JP2006242720A - 自動試料導入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料が少量であっても高い計量精度を実現する全量注入方式のオートサンプラに、試料の前処理工程をも自動的に行うような機能を付す。
【解決手段】 マルチポートバルブとマルチポジションバルブを接続し、マルチポートバルブに複数の洗浄液を接続すると共に移動相も接続し、試料を吸引する計量ポンプ前に容量を持たせることで洗浄液や希釈液を一度の吸引で十分な量を吸引することができ、吸引・吐出の同じ動作を繰り返すことなく洗浄や希釈などの前処理に対応することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は液体クロマトグラフ等の分析装置に試料を導入する試料導入装置に関し、特に前処理を施す分析に適した試料導入装置に関するものである。

液体クロマトグラフ用自動試料導入装置（オートサンプラ、オートインジェクタともいう）には、大別して２種類の注入方式がある。 一方は試料瓶（バイアル）から計量した試料の全量を注入する「全量注入方式」、他方は試料瓶から計量した試料の一部をサンプルループに充填し、注入を行う「部分注入方式」である（例えば、非特許文献１参照）。

「全量注入方式」の試料導入装置は、先端に試料導入用ニードルを備えた試料計量用サンプリングループを用い、そのニードルを試料瓶に挿入し、シリンジを利用して試料をサンプリングループに吸入して計量した後、そのニードルを液体クロマトグラフの試料導入口に接続するとともに、移動相がそのサンプリングループを経てニードルからカラムへ流れるように流路を切り換えて試料の導入を行なう装置である（例えば特許文献１参照）。

試料注入時の注入量の精度の高いことや計量した試料を全量注入するため試料ロスがないことから、液体クロマトグラフ等の試料を導入する試料導入装置には、全量注入方式が採用されることが多い。
特開平６−１４８１５７号公報 株式会社島津製作所、"HPLC // LCtalk46号TEC オートサンプラの注入方式(全量注入方式と部分注入方式の比較)"、[online]、[平成17年2月21日検索]、インターネット

分析目的あるいは分析する試料によっては、試料に前処理を施すことがある。この前処理とは、例えば、試料の濃度調整、内部標準物質の添加、誘導体の形成等である。このような試料の前処理は、従来、試料導入装置に試料瓶を設置する前に行っている。例えば、液体クロマトグラフによる分析では、試料の検出を容易にするために、試料を予め所定の物質に誘導体化しておく場合がある。この場合には、試料と誘導体合成用の試薬とを混合して予め反応させることによって得られた調製試料を、試料導入装置を介して高速液体クロマトグラフ内に導入する。

全量注入方式の構成においては、ニードル内部を洗浄液で洗浄する際、サンプルループ内が洗浄液で満たされることになり、この洗浄液の一部は移動相流路に注入されてしまうこともある。洗浄液と移動相の組成が異なる場合、ニードル内部を十分に洗浄することは困難であるために、試料に前処理を施す場合には、ニードルが移動相流路外部にある注入方式、すなわち上述の「部分注入方式」の試料導入装置が用いられることが多く、結果、試料に前処理を施す分析では計量精度が劣るという結果に陥る。

前処理を必要とする分析において「全量注入方式」を採用するためには、前処理を終えた状態の試料を試料瓶に入れ試料導入装置に装填するという作業も考えられるが、試料数の多さや前処理を施すことによる効果の経時的変動（試料や移動相の劣化など）、試料や移動相の損失があるなど、そのような作業は効率的ではない。

上記課題を解決すべく、本発明の試料導入装置は、先端に試料注入用ニードルを備えた試料計量用サンプリングループと、計量ポンプと、マルチポジションバルブと、マルチポートバルブとからなる自動試料導入装置であって、
該マルチポジションバルブは、該マルチポートバルブにつながるポート、移動相溶液につながるポート、洗浄液につながるポート、計量ポンプにつながる共通ポートを備え、該マルチポジションバルブは、切り換えて共通ポートと前記各ポートのいずれかとを連通する状態、前記各ポートのいずれか２つを連通する状態のいずれかの状態を形成し、該マルチポートバルブは、前記計量用サンプリングループにつながるポート、移動相を供給する上流側の流路につながるポート、カラムを含む下流側の流路へつながるポート、試料導入口につながるポート、該計量ポンプを接続したマルチポジションバルブにつながるポートを備え、該マルチポートバルブは、移動相溶液が該サンプリングループ、該ニードル、該試料導入口を経てカラムへ流れる流路を形成するインジェクション状態、移動相が該サンプリングループ、該ニードル、該試料導入口のいずれも経ずカラムへ流れる流路を形成するロード状態のいずれかの状態を形成することを特徴とする。

