JP2005257575A - クロマトグラフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オーバーラップインジェクション手法を用いた連続分析の所要時間を短縮する。
【解決手段】 連続分析実行時に、オートサンプラによる試料注入準備動作に要する時間を実測して試料注入準備動作時間Ｔｊに設定する（Ｓ３〜Ｓ５）。そして、その分析の分析動作が終了する時点から試料注入準備動作時間Ｔｊだけ遡った時点で（Ｓ９）、次の分析の試料注入準備動作を開始し（Ｓ３）、試料注入準備動作が終了した後に前の分析動作が終了したならば（Ｓ７でYes）直ちに準備していた試料をカラムに注入して分析動作を開始する（Ｓ８）。これによって、前の分析動作が終了した後に次の分析の試料注入準備動作の終了を待つ時間が不要になるので、効率よく分析を連続的に行うことができ、連続分析の所要時間を短縮することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフ等のクロマトグラフ装置に関し、更に詳しくは、複数の試料を自動的に交換・選択しながら順次分析を実行するものであって、その自動分析の際に、直前の分析が終了する前に次の分析に必要な試料の採取等の試料注入準備動作を試料注入部で行うようにしたオーバーラップインジェクション機能を有するクロマトグラフ装置に関する。

例えば液体クロマトグラフでは、予め多数の試料をオートサンプラ（又はオートインジェクタ）のラックにセットしておき、オペレータがそれら試料の分析順序や分析条件などを規定する例えば図２に示すようなスケジュールテーブルを入力した上で分析開始を指示しておくと、そのスケジュールテーブルに従って試料が順次選択され、設定されている分析条件の下で分析が自動的に実行される（例えば特許文献１など参照）。

オートサンプラでは、指定された試料瓶中の試料液に浸漬させたニードルを通して所定量だけ計量した試料液をサンプルループに保持しておき、その後にバルブ等による流路の切り替えによってサンプルループに保持していた試料液を移動相で押し出してカラムに導入する（例えば特許文献２など参照）。こうした一連の動作には或る程度の時間が掛かる。本明細書では、オートサンプラが試料液の選択動作を開始してからカラムに注入可能な状態になるまでに要する時間を試料注入準備動作時間と呼ぶ。また、試料液がオートサンプラによりカラム（厳密にはカラム手前の流路）に注入されてから成分分析が終了するまでの時間を分析時間とよぶ。

一般的な連続分析では、図４（ａ）に示すように、連続分析が開始されると、オートサンプラが１番目の試料に対する試料注入準備動作を実行し、時刻ｔ１でその動作が終了すると準備された試料がカラムへと注入されて分析動作が実行される。通常、分析時間の長さは分析条件の１つとしてオペレータにより設定されており、時刻ｔ２で分析が終了すると、オートサンプラは２番目の試料に対する試料注入準備動作を実行する。このように試料注入準備動作と分析動作とが交互に且つ時系列的に実行される。

これに対し、連続分析全体の所要時間を短縮するためにオーバーラップインジェクションと呼ばれる機能が利用されることがある。すなわち、或る試料がカラムを通過して分析されている期間中にオートサンプラで次の試料の準備をしても支障はないから、図４（ｂ）に示すように、例えば１回目の分析（分析＃１）が終了する時点ｔ２よりも前の時点ｔ３で次の分析（分析＃２）の試料注入準備動作を実行する。したがって、時間的にみれば分析時間の一部と次の試料注入準備動作時間の一部とがオーバーラップしており、その分だけ時間短縮効果が得られることになる。なお、図４（ｂ）の例では、前の試料の分析が終了した後に次の試料をカラムに注入するようにしているが、場合によっては、前の試料の分析が終了するよりも前に次の試料をカラムに注入することを許容する手法もある。但し、ここでは、異なる試料の混合を確実に防止するために、前者のようなオーバーラップインジェクションを想定する。図４（ｂ）を見れば明らかなように、オーバーラップインジェクションにより連続分析の所要時間の短縮が可能である。

一般に、オートサンプラは機種によって動作速度がかなり相違するため、どのようなオートサンプラを使用するのかによって試料注入準備動作時間は大きく変わる。また、試料の種類や注入量などの条件設定によっても試料注入準備動作時間は大きく変わる。こうしたことから試料注入準備動作時間を予め計算することは非常に困難であり、従来は、或る程度の時間的余裕をおりこんだ固定の試料注入準備動作時間を定めておき、或る分析の終了予定時刻からその固定時間（例えば図４（ｂ）の例では[ｔ２−ｔ３]、[ｔ７−ｔ５]）だけ遡った時点で次の試料注入準備動作を開始するようにしている。

