JP4732960B2 - グラジェント送液方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、グラジェント送液方法及び装置に関し、特に低圧グラジェント送液方法及び装置に関する。

液体クロマトグラフィーに於いて、分析時間の短縮や分離の改善、ピーク形状の改善のために移動相の組成を変化させながら、試料成分を分離、溶出させるグラジェント溶離法を用いている。
又、グラジェント作成方法には、低圧混合方式（低圧グラジェント）と高圧混合方式(高圧グラジェント)がある。

低圧グラジェントは、電磁弁などを用いて溶液の混合比率を変化させながら、ポンプの入口側で溶液を混合して、後にカラムに送り出す方法である。
一方、高圧グラジェントは、２つ以上のポンプを用いて、夫々のポンプにて溶液を送液し、その流量を調節し、ポンプの出口側で溶液を混合し、送液する方法である。

従来のシングルシリンジ送液ポンプシステムに於いては、吸入と吐出を交互に繰り返す必要がある。吸入行程では、送液が行われないため送液量に脈動を来すのが通例である。この脈動を防ぐためダブルシリンジ方式がとられ、脈動のない安定した送液が行われるが、ポンプ流路切り換えバルブの設置により装置の大型化、複雑化を来し、コスト高になる問題がある。
この点を解決するために、特開２００３−１０７０６５記載の発明に於いて、二台のポンプ１，２を備え、一のバルブを用いてポンプ１が送液先流路に接続され、ポンプ２が供給源流路に接続される第一状態、逆にポンプ１が供給源流路に接続され、ポンプ２が送液先流路に接続される第ニ状態、ポンプ１，２共に送液先流路に接続された第三の状態とを切り換えるバルブ３を備え、このバルブ３をポンプ１，２の吸入、吐出動作に同期して切り換える装置が提案されている。（特許文献１）

この構成は、ポンプシリンダ内の全容積が一度に加圧されて、送液先流路（所謂システム系）に流される。この構成は、このポンプシリンダの作動が始動、停止モード、即ち断続的であり、所謂遷移的作用が生じることが避けられない。近時使用される毛管カラムを使用する液体クロマトグラフィーに於いては、従来のクロマトグラフィーに於いては、無視しても良いような微細なる流量の変化であっても、極めて大きな乱れとなって了う。従来技術では、毛管カラムを使用する連続した流量変化のない流体流を求められる技術に対遮することは困難である。

この従来の送液溶液を大気圧から分析システム圧力にまで圧縮する結果としての所謂遷移過程中の容積変動が生ずるのを避けるために、分析システム系に対する圧力変動又は流量変動が発生しないように、ＨＰＬＣポンプ作動の溶液圧縮段階と溶液送給段階を完全に隔離する方法として、特許第３４９１９４８号（特許文献２）が提案されている。

この発明は、第１，第２シリンジ手段と夫々に設けた駆動手段は各シリンジ手段に各々を独立に作動させるように連結される。第１，第２シリンジ手段は流体導管によって接続され、少なくとも一方が流体を送給するように受け取り、システム系に流体連通させてある。又、弁手段は第１シリンジ手段を隔絶するため前記導管に設けている。

又、第１，第２シリンジには夫々の内部圧力を測定する圧力検出手段を設けている。第１，第２シリンジ手段及び弁手段の作動を制御する制御手段を設け、この制御手段は第１，第２圧力検出手段の各出力を受け、第１シリンジが隔絶されている際には、第１シリンジ内に第２圧力検出手段によって測定された受け取りシステム内の圧力を表す第２シリンジ内の圧力に等しい圧力が充填された後に、弁手段を作動させて、第１シリンジを受け取りシステムへ連通させ、実質的に一定の流量を該受け取りシステムへ送給するポンプ送り装置である。

この発明によれば、ポンプ作動の溶液圧縮段階とポンプ作動の溶液送給段階を完全に隔離するので、溶液が大気圧からシステム圧力（系統圧力）にまで圧縮され、その結果、受け取りシステム、クロマトグラフィーシステムに圧力変動又は流動変動が生じない。
又、クロマトグラフィーシステムへのオフライン状態からオンライン状態での溶液送給段階への遷移過程中の容積変動を回避できる等の効果を有するとされている。
しかし、該発明に於いては、第１シリンジには第１圧力測定手段、第２シリンジには第２圧力測定手段と夫々のユニットに圧力センサー及び弁手段を持つ構成であり、夫々のユニット構成が複雑となり且、又その制御も複雑となり、設備も大型化し、製造コストも高額化する結果となっている。

