JP2000298115A - キャピラリ電気泳動方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成と操作により効率よく、プラント
から間欠的に試料を採取してオンラインで分析すること
ができ、少ない試料と薬剤使用量で、高い精度で繰り返
しキャピラリ電気泳動を行うことが可能なキャピラリ電
気泳動方法および装置、ならびにこれを用いるプラント
制御方法を得ることである。 【解決手段】 試料供給装置１により試料をセグメント
ガスを介して洗浄液により搬送路内１４を圧送して試料
室２に供給し、試料室２に供給された試料６１を試料注
入装置３によりキャピラリ９に注入してキャピラリ電気
泳動を行い、試料注入後試料室の試料を押出し、洗浄液
を導入して試料室２を洗浄し、さらに押出ガス６４によ
り試料室２の洗浄液を押出し、上記の操作を繰り返しキ
ャピラリ電気泳動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はキャピラリを通して
電気泳動を行うためのキャピラリ電気泳動方法および装
置、ならびにプラントから試料採取して分析を行い、そ
の分析値を基づいてプラントを制御する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】キャピラリ電気泳動（Ｃａｐｉｌｌａｒ
ｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ：ＣＥ）はキャピ
ラリ（毛細管）を通して電気泳動を行い試料の分析を行
う方法であり、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）とイオン
クロマトグラフィにまたがる位置付けがされている。キ
ャピラリ電気泳動は測定時間約１０分間、測定間隔１〜
２分間、理論段数数万〜数百万、試料採取量数μｌ、使
用バッファＬＣの数十〜数百分の１と、液体クロマトグ
ラフィに比較して効率的でかつ高性能の分析技術であ
る。

【０００３】キャピラリ電気泳動装置は、電極を有する
第１および第２バッファ槽間にキャピラリを装着し、キ
ャピラリの一端に試料を注入して電気泳動を行うように
構成されている。このようなキャピラリ電気泳動装置は
通常分析室に設置され、分析のために持込まれた試料を
その都度分析するようにされており、プラントで発生す
る試料を連続的に供給して、オンラインで分析するよう
には構成されていない。

【０００４】従来このようなオンライン分析を可能にす
る試みとして特開昭６２−７１８３８号には、試料をバ
ッファとバッファの間に挟んでキャピラリに供給し、試
料がキャピラリの端部に到達した時点で試料をキャピラ
リに注入し、次いでバッファがキャピラリの端部に到達
した時点で電気泳動を行うようにした装置が開示されて
いる。しかしこのようなキャピラリ電気泳動では試料が
バッファ中に溶解ないし拡散して分析精度が悪くなると
いう問題点がある。

【０００５】一方、特開平３−７３８６０号には、液体
クロマトグラフィ等の分析試料をプラントから採取して
オンラインで分析するために、試料をセグメントガスを
介して圧送液体で圧送する方法が示されている。しかし
この方法をキャピラリ電気泳動に適用しようとすると、
キャピラリに試料を注入するための特別な構造のバッフ
ァ槽を準備する必要があり、その操作もはん雑であるな
どの問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
な構成と操作により効率よく、プラントから間欠的に試
料を採取してオンラインで分析することができ、少ない
試料と薬剤使用量で、高い精度で繰り返しキャピラリ電
気泳動を行うことが可能なキャピラリ電気泳動方法およ
び装置、ならびにこれを用いるプラント制御方法を得る
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次のキャピラリ
電気泳動方法および装置、ならびにこれを用いるプラン
ト制御方法である。 （１） 試料をセグメントガスを介して洗浄液により搬
送路内を圧送して試料室に供給し、試料室に供給された
試料を試料注入装置によりキャピラリに注入してキャピ
ラリ電気泳動を行い、試料注入後試料室の試料を押出
し、洗浄液を導入して試料室を洗浄し、さらに押出ガス
により試料室の洗浄液を押出し、上記の操作を繰り返す
キャピラリ電気泳動方法。 （２） 試料をプラントから間欠的に採取して希釈し、
採取ごとにセグメントガスを介して洗浄液で圧送して試
料室に供給する上記（１）記載の方法。 （３） 試料室と、試料をセグメントガスを介して洗浄
液により搬送路内を圧送して試料室に供給する試料供給
装置と、試料室に供給された試料をキャピラリに注入す
る試料注入装置と、試料を注入したキャピラリを装着し
て電気泳動を行う電気泳動装置とを有するキャピラリ電
気泳動装置。 （４） 試料供給装置がプラントから間欠的に試料を採
取して希釈し、採取ごとにセグメントガスを介して洗浄
液により圧送して試料室に供給するように構成された上
記（３）記載の装置。 （５） 電気泳動装置が、電極を有する第１および第２
バッファ槽、これらのバッファ槽間に装着されるキャピ
ラリ、および電極間に電場をかける電源装置を有する上
記（３）または（４）記載の装置。 （６） 第１および／または第２バッファ槽が吸引装置
を有する上記（５）記載の装置。 （７） 第１および第２バッファ槽の液面を同液面に保
つ液面調整装置を有する上記（３）または（５）記載の
装置。 （８） 試料注入装置がキャピラリの一端部を試料室と
第１バッファ槽間を移動させて試料の注入を行うように
構成された上記（３）ないし（７）のいずれかに記載の
装置。 （９） 試料注入装置がキャピラリの端部の清掃装置を
有する上記（３）ないし（８）のいずれかに記載の装
置。 （１０） 上記（３）ないし（９）のいずれかに記載の
装置を用いてプラントから試料を採取して分析し、その
分析値を用いてプラントを制御するプラントの制御方
法。