さらに、カラムを含む下流側の流路へつながるポートに、導入された試料を滞留させるために、第２のマルチポートバルブと、滞留用配管とを備え、該第２のマルチポートバルブは少なくとも、該マルチポートバルブとつながるポート、カラムを含む下流側の流路へつながるポート、該滞留用配管の一端につながるポート、該滞留用配管の他端につながるポートを備え、該第２のマルチポートバルブは、該マルチポートバルブとつながるポートと該カラムを含む下流側の流路へつながるポートのみを連通する状態、該マルチポートバルブとつながるポートと該滞留用配管と該カラムを含む下流側の流路へつながるポートのみを連通する状態を形成する。

さらに、該第２のマルチポートバルブと該滞留用配管を温度調節（特に加熱）するための機構を備える。

本発明に係る自動試料注入装置によれば、計量精度の高い全量注入方式を採用し注入精度を確保しつつ、試料の希釈、試薬の添加、添加剤と試料による反応など前処理が可能になり、前処理による試料の損失を防ぐことができ、また、多様な洗浄に対応することができる。

図１に本発明に係る自動試料注入装置を液体クロマトグラフで使用した場合の一実施例を示す。

移動相溶液がリザーバ１０から送液装置２０により送液され、自動試料導入装置３０のマルチポートバルブ３１に流入する。マルチポートバルブ３１は、ポートａが先端にニードル３４を備えたサンプルループ３３、ポートｂはポンプなどの送液装置２０、ポートｃはカラム（図示せず）を含む下流側流路、ポートｄが試料導入口３５、ポートｆはマルチポジションバルブ３２とそれぞれ接続されている。ポートｅは後述する前処理の加熱反応機能を備える場合に使用するが、使用しないはときポートを閉塞させるためストップジョイントやチェックバルブなどを接続しておく。マルチポートバルブ３１は、ａ−ｆ,ｅ−ｄ，ｂ−ｃがそれぞれ連通するロード状態（図１破線部）、ａ−ｂ,ｃ−ｄ，e−ｆがそれぞれ連通するインジェクション状態（図１実線部）のいずれかの状態に適宜切り換えられる。

マルチポートバルブ３１がロード状態にある時に、マルチポジションバルブ３２のポートｋと共通ポートｎを連通し、マルチポートバルブ３１のポートａにつながれたサンプルループ３３及び先端のニードル３４がニードル移動手段（図示せず）により、サンプルトレー３９上にある試料に対して移動する。試料をニードル３４からサンプルループ３３に吸引し、続いてニードル３４を試料注入口３５に挿入されるように移動させ、マルチポートバルブ３１をインジェクション状態に切り換える。これにより、移動相溶液がリザーバ１０からサンプリングループ３３、ニードル３４、試料導入口３５を経てカラムへ流れる流路を形成するので、計量した試料を全量導入することになる。

マルチポジションバルブ３２には、ポートＬが前述したリザーバ１０を含む流路、ポートｍ，ｈが各々異なる洗浄液貯留容器１１，１２、ポートＪが洗浄ポット３７、ポートｉが計量ポンプ３６に各々接続されており、共通ポートｎにつながれた計量ポンプ３６が複数の洗浄液と移動相溶液を吸入できるように接続されている。ここで、計量ポンプ３６は例えばプランジャポンプである。複数の洗浄液での洗浄及び流路を移動相と同じ組成の溶液と置き換えることを可能にしている。図１においては、洗浄効果を高めるように、計量ポンプ３６につながる配管に適度な容積を持たせている。さらに、ニードルの外側の洗浄を行うために、洗浄液と送液装置と洗浄ポットとドレインからなる洗浄ユニット３８が備えられている。