又、最も問題となるのは圧力測定手段、即ち圧力センサーを２個使用する場合、その精度が問題である。何故なら、圧力センサーは個体差が存在するので、同一圧力条件でも異なる出力レベルを示す。高速液体クロマトグラフィーに使われている圧力センサーのレンジは０〜５００ＭＰａが多く、また０〜１００ＭＰａのものもある。圧力センサーの校正により、ある程度で圧力センサーの個体差を小さくすることが出来るが、広いレンジにわたって個体差をなくすことが出来ない。従って、特許文献２に示した発明のように、個々のポンプユニットに夫々の圧力センサーを設けて、各自の圧力センサーに出力された圧力値に基づいて圧縮工程が制御される場合、各自の圧力センサーに基づいて、各ポンプユニットの内部圧力とシステム圧力との差がそれぞれ異なる場合があり、安定した圧力で連続送液が不可能となる。

該特許文献２に於いて、制御装置４９が主シリンダー３ａの圧力センサー２３ａとアキュムレーターの圧力センサー２３ｂからの出力を比較して、両圧力センサーの相互校正を実施できるとしている。しかし、この状態はその明細書で述べているように、この流体連通は何れか一方の主シリンダーの送給準備完了の状態「０」、即ちピストン速度０の時に起こるもので、他のピストン速度は「正」であり、アンバランスの状態の下での測定となり、正確な値は得られず、正確な校正は出来ない。

又、特許文献２と同様に２個のシリンジと２個のバルブ使用し、更に２個のトランジューサーにより、二つのシリンジと共にクロマトグラフィーシステムに同時送液し、圧力の平衡化および圧力センサーの校正可能なシステムが提案されている（特許文献３）。
しかし、このシステムもセンサーとしてのトランスジューサー２３，２４は、共にシリンジ１２とシリンジ１４のそれぞれの圧力を感知するものであり、特許文献２の発明と同様にセンサー間の個体差の影響を受けて了うことは避けられない。又、バルブは図上ではロータリーバルブ１６と１８であるが、実施にはスイッチングバルブ２０及びＯＮ／ＯＦＦバルブ２１も必要となり、連続送液のためには４個のバルブが必要となり、構造も複雑となる。
更に、センサーの校正についてふれている処もあるも、送液予備加圧の配管経路は、ポンプからバルブ１８内を通った後、システム２６もしくは連通されていないバルブ１６のポート４２に行くのに対し、校正の場合（ＦＩＧ４）では、バルブ１８とバルブ１６の両方を通過した後、合流しシステム２６に向かうため配管経路が異なり、配管の圧力損失の分だけ差が生じ、正確な比較校正はできない等の問題がある。

又、電磁弁を用いたポンプの入口側で、溶媒の混合比率を変化させながら、送液する方法は特開２００４−２７１４０９、特開２００５−３５１７１７に記載されている（特許文献４，５）。
しかし、この発明は、２つのポンプを用い、２つのループに一時的に保留した溶液を第一のポンプによって混合溶媒を第１ループに送りながら、第２ポンプによって第２ループの溶媒を送る工程と、第１ポンプから第２ループに送りながら、第２ポンプによって第１ループの溶液を試料導入部側へ押し出す状態を交互に繰り返すようにしたものであり、切換えバルブのポンプ側の圧力測定をし、両ポンプ圧力の均衡を図らんとするものであり、切換えバルブのポンプ側と外側の分析カラムや検出器側の圧力比較は無視されており、依然として前記送給段階への遷移過程中の容積変動をクリアー出来るものではない。