【０００８】本発明のキャピラリ電気泳動装置は大きく
分けて、試料室と、試料をセグメントガスを介して洗浄
液により搬送路内を圧送して試料室に供給する試料供給
装置と、試料室に供給された試料をキャピラリに注入す
る試料注入装置と、試料を注入したキャピラリを装着し
て電気泳動を行う電気泳動装置とから構成される。試料
室は分析に必要な量の試料を収容できる大きさを有し、
試料の搬入、搬出手段を有する。

【０００９】試料供給装置は試料をセグメントガスを介
して洗浄液により搬送路内を圧送して試料室に供給する
構成であればよいが、プラントから間欠的に試料を採取
して希釈し、採取ごとにセグメントガスを介して洗浄液
により試料室に供給するように構成されているのが好ま
しい。

【００１０】試料採取（サンプリング）装置としては、
定量バルブ方式、スプールバルブ方式、ダイヤフラム方
式、ピンチバルブ方式、ニードルバルブ方式、ピペット
方式、容量計量方式、ノズルポンプ方式など、一定量採
取可能な任意の装置が使用できる。希釈にはスプルール
バルブ方式、ダイヤフラム方式、ピンチバルブ方式、ニ
ードルバルブ方式、ピペット方式、定量計量方式、ノズ
ルポンプ方式など、一定量の試料と希釈液を混合できる
装置を使用するのが好ましい。

【００１１】試料の搬送は、搬送路に希釈試料、セグメ
ントガス、洗浄液の順で供給し、洗浄液を圧送液体とし
て試料室に圧送する。試料と洗浄液間にセグメントガス
を介在させることにより試料の希釈、拡散を防止し、ま
た試料注入後の試料の押出を容易にすることができる。
また圧送液体で圧送することにより、少量の試料を正確
に搬送することができる。そして洗浄液を圧送液体とす
ることにより試料押出後の試料室の洗浄を効率化するこ
とができる。また洗浄後押出ガスにより洗浄液を押出す
ることにより、搬送路から試料室といたる領域の洗浄液
を除去して次の測定サイクルへの移行を容易にすること
ができる。

【００１２】電気泳動装置は、電極を有する第１および
第２バッファ槽、これらのバッファ槽間に装着されるキ
ャピラリ、および電極間に電場をかける電源装置を有す
るように構成することができる。また試料注入装置はキ
ャピラリの一端部を試料室と第１バッファ槽間を移動さ
せて試料の注入を行うように構成することができる。

【００１３】キャピラリは電気泳動工程では第１および
第２バッファ槽間に装着されるが、試料注入工程では第
１バッファ槽側の一端を試料注入装置により試料室に移
動させて試料の注入を行い、試料注入後第１バッファ槽
に装着する。このためキャピラリとしては可撓性を有す
るものを使用する。キャピラリとしては通常のキャピラ
リ電気泳動に用いられている毛細管、あるいはその内部
に充填剤等が充填された管などが制限なく使用すること
ができる。好ましいものとして溶融シリカで形成された
キャピラリがあげられるが、これをポリイミド系樹脂等
の樹脂で外部を皮覆することにより可撓性を付与したも
のが特に好ましい。

