JP5659969B2

JP5659969B2 - 低圧グラジエント装置

Info

Publication number: JP5659969B2
Application number: JP2011149328A
Authority: JP
Inventors: 麻生　喜昭; 喜昭麻生; 藤男井上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102866217A; JP2013015451A; US20130008535A1; US8985144B2; CN102866217B

Description

本発明は、液体クロマトグラフの分析流路中で送液する移動相の組成を時間的に変化させるためのグラジエント装置に関し、特に低圧グラジエント装置に関するものである。

液体クロマトグラフとして、移動相をその組成を時間変化させながら分析流路に供給する低圧グラジエント装置を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。そのような低圧グラジエント装置は、複数種類の液が用意されており、それらの液がプランジャポンプなどの往復動式ポンプに吸引されるタイミングを制御してそれらの液の混合比率を調整することにより、移動相の組成を変化させるものが一般的である。

図６に従来の低圧グラジエント装置の一例を示す。
ポンプヘッド６内でプランジャ８が摺動することにより液の吸入と吐出を行なうプランジャポンプ１０があり、そのプランジャポンプ１０の液入口に入口流路５４、液出口に出口流路１２が接続されている。プランジャ８はモータやカム機構からなる駆動部１６によって一直線上で往復駆動され、駆動部１６は制御部５８によりその動作が制御されている。

プランジャポンプ１０により送液する移動相としてＡ〜Ｄの４種類の移動相が用意されているものとする。一端からそれぞれ移動相Ａ〜Ｄを吸入するための吸入流路５２ａ〜５２ｄの他端が合流部５５で合流して入口流路５４に接続されている。吸入流路５２ａ〜５２ｄのうちいずれか一つのみを開くように構成された切替機構５３が設けられている。切替機構５３は各吸入流路５２ａ〜５２ｄ上に設けられた開閉弁５３ａ〜５３ｄからなり、いずれか一つの移動相のみをプランジャポンプ１０に吸入させる。切替機構５３の動作は制御部１８により制御されている。図示は省略されているが、入口流路５４と出口流路１２にはそれぞれ逆止弁が設けられており、プランジャポンプ１０の吸入動作時は入口流路５４が開いて出口流路１２が閉じ、逆に吐出動作時は出口流路１２が開いて入口流路５４が閉じるようになっている。

このグラジエント装置では、Ａ〜Ｄの４種類の移動相のうち、例えば２種類をプランジャポンプ１０に順次所定のタイミングで切り替えて吸入して混合し、その混合液を液体クロマトグラフの分析流路へ送液する。そして、プランジャポンプ１０に吸引する移動相を切り替えるタイミングを時間的に変化させることにより分析流路へ送液する移動相の組成を変化させる。

特開平５−３１２７９５号公報

上記のグラジエント装置では、プランジャポンプ１０に吸入される移動相が合流部５５において互いに接しているが、プランジャポンプ１０に吸入される移動相の吸入流路のみが開いた状態となり、それ以外の移動相の吸入流路は閉じられているため、閉じられている吸入流路への他の移動相の逆流は発生しない。しかし、互いに接する移動相間に密度差があると、密度の高い移動相が密度の低い移動相の流路側へ流入（逆流）するという現象が起こることがわかった。この逆流が起こると、本来はプランジャポンプ１０に吸入されるべき移動相が他の移動相の流路側へ流入するために、所定の吸入量が得られず、プランジャポンプ１０から送液される移動相の組成に影響を与え、液体クロマトグラフの分析結果の再現性が得られなくなる。

そこで、本発明は、移動相の密度の違いによって発生する移動相の逆流を抑制することを目的とするものである。

本発明は、液の吸引と吐出を行なうことにより送液を行なう往復動式ポンプと、第１移動相を往復動式ポンプに導くための第１吸入流路と、第２移動相を往復動式ポンプに導くための第２吸入流路と、第１吸入流路と第２吸入流路とを合流させる合流部と、合流部と往復動式ポンプとを接続し、第１吸入流路又は第２吸入流路からの液を往復動式ポンプに導く入口流路と、第１吸入流路と第２吸入流路上にそれぞれに設けられ、各流路の開閉を互いに異なるタイミングで行なう電磁弁と、各吸入流路においてそれぞれの電磁弁と合流部との間でその吸入流路の内径が絞られた区間として設けられたオリフィスと、を備えたグラジエント装置である。
ここで、「オリフィス」は、流路の一部において内径が他の流路部分よりも小さくなっている部分を指している。流路を絞ってその部分の内径を小さくしたものの他、流路を遮る板に小孔をあけたものも含む。そのようなオリフィスが各吸入流路上に設けられていることにより、このオリフィスよりも先へ各吸入流路に他吸入流路からの移動相が逆流することが抑制される。

