JP2002098677A - 液体クロマトグラフィーの試料導入方法及び装置 - Google Patents
液体クロマトグラフィーの試料導入方法及び装置Info
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Abstract
に試料バンドをせまくした後に分離カラムに導入する。 【解決手段】 液体クロマトグラフィーの分離カラムに
試料を導入する前に、試料導入バルブに連通した多連続
孔を持つ、又は多孔質である一体型の固相抽出カラム
(モノリシックカラム−Monolithic Col
umn)に試料を保持・濃縮し、試料バンドを狭くして
から分離カラムに導入することを特徴とする。
Description
フィーの試料導入方法及び装置に関するもので、特に試
料中の溶質の量の少ないサンプルを多量に注入する試料
導入方法及び装置に関するものである。
いた濃縮流路を構築していた。ここで用いる濃縮用プレ
カラム3は、使う充填剤は分離カラムと保持挙動は異な
ったとしても、溶出時に狭いバンドで溶出し分離カラム
4に導入する必要がある。プレカラム3も分離カラム4
と同等以上の性能を有する必要がある。然るに、充填カ
ラムの性能は、使用する充填剤の粒子径に反比例する。
従って、圧力が高くなってしまい、図3に示すようなバ
ルブと送液ポンプを必要とする。その他1はインジェク
ションバルブ、2は切換バルブ、3はプレカラム、4は
分析カラム、5はポンプ、6はループ、7は検出器、8
は溶離液、9は溶離液。
内での固相マイクロ抽出)と云う手法も、試料濃縮の方
法として開発されている。この方法は、細管の内側に固
定相を固定化した(ガスクロマトグラフィーのキャピラ
リーカラムと同様)開管カラムを用いる方法である。試
料量を大きくするため、抵抗の掛からない内径の太いカ
ラムを用いる必要がある。しかし、中空管であるため、
内径が大きくなると、拡散効率が下がり(溶質が液相に
接触する効率が下がる。)、濃縮性能が下がる。そのた
め、細いキャピラリーが用いられる。しかし、接触面は
増えるが、キャピラリー管表面に固定化する液相量は減
り、濃縮できる試料量が限定される。当然、目的成分以
外のマトリクスの影響を大きく受けることになる。分析
対象範囲が絞られる。
ドは、分離分析の最終結果に大きく影響を与える。従っ
て、注入量が多いほど、試料バンドが大きくなり、分離
能が悪くなる。液体クロマトグラフから溶出するピーク
の巾(4σ)は、カラムでの広がり、注入口での広が
り、検出器での広がり、配管での広がりなどの広がりの
トータルであり、σ2(トータル)=σ2(注入)+σ
2(カラム)+σ2(検出器)+σ 2(配管)で表され
る。(文献(J.P.C.Vissers,Recen
tdevelopments in microcol
umn liquid chromatograph
y,J.Chromatgr.A856,117−14
3(1999))カラムの性能を生かし、効率のよい分
離を得るためにはカラム外の広がりの効果は、それぞれ
カラムの1/10〜1/20以下にする必要がある。従
って、注入量は少なければ少ないほど、カラムを生かす
ことになるが、反面、微量分析で大量に注入し、感度を
稼ぎたい。
される。
p=3μmカラムでの試料溶液の最大中に有料は、カラ
ム効率ロスを5%として計算すると、400nlにな
る。生体中の薬物や、環境中の有害物質分析では、試料
中の溶質の量は極めて少なく、なるべく多くの試料を注
入したい。
薬標準試料(溶離液で溶解)を0.1μL注入すると、グ
ラジェント分析でシャープなピークが得られた。(図
6)
クション方法を除いて共通である。又、各クロマトグラ
ムにおけるピーク名は次の通りである。 サンプル濃度 Asulam 500(ppm) (クロマトグラムの始めに出ているピーク) Thiuram 100 ピーク1 MCPP 40 ピーク2 Iprodione 50 ピーク3 Pencycuron 90 ピーク4 Bensulide 100 ピーク5
μL注入した。ロード状態でループに入れられた体積は
1μLとなる。インジェクション時には、流速4μL/
minでカラムに導入することになるため、15秒掛か
ることになり、広いバンド巾となる。クロマトグラム上
では、1.Thiuram、2.MCPPのピークがテ
ーリングし、完全分離しない結果となる。溶出の遅いピ
ークでは、本カラムによる濃縮が見られ、改善されてい
るが、完全ではない。このように本カラム入口での濃縮
効果が期待できるグラジェント溶出による分析でさえ限
界があり、多量注入は不可能である。
