JP5545494B2

JP5545494B2 - クロマトグラフ

Info

Publication number: JP5545494B2
Application number: JP2011083609A
Authority: JP
Inventors: 祐一野坂; 貴松浦
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: US20120255341A1; JP2012220245A; CN102735765A

Description

本発明は、クロマトグラフに関し、詳しくは、分析の高速化に関する。

多成分試料に含まれている成分を分離して分析する方法として、クロマトグラフ法（クロマトグラフィー）が広く用いられている。

クロマトグラフ法では、多成分試料を移動相とともに固定相が充填されているカラムの一端から移動させる。試料の各成分は、カラム内部において、固定相に対する吸着力の違いや溶解度に応じて移動相と固定相に配分される分配力の違いに基づき、移動速度の大小として分離される。これらの移動速度を標準となる物質と比較することにより、それぞれの成分を同定できる。

ここで、このような方法をクロマトグラフィーといい、クロマトグラフィーに用いる装置をクロマトグラフといい、各成分が分離された状態を示す図などをクロマトグラムという。

移動相として気体を用いる方法がガスクロマトグラフィーである。ガスクロマトグラフィーで用いられるカラムとしては、金属管などに粉体が充填された充填カラムや、石英などの細管の内壁に液状の固定相が塗布されたキャピラリーカラムがあるが、分離性能が高いことからキャピラリーカラムが多く用いられている。

これに対し、移動相として液体を用いる方法が液体クロマトグラフィーである。液体クロマトグラフィーには、固定相として濾紙を用いたペーパークロマトグラフィー、たとえばガラス板上に形成されたシリカゲル薄層を用いた薄層クロマトグラフィー、たとえばシリカゲルが充填されたカラムを用いたカラムクロマトグラフィーなどがある。また、カラムに高い圧力をかけて高速分析できるように構成された装置を高速液体クロマトグラフという。

ペーパークロマトグラフィーと薄層クロマトグラフィーの場合、移動相は毛細管現象で移動する。カラムクロマトグラフィーにおいて、固定相としてイオン交換樹脂を用いるものをイオン交換クロマトグラフィーといい、多孔性ゲルを用いるものをゲル浸透クロマトグラフィーという。

図５は従来のクロマトグラフの一例を示す概略構成説明図であり、ガスクロマトグラフィーの例を示している。図５において、移動相１は、高圧ガスボンベから流量制御部２および試料注入部３を介してカラム４に導入される。

移動相１としては、Ｎ_２やＨｅなどの不活性ガスが用いられる。流量制御部２は、カラム４に導入される移動相１の流量を制御する。試料注入部３には複数ｍ種類の試料の中から目的とする試料が試料選択部５で選択されて所定量が注入される。試料注入部３は、試料が気化されていない場合には試料中の各成分が気化されるように所定温度に加熱される。

カラム４には試料に適した固定相が充填されるとともに試料を気化された状態に保つために所定の温度に加熱保持された恒温槽６に収納されていて、試料中の各成分はカラム４内で分離される。

カラム４で分離された試料中の各成分は、順次検出器７に導入される。検出器７としては、熱伝導度型、水素炎イオン化型、電子捕獲型、炎光光度型など、分析対象や分析目的に応じた適切なものが用いられる。

検出器７の出力信号はデジタル信号に変換されて演算制御部８に入力され、分析結果として表示部９に表示するために必要なデータ処理が施される。検出器７に導入された試料は排気される。

演算制御部８には操作入力部１０を介して分析条件やデータ処理のための演算条件や表示部９の表示形態などが設定入力され、これら設定された条件に基づいて装置の各部を統括的に制御する。

特許文献１には、モジュール化構成部品で構成されるイオンクロマトグラフ装置に関する技術が記載されている。

特開平５−５７２９

しかし、図５に示した従来構成によれば、一度に分析できる試料は１つだけである。複数の試料を分析する場合には、図６のタイミングチャートに示すように試料を一つずつ順番に分析することになり、多数の試料を分析するのに時間がかかってしまう。

また、試料には、図７のタイミングチャートに示すようにカラム４における分離の早い成分Ａ（たとえば注入から３分）と分離の遅い成分Ｂ（たとえば注入から１０分）を含むものがある。ところが、このような試料を分析する場合には、クロマトグラフの分析周期は分離の遅い成分Ｂに合わせることになり、分離の早い成分Ａについても分析結果を得るまでに時間がかかるという問題もある。

