JP2011185737A

JP2011185737A - オートサンプラ

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Publication number: JP2011185737A
Application number: JP2010051234A
Authority: JP
Inventors: Akioki Nakamori; 明興中森
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: JP5549284B2

Abstract

【課題】ニードル下の試料バイアルの有無を検知するセンサや装置全体を覆うカバーを不要としながらも装置の安全性を維持し、かつニードルの上昇時に発生する試料バイアルの持ち上がりを防止することができるオートサンプラを提供する。
【解決手段】バイアルカバー６は下降前のニードル１８ａ，１８ｂの先端よりも少し低く、ニードル１８ａ，１８ｂの先端とバイアルカバー６との間に指を挿入できない程度の隙間しかないように設定されている。貫通穴７ａ，７ｂの長穴形状であり、その幅はニードル１８ａ，１８ｂの外形よりも大きく、試料バイアル２２ａ，２２ｂの上面の外形よりも小さく設定されている。貫通穴７ａ，７ｂの縁は鉛直下向きに折り曲げられた折り曲げリブ２４ａとなっている。折り曲げリブ２４ａの長さはその下端部が試料バイアル２２ａの上面近傍の位置にくるように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、全有機体端測定装置（ＴＯＣ計）や液体クロマトグラフ（ＬＣ）などの分析装置で扱う分析試料を自動的に採取して装置に導入するオートサンプラに関するものである。

全有機体炭素測定装置などの分析装置では、分析試料を自動的に採取して装置に供給するためのオートサンプラが用いられている。オートサンプラは、サンプリングを行なう試料を搬送するためのバイアル搬送部とバイアル搬送部により所定の位置に搬送された試料バイアルからサンプリング動作を行なうサンプリング部とを備えている。バイアル搬送部は、試料を収容した試料バイアルを設置するためのバイアルラックを備え、そのバイアルラックを移動させることによって試料バイアルをサンプリングを行なうためのサンプリング位置へ搬送する。サンプリング部は、サンプリング位置へ搬送されてきた試料バイアルの上方からニードルを下降させ、ニードルの先端部を試料バイアル内に進入させてニードル先端から試料を吸引する（例えば、特許文献１参照。）。

このようなオートサンプラで使用される試料バイアルは、一般的に、試料の蒸発や異物の混入を防止するために上面がセプタムによって封止されている。そして、ニードルが下降するときにセプタムを貫通して先端を試料バイアル内に進入させて試料を吸引する。セプタムは弾性材料であるため、貫通したニードルを弾性力によって抱き込み、試料吸引後のニードル上昇時にセプタムがニードルとともに上昇し、それとともに試料バイアルが持ち上がってしまうことがある。そこで、ニードル側に板金等で作成したバイアル押さえを設けて試料バイアルの持ち上がりを防止するなどの対策が採られていた。

また、このようなオートサンプラでは、ニードル下降時にニードルの下に作業者が指を挟んでしまわないように安全対策を施す必要があった。上記のようにニードル側に板金からなるバイアル押さえを設けている場合は、バイアル押さえの高さを試料バイアルの上面よりも少し上の高さに設定してバイアル押さえと試料バイアルとの間に指が入らない程度の隙間しかないようにすることで、ニードルと試料バイアルとの間に指が挟まることを防止している。しかし、ニードル下のバイアルラックに試料バイアルが設置されていない場合にはニードルの下に指を挿入することができてしまうため、ニードル下の試料バイアルの有無をセンサで検知して試料バイアルが設置されていない場合にはニードルの下降を停止させるようにしていた。

また、ニードルの下に指を挟まないようにする安全対策の別の方法として、オートサンプラ全体をカバーで覆い、カバーの設置の有無をセンサで監視してカバーが設置されていない状態ではニードルが下降しないようにする方法が採られることもあった。

特開２００１−１５３８７３号公報

バイアル押さえの高さを試料バイアルの上面よりも少しだけ高い高さに設定する方法の場合には、ニードル下の試料バイアルの有無を検知するためのセンサが必要となる。さらに、サンプリング用のニードルとは別にサンプリングを行なう前の試料バイアル内においてバブリングを行なうためのニードルが設けられている場合には、バブリング用のニードル側にも試料バイアルの有無を検知するためのセンサが必要となるため、コストが増大してしまうという問題があった。

