CN1955522A - 流路切换阀及使用该流路切换阀的高速液相色谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是减小具有离子阱(trap)功能的流路中的无效体积(deadvolume)。流路切换阀(1)是由旋转子即转子(3)、设置有用于和外部流路连接的4个端口(7a)～(7d)的机架盖(9)所构成。其中2个端口是分析用流动相(mobile phase)的进口侧端口(7a)及出口侧端口(7b)、另外2个端口是浓缩用流动相的进口侧端口(7c)及出口侧端口(7d)。在转子(3)中，在对应于端口(7a)～(7d)的位置，形成2个连通端口间的圆弧状转子沟槽(11a)、(11b)。在转子沟槽(11b)内填充吸附剂。

Description

流路切换阀及使用该流路切换阀的高速液相色谱仪
技术领域
本发明涉及具有将样品成分浓缩等的离子阱功能的高速液相色谱仪、以及使用该高速液相色谱仪的离子阱用流路切换阀。
背景技术
在生命科学领域中用于确定蛋白质或肽等的结构的质量分析仪中，为了使测定灵敏度最优化，业界现正努力将成为其前驱阶段的HPLC(HighPerformance Liquid Chromatography，高效液相色谱仪)中的流量极低流量化。
通常，在用于普通分析的HPLC中，一般是在内径为4.6mm左右的色谱柱中以1mL/min左右流速输送流动相而进行分析，但是在质量分析仪中，一般采用在内径为0.3mm左右的色谱柱中以5μL/min左右的流速输送液体的微米HPLC；此外，在内径为0.075mm的色谱柱中以200nL/min左右流速输送流动相的纳米HPLC也已商品化。
当使用这类极低流量HPLC进行分析时，在分析中由于系统内的容积(约100μL)而使得分析对象物产生扩散，从而有时会损及质量分析仪的灵敏度。因此，使用自动取样器(autosampler)或手动注射器(manual injector)将分析对象物注入系统内，然后使分析对象物吸附于安装于临时流路切换阀中的离子阱管柱(Trap Column)中进行浓缩，然后切换流路切换阀而将分析用流动相输送至离子阱管柱中，再将吸附于离子阱中的分析对象物质以离子阱管柱进行脱离，以后段分析柱进行分析，最终以质量分析仪进行质量分析。
极低流量HPLC中所使用的流路切换阀，由于与上述相同原因而使用内部容积较小的流路切换阀。流路切换阀，一般来说，主要构件是固定进入流路切换阀的配管的机架盖、以旋转方式切换流路的转子、以及在两者间保持液体密封的定子，但是视情况有时机架盖也兼作为定子。
图4A、图4B表示通常所使用的流路切换阀。图4A是概略剖面图、图4B是概略平面图。
流路切换阀50包括：切换流路的旋转子即转子53、与转子53接触而保持与转子53间的液体密封的定子55、以及设置有用于保持定子55并且与外部流路连接的端口51a～51f的机架盖59。阀50被以虚线表示的阀支持部支持、驱动。端口51a～51f之中，其中2个端口为分析用流动相的入口侧端口51a及出口侧端口51b，另外2个端口为浓缩用流动相的入口侧端口51c及出口侧端口51d，此外其他端口为用于连接离子阱管柱57的端口51e、51f(参照日本专利特开平01-307575号公报、日本专利特开平09-288098号公报)。
发明内容
在上述流路切换阀50中，进入离子阱管柱57的配管，经常使用内径为25μm、长度为50mm左右的配管，如果将入口与出口合计则配管容积约为50nL。
另外，形成转子53的转子沟槽的节距圆(pitch circle)的长度为5mm、宽度为0.1mm、深度为0.1mm左右，其转子沟槽容积约为10nL。此外，定子流路的内径为0.1nm、长度为1mm、其容积约为15nL。因此，在2个端口间的内部容积约为25nL，如果加上配管容积(50nL)则系统容积变为75nL左右。
当系统容积为75nL时，如果阀的流量为200nL/min，那么通过流路切换阀50与离子阱管柱57之间需要约20秒左右的时间，但是在此期间被离子阱管柱57浓缩的分析对象物被扩散开来，从而有时无法期待用质量分析仪进行高灵敏度分析。