特開２００３−１０７０６５号公報 特許第３４９１９４８号 米国特許第５９９３６５４号 特開２００４−２７１４０９号公報 特開２００５−３５１７１７号公報

クロマトグラフィー分離、就中毛管カラムを使用するようなナノ、ミクロの極めて微小流量の送液を正確に確実に行なうことが出来ると共に、その構成手段が簡便であり、コストが廉価に行なえる送液手段が必要とされ、更には二つの送液機構を使用する場合の送液機構間の圧力調整を極めて正確に行うことが出来、尚且つ、より簡単な機構にてそれを達成することが求められている。
又、微小流量の送液機構に於いては、精密さに重点を置くために少量の送液にこだわり、量的に多量な送液に適さない構成になることが指摘されている。
又、試料を導入する際に、サンプルバンドの拡散による影響を避けて安定した導入を図れることが求められている。

低圧グラジェント法に於いて、特定の時間毎の送液に伴う段階的な溶液の組成および容量の変化しか出来ず、直線的なグラジェントを得ることが求められている。

本発明は、低圧グラジェント法に於いて、溶液の段階状の組成の変化を極めて小さく出来るようにし、同一溶液を送液する時間（ステップ保持時間）を極めて短く出来るようにし、リニアグラジェントのような直線的なグラジェントに近づける方法および装置を得る事を目的とする。

本発明は、２つ以上のポンプユニットに於いて、ポンプ内の溶液を圧縮する際に、同一圧力センサーから夫々のポンプチャンバーの内部圧力値を得ることができ、従って、同一圧力センサーに基づいて、制御部が各ポンプユニットの内部圧力を制御するので、吐き出し始めの内部圧力とシステム圧力との差が異なることが無くなり、安定した圧力でグラジェント連続送液することが出来ることを目的とする。
又、本発明は、クロマトグラフィーシステム圧力をモニタリングするシステム圧力センサーと複数のユニットの内部圧力を観測する内部圧力センサーとは、所定の流量では圧力損失がほぼ無い流路を形成させて、実際に使用されるクロマトグラフィーシステムの分離・分析条件に対応できるように圧力センサー間の誤差を校正する装置を得ることを目的とする。

本発明の目的は、上記の目的を達成するため複数の送液手段を用いて正確な、且円滑な送液を行なうために、ポンプ作動の溶液圧縮段階とポンプ作動の溶液送給段階とを隔離する構成をとりながら、送液手段たる各ポンプに圧力測定手段を設けるのでなく、ポンプ作動の送給段階とポンプ作動の溶液圧縮段階の隔離を行なうものである。そのために送給段階で一つ、圧縮段階で一つの圧力測定を行ない、圧縮段階での複数の圧力測定による誤差の発生を防ぎ、送給段階と圧縮段階の隔離が行なわれ、尚且つ、送給段階と圧縮段階の接続が円滑、且確実に行なわれ、このため各送液手段は、弁手段を介して接続することにより、一つの圧力測定により圧縮段階での圧力を測定し、且送液段階に於いては送液されるクロマトグラフィーシステムの圧力と圧縮段階の圧力を制御した事により、グラジェント送液の極めて円滑な送液することが出来ることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決し目的を達成するため、第一に、多方バルブに複数のポンプユニットを連結し、更に分析システムへの供給流路と溶液の吸入流路を連通させるシステムに於いて、一ポンプユニットが供給流路に送液中に、他の一ポンプユニットは混合溶液を吸入する工程と混合溶液はグラジェントバルブにより、そこに連通した溶液貯蔵槽の選択的開通を以って混合溶液を形成させる行程と、一ポンプユニットの送液終了と共に他の位置ポンプの一定圧までの加圧する行程と、多方バルブの切り換えにより、他の一ポンプユニットの送液開始と一ポンプユニットの新混合溶液を吸入する行程と、以上の行程を順次行なう事よりなるグラジェント送液方法を提案する。

又、第ニに、多方バルブを切り換え送液するポンプユニット交代の際に、供給流路及び吸入流路に設けた圧力センサーにより、両流路の圧力を均衡させて圧力差のない送液をすることを特徴とするグラジェント送液方法を提案する。

又、第三に、多方バルブを切り換え送液するポンプユニット交代の際に、グラジェントステップに合わせて混合溶液をグラジェントバルブにより形成させる事を特徴とするグラジェント送液方法を提案する。

又、第四に、１ポンプユニット送液終了後、多方バルブの切り換えの際に、該ポンプユニットは溶液を吸入してポンプユニット及びその流路を通過洗浄させて排出させる事を特徴とするグラジェント送液方法を提案する。