導入し、溶出時に狭いバンドで溶出し分離カラムに導入
できると共に、高速度で試料濃縮が可能になり、濃縮時
でも試料変化がない試料導入方法及び装置を提案せんと
するもので、第1に液体クロマトグラフィーの分離カラ
ムに試料を導入する前に、試料導入バルブに連通した多
連続孔を持つ、又は多孔質である一体型の固相抽出カラ
ム(モノリシックカラム−Monolithic Co
lumn)に試料を保持・濃縮し、試料バンドを狭くし
てから分離カラムに導入することを特徴とし、第2に液
体クロマトグラフィーの分離カラムに試料を導入する通
路に、試料導入バルブに連通した多連続孔を持つ、又は
多孔質である一体型の固相抽出カラムを連通させること
を特徴とする。
詳細に説明する。1はインジェクションバルブで、ポー
ト11とポート14間にはモノリシスカラム6を設置し
て、ポート16はサンプル注入口とし、シリンジ3等に
より試料注入可能としてある。ポート15はドレイン2
に、ポート13はポンプ5を介し溶離液8に連通させて
ある。ポート12はカラム4を介して検出器7に連通さ
せてある。51はポンプで、溶離液81に連通し、ミキ
サー82を介してポンプ5及びポート13に連結してあ
る。
は、連続孔があり、その大きさが制御されている一体型
であれば特に制限されないが、例として、連続孔のポア
ーサイズは1〜20ミクロンとするモノリシス構造をと
る。分離カラムの内径に対し、連続孔を持つプレカラム
の内径が分離カラムと同等か細いことを特徴とする。微
細粒子を充填した分離カラムに比べ、モノリシスカラム
は使用時の最適線速度が同一内径の場合、速い。従来よ
り濃縮時での試料変化がない。
ラス、例えばNaO−B2O3−SiO2系のものがあ
げられ、A12O3、ZrO2、ZnO2、Tio2、
SnO2、CaO、MgO2等種々の酸化物を添加した
ガラス(製造方法は特開平7−120450号に) 多孔質セラミック、例えばアルミナシリケート、ケイ砂
質、アルミナ質、多孔質ムラトイ質、ケイソウ土質、
(製造方法は同上) 合成無機一有機多孔質、アルコキシドけい素、アルコキ
シドチタン、アルコキシドジルコニウムなどと炭化水
素、芳香族、アルコール、炭素などの有機物から合成さ
れる無機一有機の両方の性質を持つ多孔質体
えば、アクリレート類、メタクリート類、ビニルピリジ
ン、N−ビニルピロリドン、酢酸ビニル及びスチレンか
らなる群から選択されたモノビニルモノマート、アルキ
レンジアクリレート、アルキレンジメタクリレート、ヒ
ドロシキアルキレンジアクリレート、ヒドロキシアルキ
レンジメタクリレート、ジビニルベンゼン及びジビニル
ピリジンから成る群から選ばれたジビニルモノマートの
コポリマーから成るポリマー等が挙げられる。そして、
上記基材に、各種液相を化学修飾又はコーティングした
もの(例えばオクタデシル基、フェニル基など)逆に基材
そのものでも各種液相を化学修飾又はコーティングした
ものかは問わない。分析目的成分と夾雑物との関連で決
定するのがよい。
る。一例として、図2のように組むことができる。通常
のHPCLシステムを用いて図3のループ部分にモノリ
シスカラムを用いるだけで、種々の効果が得られる。例
えば、内径0.3mm×10mm、3μのODSシリカ
ゲルを濃縮カラムとして用いた場合、10μlの試料を
3秒で濃縮カラムに入れようとした場合には、約10M
pa以上かかる。同サイズのモノリシスカラム使用時に
は、0.2Mpa程度であった。
料を直接導入できる圧力は、最大で1Mpa程度で、高
性能な充填タイプカラムは用いられないことになる。充
填カラムで同一圧力にするためには、粒径は30μm程
度になり、分離能として10分の1以下になり、十分な
濃縮、分離ができない。モノリシスは低圧で使用できる
ので、ループ位置に取り付けることで、濃縮導入が簡単
に行える。
メインカラム導入時に接続部と配管及びフィルター部分
に拡散が生じ、ミクロカラムなど低流速ではピーク形状
が悪くなる。モノリシスカラム、一体構造で、配管及び
フィルターが不要となり、空間容量によるピーク形状の
以上は生じない。
取付けようとすると、どうしても配管が必要となる。配
管内部は充填物はなく、濃縮効果はないため。ピークバ
ンドは広がる。又。パイプ内部まで充填部を入れたとし
ても、どうしても充填物を止めるため、フィルターが必
要となる。やはり、濃縮効果は出ないのでピークバンド
は広がる。これらの影響は低流速ほど出る。(図4)
の形成でき、且つインジェクターの奥部分まで差し込
め、全ての場所で濃縮効果が生じ、バンドが広がらな
い。ポンプでの高圧濃縮を用いて、濃縮した場合におい
