JP2004108884A

JP2004108884A - 微流量ポンプ、及びそれを用いたフローインジェクション分析装置と高速液体クロマトグラフ

Info

Publication number: JP2004108884A
Application number: JP2002270308A
Authority: JP
Inventors: Daido Ishii; 石井　大道; Masao Bounoshita; 坊之下　雅夫
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】本発明の目的は、正確に作動する微小流量送液が可能な微流量ポンプを提供することにある。
【解決手段】本発明の微流量ポンプ１０はシリンジ１２と、該シリンジ１２内の液体を吐出するプランジャー１４と、を備えたシリンジ型の送液ポンプにおいて、前記プランジャー１４は、前記シリンジ１２の内径以下の直径を持つ太線部１４ａと、該太線部１４ａよりも小さな直径を持つ細線部１４ｂと、を備え、軸方向に沿って直径が変化する一本のプランジャーとして構成され、前記プランジャー１４を所定の方向に引き出すことにより、前記シリンジ１２内を占める該プランジャー１４の体積を増大させ、該シリンジ１２内の液体を吐出することを特徴とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微流量ポンプ、特にその送液機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の化学分析に用いられる伝統的な器具のダウンサイジングが注目され、微細加工技術を応用して、マイクロチップの上で複数の測定法や前処理を組み合わせた“μ−ＴＡＳ：ｍｉｃｒｏ　ｔｏｔａｌ−ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ”等の分析システムの集積化が研究されている。
【０００３】
本発明者は、内径が０．５ｍｍ以下のキャピラリー（毛管・毛細管・細管）を使用することによって、各種の化学分析法をダウンサイジング化したりマイクロ化することに着目して研究を進め、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）やフローインジェクション分析法（ＦＩＡ）又は容量分析法などにおいて、試料溶液や移動相溶媒、キャリヤー液、試薬溶液又は標準溶液などを、通常の分析方法で使用されている体積の百分の一から千分の一程度で実行することを可能にした（非特許文献２参照）。例えば、反応管として内径０．２ｍｍ、長さ３〜１０ｃｍの溶解シリカキャピラリーを使用し、通常のフローインジェクション分析法（ＦＩＡ）に比べ約千分の一のスケールにマイクロ化した超マイクロフローインジェクション分析法（Ｕ−ＭＦＩＡ）を開発した（非特許文献１参照）。そして、上記のＵ−ＭＦＩＡをさらにマイクロ化して、その全流速を０．１μｌ／ｍｉｎ（１００ｎｌ／ｍｉｎ）以下にしたナノフローインジェクション分析法（ＮＦＡ）としても作動可能であることを実験的に確認した（非特許文献３参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
石井大道　「超マイクロフローインジェクション分析法の開発」　“ぶんせき”　日本分析化学会　２０００年　Ｎｏ．１１　ｐ．６９０
【非特許文献２】
石井大道　「分析化学におけるキャピラリーの活用」　“分析化学”　日本分析化学会　２０００年　４９巻　１２号　ｐ．９２９
【非特許文献３】
石井、周、古野　日本分析化学会第５０年会講演要旨集　２００１年　ｐ．９２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような通常の千分の一程度にマイクロ化した分析装置においては、０．１〜１０μｌ／ｍｉｎ程度の低流速で正確に作動する微小流量送液が可能な送液ポンプが必要になる。ところが、扱う液体の量が微量であること、またそれに伴い送液ポンプ自体も小型化されていることから、通常のシリンジ型のポンプでは、シリンジ内の液体を吐出する際に、液体を押し出すプランジャーの変形が起こり得る。その結果、プランジャーの撓みにより生じる流速の変動が大きな問題となる。