図４にサンプルトレー３９上の試料瓶の配置の模式図を示す。Ｓ_１〜Ｓ_ｎは分析される試料が入った瓶、Ｒ_１〜Ｒ_ｎは試料Ｓと混合して分離や検出を行いやすくするための試料が入った瓶、Ｔ_１〜Ｔ_ｎは最初は空瓶である。Ｒについては、試料Ｓを前処理工程において反応させて分析しやすくするという趣旨であるので全て同じでも良い。

以下、本発明に係る自動試料導入装置を用いて前処理を行う場合の各部動作を説明する。

ニードル３４は、試料Ｓ_１を吸引するための動作を行う。マルチポートバルブ３１をロード状態にし、マルチポジションバルブ３２の共通ポートｎとポートｋを連通させ、ニードル３４をサンプルトレー３９上の試料Ｓ１の瓶に挿入させ、計量ポンプ３６の吸引動作により試料Ｓ_１を吸引する。引き続いて、ニードルをサンプルトレー３９上のＴ_１の瓶上に移動し、計量ポンプ３６の吐出動作により試料Ｓ_１を吐出させる。吸引した試料を残さず吐出させる、すなわち計量の精度を向上させるために、流路内で試料と接触する移動相も吐出させるようにすれば良い。

ニードル３４を洗浄ポット３７に移動させ、マルチポジションバルブ３２は共通ポートｎとポートｍを連通し、計量ポンプ３６に洗浄液１１を吸引させる。マルチポジションバルブ３２を共通ポートｎとｋが連通するように切り替え、吸引した洗浄液１１をニードル３４から洗浄ポット３７に吐出させると、ニードル内３４内部、サンプルループ３３内に残る試料成分を洗浄することができる。

同様に、計量ポンプ３６にリザーバ１０の移動相溶液を吸引させ、ニードル３４から吐出させると、ニードル内３４内部、サンプルループ３３内を移動相溶液で置き換えることができる。洗浄ユニット３８の洗浄ポットにニードル３４を移動させ、ニードル外側を洗浄させる。

Ｒ_１に対しても、同様に行い、Ｔ_１には、試料Ｓ_１とＲ_１が混合された状態になる。混合液について濃度の濃淡を生じないようにするために、積極的な混合が必要である。Ｒ_１の溶液をＴ_１に吐出させた後、ニードル３４から混合液と移動相が接触しない程度に空気を吸引させる。そして、混合液の吸引・吐出を適宜繰り返させるようにする。ニードル３４、サンプルループ３３を洗浄する工程を経て、混合液をニードル３４から吸引させ、試料注入口３５に挿入するように移動させ、マルチポートポジションバルブ３１をインジェクション状態に切り換える。

前処理として希釈を行うだけであれば、上記の構成で十分であるが、反応を伴う前処理は、混合液が実際にカラムに到達する時間を遅らせる必要が生じる場合がある。図２（ａ）は、ニードル３４から導入された混合液が第２のマルチポートバルブに接続された滞留用配管（配管内部で反応させる、反応管）４２に滞留する構成となっている。

この第２のマルチポートバルブ４１は、マルチポートバルブ３１のポートｃとつながるポートｏと該反応管４２と該カラムを含む下流側の流路へつながるポートｐ，ｓ，ｔを連通し、マルチポートバルブ３１のポートｅを連通する状態（図２（ａ））、マルチポートバルブ３１とつながるポートｏとカラムを含む下流側の流路へつながるポートｔのみを連通する状態（図２（ｂ））を形成するようになっている。第２のマルチポートバルブ４１は、マルチポートバルブ３１のポートｃとつながるポートｏと、反応管４２の一端が接続されるポートｐ，ｓ或いはカラムを含む下流側へつながる流路と接続されるポートｓ，ｔとを連通する流路が他のポート同士を連通する流路より長くなっている。送液装置２０からの送液を一切遮断することなく、かつ、混合液を反応させるための反応管４２の両端は閉鎖された状態を形成することができるので、前処理として混合させた溶液をオンラインで、下流側に試料を流出させることなく反応させることができるようになる。

