JP2011179826A - 液体クロマトグラフ用オートサンプラ - Google Patents

Abstract

【課題】少量の液を高精度に、大量の液を短時間で扱うことが可能な液体クロマトグラフ用オートサンプラを提供する。
【解決手段】液の吸入と吐出を行なうためのポンプ部２が設けられている。ポンプ部２は第１プランジャポンプ４ａと第２プランジャポンプ４ｂの２つのプランジャポンプを備えている。両プランジャポンプ４ａと４ｂはシリンダ容量が異なっている。プランジャポンプ４ａ，４ｂの吸入口は３方バルブ６ａを介して第１切替えバルブ８の共通ポートに並列に接続されている。３方バルブ６ａは第１切替えバルブ８の共通ポートにプランジャポンプ４ａ又は４ｂのいずれか一方の吸入口を切り替えて接続するものである。プランジャポンプ４ａ，４ｂの吐出口は３方バルブ６ｂを介して第１切替えバルブ８のポートＢに並列に接続されている。３方バルブ６ｂは第１切替えバルブ８のポートＢにプランジャポンプ４ａ又は４ｂのいずれか一方の吐出口を切り替えて接続するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体クロマトグラフの分析流路に試料を自動で注入するオートサンプラに関するものである。

液体クロマトグラフの分析流路中に試料を自動的に注入する一般的なオートサンプラは、ニードルを試料容器内に挿入した状態でプランジャポンプによって所定量の試料を吸入し、吸入した試料を液体クロマトグラフに注入するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０に従来のオートサンプラの一例を液体クロマトグラフとともに示す。
このオートサンプラは、第１切替えバルブ８と第２切替えバルブ１８の切替えとニードル２０の駆動によって、試料吸入工程、液体クロマトグラフへの試料導入工程、ニードル２０の洗浄工程、洗浄ポート１６からのリンス液排出工程及びリンス液補充工程を実行するための流路が構成される。

例えば試料の吸入時は、ニードル２０が試料容器１５内に挿入された状態で、第１切替えバルブ８がプランジャポンプ５の吸入口が接続されている中央の共通ポートとポートＡとの間を接続した状態にされ、さらに第２切替えバルブ１８がポートａ‐ｂ間を接続した状態にされる。この状態でプランジャポンプ５のプランジャを吸引側へ駆動することにより、ニードル２０の先端から試料が吸引され、第２切替えバルブ１８のポートａとニードルとを接続する流路上に設けられたサンプルループ２２内に試料が滞留する。

また、洗浄ポート１６へのリンス液の補充時は、プランジャポンプ５でリンス液Ａ、リンス液Ｂ又は移動相Ｃのいずれかを吸入した後で、第１切替えバルブ８がプランジャポンプ５が接続されている中央の共通ポートとポートＦとの間を接続した状態にされ、プランジャポンプ５のプランジャを吐出側へ駆動することにより、洗浄ポート１６にいずれかの液が吐出される。

特開２００５−９９０５６号公報

図１０のオートサンプラでは、液体クロマトグラフへの試料注入量の多少に拘わらず単一のプランジャポンプ５によって試料の計量吸入を行なうように構成されている。そのため、プランジャポンプ５としてシリンダ容量の小さいものを使用すると、プランジャを１ストローク駆動することで扱うことができる液の量が少量となる。試料の吸入量が微量の場合にはこのようなシリンダ容量の小さいポンプを使用することによって試料吸入量の高精度な制御が可能となるが、試料の吸入量が多くなったりリンス液の吸入の際には、プランジャの１ストロークの駆動では処理しきれなくなって複数回の吸入と吐出の繰返し動作が必要となるため、試料やリンス液の吸入時間が長くなるという問題があった。

逆に、プランジャポンプ５としてシリンダ容量の大きいものを使用すると、プランジャの１ストロークの駆動でより大量の液を扱うことが可能であるが、試料を少量だけ吸入するような場合に吸入量の制御が低くなってしまうという問題があった。
従来では、液体クロマトグラフへの試料注入量などに応じて、適した大きさのシリンダ容量をもつプランジャポンプに交換して対応することはできるが、プランジャ交換作業が煩雑になる。