しかしながら、上述のように予め定めた固定時間を元に試料注入準備動作の開始点を決める場合、図４（ｂ）中にΔｔで示すように、前の分析動作が終了してから次の分析動作を開始するまでの間に無駄時間が発生し易い。近年、クロマトグラフ分析技術の進展により、膨大な数の試料をそれぞれ比較的短い分析時間で以て分析するようなケースが増えている。そうした場合、上記のような無駄時間Δｔがたとえ僅かであったとしても、試料の数が多いとその無駄時間Δｔの積算値は無視できない程度に大きくなってしまう。したがって、この無駄時間をなくす又は減少させることができれば、連続分析の所要時間の短縮化に有効である。

特開平１１−２０１９６１号公報 特開平０９−１２７０７８号公報

本発明はかかる課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、複数の試料に対する分析を連続的に実行するに際し、連続分析にかかる所要時間を短縮することができるクロマトグラフ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、分離カラムと、該分離カラムに試料を注入する試料注入部と、前記分離カラムから出て来る試料成分を順次検出する検出部とを具備し、予め設定されたスケジュールに従って試料を順次交換・選択しながら複数の試料の分析を連続的に実行するクロマトグラフ装置であって、且つ、直前の分析が終了する前に、次の分析に必要な試料の採取等の試料注入準備動作を試料注入部で行うようにしたクロマトグラフ装置において、
a)連続分析時に、前記試料注入部において試料注入準備動作を開始してからそれが終了して分離カラムへの試料注入が可能となる時点までの所要時間を実測する時間測定手段と、
b)連続分析時に前記時間測定手段により所要時間の実測が行われた以降の分析において、該所要時間に基づいて試料注入準備動作の開始タイミングを決定して前記試料注入部を制御する分析制御手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るクロマトグラフ装置では、連続分析の中の或る１回の分析（通常、１番最初の分析）において試料注入準備動作に要した時間を時間測定手段により実測し、以降の各分析においてその実測により得られた所要時間を用いて試料注入準備動作の開始タイミングを決めるようにしてもよいが、好ましくは、時間測定手段は連続分析の各分析毎に前記所要時間を実測し、分析制御手段は各分析毎に直近の前記所要時間を用いて次の試料注入準備動作の開始タイミングを決定する構成とするとよい。

すなわち、本発明に係るクロマトグラフ装置では、従来のように予め決められた試料注入準備動作時間ではなく、連続分析の実行過程の中で、時間測定手段により実際に測定された試料注入準備動作時間に基づいて、分析制御手段は例えば前の分析の終了予定時間からその試料注入準備動作時間だけ遡った時点を試料注入準備動作開始タイミングとして決定し、試料注入部を制御する。試料注入準備動作時間は例えば試料ラック中における試料の位置等にも依存するため、１回の連続分析の中での各分析毎の試料注入準備動作時間は全て同一になるわけではないが、実測値には試料注入準備動作時間を最も左右する試料注入部としてのオートサンプラの動作時間が反映される。そのため、従来のような固定時間を用いて試料注入準備動作の開始タイミングを決める場合に比べて、格段に高い精度で、つまり前の分析動作が終了した時点から次の分析の試料注入準備動作が終了する時点までの時間が短くなるように試料注入準備動作の開始タイミングを決めることができる。

このように本発明に係るクロマトグラフ装置によれば、前の分析動作が終了した時点から次の分析の試料注入準備動作が終了する時点までの時間、すなわち上記無駄時間Δｔが短くなるので、効率的に繰り返し分析を行うことができ、連続分析の時間短縮を図ることができる。特に１回の連続分析で分析すべき試料の数が多いほど、大きな時間短縮効果が得られる。

以下、本発明の一実施例である液体クロマトグラフ装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例による液体クロマトグラフ装置の要部のブロック構成図、図２は連続分析の際に入力設定されるスケジュールテーブルの一例を示す図、図３は本実施例の液体クロマトグラフ装置の特徴である連続分析実行時の制御フローチャートである。

