３が開放され、ガイド１０１を介して排出流路１４５と連通する。
【００２３】
一方、モーター１９の回動は、滑り機構１６に設けたセンサープレート１８の回動を位置決めセンサー１７により感知し、その信号を制御部９に送り、制御させることになり、所望量の回動により停止される。一方、ポンプ２は、その駆動部のモーターがプランジャーを高速で指定された位置まで移動させる。もちろん、この際インジェクター５へ接続する接続流路２１が高抵抗のため、移動相は抵抗の低い排出流路１４へ流れる。プランジャーが指定された位置まで移動された時点で、制御部９から送られた信号により、自動ドレインバルブ３が排出流路１４を閉じ、ポンプ２は自動的に設定された流量に応じたストロークで送液する。
【００２４】
【発明の効果】
上記の如く本発明の請求項１によれば、移動相の圧力を圧力センサーにより感知し、分析条件の変更時、該圧力が設定圧力以下に降下した時から、該移動相を排出流路から排出させ、同時にその圧力信号を介して制御部により、ポンプのプランジャーを指定位置に高速で移動させるので、極めて簡単な方法、容易な操作にてポンプのプランジャーストローク長を自動・迅速に変更させると共に、液体クロマトグラフにシステム全体の圧力急上昇やカラムその他の装置に許容以上の圧力付加等の悪影響を与えることが防げる。又、ポンプのプランジャーのストローク長の自動・迅速な可変により、液体クロマトグラフシステムの安定制御時間が短縮でき、しかもプランジャーストロークの可変により安定・正確な送液が行える。就中、セミミクロ、ミクロカラムを使用する微量分析において、上記効果は特に顕著である。
【００２５】
又、請求項２によれば、インジェクターに接続する接続流路と排出流路とを、ドレインボディとダンパー間の流路、ポンプへの接続流路を介して連通状態に為すと共に、移動相の圧力を感知する圧力センサーを備え、該圧力センサーからの信号が設定以下に降下した時から、ポンプのプランジャーを指定位置まで高速で移動させ、該排出流路から移動相を排出させるための制御部を有するので、請求項１と同じ効果に加え、グラジェント分析時の溶媒組成の経時変化やアイソクラティック分析の流量、圧力、溶媒の種類に応じ、プランジャーのストロークを自在に変更させ、セミミクロ、ミクロカラムを使用する微量分析が容易に精度高く行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例による液体クロマトグラフの流路系を示す概略図
【図２】自動ドレインバルブの一実施例を示す概略断面図
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図
【図４】（ａ）図２のＢ−Ｂ線断面図の一実施例を示す概略図
（ｂ）図２のＢ−Ｂ線断面図の他実施例を示す概略図
（ｃ）図２のＢ−Ｂ線断面図の他実施例を示す概略図
【図５】図２の一部の拡大概略図
【符号の説明】
１移動相槽
２ポンプ
３自動ドレインバルブ
４廃液槽
５インジェクター
６カラム
７検出器
８クロマトグラフィー処理装置
９制御部
１０ドレインボディー
１１ダンパー
１２圧力センサー
１３ダイヤフラム
１４排出流路
１５スクリュー
１６滑り機構
１７位置決めセンサー
１８センサープレート
１９モーター
２０接続流路
２１接続流路

Claims

移動相の圧力を圧力センサーにより感知し、分析条件の変更時、該圧力が設定圧力以下に降下した時から、該移動相を排出流路から排出させ、同時にその圧力信号を介して制御部により、ポンプのプランジャーを指定位置に高速で移動させることを特徴とする液体クロマトグラフ等の送液方法。
インジェクターに接続する接続流路と排出流路とを、ドレインボディとダンパー間の流路、ポンプへの接続流路を介して連通状態に為すと共に、移動相の圧力を感知する圧力センサーを備え、該圧力センサーからの信号が設定以下に降下した時から、ポンプのプランジャーを指定位置まで高速で移動させ、該排出流路から移動相を排出させるための制御部を有することを特徴とする液体クロマトグラフ等の送液装置。