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、複数試料に対する分析時間を短縮できるとともに分離の早い成分の分析時間を短縮できるクロマトグラフを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
試料の成分を分離するカラムとこのカラムで分離された成分を検出する検出器を単位とする少なくとも１つの分析単位を有する少なくとも２つの分析モジュールが設けられ、
これら各分析モジュールは個別の分析周期を設定でき、それぞれの分析モジュールに固有の周期で複数の成分を含む共通の試料またはそれぞれ異なる試料を分析することを特徴とするクロマトグラフである。

請求項２の発明は、請求項１記載のクロマトグラフにおいて、
前記分析モジュールは、分析モジュールごとに着脱可能に構成されていることを特徴とする。

これらにより、複数試料に対する分析時間を短縮できるとともに分離の早い成分の分析時間を短縮できるクロマトグラフが実現できる。

本発明の一実施例を示す構成説明図である。図１の動作例を説明するタイミングチャートである。図１の他の動作例を説明するタイミングチャートである。本発明の他の実施例を示す構成説明図である。従来のクロマトグラフの構成説明図である。図５の動作例を説明するタイミングチャートである。図５の他の動作例を説明するタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図である。なお、図１では、従来例と同様にガスクロマトグラフに適用する例を説明するが、これに限るものではなく、各種のクロマトグラフにも適用できる。図１において、破線で囲まれた各ブロックは、分析モジュール１〜ｎであり、それぞれは試料の成分を分離するカラムとこのカラムで分離された成分を検出する検出器を単位とする少なくとも１つの分析単位を有するものであって、図４に示したクロマトグラフとほぼ同様に構成されている。

すなわち、たとえば分析モジュール１において、移動相１０１は、高圧ガスボンベから移動相分配器１０２→流量制御部１２→試料注入部１３の経路を通ってカラム１４に導入される。

移動相１０１としては従来と同様なＮ_２やＨｅなどの不活性ガスが用いられ、移動相分配器１０２により試料や分析目的に応じた適切な移動相１０１が選択されて流量制御部１２に導入される。流量制御部１２は、カラム１４に導入される移動相１０１の流量を制御する。試料注入部１３には複数ｍ種類の試料の中から目的とする試料が試料選択部１５で選択されて所定量が注入される。試料注入部１３は、試料が気化されていない場合には試料中の各成分が気化されるように所定温度に加熱される。

カラム１４には試料に適した固定相が充填されるとともに試料を気化された状態に保つために所定の温度に加熱保持された恒温槽１６に収納されていて、試料中の各成分はカラム１４内で分離される。

カラム１４で分離された試料中の各成分は、順次検出器１７に導入される。検出器１７としては、熱伝導度型、水素炎イオン化型、電子捕獲型、炎光光度型など、分析対象や分析目的に応じた適切なものが用いられる。

検出器１７の出力信号はデジタル信号に変換されて演算制御部１０３に入力され、分析結果として表示部１０４に表示するために必要なデータ処理が施される。検出器１７に導入された試料は排気される。ここで、カラム１４と検出器１７は、分析モジュール１における１つの分析単位を構成している。

演算制御部１０３には、操作入力部１０５を介して分析条件やデータ処理のための演算条件や表示部１０４の表示形態などが設定入力される。演算制御部１０３は、これら設定された条件に基づいて、装置を構成している各分析モジュール１〜ｎがそれぞれ固有の周期で試料を分析するように統括的に制御する。

これら分析モジュール１〜ｎ、演算制御部１０３、表示部１０４および操作入力部１０５は、二点鎖線で示した共通のケース（ハウジング）１０６に収納されて一体化されている。なお、分析モジュール１〜ｎは、分析モジュールごとに着脱可能に構成されている。

図２は、図１の具体的な動作例を説明するタイミングチャートである。（ａ）は分析モジュール１の動作を示し、（ｂ）は分析モジュール２の動作を示し、（ｃ）は分析モジュール３の動作を示していて、これら分析モジュール１〜３には共通の試料１が導入されている。

この共通の試料１は、カラム１４における分離時間が３分の成分Ａと、１０分の成分Ｂと、１５分の成分Ｃを含むものとする。そこで、分析モジュール１は成分Ｃの分離時間１５分を分析周期として分析動作を行い、分析モジュール２は成分Ｂの分離時間１０分を分析周期として分析動作を行い、分析モジュール３は成分Ａの分離時間３分を分析周期として分析動作を行う。