ても、充填タイプでは1mL濃縮する場合、350Mp
a送液でも約10分以上かかる。チウラムなどの分解し
やすい農薬においては、溶離液中で3分程度から分解が
生じた。モノリシスカラム6利用では、100Mpa送
液で、2分以内に濃縮でき、分解する成分の分析に利用
できた。このように従来から行われているカラムスイッ
チングにも有効となる。(図5)
析に応用できる。これらの農薬は、環境分析においてH
PLC測定することが義務付けられている。通常は、こ
れらの分析を行う場合には、水溶液試料を煩雑な固相抽
出を用いて、クリーンアップし、その一部をHPLCに
導入するという方法が用いられる。この方法では試料の
取扱いにおいて、各工程における物質収支がわからない
という問題が生じる。そのため、標品添加による比較実
験から実試料を推定するしかない。
は、各工程が連続に行えるので、物質収支が明確にな
り、精度の高い方法となる。しかし、従来のスイッチン
グ方法では、濃縮ポンプ及び洗浄に切り替えるバルブな
どが必要で、高価なシステムHPLCとなる。インジェ
クション部分のループにモノリシスカラムを用いること
で、簡単なHPLCシステムを用いて、カラムスイッチ
ングと同じ効果が得られた。又、メインの分析カラムに
キャピラリーカラムを用いることにより、溶媒使用量を
減らすこともできた。
ード側(黒ライン)にしてシリンジ3で10μL試料をポ
ート16から注入すると、モノリシスカラム6に入る。
殆ど抵抗はなく、手で注入できる。試料成分はモノリシ
スカラム6入口にて濃縮される。溢れた液はポート15
を経てドレイン2から廃棄される。試料成分はモノリシ
スカラム6入口に狭いバンドで濃縮される。
えることによって、試料はポート13を経てポンプ5か
らの溶離液8により、ポート13−ポート14−モノリ
シスカラム6−ポート11−ポート12と云う経路で逆
方向からカラム4に送り込まれる。この時、フィルター
や配管パイプによる試料拡散もなくカラム4に導入され
る。10μL注入においても従来の方法のようなテーリ
ング現象は見られなかった。(図8) 本発明の方法では、従来のシステムに比べて、数十倍の
試料が導入できることになる。
釈した試料液を用いた。試料量としては、5倍の50μ
Lを導入した。ロード側(黒ライン)にしてシリンジ3で
希釈した50μL試料を量り取り、ポート16から注入
した。殆ど抵抗なく手で注入できた。試料成分は−モノ
リシスカラム6にて、濃縮される。溢れた液はポート1
5を経てドレインから廃棄される。試料成分はモノリシ
スカラム6入口に狭いバンドで濃縮される。濃縮効果は
水で希釈されているため、大きくなり多量の試料が導入
されても狭いバンドに濃縮される。
えることによって、試料はポート13を経てポンプ5か
らの溶離液8により、ポート13−ポート14−モノリ
シスカラム6−ポート11−ポート12と云う経路で逆
方向からカラム4に送り込まれる。この時、フィルター
や配管パイプによる試料拡散もなくカラム4に導入され
る。50μL注入においても従来の方法のようなテーリ
ング現象は見られなかった。(図9) 本発明の方法では、希釈すれば従来のシステムに比べ
て、数百倍の試料が導入できることになる。
離液に溶解した試料液を用いた。試料量としては、50
μLを導入した。ロード側(黒ライン)にして、初期プレ
コンディショニングとして、水を50μL注入した。次
に、50μL試料を量り取り注入した。殆ど抵抗はな
く、手で注入できた。モノリシスカラム6は、充分に水
に置換されているので、濃縮効果が期待できない溶離液
希釈試料でも目的成分は濃縮される。溢れた液はポート
15を経てドレインから廃棄される。試料成分はモノリ
シスカラム6入口に狭いバンドで濃縮される。モノリシ
スカラム6のプレコンディショニング効果も、水希釈と
同じ効果が得られた。
えることによって、試料はポート13を経てポンプ5か
らの溶離液8により、ポート13−ポート14−モノリ
シスカラム6−ポート11−ポート12と云う経路で逆
方向からカラム4に送り込まれる。この時、フィルター
や配管パイプによる試料拡散もなくカラム4に導入され
る。テーリング現象は見られず、実施例2と同じクロマ
トが得られた。
離液に溶解した試料液を用いた。試料量としては、50
μLを導入した。ロード側(黒ライン)にして、初期プレ
コンディショニングとして、水を50μL注入した。次
に、50μL試料を量り取り注入した次に、80%AC
N溶液50μL導入した。殆ど抵抗はなく、手で注入で
きた。溶出力の異なるモノリシスカラム6に流すことに