また、液体クロマトグラフの低圧グラジエント分析には、水系溶媒とアセトニトリルなどの有機溶媒がよく使用される。水系溶媒の代表的なものとしてリン酸緩衝液などの緩衝液が挙げられるが、緩衝液は有機溶媒と混合されると緩衝液中に溶けていた塩が析出する。上記のグラジエント装置で緩衝液と有機溶媒を使用すると、緩衝液による有機溶媒の流路側への逆流が発生し、有機溶媒の流路側で塩が析出する。この塩の析出が有機溶媒の流路を開閉する電磁弁やその近傍で発生すると、析出した塩が電磁弁の弁体と弁座の間に入り込んで閉じる際の弁体と弁座の間の液密性が損なわれ、電磁弁が完全に閉じられなくなるといった不具合が発生することがある。

本発明のグラジエント装置において、例えば第１移動相を有機溶媒、第２移動相を水系溶媒としても、第１吸入流路の電磁弁と合流部との間にオリフィスが設けられていることによって第１吸入流路側に流入する水系溶媒が電磁弁まで到達することが抑制されるので、電磁弁において塩が析出することを防止することができる。

オリフィスの内径はそのオリフィスが設けられている吸入流路の内径の１／２以下であることが好ましい。そうすれば、オリフィスが設けられている吸入流路内における溶媒の逆流防止の効果を高めることができる。

本発明のグラジエント装置によれば、少なくとも第１吸入流路を含む吸入流路の電磁弁と合流部との間にその流路の内径が絞られたオリフィスが設けられているので、第１移動相よりも密度の高い第２移動相が第２流路から第１吸入流路へ流入して逆流することをオリフィスで抑制することができる。

グラジエント装置の一実施例を概略的に示す流路構成図である。同実施例の切替機構部分の構造を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ位置における断面図である。同実施例のオリフィスの構造の一例を示す図である。有機溶媒系移動相と水系移動相を往復動式ポンプに吸引する際の各流路内の状態のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はいずれの流路にもオリフィスを設けていない場合、（Ｂ）は有機溶媒系移動相用の流路にオリフィスを設けている場合である。吸入流路が合流ブロックで合流する場合の合流ブロック内の空間の概念図であり、（Ａ）は合流ブロックの正面側から見た概念図、（Ｂ）は合流ブロックの上方から見た概念図である。従来のグラジエント装置の一例を概略的に示す流路構成図である。

図１を用いて液体クロマトグラフの低圧グラジエント装置の一実施例について説明する。
このグラジエント装置は、液の吸入と吐出を行なうことにより送液する往復動式ポンプの一例としてのプランジャポンプ１０を備えている。プランジャポンプ１０はポンプヘッド６とプランジャ８を備えており、ポンプヘッド６には入口流路４と出口流路１２が接続されている。プランジャ８は、ポンプヘッド６内で摺動するようにモータやカム機構を備えた駆動部１６により一直線上で往復駆動される。

ポンプヘッド６内でプランジャ８が摺動することにより、ポンプヘッド６内に入口流路４から液が吸入され、吸入された液が出口流路１２から吐出される。図示は省略されているが、入口流路４上、出口流路１２上には、それぞれ逆流を防止するための逆止弁が設けられており、吸引動作時には入口流路４が開かれて出口流路１２が閉じられ、逆に吐出動作時には出口流路４が開かれて入口流路４が閉じられる。

このグラジエント装置では、プランジャポンプ１０によりＡ〜Ｄの４種類の移動相を単体で又は混合して送液することができる。移動相Ａ〜Ｄをそれぞれ吸入するための吸入流路２ａ〜２ｄは合流部５で合流し、入口流路４の一端に接続されている。
各吸入流路２ａ〜２ｄの開閉を制御することができる開閉機構３が設けられている。開閉機構３は、各吸入流路２ａ〜２ｄ上に設けられた電磁弁３ａ〜３ｄからなり、各電磁弁３ａ〜３ｄを互いに異なるタイミングで開閉することができる。