また、オートサンプラ全体をカバーで覆うとオートサンプラ全体の大きさが本来の大きさよりも大きく見えてしまう上、作業者が何か作業を行なおうとするたびにカバーを取り外す必要があるため、作業を煩雑化させるという問題があった。

そこで本発明は、ニードル下の試料バイアルの有無を検知するセンサや装置全体を覆うカバーを不要としながらも装置の安全性を維持し、かつニードルの上昇時に発生する試料バイアルの持ち上がりを防止することができる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。

本発明にかかるオートサンプラは、試料を吸引するためのサンプリング位置に試料を収容した試料バイアルを搬送するためのバイアル搬送部と、サンプリング位置の試料バイアルの上方からニードルを下降させてそのニードルの先端で試料バイアルを密閉している密閉部材を貫通して内部に進入し、ニードルの先端から試料を吸引するサンプリング部と、下降前のニードルの先端と試料バイアルとの間の高さに配置されてサンプリング位置を含む領域のバイアル搬送部上を覆い、ニードルが下降する位置にニードルを通過させ試料バイアルを通過させない幅をもつ貫通穴が設けられており、貫通穴の縁は試料バイアルの上面側へ折り曲げられた折り曲げリブとなっているカバーと、を備えていることを特徴とするものである。

本発明のオートサンプラでは、下降前のニードルの先端と試料バイアルとの間の高さに配置されてサンプリング位置を含む領域のバイアル搬送部上が、ニードルが下降する位置にニードルを通過させ試料バイアルを通過させない幅をもつ貫通穴が設けられたカバーで覆われているので、試料バイアルとニードル先端との間に指や物が挟まらなくなり、装置の安全性が向上する。そして、カバーの貫通穴の縁は上面側へ折り曲げられた折り曲げリブとなっているので、ニードルの上昇時に貫通穴の縁で試料バイアルの持ち上がりを防止することができる。また、持ち上がった試料バイアルとの接触部が折り曲げリブになっているため、試料バイアルとの接触部の曲げに対する強度が折り曲げリブとなっていない場合よりも増し、持ち上げられた試料バイアルの接触による歪みを防止することができる。

オートサンプラの一実施例を示す平面図である。同実施例のオートサンプラにおいてサンプリング部及びバイアル搬送部のカバーを取り外した状態を示す平面図である。図１のＸ−Ｘ位置における断面の、（Ａ）ニードル下降前、（Ｂ）はニードル下降時を示す図である。同実施例のオートサンプラを用いたＴＯＣ計の一例を示す流路構成図である。

図１を参照しながらオートサンプラの一実施例を説明する。
このオートサンプラはサンプリング部２とバイアル搬送部４を備えている。サンプリング部２はニードルカバー３によって覆われており、バイアル搬送部４はバイアルカバー５及び６によって覆われている。サンプリング部２はガイド部８によって一定方向（図において上下方向）に移動するように構成されている。ガイド部８は図においてはスライドカバーのみが示されているが、スライドカバーの下にガイドレールが配置されており、サンプリング部２はガイドレールに沿ってＸ方向に移動する。サンプリング部２は試料の吸引を行なうためのニードル及びバブリングを行なうためのニードルを備え、それらのニードルをそれぞれサンプリング位置とバブリング位置へ移動させてサンプリング及びバブリングを行なうように構成されたものである。バイアル搬送部４上を覆う一方のバイアルカバー６のサンプリング位置及びバブリング位置に対応する位置にニードルを通過させるための貫通穴７ａ，７ｂが設けられている。