図１に示すように、本実施例の液体クロマトグラフ装置は、溶離液（移動相）槽１と、送液ポンプ２と、オートサンプラ３と、カラムオーブン５に内装されたカラム６と、検出器７と、これら各部をそれぞれ制御する制御部８と、制御部８を通して分析作業を管理したり検出器７で得られたデータを解析・処理したりするパーソナルコンピュータ９と、パーソナルコンピュータ９に接続された入力部１０及び表示部１１と、を備える。

この液体クロマトグラフ装置による分析動作について概略的に説明すると、パーソナルコンピュータ９から指示を受けた制御部８の制御の下で、送液ポンプ２は溶離液槽１から吸引した溶離液を略一定流量で以てオートサンプラ３を介してカラム６へと流す。オートサンプラ３には多数の試料瓶（バイアル）が搭載されたサンプルラック４がセットされており、制御部８の制御の下に所定の試料を選択し所定のタイミングで該試料を溶離液中に注入する。注入された試料は溶離液に乗ってカラム６へと導入される。試料中の各成分がカラム６を通過する時間（保持時間）は成分によって異なるため、カラム６を通過する間に試料中の各成分は時間的に分離される。検出器７はこうしてカラム６により分離されて溶出する成分を順次検出し、検出データを制御部８を介してパーソナルコンピュータ９へ送る。パーソナルコンピュータ９では受け取ったデータをハードディスク等の記憶装置に格納するとともに、所定の処理を行ってクロマトグラムを作成して表示部１１の画面上に表示する。

サンプルラック４に搭載された多数の試料を連続的に分析するために、分析に先立って、オペレータは入力部１０から図２に示すようなスケジュールテーブルを設定する。図２において、分析メソッドは分析条件を記述したデータファイルの名称であって、分析メソッドが同一である場合には分析条件は全く同一である。分析条件としては、例えばカラムオーブン５の設定温度、オートサンプラ３による試料注入条件（速度）、分析時間などがある。一般に、膨大な数の検体（試料）をハイスループットで分析する必要があるような場合には分析条件は同一であることが多い。

オペレータは図２のようなスケジュールテーブルを入力部１０により設定した後に連続分析開始の指示を与えるわけであるが、その際にオーバーラップインジェクション分析とオーバーラップインジェクションを行わない通常の連続分析とを選択できるようになっている。以下、本実施例の特徴であるオーバーラップインジェクション分析時の制御動作について図３を参照しながら説明する。

パーソナルコンピュータ９はオーバーラップインジェクションによる連続分析開始の指示を受けると、試料注入準備動作時間Ｔｊとして、予め定められている試料注入準備動作時間初期値Ｔj0を設定する（ステップＳ１）。そして、１番目に実行する分析の分析時間Ｔａを分析条件から抽出し、その分析時間Ｔａから試料注入準備動作時間Ｔｊを差し引いて次回の試料注入準備動作開始時間Ｔｓを算出する（ステップＳ２）。その後に、１番目に実行する分析の分析条件に従って制御部８はオートサンプラ３に指示を与え、オートサンプラ３は試料注入準備動作を開始する（ステップＳ３）。

オートサンプラ３では、試料を吸引するためのニードルを指定されているバイアル（図２の例ではバイアル[0001]）の上に移動させ、ニードルを下降させて該バイアル中の試料液中に浸漬する。その後、計量シリンジで吸引動作を行うことによって、ニードルを通して所定量の試料液をサンプルループの中に引き込む。サンプルループ中に引き込まれた試料液は、バルブの切替えによって移動相がサンプルループに流されるまでサンプルループ中に保持される。したがって、サンプルループ中に試料液が保持された状態が試料注入準備動作の終了である（ステップＳ４）。

オートサンプラ３における試料注入準備動作開始時及びその終了時には、それぞれ開始信号及び終了信号が制御部８を介してパーソナルコンピュータ９に送られ、パーソナルコンピュータ９は試料注入準備動作開始時刻Ｔ０と試料注入準備動作終了時刻Ｔ１とを取得する。そして、試料注入準備動作終了時刻Ｔ１から試料注入準備動作開始時刻Ｔ０を差し引くことで試料注入準備動作に要した時間の実測値を求め、試料注入準備動作時間Ｔｊをこの実測値に書き換える（ステップＳ５）。１回目の分析のときにはステップＳ６からＳ８へと進み、分析開始を指示する。この分析開始の指示を受けると、制御部８はサンプルループに保持している試料液をカラム６に流すようにオートサンプラ３を制御し、検出器７による検出信号の取得を開始する。