吸入流路２ａ〜２ｄのそれぞれの電磁弁３ａ〜３ｄと合流部５との間にオリフィス１４ａ〜１４ｄが設けられている。オリフィス１４ａ〜１４ｄとは、それぞれ吸入流路２ａ〜２ｄにおいてその内径が絞られた区間である。密度の高い移動相がいずれかの吸入流路からプランジャポンプ１０に吸入される際、その高密度の移動相がより密度の低い移動相用の吸入流路側へ流入することがあるが、その逆流は内径が小さく絞られたオリフィスで抑制され、その流路に設けられている電磁弁まで到達することを防止する。

オリフィス１４ａ〜１４ｄの内径を吸入流路２ａ〜２ｄの内径の１／２以下にすることで、他の吸入流路から逆流してきた移動相を堰き止める効果を高めることができる。吸入流路２ａ〜２ｄの内径が例えば１〜２ｍｍ程度である場合には、オリフィス１４ａ〜１４ｄの内径を例えば０．３〜０．６ｍｍ程度にすることが好ましい。

この実施例のグラジエント装置の切替機構３の具体的な構造の一例について図２を用いて説明する。
この例の切替機構３は、複数のポートとそれらのポートを接続するための流路を備えた接続ブロック２０からなる。接続ブロック２０は直方体であり、その周囲４面にそれぞれ電磁弁３ａ〜３ｄが取り付けられている。接続ブロック２０の周囲面のそれぞれの電磁弁３ａ〜３ｄの装着部分に流路接続部の気密性を高めるためのパッキン２９が挿入されている。

電磁弁３ａ〜３ｄはそれぞれ入口流路と出口流路を備えており、入口流路−出口流路間の接続と遮断を例えばダイヤフラム弁を駆動することによって切り替えるものである。電磁弁３ａは入口流路２７ａと出口流路２８ａ、電磁弁３ｂは入口流路２７ｂと出口流路２８ｂ、電磁弁３ｃは入口流路２７ｃと出口流路２８ｃ、電磁弁３ｄは入口流路２７ｄと出口流路２８ｄをそれぞれ備えているが、図では、（Ｂ）において入口流路２７ａ，２７ｃ、出口流路２８ａ，２８ｃのみを図示している。

パッキン２９は、図３に示されているように、電磁弁３ａ〜３ｄのそれぞれの入口流路２７ａ〜２７ｄに対応する位置に流路孔２９ａを、出口流路２８ａ〜２８ｄに対応する位置に流路穴２９ｂを備えている。

接続ブロック２０の上面に、入口ポート２２ａ〜２２ｄ及び出口ポート２４が設けられている。入口ポート２２ａ〜２２ｄは、移動相Ａ〜Ｄを吸入するための吸入流路２ａ〜２ｄ（図１）を構成する配管を接続するためのポートである。出口ポート２４は、プランジャポンプ１０の吸入口に繋がる入口流路４（図１）を構成する配管の一端を接続するためのポートである。

入口ポート２２ａ〜２２ｄはそれぞれ電磁弁３ａ〜３ｄに対応するように設けられている。すなわち、入口ポート２２ａは電磁弁３ａ側、入口ポート２２ｂは電磁弁３ｂ側、入口ポート２２ｃは電磁弁３ｃ側、入口ポート２２ｄは電磁弁３ｄ側にそれぞれ設けられている。出口ポート２４は入口ポート２２ａ〜２２ｄに囲まれるように接続ブロック２０上面の中心付近に設けられている。

接続ブロック２０の内部には、入口ポート２２ａと電磁弁３ａの入口流路２７ａを接続するための流路２６ａ、入口ポート２２ｂと電磁弁３ｂの入口流路２７ｂを接続するための流路２６ｂ、入口ポート２２ｃと電磁弁３ｃの入口流路２７ｃを接続するための流路２６ｃ、及び入口ポート２２ｄと電磁弁３ｄの入口流路２７ｄを接続するための流路２６ｄが設けられている。なお、流路２６ａ〜２６ｄのうち流路２６ａ，２６ｃのみが図２（Ｂ）において図示されている。流路２６ａ〜２６ｄはそれぞれパッキン２９の流路孔２９ａを介して入口流路２７ａ〜２７ｄに接続されている。

さらに、接続ブロック２０の内部には、一端がパッキン２９の流路孔２９ｂを介して電磁弁３ａ〜３ｄの出口流路２８ａ〜２８ｄに接続された流路３０ａ〜３０ｄが設けられている。流路３０ａ〜３０ｄの他端は合流部３１で合流し、出口ポート２４へと繋がる流路３２に接続されている。