図２は同実施例のオートサンプラにおいてニードルカバー３、バイアルカバー５及び６を取り外した状態を示す平面図である。サンプリング部２はスライドレールに沿って移動する移動軸１０に取り付けられた垂直移動部１２を備え、垂直移動部１２にアーム１４が取り付けられている。アーム１４は垂直移動部１２から水平方向に伸び、アーム１４にニードル保持部１６が取り付けられている。ニードル保持部１６はサンプリングを行なうためのサンプリング用ニードル１８ａ及びバブリングを行なうためのバブリング用ニードル１８ｂを、先端を下向きにした状態で保持している。図示は省略されているが、ニードル１８ａには炭素成分の除去された高純度空気を供給するための高純度空気ボンベが接続されており、ニードル１８ｂにはサンプルループや切替えバルブを介してシリンジポンプが接続されている。

移動軸１０はガイド部によって図の上下方向（Ｘ方向）へ移動する。垂直移動部１２は移動軸１０に沿って垂直方向に上下動する。これらの移動の組み合わせにより、サンプリング部２はニードル１８ａ，１８ｂを任意の位置に移動させることができる。

バイアル搬送部４は試料バイアルを設置するためのバイアルラック２０を複数備えたターンテーブルからなる。バイアル搬送部４は回転することによってバイアルラック２０に設置された試料バイアルをサンプリング位置とバブリング位置へ搬送するものである。バイアルラック２０にはセプタムによって上面が封止された試料バイアルが設置される。

図３に図１のＡ−Ａ位置における断面の様子を示す。（Ａ）に示されているように、バイアルカバー６は下降前のニードル１８ａ，１８ｂの先端よりも少し低く、ニードル１８ａ，１８ｂの先端とバイアルカバー６との間に指を挿入できない程度の隙間しかないように設定されている。バイアルカバー６に設けられた貫通穴７ａと７ｂは同一の形状及び大きさをもつ。貫通穴７ａについてのみ説明すると、形状は長穴形状であり、その幅はニードル１８ａの外径よりも大きく、試料バイアル２２ａの上面の外形よりも小さく設定されている。これにより、貫通穴７ａはニードル１８ａを通すが、試料バイアル２２ａを通さない。さらに貫通穴７ａの縁は鉛直下向きに折り曲げられた折り曲げリブ２４ａとなっている。折り曲げリブ２４ａの長さはその下端部が試料バイアル２２ａの上面近傍の位置にくるように設定されている。

ニードル１８ａはバイアル搬送部４によってサンプリング位置に搬送された試料バイアル２２ａの上方から下降してセプタム２３ａを貫通し、試料バイアル２２ａ内に先端を進入させて試料を吸引する。ニードル１８ｂはバイアル搬送部４によってバブリング位置に搬送された試料バイアル２２ｂの上方から下降してセプタム２３ｂを貫通し、試料バイアル２２ｂ内に先端を進入させて先端から高純度空気を噴出してバブリングを行なう。

ニードル１８ａによる試料の吸引とニードル１８ｂによるバブリングが終了した後、ニードル１８ａ，１８ｂはともに上昇する。このとき、図３（Ｂ）に示されるように、試料バイアル２２ａがセプタム２３ａの弾性力によってニードル１８ａとともに持ち上がったとしても、試料バイアル２２ａの上面が折り曲げリブ２４ａに当たることによってそれ以上は持ち上がらないため、ニードル１８ａが試料バイアル２２ａから引き抜かれる。同様に、試料バイアル２２ｂがニードル１８ｂとともに持ち上がったとしても、試料バイアル２２ｂの上面が折り曲げリブ２４ｂに当たることによってそれ以上は持ち上がらないため、ニードル１８ｂが試料バイアル２２ｂから引き抜かれる。

このように、折り曲げリブ２４ａ，２４ｂは試料バイアル２２ａ，２２ｂの持ち上がりを防止するバイアル押さえを構成するとともに、試料バイアル２２ａ，２２ｂが持ち上がったときに試料バイアル２２ａ，２２ｂの上面と接触する部分が折り曲げられていることによってその部分の曲げに対する強度が増し、試料バイアル２２ａ，２２ｂの接触による歪みを防止する。

以上のように、バイアルカバー６によってニードル１８ａ，１８ｂの下に指などを挟むことを防止すると同時にニードル１８ａ，１８ｂの上昇時の試料バイアル２２ａ，２２ｂの持ち上がりを防止することができる。したがって、ニードル１８ａ，１８ｂ側に試料バイアル２２ａ，２２ｂの有無を検知するためのセンサを設ける必要がない上、このオートサンプラ全体をカバーで覆う必要もないので、コストの低減が図れ、オートサンプラ全体の大きさを小さく見せることができる。