又、第五に、多方バルブに複数のポンプユニットを連結し、該多方バルブには分析システムへの供給流路と溶液の吸入流路を連結させる一方、吸入流路には吸入バルブを設け、該吸入流路の断続と多方バルブの切り換えによる一ポンプユニットへの連通、他ポンプユニットとの断路機能を有させると共に、該吸入バルブには溶液流路Ｗを介して、複数の溶液貯蔵槽に連通し、選択的開閉を為すグラジェントバルブを連結させたことを特徴とするグラジェント送液装置を提案する。

又、第六に、吸入バルブには、排出流路を設けたことを特徴とするグラジェント送液装置を提案する。

又、第七に、分析システム流路への供給及び多方バルブ、吸入バルブ間の吸入流路には夫々制御機構に連結した圧力センサーを設置したことを特徴とするグラジェント送液装置を提案する。

本願明細書に於いて、分析システムとは各種測定法に基づく測定、検出、分析機器を云い、システムを総括したものであるが、個々の検出、分析機器をも含むものとする。
ポンプユニットは、1つのシリンダーとそれに適応するプランジャー及びプランジャーを駆動するアクチュエーターから成るが、アクチュエーターとしてはステップモーターその他の従来公知のものが使用される。シリンダーの駆動に関しては、モーターによるネジの回転駆動によるプランジャー押出し形式を使用するのが便である。

以下、本発明装置を使用した低圧グラジェエント送液について説明する。
低圧グラジェント送液システムの基本機構は、流体またはその混合物を送るポンプユニット１、ポンプユニット２、クロマトグラフィー等の分析システム圧力をモニタリングするシステム圧力センサー３、吸入流路Ｙ、ループ５１、ループ５２の内部圧力およびポンプユニット１、ポンプユニット２の内部圧力を測定する内部圧力センサー４、ループ５１またはループ５２を介して供給流路Ｘと前記吸入流路Ｙ、又は前記吸入流路Ｙと前記ポンプユニット１もしくは前記ポンプユニット２を接続するためのスイッチングバルブたる多方バルブ（ここでは８方バルブ）５、前記吸入流路Ｙと溶液流路Ｗの接続および隔絶、又は前記吸入流路Ｙと排出流路Ｚの接続および隔絶を可能とする１−４方または１−３方スイッチングバルブたる吸入バルブ６、それぞれ前記ポンプユニット１のポンプチャンバー１１と前記ポンプユニット２のポンプチャンバー１２の内に往復運動し、ポンプシール１５と１６を有するプランジャー１３と１４及びそれを駆動するリニアアクチュエーター９と１０、前記システム圧力センサー３と前記内部圧力センサー４の測定値を比較し、プランジャーのストローク長などの所定値に基づいて、前記多方バルブ５と前記吸入バルブ６の切り換え、前記リニアアクチュエーター９と１０の駆動を制御する制御部８から構成されている。
又、該基本機構は、吸入バルブ６に連通してグラジェントバルブ７００を設け、グラジェントバルブ７００には複数の溶液貯蔵槽７５，７６，７７，７８を電磁弁７０１，７０２，７０３，７０４、インレット７１，７２，７３，７４を介して接続してある。

圧力センサー３，４は、圧力を電気的な信号に変換する半導体素子またはピエゾ素子（圧電素子）からなる検知部、前記検知部をケーシングするケース、検知した信号を出力・増幅するための内蔵回路から構成されている。また、該圧力センサーは、流体の流れる流路、インレットとアウトレット、配管接続部を有する。この圧力センサーは、圧力を計測しようとする流路に用いられる配管の一部として接続してもよく、その配管にかかる圧力を測定し、電気的な信号として出力される。

制御部８は、圧力センサーからの圧力情報（センサーからの信号）、プランジャーの位置情報（駆動部からの信号）、ユーザーが指定した流速などの入力情報（インターフェースからの信号）を基に記憶し、内部での演算を行ない、プランジャーを駆動するリニアアクチュエーター９，１０及びスイッチングバルブ５，６，グラジェントバルブ７００を動作させる信号を出力する機構の全体を合わせたコンピューターを制御部８と称する。