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、正確に作動する微小流量送液が可能な微流量ポンプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の微流量ポンプは、シリンジと、該シリンジ内の液体を吐出するプランジャーと、を備えたシリンジ型の送液ポンプであり、
前記プランジャーは、前記シリンジの内径以下の直径を持つ太線部と、該太線部よりも小さな直径を持つ細線部と、を備え、軸方向に沿って直径が変化する一本のプランジャーとして構成されたものを用いる。そして、前記プランジャーを所定の方向に引き出すことにより、前記シリンジ内を占める該プランジャーの体積を増大させ、該シリンジ内の液体を吐出することを特徴とする
【０００７】
また、流路内を流れる全液体の吸引を行うシリンジ型の吸引用ポンプと、上記の微流量ポンプと、前記各ポンプのプランジャーを引き出すプランジャー駆動手段と、をそれぞれ単数又は複数備え、前記プランジャー駆動手段により、前記シリンジ型ポンプによる吸引と、前記微流量ポンプによる吐出と、を連動して行うことも好適である。
前記の微流量ポンプは、フローインジェクション分析装置や高速液体クロマトグラフに好適に使用することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の微流量ポンプの実施形態を説明する。図１に示された微流量ポンプ１０は、シリンジ１２とプランジャー１４を備えている。プランジャー１４は、シリンジの内径以下の直径を持った太線部１４ａと、該太線部１４ａよりも小さな直径を持つ細線部１４ｂとを有している。図１中左半部が太線部１４ａ、右半部が細線部１４ｂとなっている。このように、プランジャー１４は、その軸方向に沿って直径が変化している形状となっている。
【０００９】
シリンジ１２の両端面は、ゴムの栓などで密封されており、プランジャー１４のみを通す微小な開口部が設けられている。その開口部を通り、プランジャー１４の両端部がシリンジ１２の外側に出ている。このプランジャー１４の端部を引っ張ることによりプランジャー１４を移動させる。液体はシリンジ１２に取り付けられた注入口１６からシリンジ１２に注入され、微流量ポンプ１０の使用時にはこの注入口１６は閉じられている。
【００１０】
シリンジ１２内の液体の送液は、図１のようにプランジャー１４の細線部１４ｂ側の端部を引き出すことにより行う。つまり、シリンジ１２内を占める太線部１４ａの体積を増大させることで、その体積の変化分に相当した量の液体を出口１８から吐出する。プランジャーの細線部１４ｂは、プランジャー１４のシリンジ１２内を占める体積を変化させる手段として働く。よって、通常の押し出し型のシリンジポンプとは異なり、プランジャー１４を引き出すことにより液体の吐出を行うため、プランジャー１４の撓みが生じない。そのため、液体の吐出速度の変動が生じることなく、正確な微小流量送液が可能となる。
【００１１】
また、上の説明では、プランジャー１４の形状を太線部の一つの端部に細線部が接続されたものを説明したが、他の形状も可能である。例えば、上記プランジャーの細線部の両端部に、同じ直径を持つ太線部を接続し、吐出前には、細線部の両端の太線部がそれぞれ、その一部がシリンジ内にあるようにする。すると、プランジャーの引き出し始めは、シリンジ内を占めるプランジャーの体積の変化が起こらないが、一方の太線部がシリンジ内から完全にでた時点で、シリンジ内の液体の吐出が始まる。また、引き出す側の太線部を、他方の太線部よりも直径を小さくすることによって、液体の吐出速度を段階的に変化させることも可能である。これらの場合、シリンジの両端にあるプランジャーを通す開口部は、プランジャーの直径の変化に対応するように、ある程度の弾力性を有することが望ましい。また、プランジャー自体十分に細いものなので、シリンジ内の圧力が高すぎなければ、プランジャーと開口部と隙間がある程度あってもそこから液体は漏れ出すことはない。
【００１２】
このように、プランジャーの形状を変更したり、プランジャーとシリンジの相対位置関係を変更することにより、シリンジ内の液体の吐出のタイミングを調整することも可能である。