本发明的目的在于减小具有离子阱功能的流路的无效体积。
本发明的流路切换阀的一个实施方式是具有：机架盖，其具有与流路连接的多个端口；及转子，其在对应于端口的位置形成连通2个端口间的转子沟槽，在至少1个转子沟槽中填充吸附剂，与上述机架盖密着并且旋转，由此而切换端口。
为了减小阀内的无效体积，上述机架盖亦可兼作为定子，液体密封地保持着上述机架盖与转子的旋转。
本发明的流路切换阀的其他实施方式具有：转子，其形成多个成为流路的转子沟槽作为贯通孔，在至少1个转子沟槽中填充吸附剂；以及一对机架盖，这一对机架盖以夹住上述转子的方式对置，且在对应于上述转子沟槽的位置设置与流路连接的端口。并且通过转子旋转来切换两机架盖间的连接。
当具有离子阱功能时，过去至少需要6个端口现在也可以变为4个。
上述吸附剂的优选的一例是形成独石结构的吸附剂。
本发明的高速液相色谱仪具有将经流路切换阀选择的样品成分进行浓缩的离子阱功能。而且流路切换阀使用本发明的流路切换阀，并将填充于转子沟槽中的吸附剂作为离子阱。
根据本发明的流路切换阀，将填充有吸附剂的转子沟槽连通并且切换端口，因此，目前为止，流路切换阀与离子阱管柱间的配管所需要的约50nL配管容积及约10nL的转子沟槽容积就消失了，所以作为系统容积所必需的机架盖内的容积仅为15nL，从而可以减少无效体积。因此，当以200nL/min流速输送液体时，通过系统内需5秒左右，因而抑制分析对象物的扩散，从而将分析对象物通过系统内的时间控制到最小极限。
如果机架盖兼作为将与转子的旋转保持为液体密封性的定子，则可以进一步减小目前为止作为定子内部容积所必要的无效体积。
如果具有用以夹住转子的一对机架盖，且转子沟槽成为与转子旋转方向直行的方向，那么连接流路切换阀与配管的连接点部分夹住一对机架盖而分成两侧，因此连接点部分的连接变得容易，从而可以防止加配管时的液漏等。
目前为止，当使用阀及离子阱管柱进行浓缩时，必须有至少6个端口，但是本发明中只要有4个端口即可进行，因此可将流路切换阀小型化。
如果吸附剂使用独石结构的吸附剂，则可以将吸附剂无间隙地填充于转子沟槽的壁面之间。
如果将本发明的流路切换阀用作高速液相色谱仪的离子阱及流路切换阀，则可提供减小对于目前为止配管容积等所必需的无效体积的高速液相色谱仪。
附图说明
图1A～图1D表示流路切换阀的一实施例，图1A为流路切换阀的透视图，图1B为机架盖的平面图，图1C为转子的平面图，图1D为图1B的X-X’线的剖面图。
图2是表示使用相同实施例的流路切换阀的HPLC的一实施例的流路图。
图3A、图3B表示流路切换阀的其他实施例，图3A是概略剖面图，图3B是分解透视图。
图4A、图4B是目前为止使用的流路切换阀，图4A表示剖面图，图4B表示概略平面图。
1：流路切换阀                           3、41：转子
7a～7d、43a～43f：端口
9、42a、42b：机架盖
11a、11b、44a～44c：转子沟槽
20：注入部                              22a、22b：分析用流动相
24：浓缩液                              26：送液泵
28a、28b：分析泵                        30：搅拌器
32：脱气装置                            34：分析柱
36：检测器                    45a、45b：螺钉
具体实施方式
以下详细说明本发明的一实施例。
图1A～图1D表示流路切换阀，图1A为流路切换阀的透视图，图1B为机架盖的平面图，图1C为转子的平面图，图1D为图1B的X-X’线中垂直剖面图。流路切换阀1组合有：切换流路的旋转子即转子3、及兼作为用于将转子3的旋转保持为液体密封状态的定子功能的机架盖9。在本实施例中，为了减小阀1内的容积，机架盖9兼作为定子。