ポンプユニット１，２は、夫々ポンプチャンバー１１，１２内を往復運動し、且ポンプシール１５，１６されるプランジャー１３，１４とプランジャー１３，１４を駆動するリニアアクチュエーター９，１０より構成される。これらポンプユニット１，２に於いて、プランジャー１３，１４を駆動するリニアアクチュエーター９，１０はステップモーター、マイクロステップモーター等を使用し、減速歯車モジュールや軸受、ナット等による直線送動変換機構等の従来各種公知機構を使用して行なわれる。

ポンプユニット１，２は多方バルブ５の夫々ポートＣ，Ｇに接続してあり、多方バルブ５はここでは多方バルブたる８方弁を使用している。多方バルブ５のポートＡには、受取り装置たるクロマトグラフィー等の分析システムＸ１への供給流路Ｘが、システム圧力センサー３を介して接続されている。
又、多方バルブ５にはそのポートＥに、内部圧力センサー４を介して吸入バルブ６に接続する吸入流路Ｙが、そのポートａに接続されている。吸入バルブ６には、そのポートｅに排出流路Ｚ、例えばドレインチューブが連結してあり、そのポートａと連通するポートｃにはグラジェントバルブ７００を介して、溶液貯蔵槽７５，７６，７７，７８が連結してある。

システム圧力センサー３は、多方バルブ５に連結した分析システムＸ１への供給流路Ｘの圧力、即ちクロマトグラフィー等Ｘ１のシステム圧力を感知するものである。内部圧力センサー４は、供給流路Ｙに設置され、多方バルブ５を介して、ポンプユニット１及びポンプユニット２に連結され、ポンプユニット１及びポンプユニット２及び吸入流路Ｙの圧力を測定し、制御部８に連結している。
吸入バルブ６は、吸入流路Ｙとグラジェントバルブ７００の接続及び隔絶、また吸入流路Ｙと排出流路Ｚの接続及び隔絶を行なっている。

ポンプユニット１，２の作動制御のための制御部８は前記システム圧力センサー３と前記内部圧力センサーの測定値により、又ポンプチャンバー１１，１２を往復動するプランジャー１３，１４のストローク長を得て、それを駆動するリニアアクチュエーター９，１０の駆動を制御する如く構成されている。又、多方バルブ５のポートＢ，Ｄ間とポートＦ，Ｈ間は夫々チューブにより接続され、ループ５１、ループ５２が形成されている。該多方バルブ５の８方スイッチングバルブは、４方スイッチングバルブを使用することも可能である。吸入バルブ６のポートｂとｄとは、プラグ栓で密栓するのが便である。

ここで使用されるグラジェントバルブ７００は、例えば溶液貯蔵槽７５，７６，７７，７８に収容の４種類の溶液Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒに対して夫々４つのインレット７１，７２，７３，７４と４つの開閉電磁弁７０１，７０２，７０３，７０４を有する。開閉電磁弁が開いた場合に、前記の溶液がバルブ中央部の共通アウトレットＳからポンプユニット１もしくはポンプユニット２により吸引される。予め設定されたグラジェントプログラムに従って、前期の複数開閉電磁弁が混合組成に等しい時間比例に基づいて開閉を繰り返すと共に、共通アウトレットＳでの混合された溶液は、ポンプユニット１もしくはポンプユニット２により吸引され、トータル容積が極めて小さい溶液流路Ｗ、吸入バルブ６と供給流路Ｙを通って、多方バルブ５に取り付けられたループ５１もしくはループ５２内に入る。

ループ５１に入った一定組成または一定組成範囲の混合溶液は、多方バルブ５を切り換えた後に、ポンプユニット１により分析システムへの供給流路Ｘを介して、クロマトグラフィー等の分析システムＸ１へ送られる。ループ５１の混合溶液を送出した直後に、スイッチングバルブ５を反対方向に切り換え、ループ５２に入った混合溶液がポンプユニット２により分析システムＸ１へ送られる。ループ５１とループ５２に交互に充満させた混合溶液の組成が、グラジェントプログラムに基づいて経時変化し、ポンプユニット１とポンプユニット２により交互に分析システムＸ１へ送られる。供給される混合溶液の各セグメントは前後に繋ぎ、流れ方向に沿って正しい組成変化が形成される。混合溶液組成の経時変化は直線的なものが多いが、階段状、指数的、対数的なものもある。制御部８が設定されたグラジェントプログラムに基づいて、グラジェントバルブ７００を制御し、開閉電磁弁により混合溶液を組成し、前記の如き送液により低圧グラジェント溶出システムを制御する。