【００１３】
図２は、上記の微流量ポンプをフローインジェクション分析装置や高速液体クロマトグラフ等の化学分析装置に使用する場合の好適な一実施形態である。図１に対応する部分には符号１００を加えた。図２のポンプは、複数の微流量ポンプ１１０_１〜１１０_ｎと全液体を吸引するための吸引用シリンジポンプ１２０とを備えている。吸引用シリンジポンプ１２０は、通常のシリンジ型のポンプであり、シリンジ１２２とプランジャー１２４を備えている。
【００１４】
プランジャー駆動手段１２６によって、吸引用シリンジポンプ１２０のプランジャー１２４と微流量ポンプ１１０_１〜１１０_ｎのプランジャー１１４_１〜１１４_ｎとが、連動して引き出される。それに伴い、微流量ポンプ１１０_１〜１１０_ｎのシリンジ１１２_１〜１１２_ｎ内に蓄えられた液体（試薬溶液、試料溶液等）が流路へと吐出され、また、吸引用シリンジポンプ１２０によって、流路内を流れる全液体の吸引が行われる。また、吸引用シリンジポンプ１２０によって吸引される液体の流速と微流量ポンプ１１０_１〜１１０_ｎによって吐出される液体の流速との差に相当した流速で、吸引口１２８から試料やキャリヤー液等の液体が流路内に吸引される。
【００１５】
つまり、流路内の全液体の流速は吸引用シリンジポンプ１２０によって制御される。微流量ポンプ１１０_１〜１１０_ｎや吸引用シリンジポンプ１２０のプランジャーやシリンジの大きさ、プランジャーの引き始めの時点での太線部と細線部の位置等を調節することにより、吸引口で吸引される液体の流速、各微流量ポンプによる吐出のタイミング等を制御することができる。また、プランジャー駆動手段を複数備えることにより、微流量ポンプから液体を吐出する開始時間や、吐出の持続時間、吐出の終了時間等を、各微流量ポンプ毎に異なるようにすることも可能である。
【００１６】
【実施例】
図３は、本発明の微流量ポンプを使用したフローインジェクション分析装置の概念図である。図２に対応する部分には符号１００の代わりに符号２００を加えた。図３のフローインジェクション分析装置は、全流量を制御するための吸引用シリンジポンプ２２０と、試薬溶液２３８を送液するための微流量ポンプ２１０を備えている。こららのポンプはプランジャー駆動手段２２６としてのデジタルシリンジポンプ２２６（ＫＤ−Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製）によって、プランジャーの引き出しが行われる。
【００１７】
反応管２３６としては、内径１００μｍ、外径３７５μｍ、長さ５〜５０ｍｍの融解シリカキャピラリーを使用した。このキャピラリーのポリイミド樹脂の被膜を剥がした部分をマイクロフローセルとし、ここで検出器２３０により測定を行う。
【００１８】
吸引用シリンジポンプ２２０のシリンジ２２２、微流量ポンプ２１０のシリンジ２１２には、マイクロシリンジを用いる。また、吸引用シリンジポンプ２２０のプランジャー２２４には、直径０．２５ｍｍ（長さ１ｍｍ当たりの体積は４９．１ｎｌ）の市販のステンレス線を使用した。また、微流量ポンプ２１０のプランジャー２１４の材料としては、その太線部２１４ａに直径０．１３ｍｍ（長さ１ｍｍ当たりの体積は１３．３ｎｌ）のステンレス線を、細線部２１４ｂに直径０．０７５ｍｍ（長さ１ｍｍ当たりの体積は４．４ｎｌ）のステンレス線をそれぞれ使用した。図３のように微流量ポンプ２１４のプランジャー細線部２１４ｂとシリンジポンプのプランジャー２２４とを、デジタルシリンジポンプ２２６を用いて連動して同時に引き出すことにより、吸引用シリンジポンプ２２０による流路を流れる全液体の吸引と、微流量ポンプ２１０による試薬溶液２３８の吐出とが行われる。また吸引用シリンジポンプ２２０による吸引量と、微流量ポンプ２１０による試薬溶液２３８の吐出量との差に相当する量のキャリヤー液２３２または試料溶液２３４が、吸引口２２８で吸引される。
【００１９】