【００１４】試料注入装置はキャピラリを試料室に進入
させた状態で、試料をキャピラリ中に注入する。試料の
注入には、ロータリーバルブ法、加圧法、落差（サイホ
ン）法、電気的導入法、吸引法などがあげられるが、第
２バッファ槽側から吸引する方法が好ましい。試料注入
装置がキャピラリの端部の清掃装置を有することによ
り、試料室やバッファ槽の汚染を防ぎ、分析精度を高め
ることができる。

【００１５】上記の装置によるキャピラリ電気泳動方法
は、試料をセグメントガスを介して洗浄液により搬送路
内を圧送して試料室に供給し、試料室に供給された試料
を試料注入装置によりキャピラリに注入してキャピラリ
電気泳動を行い、試料注入後試料室内の試料を押出し、
洗浄液を導入して試料室を洗浄し、さらに押出ガスによ
り試料室の洗浄液を押出し、上記の操作を繰り返すこと
によりキャピラリ電気泳動を行い分析する。

【００１６】この場合、試料をプラントから間欠的に採
取して希釈し、採取ごとにセグメントガスを介して洗浄
液で試料室に供給することにより、オンラインで分析を
行うことができる。そして得られた分析値に基づいてプ
ラントを制御することにより、プラントを常に正常な状
態で運転することができる。

【００１７】上記のキャピラリ電気泳動において、第１
および／または第２バッファ槽に吸引装置を設けること
により、前記の吸引法による試料注入を行えるほか、電
気泳動終了後キャピラリに残留する試料を吸引除去し、
次の分析サイクルに備えることができる。

【００１８】また電気泳動を繰返すことにより、試料お
よびバッファが一方のバッファ槽に移送され、液面が変
化するが、第１および第２バッファ槽の液面を同液面に
保つ液面調整装置を設けることにより、液面を均一にし
て分析精度を高めることができる。

【００１９】本発明によれば、セグメントガスを介して
試料を洗浄液で試料室に圧送し、試料注入装置により試
料をキャピラリに注入して電気泳動を行うようにしたの
で、簡単な構成と操作により効率よく、プラントから間
欠的に試料を採取してオンラインで分析することがで
き、少ない試料と薬剤使用で高い精度で繰り返しキャピ
ラリ電気泳動を行うことが可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
より説明する。図１は実施形態のキャピラリ電気泳動装
置の構成図、図２は試料供給装置の構成図、図３、図４
は操作説明図である。

【００２１】図１において、１は試料供給装置、２は試
料室、３は試料注入装置、４は電気泳動装置で、第１バ
ッファ槽５、第２バッファ槽６、電極７、８、キャピラ
リ９、検出器１０、および液面調整装置１１を有してい
る。１２はプラント、１３は制御装置である。

【００２２】試料供給装置１から試料室２の下部に搬送
路１４が連絡している。試料室２の上部に排液路１５が
連絡し、内部にレベル計１６を有し、上部には清掃装置
１７が設けられている。清掃装置１７は１対の不織布の
ような吸液材１８、１９が、開閉装置２１により開閉す
るように設けられている。

【００２３】試料注入装置３は支持台２２にスライドお
よび回転可能に設けられた可動軸２３にアーム２４が取
付けられ、その先端にキャピラリ９の一端部９ａを保持
するホルダ２５が設けられている。ホルダ２５がキャピ
ラリ９の一端部を保持した状態で可動軸２３がスライド
および回転したとき、第１バッファ槽５の中心部と試料
室２の中心部間を往復できるように構成されている。

【００２４】第１バッファ槽５は上部にリッド２６を有
し、下部に排液路２７を有する。リッド２６は中心部に
キャピラリ９の端部９ａを挿入する挿入孔２８を有し、
その周辺部に電極７および給液路２９が取付けられてい
る。第２バッファ槽６は上部にリッド３１を有し、下部
に排液路３２を有し、底部を液面調整装置１１で支持さ
れている。リッド３１は中心部にキャピラリ９の端部９
ｂを挿入する挿入孔３３を有し、その周辺部に電極８、
給液路３４、吸引路３５、レベル計３６が取付けられて
いる。

【００２５】試料供給装置１の詳細は図２に示されてお
り、プラント１２から試料採取装置３７のステム３８に
より、試料を採取して混合部３９で希釈し、三方弁４１
〜４４を通して搬送路１４から希釈試料、セグメントガ
ス、洗浄液、押出ガスの順に搬送するように構成されて
いる。４５はシリンジポンプ、４６は希釈液槽、４７は
洗浄液槽である。

