JP7006811B2 - 分取クロマトグラフ - Google Patents

Description

本発明は、分取液体クロマトグラフ（分取ＬＣともいう）、分取超臨界流体クロマトグラフ（分取ＳＦＣともいう）などの分取クロマトグラフに関する。

試料に含まれる成分を液体クロマトグラフ（ＬＣ）や超臨界流体クロマトグラフ（ＳＦＣ）を用いて分離・精製し、個別の容器に捕集する分取クロマトグラフが知られている（特許文献１参照。）。

分取ＬＣや分取ＳＦＣなどの分取クロマトグラフでは、効率よく生成された試料成分を回収するためにスタックインジェクションを用いることができる。スタックインジェクションとは、予め設定された時間間隔で試料を複数回にわたって注入する手法である。試料の注入間隔時間は、ｎ回目に注入した試料の成分ピークのうち分離カラムから最後に溶出する成分ピークとｎ＋１回目に注入した試料の成分ピークのうち分離カラムから最初に溶出する成分ピークとが互いに重ならないように、対象となる試料について予め取得されたクロマトグラムに基づいてユーザにより設定される。分取クロマトグラフシステムのインジェクタは、ユーザにより設定された時間間隔で複数回にわたって試料の注入を実行する。

ＷＯ２０１６／１９４１０８Ａ１

分取クロマトグラフにおいて試料を分離流路に注入するインジェクタでは、分離流路への試料の注入間隔時間の間に、シリンジポンプによる試料容器からの試料の吸入とサンプルループへの試料の充填を完了しておく必要がある。設定された注入間隔時間でスタックインジェクションが正しく実行されるためには、設定された注入間隔時間の間に試料の吸入動作及び充填動作が完了するような十分に速いシリンジポンプの動作速度が必要である。

一方で、試料の注入間隔時間は試料のクロマトグラムに依存し、試料によって適当な注入間隔時間は異なる。シリンジポンプを常時一定の速度で動作させる場合には、シリンジポンプの動作速度を、想定され得る最も短い注入間隔時間の間に試料の吸入動作及び充填動作を完了できるような速度に設定しておく必要がある。しかし、シリンジポンプによる試料注入量の精度は、シリンジポンプの動作速度が高くなるほど低下する。そのため、シリンジポンプの動作速度が必要以上に高いことは好ましくない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、インジェクタによる分離流路への試料の注入量の精度を向上させることによって、試料成分の回収効率を向上させることを目的とするものである。

本発明に係る分取クロマトグラフは、移動相を送液する送液部と、試料の吸入と吐出を行なうためのシリンジポンプ、試料を一時的に保持するためのサンプルループ、及び前記サンプルループを前記送液部からの移動相が流れる分離流路に接続する第１状態と分離流路から切り離す第２状態に切り替えるための注入バルブを有し、試料が充填された前記サンプルループを前記分離流路に接続することによって分離流路中に試料を注入するインジェクタと、前記分離流路上に設けられ、前記インジェクタにより前記分離流路中に注入された試料を成分ごとに分離するための分離カラムと、前記分離流路上に設けられ、前記分離カラムにおいて分離された成分を検出するための検出器と、前記分離流路の下流端に接続され、前記分離カラムにおいて分離された成分のうちの所望の成分を分画して捕集するためのフラクションコレクタと、前記インジェクタによる前記分離流路への試料の注入間隔時間を設定するように構成された注入間隔設定部と、前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた直後に前記シリンジポンプによる試料の吸入動作を開始するとともに前記吸入動作が完了した後で前記シリンジポンプによる前記サンプルループへの試料の充填動作を開始する場合に、前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられる直前に前記充填動作を完了させるために必要な前記シリンジポンプの吸入動作速度を、前記注入間隔設定部により設定された前記注入間隔時間を用いて決定するように構成されたポンプ速度決定部と、前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた直後に前記シリンジポンプによる試料の吸入動作を開始するとともに前記吸入動作が完了した後で前記シリンジポンプによる前記サンプルループへの試料の充填動作を開始し、前記吸入動作において前記ポンプ速度決定部により決定された前記吸入動作速度で前記シリンジポンプを動作させることにより、前記注入間隔設定部により設定された前記注入間隔時間で前記インジェクタに試料の注入を実行させるように構成された制御部と、を備えている。