キャリヤー液２３２と試料溶液２３４は所定の時間間隔で交互に反応管２３６へと送液され、反応管２３６にて試料溶液２３４と試薬溶液２３８とを反応させた後、検出器２３０で吸光度等が測定される。全流速を１〜１００ｎｌ／ｍｉｎの各流速で変更し、実験的な検討を行ったが、フローシグナルなどの測定結果は良好なものであった。このように、本発明の微流量ポンプを、フローインジェクション分析装置に用いることにより、微量試料の分析を的確に行うことが可能になる。
【００２０】
この実施例では、一台の微流量ポンプを使用したが、分析する方法に従い複数の微流量ポンプ、複数のプランジャー駆動手段を用いて複数の試薬溶液等を送液することができる。また、ポンプに使用するプランジャーの断面積の大きさを調節することにより、流路に流れる試薬溶液、キャリヤー液、試料溶液の流速比を変更することが可能である。
【００２１】
図４は、本発明の微流量ポンプを使用した高速液体クロマトグラフの概念図である。図２に対応する部分には符号１００の代わりに符号３００を加えた。図４の高速液体クロマトグラフは、図３のフローインジェクション分析装置とほぼ同じ構成であり、反応管の部分にカラム３４０が設置されている。カラム３４０としては、例えばマイクロキャピラリーカラム等を用いればよい。プランジャー駆動手段３２６により、吸引用シリンジポンプ３２０と微流量ポンプ３１０のそれぞれのプランジャー３２４、３１４が引き出される。その結果、吸引用シリンジポンプ３２０により流路内の全液体が吸引され、微流量ポンプ３１０によりそのシリンジ内に蓄えられた試料溶液３４４が流路に送られる。また、移動相溶液３４２が吸引口３２８により吸引され、流路へと送液される。微流量ポンプ３１０により吐出された試料溶液３４４は分離カラム３４０へと送られ分離された後、検出器３３０によって測定が行われる。
【００２２】
試料溶液３４４や移動相溶液３４２の流速の制御は、上に述べたものと同様である。つまり、吸引用シリンジポンプ３２０の吸引量によって、流路内の全液体の流速が決定され、微流量ポンプ３１０の吐出量によって、試料溶液３４４の吐出速度がきまる。吸引用シリンジポンプ３２０による全流速と微流量ポンプ３１０による試料溶液３４４の吐出速度との差に相当する流速が、吸引口３２８で吸引される移動相溶液３４２の流速となる。このように、本発明の微流量ポンプを微量試料の送液に用いているので、正確な低流速送液が可能となる。
また、本発明は上記の構成に限られるものではなく、適切に構成を変更することによりグラジエント溶出法などに適用することも容易である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の微流量ポンプによれば、簡易な構成で、正確な微小流量の送液が可能となる。また、本発明の微流量ポンプを、フローインジェクション分析装置や高速液体クロマトグラフ等の化学分析装置に用いることで、微小試料の分析を正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微流量ポンプ
【図２】本発明の微流量ポンプを用いた送液の説明図
【図３】微流量ポンプを用いたフローインジェクション分析装置
【図４】微流量ポンプを用いた高速液体クロマトグラフ
【符号の説明】
１０…微流量ポンプ
１２…シリンジ
１４…プランジャー
１４ａ…太線部
１４ｂ…細線部

Claims

シリンジと、該シリンジ内の液体を吐出するプランジャーと、を備えたシリンジ型の送液ポンプにおいて、
前記プランジャーは、前記シリンジの内径以下の直径を持つ太線部と、該太線部よりも小さな直径を持つ細線部と、を備え、軸方向に沿って直径が変化する一本のプランジャーとして構成され、
前記プランジャーを所定の方向に引き出すことにより、前記シリンジ内を占める該プランジャーの体積を増大させ、該シリンジ内の液体を吐出することを特徴とする微流量ポンプ。
流路内を流れる全液体の吸引を行うシリンジ型の吸引用ポンプと、請求項１記載の微流量ポンプと、前記各ポンプのプランジャーを引き出すプランジャー駆動手段と、をそれぞれ単数又は複数備え、
前記プランジャー駆動手段により、前記シリンジ型ポンプによる吸引と、前記微流量ポンプによる吐出と、を連動して行うことを特徴とする微流量ポンプ。
請求項１または２の微流量ポンプを備えたことを特徴とするフローインジェクション分析装置。
請求項１または２の微流量ポンプを備えたことを特徴とする高速液体クロマトグラフ。