低圧グラジェント送液システムの基本動作と制御
（ａ）複数の溶液Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒは、グラジェントバルブ７００によって、その組成比を制御されると共に、多方バルブ５のポートＥ，Ｆ間とＨ，Ｇ間が連通され、且吸入バルブ６のポートａ，ｃ間が連通された状態でポンプユニット１が混合溶液を吸引し、ループ５１内を満たす。
（ｂ）多方バルブ５が切り換り、Ａ，Ｈ間、Ｆ，Ｇ間、Ｂ，Ｃ間、Ｄ，Ｅ間が連通される。
（ｃ）ポンプユニット１により、ループ５１内の溶液が供給流路Ｘを通って分析システムＸ１へ供給される。その時、ポンプユニット２は新たな組成比の溶液を吸引し、ループ５２内を満たす。

（ｄ）ループ５２内が溶液で満たされた後、吸入バルブ６がポートａ，ｄ連通に切り換り、吸入流路Ｙが密栓される。
（ｅ）ポンプユニット１の送液により、供給流路Ｘ内の圧力上昇がシステム圧力センサー３に感受され、その測定値は制御部８に伝えられる。一方、ポンプユニット２は溶液を加圧し、ポンプチャンバー１２内の圧力はセンサー４に感知され、その内部圧力がシステム圧力と同等に加圧され、待機する。
（ｆ）ポンプユニット１がループ５１内の溶液を全て分析システムＸ１へ供給した直後に、多方バルブ５はポートＡ，Ｂ間、Ｃ，Ｄ間、Ｅ，Ｆ間、Ｇ，Ｈ間が連通される状態からＦ，Ｇ間、Ａ，Ｈ間、Ｂ，Ｃ間、Ｄ，Ｅ間が連通される状態に、吸入バルブ６はポートａ，ｃ間が連通される状態に切り換る。

（ｇ）ポンプユニット２がループ５２内の溶液を吐出し、分析システムＸ１へ溶液が供給される。この時、ポンプユニット１は新たな組成比の溶液を高速吸引し、吸入流路Ｙ、溶液流路Ｗおよびループ５１などを洗浄する。吸入バルブ６はポートａ，ｅ間が連通される状態に切り換えられ、洗浄液を排出流路Ｚを通って吐出する。吸入バルブ６は再びポートａ，ｃ間が連通される状態に切り換えられ、ポンプユニット１は新たな組成比の溶液を高速吸引し、ループ５１内を満たす。

（ｈ）ループ５１内が溶液で満たされた後、スイッチングバルブ６がポートａ，ｄに切り換り、吸入流路Ｙが密栓される。
（ｉ）ポンプユニット１は、チャンバー１１内の溶液を圧縮し、その圧力が供給流路Ｘの圧力センサー３の圧力（システム圧力）と同等になるようになるまで、ポンプ１が溶液を加圧し、待機する。
（ａ）から（ｉ）の動作を連続して行なうことで、グラジェントを生成させる。

低圧グラジェント法では、それぞれの溶液が入っている溶液貯蔵槽から目的の混合比率の溶液を作成する工程が必要不可欠となる。この混合溶液作成の調整を行なうのが、グラジェントバルブ７００である。このバルブは、上記に述べた如く開閉電磁弁である。つまり、開口と閉鎖の２つの状態しか持ち合わせないため、開口率（開口部分の大きさ）を調整して混合溶液を作成することは出来ない。このバルブを用いて混合溶液を作成するには、混合比率に応じた開口時間を設定する事により、混合溶液の作成が可能となる。