接続ブロック２０の内部に設けられている流路２６ａ〜２６ｄ、３０ａ〜３０ｄの内径は１〜２ｍｍ程度である。パッキン２９の流路孔２９ａは流路２６ａ〜２６ｄ、３０ａ〜３０ｄと同程度の１〜２ｍｍ程度の内径を有する。他方、流路孔２９ｂは０．３〜０．６ｍｍ程度の内径を有し、図１におけるオリフィス１４ａ〜１４ｄを実現する。これにより、出口ポート２４に接続された往復動式ポンプに移動相を吸入する際、流路３０ａ〜３０ｄのいずれかを通って出口ポート２４側へ吸入される移動相が各流路を満たす移動相との密度差によって他の流路側へ流入して逆流が発生したとしても、その逆流がパッキン２９の部分で抑制され、各電磁弁３ａ〜３ｄまで到達することを防止する。

図４は、有機溶媒系移動相と水系移動相を混合して送液する際の流路内の状態のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はいずれの流路にもオリフィスを設けていない場合、（Ｂ）は有機溶媒系移動相を送液するための流路にオリフィスを設けている場合である。
オリフィスを設けていない場合、水系移動相が往復動式ポンプに吸入される際に、有機溶媒系移動相よりも高密度の水系移動相が有機溶媒系移動相の下側へ潜り込んで流入し、有機溶媒系移動相側の流路へ逆流している。これに対し、オリフィスを設けている場合には、オリフィス部分までは水系移動相が有機溶媒系移動相側の流路へ逆流しているものの、オリフィスよりも上流側へは水系移動相がほとんど逆流していない。このことから、オリフィスを設けることによって移動相の逆流を抑制できることがわかる。

図２の構造のほかに、図１の合流部として、複数の流路を合流させるブロックを備えている場合もある。図５は合流ブロック内の空間の概念図であるが、この図に示されているように、合流ブロック内の合流空間４０に四方から合流する流路４２ａ〜４２ｄの端面を互いに対向しない位置に配置することで、移動相の逆流抑制効果をさらに高めることができる。

２ａ〜２ｄ吸入流路
３切替機構
３ａ〜３ｄ電磁弁
４入口流路
５合流部
６ポンプヘッド
８プランジャ
１０プランジャポンプ
１２出口流路
１４ａ〜１４ｄオリフィス
１６駆動部
１８制御部
２０接続ブロック
２２ａ〜２２ｄ入口ポート
２４出口ポート
２６ａ，２６ｃ，３０ａ，３０ｃ，３２流路（接続ブロック内）
２７ａ，２７ｃ入口流路（電磁弁）
２８ａ，２８ｃ出口流路（電磁弁
２９パッキン
２９ａ流路孔
２９ｂ流路孔（オリフィス）

Claims

液の吸引と吐出を行なうことにより送液を行なう往復動式ポンプと、
第１移動相を前記往復動式ポンプに導くための第１吸入流路と、
第２移動相を前記往復動式ポンプに導くための第２吸入流路と、
前記第１吸入流路と第２吸入流路とを合流させる合流部と、
前記合流部と前記往復動式ポンプとを接続する入口流路と、
前記第１吸入流路と前記第２吸入流路上にそれぞれに設けられ、各流路の開閉を互いに異なるタイミングで行なう電磁弁と、
各吸入流路においてそれぞれの前記電磁弁と前記合流部との間でその流路の内径が絞られた区間として設けられたオリフィスと、
前記第１吸入流路及び第２吸入流路のそれぞれの少なくとも一部とともに前記合流部を内部に形成した接続ブロックと、
を備え、
前記電磁弁はパッキンを介して前記接続ブロックに装着され、かつ前記パッキンを介して前記第１吸入流路又は第２吸入流路にそれぞれ接続されており、
前記オリフィスは前記パッキンに形成された流路孔により構成されている低圧グラジエント装置。
前記オリフィスの内径はそのオリフィスが設けられている流路の内径の１／２以下である請求項１に記載の低圧グラジエント装置。
他の移動相を導くために電磁弁とオリフィスを備えたさらなる吸入流路を少なくとも１つ備えており、そのさらなる吸入流路も前記合流部に接続され、そのさらなる吸入流路の少なくとも一部も前記接続ブロック内に形成されており、
前記さらなる吸入流路の電磁弁もパッキンを介して前記接続ブロックに装着され、かつ該パッキンを介して前記さらなる吸入流路に接続されており、
前記さらなる吸入流路のオリフィスも前記さらなる吸入流路に設けられた前記パッキンに形成された流路孔により構成されている請求項１又は２に記載の低圧グラジエント装置。
前記合流部において、前記各吸入流路の端部は互いに対向しない位置に配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の低圧グラジエント装置。