在机架盖9中，设置有用以与外部流路连接的4个端口7a～7d。其中2个端口是分析用流动相的入口侧端口7a及出口侧端口7b，另外2个端口是浓缩用流动相的入口侧端口7c及出口侧端口7d。
在与转子3的机架盖9相对的表面上，对应端口7a～7d的位置形成连通2个端口间的圆弧状转子沟槽11a、11b。转子沟槽11a、11b的1个螺距(pitch)、例如半径为2.5mm、内角为90度、宽度为0.1mm、深度为0.1mm左右，其容积约为40nL。转子沟槽11a、11b，例如可以用机械加工方法形成。
在流路切换阀1的转子沟槽11b内，填充有作为填充剂(bulking agent)的吸附剂(adsorbent)。由此，可以减小目前为止将离子阱管柱与流路切换阀外部连接所必要的转子沟槽容积或配管容积的无效体积。
通常在离子阱管柱等中，使用将粒径5μm左右大小的粒子状的硅胶ODS(十八烷基硅烷)化的吸附剂，将不锈钢或树脂填充于玻璃柱中，但较合适的是在填充于本发明的流路切换阀1的转子沟槽11b中的吸附剂中使用将3维网状骨架与其空隙成为一体的独石型硅胶。
该独石型硅胶，具有与骨架共连接结构的特征。该共连接结构，是在烷氧基硅烷及聚乙二醇(PEG)的醋酸水溶液中，基于旋节线分解，将由相分离所生成的过渡性有序结构以伴有溶胶-凝胶转移的有机硅烷水解-缩聚反应而冻结的结构。
以下说明相同实施例的运作。
转子3的转子沟槽11a、11b，与中心轴相对各形成90度，因此通过将转子3旋转180°，可切换转子沟槽11a、11b与端口7a～7d的组合。
例如，如果转子沟槽11a位于端口7a、7b间，转子沟槽11b位于端口7c、7d之间，自该状态使转子3旋转180°，则转子沟槽11b位于端口7a、7b之间。
接着，图2说明使用本发明的流路切换阀的HPLC的一实施例。
在极低流量HPLC中，为了减少主要由于以自动取样器为起因的系统全体容积的影响而导致分析时的峰扩散，现使用离子阱注入方式。即，以自动取样器等通过浓缩用流动相输送注入系统内的样品，以填充入流路切换阀内的转子沟槽11b内的吸附剂进行浓缩，然后切换流路切换阀后使分析用流动相流入转子沟槽11b的吸附剂中，使被吸附剂浓缩的样品脱离，以分析柱进行分离分析。
在本发明的HPLC中，通过流路将流路切换阀1与送液入其中的泵或各种流动相等相连接。
在浓缩用流动相的入口侧端口7c处，从上流侧依次设置有：浓缩液24、用于输送浓缩液24的样品搬送泵26、以及通过自动取样器注入样品的注入部20。
浓缩用流动相的出口侧端口7d与排液管相连接。
在分析用流动相的入口侧端口7a处，自上流侧起顺序设置有：溶出捕获成分的分析用流动相22a、22b，去除流动相中所含有的气泡的脱气装置(degasser)32，用于输送这些分析用流动相22a、22b的分析泵28a、28b，以及混合分析用流动相22a、22b的搅拌器30。若控制分析泵28a、28b的流量，改变流动相的组成，则可以进行梯度分析(gradient analysis)。
在分析用流动相的出口侧端口7b处，将分析管柱34与检测器36相连接。
在流路切换阀1内的转子沟槽11b中，填充用于浓缩的吸附剂，并使转子旋转，由此将转子沟槽11b的连接切换至分析用流动相22a、22b，或者浓缩液24。
以下说明相同实施例的操作。
样品是投有测定对象成分的动物的血液或尿、药物等，将采集的这些生物体样品进行离心分离而使不溶成分沉淀。然后，使用过滤器将上清液过滤直至达到分析上无问题的水平，再置于自动取样器中进行分析。或者，将这些生物体样品直接置于自动取样器中进行分析。
[浓缩]
于图2中，将浓缩液24从泵26输送到注入部20中。注入部20自样品瓶等中吸入样品(图示略)，将被吸入的样品与已送入的浓缩液24同时导入到流路切换阀1中。通过在转子沟槽11b中的吸附剂中捕捉样品中的目标成分而将其浓缩。
[浓缩后分析]
图2中，将来自搅拌器30的分析用流动相22a、22b导入到流路切换阀1中。此时，阀1的转子3旋转180°。通过被导入的分析用流动相22a、22b，将捕捉于转子沟槽11b的吸附剂中的测定对象成分从吸附剂中溶出，与分析用流动相22a、22b一同导入到分析柱34中，分离出各成分，以检测器36进行检测。