オートサンプラで扱われる試料バイアルには高さの異なるものが存在するが、折り曲げリブ２４ａ，２４ｂの長さが長めのバイアルカバー６を圧空成形によって成形しておき、バイアル搬送部４のバイアルラック２０に設置される試料バイアルの高さに応じて折り曲げリブ２４ａ，２４ｂの長さをトリミングすることにより、種々の高さをもつ試料バイアルに対応したバイアルカバー６を作成することができる。

実施例のオートサンプラを適用した全有機炭素測定装置の一例の流路構成を図４示す。
実施例のオートサンプラ１の試料吸引用ニードルが流路１ａを介して多ポートバルブ９に接続され、オートサンプラ１で採取された試料は多ポートバルブ９に接続されたサンプリングシリンジ１１を介してＴＯＣ測定部３に供給される。

ＴＯＣ測定部３には、ＴＯＣ測定部３中の電気炉を備えたＴＣ（全炭素）燃焼管４１にキャリアガスを送るキャリアガス供給部５が接続されている。
多ポートバルブ９の共通ポートには試料水を計量して採取するためのサンプリングシリンジ１１が接続され、他のポートには試料導入部１３、試料水から無機炭素成分を除去する際に使用される塩酸１５、希釈水１７、ＴＯＣ測定部３中のＩＣ（無機炭素）反応器１９、ＴＣ燃焼管４１及び排出用ドレイン２１がそれぞれ接続されており、オートサンプラ１から採取した試料をＴＯＣ測定部のＴＣ燃焼管４１及びＩＣ反応器１９に注入できるようになっている。

サンプリングシリンジ１１は容量５ｍＬで、バレル下部にキャリアガスを導入するための通気ガス入口を備えている。その通気ガス入口は、電磁弁３７を介してキャリアガス供給部５に接続されている。

キャリアガス供給部５は、高純度空気をキャリアガスとして供給するものであり、上流側から順にキャリアガス入口２５、電磁弁２８、圧力を調節する調圧弁３０、その圧力を計量する圧力計２９、流量を調節するマスフローコントローラ３１、流量計３３、及び加湿器３５が接続されて構成されている。流量が計量されて加湿されたキャリアガスはＴＣ燃焼管４１に送られる。また、サンプリングシリンジ１１にも加湿用の流量調整されたキャリアガスが通気ガスとして電磁弁３７を介してサンプリングシリンジ１１に供給される。

ＴＣ燃焼管４１はその上部に試料注入部４３を備え、内部には試料中の炭素成分の全てをＣＯ₂に変換するための金属酸化物や貴金属からなる酸化触媒４１ａを備えて、電気炉４１によって加熱されるようになっている。試料注入部４３はキャリアガスの逆流を防止する逆止弁４５を介してキャリアガス供給部５と接続している。ＴＣ燃焼管４１の下部の出口には、冷却管４７と逆流防止トラップ４９を介してＩＣ反応器１９のキャリアガス導入口に接続されている。これにより、ＴＣ燃焼管４１で試料から発生したＣＯ₂はキャリアガスによってＩＣ反応器１９を経て除湿用電子クーラ５１へ導かれる。

ＩＣ反応器１９はＩＣ測定時にはＩＣ反応液１９ａとしてリン酸５３がポンプ５５によって供給され、ＩＣ反応器１９に試料水が直接注入され、注入された試料水中のＩＣがＣＯ₂として発生し、キャリアガスによって除湿用電子クーラ５１へ導かれる。ＩＣ反応器１９のＩＣ反応液１９ａはドレイン用電磁弁５７から排出される。

除湿用電子クーラ５１を経たガスは水分を除去する除湿器やハロゲン成分を除去するハロゲンスクラバ６１及び異物を除去するためのメンブレンフィルタ６３を介して非分散形赤外分析計（ＮＤＩＲ）のセル６５に導かれる。セル６５の両端には光源６７及び検出器６９が対向して備えられており、検出器６９の信号からＣＯ₂濃度が求められる。排出された二酸化炭素はＣＯ₂アブソーバ７１に吸着される。除湿用電子クーラ５１には水分除去するためのドレインポット５９が接続されている。