図３に示すように、反応管４２を加熱する加熱手段４０（例えば、ブロックヒータ）を追加すれば、前処理を加熱条件下で行うことも可能になる。また、前述のように、反応管の両端は閉鎖されることになるので、加熱の際には滞留用配管内部の圧力が上昇し沸点上昇が生じる。そのため、より高温で処理を行うことが可能となる。加熱手段を設ける場合には、さらに洗浄ユニット３８の溶液や流路も加熱手段内に設置すれば、さらに洗浄効果の向上が期待される。

なお、上記実施例はいずれも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができることは明らかである。以上、前処理装置として説明してきたが、従来の自動試料導入装置の機能を適宜附すことも可能である。例えば、自動試料導入装置にフラクションコレクタの機能を附したものがあるが、本発明にフラクションコレクタの機能を附すことも可能である。

本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に、さらに前処理部に反応管を装備した流路を示す図である。 本発明の一実施形態に、さらに反応管を加熱する機構を装備した流路を示す図である。 サンプルトレーで試料が並べた様子を示す図である。

符号の説明

１０・・・・・・移動相貯留容器（リザーバ）
１１，１２・・・各種溶液貯留容器
２０・・・・・・送液装置（ポンプ）
３０・・・・・・自動試料導入装置
３１・・・・・・マルチポートバルブ
a,b,c,d,e,f・・マルチポートバルブの各ポート
３２・・・・・・マルチポジションバルブ
h,i,j,k,n,m・・マルチポジションバルブの各ポート
n・・・・・・・マルチポジションバルブの共通ポート
３３・・・・・・サンプルループ
３４・・・・・・ニードル
３５・・・・・・試料導入口
３６・・・・・・計量ポンプ
３７・・・・・・洗浄ポット
３８・・・・・・洗浄ユニット
３９・・・・・・サンプルトレー
４０・・・・・・反応部加熱機構
４１・・・・・・第二のマルチポートバルブ
o,p,q,r,s,t・・第二のマルチポートバルブの各ポート
４２・・・・・・反応管

Claims (4)

1. 先端に試料注入用ニードルを備えた試料計量用サンプリングループと、
   計量ポンプと、
   マルチポジションバルブと、
   マルチポートバルブとからなる自動試料導入装置であって、
   該マルチポジションバルブは、
   該マルチポートバルブにつながるポート、
   移動相溶液につながるポート、
   洗浄液につながるポート、
   計量ポンプにつながる共通ポートを備え、
   該マルチポジションバルブは、切り換えて共通ポートと前記各ポートのいずれかとを連通する状態、前記各ポートのいずれか２つを連通する状態のいずれかの状態を形成し、
   該マルチポートバルブは、
   前記計量用サンプリングループにつながるポート、
   移動相を供給する上流側の流路につながるポート、
   カラムを含む下流側の流路へつながるポート、
   試料導入口につながるポート、
   該計量ポンプを接続したマルチポジションバルブにつながるポートを備え、
   該マルチポートバルブは、
   移動相溶液が該サンプリングループ、該ニードル、該試料導入口を経てカラムへ流れる流路を形成するインジェクション状態、移動相が該サンプリングループ、該ニードル、該試料導入口のいずれも経ずカラムへ流れる流路を形成するロード状態のいずれかの状態を形成することを特徴とする自動試料導入装置。
2. 請求項１に記載の自動試料導入装置であって、
   カラムを含む下流側の流路へつながるポートに、導入された試料を滞留させる滞留機構を有する
   ことを特徴とする自動試料導入装置。
3. 請求項２に記載の自動試料導入装置であって、
   滞留機構は、第２のマルチポートバルブと、滞留用配管とからなり、
   該第２のマルチポートバルブは少なくとも、
   該マルチポートバルブとつながるポート、
   カラムを含む下流側の流路へつながるポート、
   該滞留用配管の一端につながるポート、
   該滞留用配管の他端につながるポートを備え、
   該第２のマルチポートバルブは、
   該マルチポートバルブとつながるポートと該カラムを含む下流側の流路へつながるポートのみを連通する状態、該マルチポートバルブとつながるポートと該滞留用配管と該カラムを含む下流側の流路へつながるポートのみを連通する状態を形成すること
   を特徴とする自動試料導入装置。
4. 請求項２に記載の自動試料導入装置であって、
   該滞留用配管を加熱する手段を有すること
   を特徴とする自動試料導入装置。
   

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