【００２６】上記の装置によるキャピラリ電気泳動は以
下のようにして行われる。まず、図２においてプラント
１２のプロダクト５１から試料採取装置３７のステム３
８の先端部に形成された凹部５２で試料を計量し、シリ
ンダ５３内を移動するピストン５４を後退させて凹部５
２を混合部３９に移動させる。

【００２７】一方、シリンジポンプ４５のピストン５５
を下げることにより計量室５６に三方弁５７を通して希
釈液槽４６から希釈液を満たす。次いでピストン５５を
上げることにより希釈液を三方弁４１のｃ側に吐出し、
三方弁４１のｂ、ｃを開、三方弁４２のａ、ｂを開の状
態にすると、希釈液は三方弁４１のｃ、ｂ、三方弁４２
のａ、ｂを通して混合部３９に入る。ここで三方弁４１
のａ、ｂを開にすると、ガスＧ１が混合部３９に入って
撹拌が行われ、凹部５２に保持された試料と希釈液が混
合し、希釈試料が生成する。

【００２８】次に三方弁４２のｂ、ｃを開、三方弁４３
のａ、ｂを開とすると、混合部３９内の希釈試料は重力
で流下し、搬送路１４に導入される。次いで三方弁４３
のｂ、ｃを開、三方弁４４のａ、ｂを開にしてポンプＰ
を駆動し、洗浄液槽４７から洗浄液を送液すると、まず
コイル５８にたまったセグメントガスが搬送路１４に入
り、続いて洗浄液が送られる。

【００２９】これにより搬送路１４内には図３（ａ）に
示すように希釈試料６１、セグメントガス６２、洗浄液
６３の順で供給される。こうして試料６１はセグメント
ガス６２を介して洗浄液６３で圧送されて試料室２に搬
送される。試料６１は図３（ｂ）に示すように、次第に
試料室２に充満するので、レベル計１６によりその液面
を検知し、（ｃ）に示すように最高液面に達した時点で
洗浄液の送液を停止する。

【００３０】この状態で図４（ａ）に示すように試料注
入装置３の可動軸２３を回転およびスライドさせてキャ
ピラリ９の一端部９ａを試料室２に進入させ、図１の真
空ポンプＶを一定時間駆動してキャピラリ９を通して吸
引することにより試料６１をキャピラリ９の一端部９ａ
に注入する。

【００３１】続いて図４（ｂ）に示すように可動軸２３
を上向にスライドさせてキャピラリ９の端部９ａを引上
げると同時に清掃装置１７の開閉装置２１を閉じて吸液
材１８、１９でキャピラリ９の端部９ａに挟むことによ
り端部９ａに付着した試料を除去する。この場合吸液材
１８、１９に水等の洗浄液を含浸させておくことにより
洗浄を行ってもよい。

【００３２】このようにして試料注入および清掃を行っ
た後キャピラリ９の端部９ａを引上げ、可動軸を回転お
よびスライドさせて図１に示すように上記端部９ａを第
１バッファ槽５のリッド２６の挿入孔２８に挿入し、先
端をバッファ６５中に進入させる。第２バッファ槽６の
バッファ６６の液面が第１バッファ槽５の液面と一致す
るようにモータＭを回転させて、液面調整装置１１の高
さを調整する。

【００３３】この状態で電極７、８間に電場をかける
と、キャピラリ９を通して電気泳動が行われ、検出器１
０でイオンを検出して分析値を制御装置１３に送る。制
御装置１３では分析値に基づいて異常かどうかを測定し
異常の場合には制御信号を送ってプラント１２を制御す
る。

【００３４】分析の終了後、真空ポンプＶを駆動して吸
引することにより、キャピラリ９中に残留する試料を第
２バッファ槽６側に移行させる。これにより第２バッフ
ァ槽６の液面が上昇したときは、レベル計３６の信号に
よりモータＭを駆動して液面調整装置１１の高さを調整
し、第１および第２バッファ槽５、６の液面を同一にす
る。

【００３５】上記の試料の注入を終った後、試料供給装
置１では三方弁４４のｂ、ｃを開とすることにより、搬
送路１４に押出ガスＧ２を供給し、搬送路１４内の洗浄
液６３圧送する。これにより試料室２内の試料６１は排
液路１５から排出され、図３（ｄ）に示すように洗浄液
６３が試料室２を通過することで試料室を洗浄する。引
続いて押出ガスを送ることにより図３（ｅ）に示すよう
に洗浄液を押出し、コイル５８、搬送路１４および試料
室２を通して押出ガス６４を充填させ次回の試料採取の
ために待機する。