例えば、Ａ液：Ｂ液＝８０％：２０％を５μＬ／ｍｉｎ１分間で送液するために混合溶液を作成する場合、５μＬ／ｍｉｎでポンプチャンバー内に吸引される時に、Ａ液のバルブの開口時間を０．８分、Ｂ液の開口時間を０．２分とする事で作成可能である。しかし、この条件ではＡ液とＢ液は完全には混合されずに、層となって送液される恐れがある。これを解決する方法として、単位時間に区切ってその中でＡ液およびＢ液のバルブの開口を繰り返すことにより、混合比率をより正確（均一）に出来る。つまり上述の例で言えば、Ａ液の開口を０．０８分、Ｂ液の開口を０．０２分行なう動作を１０回繰り返す事によって、より正確（均一）な混合比率で行なうことが出来る。この単位時間は、より短いほうが混合溶液の均一性は向上する事になる。実際に単位時間を設定する場合は、使用するバルブ制御の性能および使用溶液の混合のし易さに依存するものである。

上記のように、調整された混合溶液をグラジェントとなるようにクロマトグラフィーシステムに送液する低圧グラジェント方法として下記の２種類がある。
１．低圧グラジェント方法１：ループ内単一組成ステップ
この方法は、低圧グラジェント用基本構造図１に示したループ５１、ループ５２から交互に単一組成の溶液を順次送液する事により、ステップグラジェントを形成する方法である。
つまり、ステップ毎に送出されるループが切り換わりながら、グラジェントを形成する。例として、Ａ液：Ｂ液が１００％：０％から０％：１００％までを１０ステップで行なうとする。

（１）システムの平衡化のために、初期組成であるＡ液：Ｂ液＝１００％：０％を送液
する。グラジェントバルブ７００は、Ａ液のみが開口（連通）され、基本的な連続送液動作が行なわれる。
（２）グラジェントの開始
１）ポンプユニット２が上死点に達すると、バルブ５の切り換えと同時にポンプユ
ニット１から１００％：０％溶液が送液され始める。同時に、ポンプユニット２はグラジェントバルブ７００を介して、混合比９０％：１０％の溶液がループ５２内に充填され、予備加圧される。
２）ポンプユニット１による初期組成溶液の設定時間分の送液が完了した段階で、
バルブ５の切り換えと同時にポンプユニット２によるループ５２内の溶液（９０％：１０％）の送液が開始される。

３）ポンプユニット１のシリンダ及びループ５１内には、設定時間で送出されなかった残存溶液が存在するため、吸入バルブ６のポートｅを介して排出する。（ポンプユニット２は送液中）
４）次いで、次の組成の溶液をグラジェントバルブ７００を介してループ５１に充填し、予備加圧を行なう。（ポンプユニット２は送液中）
５）ポンプユニット２による設定時間分の送液が完了すると共に、バルブ５の切り換えと同時に、ポンプユニット１の送液が開始される。
６）以降、２）からの繰り返し（低圧グラジェントバルブによる組成調整は変化する）

上記の設定を表にすると、以下のようになる。
以下、本発明装置一実施例のポンプ動作を表にして示す。
多方バルブ５のバルブポジションは、以下に示すように略する。
バルブポジション「１」…ポートＡ，Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ，Ｆ、Ｇ，Ｈが連通状態
バルブポジション「２」…ポートＢ，Ｃ、Ｄ，Ｅ、Ｆ，Ｇ、Ｈ，Ａが連通状態

低圧グラジェント方式の説明に於いては、説明の便宜上、１０％刻みのステップグラジェントを例として用いたが、ステップ間の混合比率推移および混合比率毎の継続時間を単位時間当たり極限的に細分割する事によって、リニアグラジェントと同様のグラジェントを形成できる。本方法では、ステップ保持時間内に、「残存溶液の排出」「溶液の吸引」「予備加圧」の３行程を行なう必要があるため、ステップ数の設定はこれらの行程のスピードに依存する。

２．低圧グラジェント方法２：ループ内グラジェント形成
この方法は、ポンプユニットの吸引時にループ内に一定範囲のグラジェント（複数のステップ）を形成させ、それを順次送液し続ける事により、全体としてグラジェントを形成させる方法である。
基本的な動作は、上記の低圧グラジェント方法１と同様であるが、方法１がループ内に充填する送液が単一組成であったのに対して、方法２（ループ内グラジェント法）に於いては、ループ内に溶液を吸引する際に低圧グラジェントバルブ７００の電磁弁の開口時間比率を経時的に変化させる事によって、ループ内にグラジェントを形成させた溶液が充填される。