接着，于图3A、图3B中表示本发明的流路切换阀的其他实施例。
图3A是流路切换阀的概略剖面图、图3B是分解透视图。
该流路切换阀40，通过机架盖42a、42b将切换流路的旋转子即转子41夹在中间。
在机架盖42b的中心轴上，设置有将转子41固定为可以旋转的圆筒状突起部47a，在转子41的中心，设置有植入有突起部47a的贯通孔47b。
在机架盖42a中，设置有用以与外部流路连接的3个端口43a～43c。其中2个端口是分析用流动相的进口侧端口43a及浓缩用流动相的出口侧端口43b。在机架盖42b中，也设置有用以与外部流路连接的3个端口，其中2个端口为分析用流动相的出口侧端口43d及浓缩用流动相的进口侧端口43e。端口43a～43c分别通过公螺帽(male nut)48a与外部流路连接，端口43d～43f分别通过公螺帽48b与外部流路连接。
在转子41中，形成用以将机架盖42a侧的端口与机架盖42b侧的端口间连通的转子贯通孔(转子沟槽)44a～44c。在转子沟槽44b中，填充有于上述实施例中所说明的独石型硅胶作为吸附剂。
在机架盖42a、42b中，形成有用于使螺钉45a、45b贯通的贯通孔46a、46b及螺孔46c、46d，在转子41中，形成有可旋转以避开螺钉45a、45b的圆弧状沟孔46e、46f。通过紧固螺钉45a、45b，可在机架盖42a、42b间将转子41固定为可旋转的状态。
以如此方式，将转子贯通孔44a～44c保持于与转子41的旋转方向垂直的方向，公螺帽48a、48b将转子41夹住存在于其左右，因此提高配管的操作性。另外，进入到机架盖42a、42b的流路细孔的加工也变简单，从而也可实现减小阀内容积及减小机架盖的加工成本。
接着说明相同实施例的运作。
将浓缩流动相依次送入至端口43b、转子沟槽44b、端口44e，通过转子沟槽44b内的吸附剂捕捉目标成分。
然后，转子沟槽44b使转子41旋转直至到达对应于与端口43c，43f连接的轴的位置。将分析用流动相依次送入到端口43f、转子沟槽44b、端口43c，将测定对象成分从吸附剂中溶出。
本发明并不局限于上述实施例，在权利要求范围内皆可实施。
[产业上的可利用性]
本发明可以应用于填充有吸附剂等的流路切换阀。

Claims (7)

1、一种流路切换阀，其特征在于包括：
机架盖，该机架盖具有与流路连接的多个端口；以及
转子，该转子在对应于上述端口的位置形成连通2个端口间的转子沟槽，在至少1个转子沟槽中填充吸附剂，与上述机架盖密着并且旋转，由此切换上述端口。
2、根据权利要求1所述的流路切换阀，其特征在于其中所述的机架盖兼作为定子，液体密封地保持着上述机架盖与上述转子的旋转。
3、一种流路切换阀，其特征在于包括：
转子，在该转子中形成多个成为流路的转子沟槽作为贯通孔，在至少1个转子沟槽中填充有吸附剂；以及
一对机架盖，这一对机架盖以夹住上述转子的方式对置，且在对应于上述转子沟槽的位置上设置与流路连接的端口，通过转子的旋转切换两机架盖的端口间的连接。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的流路切换阀，其特征在于其中所述的流路切换阀具有4个上述端口。
5、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的流路切换阀，其特征在于其中所述的吸附剂形成为独石结构。
6、根据权利要求4所述的流路切换阀，其特征在于其中所述的吸附剂形成为独石结构。
7、一种高速液相色谱仪，其特征在于：在具有将经流路切换阀选择的样品成分浓缩的离子阱的高速液相色谱仪中，上述流路切换阀是使用如权利要求1至5中任一项所述的流路切换阀，将填充入转子沟槽的吸附剂作为上述离子阱。
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