よって、成分の一部を洗浄脱着することができる。溶出
されない成分のみが濃縮され、分析目的以外の成分は、
溢れた液と同時にポート15を経てドレインから廃棄さ
れる。目的成分はモノリシスカラム6入口に狭いバンド
で濃縮される。
えることによって、試料はポート13を経てポンプ5か
らの溶離液8により、ポート13−ポート14−モノリ
シスカラム6−ポート11−ポート12と云う経路で逆
方向からカラム4に送り込まれる。この時、フィルター
や配管パイプによる試料拡散もなくカラム4に導入され
る。ロード時に80%アセトニトリルで−モノリシスカ
ラム6を洗浄することによって、溶出の早い1.Thi
uram,2.MCPP,3.Iprdione,成分
のみが洗浄され、目的である4.Pencycuro
n,5.Bensulideのシャープなピークのみが
得られた。
りにオートサンプラーを用い、ループの代りにモノリシ
スカラムを装着した。ループ接続可能なオートサンブラ
ーならば、この発明方法が適用可能であった。実施例1
〜4と同じクロマト効果が得られた。
れば、液体クロマトグラフィーの分離カラムに試料を導
入する前に、試料導入バルブに連通した多連続孔を持
つ、又は多孔質である一体型の固相抽出カラム(モノリ
シックカラム−Monolithic Column)
に試料を保持・濃縮し、試料バンドを狭くしてから分離
カラムに導入することを特徴とするので、多量の試料を
導入し、溶出時に狭いバンドで溶出し、分離カラムに導
入できると共に、高速度で試料濃縮が可能になり、濃縮
時でも試料変化がない資料導入方法が得られる。又、こ
の最適線速度範囲が広く、正確な流量コントロールの必
要が無く、工夫が要らないため、装置が簡略化でき、
且、試料導入バルブに連結しても充分な性能が得られ
る。更に、高流速でも性能に影響が少ないので、試料変
化の要因となる停滞時間も短くでき、さらに、分析時間
の短縮にも有効となる。
ロマトグラフィーの分離カラムに試料を導入する通路
に、試料導入バルブに連通した多連続孔を持つ、又は多
孔質である一体型の固相抽出カラムを連通させることと
したので、充填カラムタイプに比べて、圧力が数十分の
1以下になり、高圧ポンプによる導入が要らず、簡単に
試料注入部に組込めることになる。これは、マニュアル
インジェクターや従来のオートサンプラーのループ部分
を変更するだけで、濃縮導入できることになる。さら
に、試料導入後、溶媒強度の異なる液を流すことによっ
て、簡単にクリーンアップも可能となる。又、HPLC
分析において、温度コントロールは、分離性能の向上及
び分離特性変化を生じさせることで、有効な手段であ
る。それを、濃縮に利用することは、従来方法では行な
えなかった。濃縮充填タイプカラムは、カラム間及び充
填剤から成り立ち、内部まで温度変化させることは、熱
伝導から考えて不可能でその性能を引出すことはできな
い。請求項2に記載の発明では一体構造となるカラムの
使用により、熱伝導もよく温度コントロールすることが
可能となる。
抽出カラムをインジェクション部に直接接続することと
したので、注入バルブに直接接続でき、更に、一体構造
のため、フィルターが必要でなく試料拡散の影響がない
ので、従来では難しい内径の細いキャピラリー、ミクロ
カラムにも適用できる。又、管内部全体をシールする必
要がないので、拡散容量に影響しないピンポイントな拡
散板も利用できる。
Claims (3)
- 【請求項1】液体クロマトグラフィーの分離カラムに試
料を導入する前に、試料導入バルブに連通した多連続孔
を持つ、又は多孔質である一体型の固相抽出カラム(モ
ノリシックカラム−Monolithic Colum
n)に試料を保持・濃縮し、試料バンドを狭くしてから
分離カラムに導入することを特徴とする液体クロマトグ
ラフィーの試料導入方法。 - 【請求項2】液体クロマトグラフィーの分離カラムに試
料を導入する通路に、試料導入バルブに連通した多連続
孔を持つ、又は多孔質である一体型の固相抽出カラムを
連通させることを特徴とする液体クロマトグラフィーの
試料導入装置。 - 【請求項3】固相抽出カラムをインジェクション部に直
接接続することを特徴とする請求項2に記載の液体クロ
マトグラフィーの試料導入装置。
Priority Applications (5)
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JP4892128B2 (ja) | 2012-03-07 |
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