このようにポンプユニットは基本送液動作を行ないながら、グラジェントバルブ７００の開口時間比率を経時的に変化するように調整する事により、システムにグラジェント溶液を送液する事が可能となる。
実際は、グラジェントバルブ７００は、ステップ状の溶液混合しか行えないため、ループ内に充填されるグラジェント溶液も厳密にはステップ状である。

本発明一実施例概略説明図 本発明他実施例概略説明図

符号の説明

１ ポンプユニット
２ ポンプユニット
３ システム圧力センサー
４ 内部圧力センサー
５ 多方バルブ
６ 吸入バルブ
８ 制御部
９ リニアアクチュエーター
１０ リニアアクチュエーター
１１ ポンプチャンバー
１２ ポンプチャンバー
１３ プランジャー
１４ プランジャー
１５ ポンプシール
１６ ポンプシール
１７ 試料導入ユニット
５１ ループ
５２ ループ
７１ インレット
７２ インレット
７３ インレット
７４ インレット
７５ 溶液貯蔵槽
７６ 溶液貯蔵槽
７７ 溶液貯蔵槽
７８ 溶液貯蔵槽
７００ グラジェントバルブ
７０１ 電磁弁
７０２ 電磁弁
７０３ 電磁弁
７０４ 電磁弁
Ａ ポート
Ｂ ポート
Ｃ ポート
Ｄ ポート
Ｅ ポート
Ｆ ポート
Ｇ ポート
Ｈ ポート
Ｑ 溶液混合具
Ｕ 流路
Ｗ 溶液流路
Ｘ 供給流路
Ｘ１ 分析システム
Ｙ 吸入流路
Ｚ 排出流路
ａ ポート
ｂ ポート
ｃ ポート
ｄ ポート
ｅ ポート

Claims (7)

1. 多方バルブに複数のポンプユニットを連結し、更に分析システムへの供給流路と溶液の吸入流路を連通させるシステムに於いて、一ポンプユニットが供給流路に送液中に、他の一ポンプは混合溶液を吸入する行程と、混合溶液はグラジェントバルブにより、そこに連通した溶液槽の選択的開通を以って混合溶液を形成させる行程と、一ポンプユニットの送液終了と共に他の一ポンプユニットの一定圧までの加圧する行程と、多方バルブの切換えにより、他の一ポンプユニットの送液開始と一ポンプユニットの新混合溶液を吸入する行程と、以上の行程を順次行なう事よりなるグラジェント送液方法。
2. 多方バルブを切り換え送液するポンプユニット交代の際に、供給流路及び吸入流路に設けた圧力センサーにより、両流路の圧力を均衡させて圧力差のない送液をすることを特徴とする請求項１記載のグラジェント送液方法。
3. 多方バルブを切り換え送液するポンプユニット交代の際に、グラジェントステップに合わせて混合溶液をグラジェントバルブにより形成させる事を特徴とする請求項１又は２記載のグラジェント送液方法。
4. １ポンプユニット送液終了後、多方バルブの切り換えの際に、該ポンプユニットは溶液を吸入してポンプユニット及びその流路を通過洗浄させて排出させる事を特徴とする請求項１から３記載のグラジェント送液方法。
5. 多方バルブに複数のポンプユニットを連結し、該多方バルブには分析システムへの供給流路と溶液の吸入流路を連結させる一方、吸入流路には吸入バルブを設け、該吸入流路の断続と多方バルブの切り換えによる一ポンプユニットへの連通、他ポンプユニットとの断路機能を有させると共に、該吸入バルブには溶液流路Ｗを介して、複数の溶液槽に連通し、選択的開閉を為すグラジェントバルブを連結させたことを特徴とするグラジェント送液装置。
6. 吸入バルブには、排出流路を設けたことを特徴とする請求項５記載のグラジェント送液装置。
7. 分析システム流路への供給及び多方バルブ、吸入バルブ間の吸入流路には夫々制御機構に連結した圧力センサーを設置したことを特徴とする請求項５又は６記載のグラジェント送液装置。

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