本発明者は、シリンジポンプの吸入動作速度を高めたときの試料注入量の精度の低下の度合いが、充填動作速度を高めたときの試料注入量の精度の低下の度合いよりも大きく、シリンジポンプによる試料注入量の精度を確保するためには、シリンジポンプの吸入動作速度を速くし過ぎないことが重要であるとの知見を得ている。したがって、本発明に係る分取クロマトグラフでは、設定された注入間隔時間に基づいてシリンジポンプの（少なくとも）吸入動作速度を決定するように構成されている。シリンジポンプの吐出動作速度も注入間隔時間に基づいて決定してもよいが、一定の速度に固定されていてもよい。

ここで、注入間隔時間とは、試料を保持したサンプルループを分離流路に接続するように注入バルブが第２状態から第１状態に切り替えられてから、次に、注入バルブが第２状態から第１状態に切り替えられるまでの間の時間を意味する。

本発明に係る分取クロマトグラフでは、注入間隔時間を最大限に使用してシリンジポンプによる試料の吸入動作及び充填動作を実行するためのシリンジポンプの吸入動作速度を、設定された注入間隔時間に基づいて決定するように構成されているので、必要以上に速い速度で試料の吸入動作が実行されることはない。これにより、インジェクタによる試料の注入量の精度が向上し、試料成分の回収効率が向上する。

分取クロマトグラフの一実施例を示す概略構成図である。 同実施例において、シリンジポンプにより試料を吸入する際及び分離流路に試料を注入する際の流路状態を示す図である。 同実施例において、サンプルループへ試料を充填する際の流路状態を示す図である。 同実施例における条件設定時の動作の一例を示すフローチャートである。 同実施例のインジェクタによる試料の注入動作の一例を示すフローチャートである。 シリンジポンプの吸入速度と試料注入量の再現性との関係を示すグラフである。 シリンジポンプの吐出速度と試料注入量の再現性との関係を示すグラフである。

以下、分取クロマトグラフの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は分取ＳＦＣの一実施例を示す概略構成図である。

この実施例の分取ＳＦＣは、送液部２、インジェクタ４、分離カラム６、検出器８、背圧調整器（ＢＰＲ）１０、フラクションコレクタ１１及び演算制御装置１２を備えている。

送液部２は、液化二酸化炭素を送液する二酸化炭素ポンプ１８、モディファイアを送液するモディファイアポンプ２０、及び液化二酸化炭素とモディファイアを混合するためのミキサ２２を備えている。ミキサ２２の出口は、後述するインジェクタ４の注入バルブ２８の２番のポートに移動相流路１４を介して接続されている。

インジェクタ４は、シリンジポンプ２４、サンプルループ２６、注入バルブ２８、サンプルバルブ３０、シリンジバルブ３２及び制御部３４を備えている。

シリンジポンプ２４はモータ４６によって駆動される。シリンジポンプ２４は、シリンジバルブ３２の１つのポートに接続されている。シリンジバルブ３２の他のポートにはサンプルバルブ３０の共通ポートに通じる流路３６、及びリンス液ボトルに通じる流路３８が接続されており、シリンジポンプ２４はサンブルバルブ３０の共通ポート又はリンス液ボトルのいずれか一方に切り替えて接続される。

注入バルブ２８は、１番から６番のポートを備えており、互いに隣り合うポートの間を切り替えて接続するように構成されている。注入バルブ２８の１番のポートには分離流路１６が接続され、２番のポートには移動相流路１４が接続され、３番のポートにはサンプルループ２６の一端が接続され、４番のポートにはドレインに通じる流路が接続され、５番のポートにはサンプルバルブ３０の１番のポートに通じる流路４０が接続され、６番のポートにはサンプルループ２６の他端が接続されている。注入バルブ２８は、サンプルループ２６を分離流路１６に接続した第１状態（図１及び図２の状態）とサンプルループ２６を分離流路１６から切り離した第２状態（図３の状態）のいずれか一方の状態に切り替えられる。注入バルブ２８が第１状態になると、移動相流路１４－サンプルループ２６－分離流路１６が直列に接続される。一方で、注入バルブ２８が第２状態になると、流路４０－サンプルループ２６－ドレインが直列に接続される。