このように共通の試料１をそれぞれに固有の周期で分析を行う３つの分析モジュール１〜３に並列に導入することにより、成分Ｂについては分析に要する時間を従来の１５分から１０分に短縮でき、成分Ａについては分析に要する時間を従来の１５分から３分に短縮できる。また、成分Ａについては分析モジュール１が成分Ｃを分析する間に分析モジュール３は５回分析を繰り返すことができる。

図３は、図１の他の具体的な動作例を説明するタイミングチャートである。（ａ）は分析モジュール１の動作を示し、（ｂ）は分析モジュール２の動作を示し、（ｃ）は分析モジュール３の動作を示している。これら分析モジュール１〜３には同一の成分Ａ〜Ｃを含むもののそれぞれ異なる試料１〜３が導入されていて、分析モジュール１〜３は同時に並行して分析を行う。

分析モジュール１〜３を用いて図３のように動作させることにより、従来ならそれぞれ異なる３つの試料１〜３を全部分析するのに３＊１５＝４５分かかっていたものを、１５分で全試料１〜３を分析でき、全分析に要する時間を３分の１に短縮できる。

このように、１台のガスクロマトグラフに複数の分析モジュールを設けることができて複数の試料について同時に並行して並列分析を行うことができ、全試料の分析時間を大幅に短縮できる。

また、１台のガスクロマトグラフを構成する複数の分析モジュールに対してそれぞれ個別の分析周期を設定することができ、たとえばそれぞれの分析周期で同時に並行して同一の試料を分析させることにより、分離の早い成分の分析時間を大幅に短縮できる。

なお、上記実施例では、分析モジュールの恒温槽６にはカラム４のみが収納されている例を説明したが、検出器７の構造によっては検出器７も収納される場合もある。

また、上記実施例では、分析モジュールには試料の成分を分離するカラム４とこのカラム４で分離された成分を検出する検出器７とで構成された１つの分析単位を設ける例について説明したが、これに限るものではなく、たとえば図４に示すように、カラムｐ４１と検出器ｐ７１とで構成される第１の分析単位と、カラムｐ４２と検出器ｐ７２とで構成される第２の分析単位を設けるようにしてもよい。

図４の構成において、分析モジュールｐに設けられている２つの分析単位には、試料選択部ｐ５で複数ｍ種類の試料の中から選択された目的とする同一の試料が、試料注入部ｐ３を介して所定量がそれぞれ注入される。

これら２つの分析単位を、成分に応じて異なる分離時間に対応したそれぞれ異なる分析周期で動作するように駆動制御することにより、１つの分析モジュールｐで同時に並行して２つの成分を分析でき、分離の早い成分の分析時間を大幅に短縮できる。

１つの分析モジュールに組み込む分析単位の数は３つ以上であってもよい。この場合、組み込まれた分析単位で分析する試料は全部同一に限るものではなく、それぞれが異なる試料を分析するようにしてもよいし、いくつかの分析単位は同一試料を異なる分析周期で分析して残りの分析単位は異なる試料を分析するようにしてもよく、それらを任意に組み合わせることができる。

さらに、前述のように、図１の例では、ガスクロマトグラフに適用する例について説明したが、本発明はガスクロマトグラフに限るものではなく、各種のクロマトグラフにも適用できるものである。

以上説明したように、本発明によれば、複数試料に対する分析時間を短縮できるとともに分離の早い成分の分析時間を短縮できるクロマトグラフが実現できる。

２流量制御部
３試料注入部
４カラム
５試料選択部
６恒温槽
７検出器
１０１移動相
１０２移動相分配部
１０３演算制御部
１０４表示部
１０５操作入力部
１０６ケース（ハウジング）

Claims

試料の成分を分離するカラムとこのカラムで分離された成分を検出する検出器を単位とする少なくとも１つの分析単位を有する少なくとも２つの分析モジュールが設けられ、
これら各分析モジュールは個別の分析周期を設定でき、それぞれの分析モジュールに固有の周期で複数の成分を含む共通の試料またはそれぞれ異なる試料を分析することを特徴とするクロマトグラフ。
前記分析モジュールは、分析モジュールごとに着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載のクロマトグラフ。