そこで本発明は、少量の液を高精度に、大量の液を短時間で扱うことが可能な液体クロマトグラフ用オートサンプラを提供することを目的とするものである。

本発明は、試料をプランジャポンプによって吸入し、吸入した試料を液体クロマトグラフの分析流路中に注入する液体クロマトグラフ用オートサンプラであって、プランジャポンプとして第１プランジャポンプと第１プランジャポンプよりもシリンダ容量の大きい第２プランジャポンプを備え、両プランジャポンプの吸入口と吐出口がともに切替え機構を介して並列に接続され、切替え機構の切替えによっていずれか一方のプランジャポンプのみが試料などの液の吸入と吐出に使用できる状態となるように構成されているものである。

そして、液体クロマトグラフの分析流路への試料注入量が所定量以下のときは第１プランジャポンプを使用できる状態とし、試料注入量が所定量よりも多いとき又はリンス液の吸入は第２プランジャポンプを使用できる状態とするように切替え機構を切り替えるポンプ選択手段をさらに備えている。これにより、液体クロマトグラフへの試料の注入条件に適したプランジャポンプを装置で自動的に選択して使用することができる。

本発明によれば、試料などの液の吸入と注入を行なうためのプランジャポンプとして第１プランジャポンプと第１プランジャポンプよりもシリンダ容量の大きい第２プランジャポンプを備え、両プランジャポンプの吸入口と吐出口がともに切替え機構を介して並列に接続され、切替え機構の切替えによっていずれか一方のプランジャポンプのみが試料の吸入と注入に使用できる状態となるように構成されているので、液体クロマトグラフへの試料注入量などの条件に適したシリンダ容量のプランジャポンプを選択して使用することができる。これにより、微量注入から大量注入まで計量の直線性精度を確保することができる。

一実施例のオートサンプラの構成を液体クロマトグラフとともに概略的に示す流路構成図である。 同実施例の試料吸入時の状態を示す流路構成図である。 同実施例の液体クロマトグラフへの試料導入時の状態を示す流路構成図である。 同実施例のニードル洗浄時の状態を示す流路構成図である。 同実施例のリンス液吸引時の状態を示す流路構成図である。 同実施例の洗浄ポートへのリンス液補充時の状態を示す流路構成図である。 同実施例のニードル、サンプルループ、切替えバルブの内部の流路におけるリンス液通液時の状態を示す流路構成図である。 同実施例の制御系統を概略的に示すブロック図である。 プランジャポンプの構造の一例を示す断面図である。 従来のオートサンプラの一例を液体クロマトグラフとともに概略的に示す流路構成図である。

図１を用いてオートサンプラの一実施例を説明する。
液の吸入と吐出を行なうためのポンプ部２は第１プランジャポンプ４ａと第２プランジャポンプ４ｂの２つのプランジャポンプを備えている。両プランジャポンプ４ａと４ｂはシリンダ容量が異なっており、プランジャ１ストローク当たりの液吸入・吐出量が異なっている。第２プランジャポンプ４ｂは第１プランジャポンプ４ａよりもシリンダ容量が大きく、例えば第１プランジャポンプ４ａのシリンダ容量は１００μＬ、第２プランジャポンプ４ｂのシリンダ容量は４００μＬである。

プランジャポンプ４ａ，４ｂはともに第１切替えバルブ８に接続されている。第１切替えバルブ８は、プランジャポンプ４ａ，４ｂの吸入口が接続された共通ポートのほか、第２切替えバルブ１８のポートｂと接続されたポートＡ、プランジャポンプ４ａ，４ｂの吐出口が接続されたポートＢ、リンス液Ａを収容した容器１０、リンス液Ｂを収容した容器１２、移動相Ｃを収容した容器１４にそれぞれ繋がるポートＣ〜Ｅ及び洗浄ポート１６に繋がるポートＦを備えている。第１切替えバルブ８は共通ポートをＡ〜Ｆのポートのうちいずれか１つのポートに接続することができ、またそれとは異なるタイミングでＡ〜Ｆのポートのうち隣接する一組のポート間を接続することができる。