【００３６】電気泳動分析が終了して次回の試料の採取
を行う場合は、前記操作を繰返すことにより、試料の採
取および搬送を行う。そして試料の注入は、図１の状態
から可動軸２３をスライドおよび回転させて図４（ａ）
の状態に移り試料６１をキャピラリ９に注入する。

【００３７】上記の操作を繰返して分析を行うことによ
りバッファ６５が第２バッファ槽６に移送されて第２バ
ッファ槽６の液面が高くなり、液面調整装置１１だけで
は調整しきれなくなった場合は、弁Ｖ４を開いてバッフ
ァ６６を排出して液面を調整することができる。また第
１および第２バッファ槽５、６のバッファ６５、６６を
追加、排出、入替等を行う場合には弁Ｖ１〜Ｖ４を開い
て液の流入、排出、交換を行う。

【００３８】なお上記の試料供給装置１では、試料採取
装置３７としてステム型のものを用い、希釈液の供給に
シリンジポンプ４５を用い、また液およびガスの供給に
三方弁４１〜４４を用いたがそれぞれ他の同効の手段を
用いてもよい。また試料注入装置３も試料室２の試料を
キャピラリに注入できるものであれば、他の構成のもの
でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のキャピラリ電気泳動装置の構成図で
ある。

【図２】試料注入装置の構成図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は操作説明図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は操作説明図である。

【符号の説明】

１ 試料供給装置 ２ 試料室 ３ 試料注入装置 ４ 電気泳動装置 ５ 第１バッファ槽 ６ 第２バッファ槽 ７、８ 電極 ９ キャピラリ １０ 検出器 １１ 液面調整装置 １２ プラント １３ 制御装置 １４ 搬送路 １５、２７、３２ 排液路 １６、３６ レベル計 １７ 清掃装置 １８、１９ 吸液材 ２１ 開閉装置 ２２ 支持台 ２３ 可動軸 ２４ アーム ２５ ホルダ ２６、３１ リッド ２８、３３ 挿入孔 ２９、３４ 給液路 ３５ 吸引路 ３７ 試料採取装置 ３８ ステム ３９ 混合部 ４１〜４４、５７ 三方弁 ４５ シリンジポンプ ４６ 希釈液槽 ４７ 洗浄液槽 ５１ プロダクト ５２ 凹部 ５３ シリンダ ５４、５５ ピストン ５６ 計量室 ５８ コイル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料をセグメントガスを介して洗浄液に
   より搬送路内を圧送して試料室に供給し、試料室に供給
   された試料を試料注入装置によりキャピラリに注入して
   キャピラリ電気泳動を行い、試料注入後試料室の試料を
   押出し、洗浄液を導入して試料室を洗浄し、さらに押出
   ガスにより試料室の洗浄液を押出し、上記の操作を繰り
   返すキャピラリ電気泳動方法。
2. 【請求項２】 試料をプラントから間欠的に採取して希
   釈し、採取ごとにセグメントガスを介して洗浄液で圧送
   して試料室に供給する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 試料室と、 試料をセグメントガスを介して洗浄液により搬送路内を
   圧送して試料室に供給する試料供給装置と、 試料室に供給された試料をキャピラリに注入する試料注
   入装置と、 試料を注入したキャピラリを装着して電気泳動を行う電
   気泳動装置とを有するキャピラリ電気泳動装置。
4. 【請求項４】 試料供給装置がプラントから間欠的に試
   料を採取して希釈し、採取ごとにセグメントガスを介し
   て洗浄液により圧送して試料室に供給するように構成さ
   れた請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 電気泳動装置が、電極を有する第１およ
   び第２バッファ槽、これらのバッファ槽間に装着される
   キャピラリ、および電極間に電場をかける電源装置を有
   する請求項３または４記載の装置。
6. 【請求項６】 第１および／または第２バッファ槽が吸
   引装置を有する請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 第１および第２バッファ槽の液面を同液
   面に保つ液面調整装置を有する請求項３または５記載の
   装置。
8. 【請求項８】 試料注入装置がキャピラリの一端部を試
   料室と第１バッファ槽間を移動させて試料の注入を行う
   ように構成された請求項３ないし７のいずれかに記載の
   装置。
9. 【請求項９】 試料注入装置がキャピラリの端部の清掃
   装置を有する請求項３ないし８のいずれかに記載の装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項３ないし９のいずれかに記載の
    装置を用いてプラントから試料を採取して分析し、その
    分析値を用いてプラントを制御するプラントの制御方
    法。