次に、分析の開始時点からの経過時間が次回の試料注入準備動作開始時間Ｔｓに到達しているか否かを繰り返し判定し（ステップＳ９）、試料注入準備動作開始時間Ｔｓに到達したならば、スケジュールテーブル上で次の分析が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０）。次の分析が存在する場合にはステップＳ２へと戻り、２番目に実行する分析の分析時間Ｔａを分析条件から抽出し、その分析時間Ｔａから先に実測値に基づき書き換えられた試料注入準備動作時間Ｔｊを差し引いて次回の試料注入準備動作開始時間Ｔｓを算出する。すなわち、これ以降は、実際に試料注入準備動作に要した時間が次回の試料注入準備動作開始時間Ｔｓに反映されることになる。そして、上記と同様にステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５と進み、再び試料注入準備動作時間Ｔｊは書き換えられる。

その後、今度はステップＳ６からＳ７へと進み、前の分析、この場合には１回目の分析が終了しているか否かを判定する。前の分析が終了していなければステップＳ７の処理を繰り返すから、２回目の分析のための試料注入準備が整った状態で暫時待機することになる。そして、１回目の分析が終了するとステップＳ７で「Yes」と判定されるから、直ちに２回目の分析動作が開始される。これ以降、スケジュールテーブルに設定された最終分析まで上記のような処理が繰り返され、最終分析動作の実行時にはステップＳ１０で「No」と判定され、最終分析動作の終了（ステップＳ１１で「Yes」）とともに全ての処理が終了する。

以上のような処理により、理想的には、図４（ｃ）に示すようなタイミングで以て各分析が実行される。すなわち、ｎ番目の分析（例えば分析＃３）における試料注入準備動作はｎ−１番目の分析動作（例えば分析＃２）が終了するよりも以前に終了し、ｎ−１番目の分析動作が終了すると直ちにｎ番目の分析動作が開始される。これによって、図４（ｂ）で生じていたような無駄時間Δｔがなくなるか又は短縮される。なお、分析＃２の試料注入準備動作の開始タイミングは試料注入準備動作時間初期値によって決まるため、必ずしも無駄時間Δｔが軽減されるとは限らず、分析＃３以降の各分析において上述したように無駄時間Δｔが無くなるか又は短くなるという効果が得られることになる。このようにして連続分析全体の所要時間が従来よりも短縮されることとなり、分析対象の試料数が多いほどその効果が顕著になる。

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更、修正、又は追加を行っても本願請求項に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例である液体クロマトグラフ装置の要部のブロック構成図。 連続分析を行う際に設定される分析スケジュールテーブルの一例を示す図。 本実施例の液体クロマトグラフ装置における連続分析実行時の制御フローチャート。 連続分析時における各分析の実行タイミングの関係を示す模式図であり、（ａ）はオーバーラップインジェクションを実行しない場合、（ｂ）は従来の制御方法によりオーバーラップインジェクションを実行した場合、（ｃ）は本発明の制御方法によりオーバーラップインジェクションを実行した場合。

符号の説明

１…溶離液槽
２…送液ポンプ
３…オートサンプラ
４…サンプルラック
５…カラムオーブン
６…カラム
７…検出器
８…制御部
９…パーソナルコンピュータ
１０…入力部
１１…表示部

Claims (2)

1. 分離カラムと、該分離カラムに試料を注入する試料注入部と、前記分離カラムから出て来る試料成分を順次検出する検出部とを具備し、予め設定されたスケジュールに従って試料を順次交換・選択しながら複数の試料の分析を連続的に実行するクロマトグラフ装置であって、且つ、直前の分析が終了する前に、次の分析に必要な試料の採取等の試料注入準備動作を試料注入部で行うようにしたクロマトグラフ装置において、
   a)連続分析時に、前記試料注入部において試料注入準備動作を開始してからそれが終了して分離カラムへの試料注入が可能となる時点までの所要時間を実測する時間測定手段と、
   b)連続分析時に前記時間測定手段により所要時間の実測が行われた以降の分析において、該所要時間に基づいて試料注入準備動作の開始タイミングを決定して前記試料注入部を制御する分析制御手段と、
   を備えることを特徴とするクロマトグラフ装置。
2. 前記時間測定手段は連続分析の各分析毎に前記所要時間を実測し、前記分析制御手段は各分析毎に直近の前記所要時間を用いて次の試料注入準備動作の開始タイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ装置。

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