プランジャポンプ４ａ，４ｂの吸入口は３方バルブ６ａを介して第１切替えバルブ８の共通ポートに並列に接続されている。３方バルブ６ａは第１切替えバルブ８の共通ポートにプランジャポンプ４ａ又は４ｂのいずれか一方の吸入口を切り替えて接続するものである。プランジャポンプ４ａ，４ｂの吐出口は３方バルブ６ｂを介して第１切替えバルブ８のポートＢに並列に接続されている。３方バルブ６ｂは第１切替えバルブ８のポートＢにプランジャポンプ４ａ又は４ｂのいずれか一方の吐出口を切り替えて接続するものである。

第２切替えバルブ１８は、ニードル２０に繋がるポートａ、第１切替えバルブ８のポートＡと接続されたポートｂ、ドレイン流路２４が接続されたポートｃ、注入ポート２６に繋がるポートｄ、液体クロマトグラフの分析流路を構成する流路が接続されたポートｅ及びｆを備えている。第２切替えバルブ１８は隣接するポート間の接続を切り替えるものである。具体的には、ポートａ‐ｂ間，ｃ‐ｄ間，ｅ‐ｆ間を接続した状態と、ポートｂ‐ｃ間，ｄ‐ｅ間，ａ‐ｆ間を接続した状態との間で切り替えるものである。図１ではポートｂ‐ｃ間，ｄ‐ｅ間，ａ‐ｆ間を接続した状態となっている。

ニードル２０は図示されていないニードル駆動部によって駆動され、試料容器１５の位置、洗浄ポート１６の位置及び注入ポート２６の位置の間で移動することができる。第２切替えバルブ１８のポートａとニードル２０とを繋ぐ流路上にニードル２０の先端から吸入した液を滞留させるサンプルループ２２が設けられている。
ドレイン流路２４はこのオートサンプラの流路内の液を外部へ排出するための流路であり、ドレインバルブ２７により開閉されるものである。

第２切替えバルブ１８のポートｆに接続された流路は、互いに異なる移動相が収容された容器３０，３２からそれぞれ送液ポンプ３４，３６によって各移動相を汲み上げ、ミキサ３８で混合して送液するための流路である。第２切替えバルブ１８のポートｅに接続された流路は分析カラム２８を備えた流路である。

この実施例のオートサンプラの動作について図２〜図６を用いて説明する。
図２の太線で示された流路は試料吸入時に構成される流路である。この流路は、第１切替えバルブ８が共通ポートとポートＡ間を接続した状態、第２切替えバルブ１８がポートａ‐ｂ間，ｃ‐ｄ間，ｅ‐ｆ間を接続した状態にされて構成される。ニードル２０は試料容器１５内に挿入され、プランジャポンプ４ａを駆動することによりニードル２０の先端から試料を所定の量だけ吸入する。ポンプ部２ではプランジャポンプ４ａ又は４ｂのいずれか一方のみが使用される。いずれのプランジャポンプが使用されるかは試料などの液の吸入量に応じて決定される。図はプランジャポンプ４ａが使用される場合である。ニードル２０の先端から吸入された試料はサンプルループ２２に滞留する。

図３の太線で示された流路は、サンプルループ２２に滞留させた試料を液体クロマトグラフに導入する際に構成される流路である。この流路は、ニードル２０が注入ポート２６に挿入され、第２切替えバルブ１８がポートｂ‐ｃ間，ｄ‐ｅ間，ａ‐ｆ間を接続した状態に切り替えられることにより構成される。この流路を構成し、送液ポンプ３４，３６によって移動相Ａ，Ｂを送液することにより、ミキサ３８で混合された移動相によってサンプルループ２２に滞留した試料がカラム２８に搬送され、成分ごとに分離される。

図４はニードル２０の洗浄時の流路構成の一例を示している。ニードル２０は、直前の分析時間中などに予めリンス液を貯留しておいた洗浄ポート１６内に挿入される。リンス液を洗浄ポート１６内に貯留するとき、リンス液の吸入はプランジャポンプ４ａで行なうことも可能である。しかし、洗浄ポート１６へのリンス液供給量は液体クロマトグラフへの試料の注入量に比べて大量である上、精度の高い計量を必要としないため、プランジャ１ストロークでより多くのリンス液を吐出することができる第２プランジャポンプ４ｂを使用することが好ましい。シリンダ容量の大きい第２プランジャポンプ４ｂをリンス液の吸引と吐出に使用することにより、シリンダ容量の小さい第１プランジャポンプ４ａを使用する場合よりも迅速なリンス液の供給を行なうことができる。