サンプルバルブ３０は、１つの共通ポートと１番から６番までの選択ポートを備えており、共通ポートをいずれか１つの選択ポートへ切り替えて接続するように構成されている。１番の選択ポートには流路４０が接続され、２番の選択ポートにはドレインへ通じる流路が接続され、３番の選択ポートには試料容器へ通じる流路４２が接続され、４番の選択ポートにはエアボトルに通じる流路４４が接続され、５番及び６番の選択ポートには流路が接続されていない。

制御部３４は、インジェクタ４内に設けられたコンピュータ回路においてプログラムが実行されることによって実現される機能である。制御部３４は、演算制御装置１２から与えられる情報に基づいて、注入バルブ２８、サンプルバルブ３０、シリンジバルブ３２及びモータ４６の動作を制御するように構成されている。

分離カラム６、検出器８及びＢＰＲ１０は分離流路１６上に設けられている。分離カラム６は、インジェクタ４により分離流路１６中に注入された試料を成分ごとに分離するためのものである。検出器８は、分離カラム６にて分離された試料成分を検出するためのものである。ＢＰＲ１０は、移動相中の二酸化炭素を超臨界状態に保つために分離流路１６内を所定の圧力（例えば、１０ＭＰａ）に維持するためのものである。

フラクションコレクタ１１は分離流路１６の下流端に設けられており、分離カラム６により分離された試料成分のうち所望の成分を分画して捕集する。

演算制御装置１２はこの分取ＳＦＣ全体の動作管理を行なうためのものであって、システムコントローラのような専用のコンピュータ及び／又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現される。演算制御装置１２は、注入間隔設定部４８及びポンプ速度決定部５０を備えている。注入間隔設定部４８及びポンプ速度決定部５０は、プログラムが中央演算装置（ＣＰＵ）によって実行されることによって得られる機能である。

注入間隔設定部４８は、インジェクタ４に実行させるスタックインジェクションにおける試料の注入間隔時間をユーザによって入力される情報に基づいて設定するように構成されている。すなわち、ユーザは、任意の時間を注入間隔時間として設定することができる。

ポンプ速度決定部５０は、注入間隔設定部４８により設定された注入間隔時間に基づいて、シリンジポンプ２４の吸入動作速度及び吐出動作速度を決定するように構成されている。すなわち、図４のフローチャートに示されているように、ユーザが種々の動作条件とともに注入間隔時間を演算制御装置１２に入力すると（ステップ１０１）、注入間隔設定部４８によって注入間隔時間が設定され（ステップ１０２）、それに基づいてシリンジポンプ２４の吸入動作速度及び吐出動作速度が自動的に設定される（ステップ１０３）。

ここで、インジェクタ４によるスタックインジェクションについて、図２、図３とともに図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、図２に示されているように、サンプルバルブ３０の共通ポートを３番の選択ポートに接続し、ポンプ速度決定部５０により決定された速度でシリンジポンプ２４を吸入動作させて試料容器から試料を吸入する（ステップ２０１）。シリンジポンプ２４による試料の吸入動作が完了するまでに、注入バルブ２８は第２状態に切り替えられる。試料の吸入動作が完了すると、図３に示されているように、共通ポートを１番の選択ポートに接続するようにサンプルバルブ３０を切り替え、ポンプ速度決定部５０により決定された速度でシリンジポンプ２４を吐出動作させてサンプルループ２６に試料を充填する（ステップ２０２）。サンプルループ２６への試料の充填動作が完了した後、図２に示されているように、注入バルブ２８を第１状態に切り替え、サンプルループ２６に充填した試料を分離流路１６に注入する（ステップ２０３）。

試料の吸入（ステップ２０１）から分離流路１６への試料の注入（ステップ２０３）までの動作を、注入回数が予め設定された回数に達するまで、又は、試料容器内のすべての試料を分離流路１６に注入するまで、繰り返し実行する（ステップ２０４）。スタックインジェクションにおける試料の注入間隔時間とは、注入バルブ２８を第２状態から第１状態に切り替えてサンプルループ２６に充填された試料を分離流路１６に注入してから、次に、注入バルブ２８を第２状態から第１状態に切り替えてサンプルループ２６に充填された試料を分離流路１６に注入するまでの間の時間を意味する。