ニードル２０の洗浄後は、洗浄ポート１６内のリンス液の置換が行なわれる。洗浄ポート１６内のリンス液の置換は、まず、図５の太線で示されているように、第１切替えバルブ８の共通ポートがポートＤに接続され、第２プランジャポンプ４ｂでリンス液が吸引される。次に、図６の太線で示されているように、第１切替えバルブ８が中央の共通ポートとポートＦとの間を接続した状態にされ、第２切替えバルブ１８がポートｂ‐ｃ間，ｄ‐ｅ間，ａ‐ｆ間を接続した状態にされる。この状態でプランジャポンプ４ｂが吐出駆動されることにより、プランジャポンプ４ｂ内に吸引されたリンス液がプランジャポンプ４ｂの液入口側から吐出され、プランジャポンプ４ｂから吐出されたリンス液が洗浄ポート１６に送り込まれ、洗浄ポート１６から溢れたリンス液がドレインとして洗浄ポート１６外へ排出され、洗浄ポート１６内のリンス液の置換が行なわれる。
ここで、プランジャポンプ４ａ，４ｂはプランジャとポンプヘッド内壁との間に僅かな隙間が存在し、液出口側を密閉した状態でプランジャを吐出駆動することにより、吸引されていた液体がその隙間を通って液入口側から吐出される。

リンス液によるニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路の洗浄は、図５と同様の流路を構成してプランジャポンプ４ｂにリンス液Ａ又はリンス液Ｂのいずれかを吸引し、吸引したリンス液をニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路で通液することにより行なう。ニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路へのリンス液通液時には、図７の太線で示されているように、ニードル２０が注入ポート２６に挿入され、第１切替えバルブ流路がポートＡ‐Ｂ間を接続した状態にされ、第２切替えバルブ１８がポートａ‐ｂ間，ｃ‐ｄ間，ｅ‐ｆ間を接続した状態にされる。この状態で、ドレインバルブ２７を開放してプランジャポンプ４ｂを吐出駆動することにより、リンス液をドレイン流路２４から排出しながらニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路を洗浄する。プランジャポンプ４ｂをニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路へのリンス液の供給に使用するため、プランジャポンプ４ａを使用する場合よりもリンス液の吐出速度が速くなり、流路内の洗浄効果も向上する。

ニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路の洗浄動作は、分析を行なっていないときだけでなく、分析時間中の試料注入後から次の試料吸引動作までの相手にも行なうことができる。その場合には、ニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路に分析用移動相とは異なる溶媒のリンス液Ａ又はリンス液Ｂが残るため、そのまま分析を開始するとクロマトグラムのベースラインが不安定になることがある。そこで、ニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路に分析用移動相と同じ組成の移動相Ｃを送り込んで溶媒置換を行なう。なお、グラジエント分析の場合は、移動相Ｃの組成をグラジエントの初期組成と同一にする。これにより、ニードル２０、サンプルループ２２及び第２切替えバルブ１８の内部の流路の洗浄後の次の分析におけるクロマトグラムのベースラインを安定に維持することができる。

この実施例のオートサンプラの制御系統について図８を用いて説明する。
ポンプ部２、第１切替えバルブ８、第２切替えバルブ１８及びニードル駆動部６２はそれぞれ制御回路６０から与えられる信号によって制御される。制御回路６０は演算処理部５２からの指令に基づいて信号を発生させるものである。演算処理部５２は分析者が設定した分析条件に応じてオートサンプラの動作条件を設定するものである。演算処理部５２はポンプ選択手段５４、ポンプ動作設定手段５６及び流路構成手段５８を備えている。

ポンプ選択手段５４は試料の吸入量や実行される工程に応じてプランジャポンプ４ａ又は４ｂのいずれを使用するかを選択し、選択したプランジャポンプが使用可能な状態となるように３方バルブ６ａ又は６ｂの制御を行なうように構成されている。ポンプ選択手段５４の一例として、動作条件設定部５０で設定された液体クロマトグラフへの試料注入量が一定量以下のときは第１プランジャポンプ４ａを選択し、試料注入量が一定量よりも多いときとリンス液を供給するときは第２プランジャポンプ４ｂを選択するように構成されている。例えばプランジャポンプ４ａのシリンダ容量が１００μＬ、プランジャポンプ４ｂのシリンダ容量が４００μＬの場合、試料吸入量が１００μＬ以下の場合にはプランジャポンプ４ａを使用し、試料吸入量がそれ以上の場合とリンス液供給時にはプランジャポンプ４ｂを使用する。

ポンプ動作設定手段５６はポンプ選択手段５４により選択されたプランジャポンプ４ａ又は４ｂを動作条件設定部５０からの動作条件に基づいて駆動するように構成されている。流路構成手段５８は試料吸入工程、液体クロマトグラフへの試料導入工程、ニードル２０の洗浄工程、洗浄ポート１６のリンス液排出工程又はリンス液補充工程などの工程を実行するための流路を構成するように、第１切替えバルブ８、第２切替えバルブ１８及びニードル駆動部６２の動作を制御するように構成されている。この制御系統はオートサンプラの動作を制御するコンピュータにより実現される。

図９はポンプ部２のプランジャポンプ４ａ，４ｂの構造の一例を示す断面図である。プランジャポンプ４ａ，４ｂは、先端に設けられたポンプヘッド４２にポンプ室４２ａ、吸入口４２ｂ及び吐出口４２ｃを備えている。ポンプ室４２ａ内にはシール４６を介してプランジャ４４ａが挿入されている。プランジャ４４ａは基端部がプランジャボディ４４の先端に固定されており、プランジャボディ４４の往復動に伴なってポンプ室４２ａ内を摺動する。プランジャボディ４４の基端部は内周面にネジの切られたネジ部４４ｂとなっており、外周面にネジの切られた回転駆動部４６と螺合している。回転駆動部４６はプーリ４８の回転にともなって回転駆動され、プーリ４８はパルスモータ５０によって回転駆動される。

このようなプランジャポンプでは、送液圧力が高圧になるとネジ部４４ｂと回転駆動部４６との螺合部分に高い負荷がかかる。特に、シリンジ容量の大きいプランジャポンプ４ｂではその負荷が大きくなるため、この螺合部分の材質はそのような負荷に耐え得るものである必要がある。その一例は、ネジ部４４ｂの材質がＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、回転駆動部４６の材質がステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）である。

２ ポンプ部
４ａ，４ｂ プランジャポンプ
６ａ，６ｂ ３方バルブ
８ 第１切替えバルブ
１０，１２ リンス液容器
１４ 移動相容器
１５ 試料容器
１６ 洗浄ポート
１８ 第２切替えバルブ
２０ ニードル
２２ サンプルループ
２４ ドレイン
２６ 注入ポート
２７ ドレインバルブ
５０ 動作条件設定部
５２ 演算処理部
５４ ポンプ選択手段
５６ ポンプ動作設定手段
５８ 流路構成手段
６０ 制御回路
６２ ニードル駆動部

Claims (1)

1. 試料をプランジャポンプによって吸入し、吸入した試料を液体クロマトグラフの分析流路中に注入する液体クロマトグラフ用オートサンプラにおいて、
   前記プランジャポンプとして第１プランジャポンプと前記第１プランジャポンプよりもシリンダ容量の大きい第２プランジャポンプを備え、両プランジャポンプの吸入口と吐出口がともに切替え機構を介して並列に接続され、前記切替え機構の切替えによっていずれか一方のプランジャポンプのみが試料の吸入と注入に使用できる状態となるように構成されており、液体クロマトグラフの分析流路への試料注入量が所定量以下のときは前記第１プランジャポンプを使用できる状態とし、試料注入量が所定量よりも多いときは前記第２プランジャポンプを使用できる状態とするように前記切替え機構を切り替えるポンプ選択手段を備えた液体クロマトグラフ用オートサンプラ。

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