演算制御装置１２のポンプ速度決定部５０は、注入バルブ２８が第２状態から第１状態に切り替えられた直後に試料の吸入動作を開始し、試料の吸入動作が完了した直後にサンプルループ２６への試料の充填動作を開始したときに、吸入動作を開始してから充填動作が完了し、注入バルブ２８が再び第１状態に切り替えられるまでに要する時間が、注入間隔設定部４８によって設定された注入間隔時間となるように、シリンジポンプ２４の吸入動作速度及び吐出動作速度を決定する。

インジェクタ４の制御部３４は、注入バルブ２８が第２状態から第１状態に切り替えられた直後にポンプ速度決定部５０によって決定された速度で試料の吸入動作を実行し、試料の吸入動作が完了した直後にポンプ速度決定部５０によって決定された速度でサンプルループ２６への試料の充填動作を実行するように構成されている。

なお、ポンプ速度決定部５０は、必ずしも吐出動作速度を計算によって決定する必要はなく、吐出動作速度は注入間隔時間に拘わらず一定であってもよい。図６及び図７は、シリンジポンプ２４の動作速度が分離流路１６への試料注入量再現性に与える影響についての検証データである。図６の検証では、シリンジポンプ２４の吐出動作速度を５０μＬ／ｍｉｎで一定にし、試料の吸入を様々な吸入動作速度で行なって試料を分離流路１６へ注入したときに得られるクロマトグラムのピーク面積の比率（吸入動作速度が１００μＬ／ｍｉｎのときのピーク面積値を１として計算）を求めた。図７の検証では、シリンジポンプ２４の吸入動作速度を５０μＬ／ｍｉｎで一定にし、サンプルループ２６への試料の充填を様々な吐出動作速度で行なって試料を分離流路１６へ注入したときに得られるクロマトグラムのピーク面積の比率（吐出動作速度が１００μＬ／ｍｉｎのときのピーク面積値を１として計算）を求めた。

図６及び図７の検証データから、シリンジポンプ２４の動作速度が速くなるほど分離流路１６への試料注入量の再現性（ピーク面積比率）が低下するが、一定速度以上になると、吐出動作速度に比べて吸入動作速度のほうが試料注入量再現性への影響の度合いが大きいことがわかる。したがって、試料注入量の再現性を確保するためには、シリンジポンプ２４の吸入動作速度をできる限り遅くするほうがよい。したがって、ポンプ速度決定部５０は、シリンジポンプ２４の吸入動作速度を吐出動作速度よりも遅い速度に決定するように構成されていてもよい。吸入動作速度と吐出動作速度の比率は、予め設定されていてもよいし、図６及び図７のようなデータを用いて計算により求めてもよい。

以上においては、分取ＳＦＣを分取クロマトグラフの一実施例として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、分取ＬＣに対しても同様に適用することができる。本発明に係る分取クロマトグラフの実施形態は、以下のとおりである。

本発明に係る分取クロマトグラフの実施形態では、移動相を送液する送液部と、試料の吸入と吐出を行なうためのシリンジポンプ、試料を一時的に保持するためのサンプルループ、及び前記サンプルループを前記送液部からの移動相が流れる分離流路に接続する第１状態と分離流路から切り離す第２状態に切り替えるための注入バルブを有し、試料が充填された前記サンプルループを前記分離流路に接続することによって分離流路中に試料を注入するインジェクタと、前記分離流路上に設けられ、前記インジェクタにより前記分離流路中に注入された試料を成分ごとに分離するための分離カラムと、前記分離流路上に設けられ、前記分離カラムにおいて分離された成分を検出するための検出器と、前記分離流路の下流端に接続され、前記分離カラムにおいて分離された成分のうちの所望の成分を分画して捕集するためのフラクションコレクタと、前記インジェクタによる前記分離流路への試料の注入間隔時間を設定するように構成された注入間隔設定部と、前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた直後に前記シリンジポンプによる試料の吸入動作を開始し、前記吸入動作が完了した後で前記シリンジポンプによる前記サンプルループへの試料の充填動作を開始する場合に、前記注入バルブが次に前記第２状態から前記第１状態に切り替えられる直前に前記充填動作を完了させるために必要な前記シリンジポンプの吸入動作速度を、前記注入間隔設定部により設定された前記注入間隔時間を用いて決定するように構成されたポンプ速度決定部と、前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた直後に前記シリンジポンプによる試料の吸入動作を開始するとともに前記吸入動作が完了した後で前記シリンジポンプによる前記サンプルループへの試料の充填動作を開始し、前記吸入動作において前記ポンプ速度決定部により決定された前記吸入動作速度で前記シリンジポンプを動作させることにより、前記注入間隔設定部により設定された前記注入間隔時間で前記インジェクタに試料の注入を実行させるように構成された制御部と、を備えている。

上記実施形態において、前記ポンプ速度決定部は、前記シリンジポンプの前記吸入動作速度とともに吐出動作速度を決定するように構成されており、前記制御部は、前記充填動作において前記ポンプ速度決定部により決定された前記吐出動作速度で前記シリンジポンプを動作させるように構成されていてもよい。このような態様により、シリンジポンプの動作速度をより柔軟に調節することができ、試料注入量の精度をより向上させることができる。

さらに、前記ポンプ速度決定部は、前記シリンジポンプの吸入動作速度を吐出動作速度よりも遅い速度に決定するように構成されていてもよい。シリンジポンプの動作速度のうち、吸入動作速度が試料注入量の再現性に与える影響は吐出動作速度よりも大きいので、吸入動作速度を吐出動作速度よりも遅くすることで試料注入量の再現性を高めることができる。

２ 送液部
４ インジェクタ
６ 分離カラム
８ 検出器
１０ ＢＰＲ
１１ フラクションコレクタ
１２ 演算制御装置
１４ 移動相流路
１６ 分離流路
１８ 二酸化炭素ポンプ
２０ モディファイアポンプ
２２ ミキサ
２４ シリンジポンプ
２６ サンプルループ
２８ 注入バルブ
３０ サンプルバルブ
３２ シリンジバルブ
３４ 制御部
３６，３８，４０，４２、４４ 流路
４６ モータ
４８ 注入間隔設定部
５０ ポンプ速度決定部

Claims (3)

1. 移動相を送液する送液部と、
   試料の吸入と吐出を行なうためのシリンジポンプ、試料を一時的に保持するためのサンプルループ、及び前記サンプルループを前記送液部からの移動相が流れる分離流路に接続する第１状態と分離流路から切り離す第２状態に切り替えるための注入バルブを有し、試料が充填された前記サンプルループを前記分離流路に接続することによって分離流路中に試料を注入するインジェクタと、
   前記分離流路上に設けられ、前記インジェクタにより前記分離流路中に注入された試料を成分ごとに分離するための分離カラムと、
   前記分離流路上に設けられ、前記分離カラムにおいて分離された成分を検出するための検出器と、
   前記分離流路の下流端に接続され、前記分離カラムにおいて分離された成分のうちの所望の成分を分画して捕集するためのフラクションコレクタと、
   前記インジェクタによる前記分離流路への試料の注入間隔時間を設定するように構成された注入間隔設定部と、
   前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた直後に前記シリンジポンプによる試料の吸入動作を開始し、前記吸入動作が完了した後で前記シリンジポンプによる前記サンプルループへの試料の充填動作を開始する場合に、前記注入バルブが次に前記第２状態から前記第１状態に切り替えられる直前に前記充填動作を完了させるために必要な前記シリンジポンプの吸入動作速度を、前記注入間隔設定部により設定された前記注入間隔時間を用いて決定するように構成されたポンプ速度決定部と、
   前記注入バルブが前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた直後に前記シリンジポンプによる試料の吸入動作を開始するとともに前記吸入動作が完了した後で前記シリンジポンプによる前記サンプルループへの試料の充填動作を開始し、前記吸入動作において前記ポンプ速度決定部により決定された前記吸入動作速度で前記シリンジポンプを動作させることにより、前記注入間隔設定部により設定された前記注入間隔時間で前記インジェクタに試料の注入を実行させるように構成された制御部と、を備えた分取クロマトグラフ。
2. 前記ポンプ速度決定部は、前記シリンジポンプの前記吸入動作速度とともに吐出動作速度を決定するように構成されており、
   前記制御部は、前記充填動作において前記ポンプ速度決定部により決定された前記吐出動作速度で前記シリンジポンプを動作させるように構成されている、請求項１に記載の分取クロマトグラフ。
3. 前記ポンプ速度決定部は、前記シリンジポンプの吸入動作速度を吐出動作速度よりも遅い速度に決定するように構成されている、請求項２に記載の分取クロマトグラフ。

Images