ＴＯＣ測定部３、多ポートバルブ９、サンプリングシリンジ１１及びサンプリングシリンジ１１に通気を行う電磁弁３７は制御部１００と接続されている。制御部１００はＴＯＣ測定動作を制御する。サンプリングシリンジ１１に供給されたキャリアガスは多ポートバルブ９のドレイン用ポートから排出される。

次にＴＯＣ測定の動作を説明する。
試料水はサンプリングシリンジ１１によってオートサンプラ１から吸入された後、多ポートバルブ９がサンプリングシリンジ１１をＴＣ燃焼管４１に接続するポートに切り換えられて、サンプリングシリンジ１１のプランジャが上昇させられることにより試料水がＴＣ燃焼管４１の試料注入部４３に送られ、同時に、高純度空気がキャリアガスとしてキャリアガス供給部５から逆止弁４５を介して試料注入部４３に送られ、試料水と空気の混合物がＴＣ燃焼管４１に導入される。ＴＣ燃焼管４１では電気炉４１により６８０℃に加熱され、試料水の炭素成分は酸化されて二酸化炭素に変換される。

ＴＣ燃焼管４１で発生したガス（二酸化炭素と水蒸気）は冷却管４７で冷却され、二酸化炭素は逆流防止トラップ４９を経由してＩＣ反応器１９に導入され、ＩＣ反応液１９ａを通って上部から除湿用電子クーラ５１に導かれてさらに水分が除去され、ハロゲンスクラバ６１でハロゲン成分が除かれ、メンブレンフィルタ６３により濾過されて、セル６５に導入される。そして、光源６７からの赤外光が、セル６５中に照射され、二酸化炭素の濃度に比例した信号が検出器６９から得られる。この信号は液体試料のＴＣに相当する。そして排出された二酸化炭素はＣＯ₂アブソーバ７１に吸着される。

次に、サンプリングシリンジ１１によってオートサンプラ１から吸入された試料水が、多ポートバルブ９の切替えとサンプリングシリンジ１１の作動によってＩＣ反応器１９に送られる。ＩＣ反応器１９では、下部からキャリアガスが送られてＩＣ反応液１９ａがバブリングされる状態に保たれ、その状態で上部から導入された試料水は、ＩＣ反応液１９ａであるリン酸溶液に触れ、酸性化作用により二酸化炭素を生成する。この二酸化炭素を含むガスは、除湿用電子クーラ５１に導かれてさらに水分が除去され、ハロゲンスクラバ６１でハロゲン成分が除かれ、メンブレンフィルタ６３により濾過されて、セル６５に導入される。そして、光源６７からの赤外光が、セル６５中に照射され、二酸化炭素の濃度に比例した信号が検出器６９から得られる。この二酸化炭素量はＩＣに相当する。
このようにして測定されたＴＣからＩＣを差し引きすれば、ＴＯＣを求めることができる。

このＴＯＣ測定装置では、サンプリングシリンジ１１に通気処理を行う機構とサンプリングシリンジ１１に酸を注入する機構を備えているので、直接にＴＯＣを測定することもできる。すなわち、試料水がサンプリングシリンジ１１に採取された後、多ポートバルブ９がサンプリングシリンジ１１を塩酸１５の供給を受けるポートに切り替えられて塩酸がサンプリングシリンジ１１に吸引される。その後、多ポートバルブ９がドレイン用のポートに接続され、サンプリングシリンジ１１のプランジャがバレル下部の通気位置まで下げられ、電磁弁３７が開かれて、高純度空気がキャリアガスとしてサンプリングシリンジ１１内に導入され、サンプリングシリンジ１１内の試料水を通気処理して多ポートバルブ９のドレイン用ポートから排出される。このとき、試料水に溶解していたＩＣが炭酸ガスとしてキャリアガスとともに試料水から排出される。その後、その試料水をＴＣ燃焼管４１に導いて炭素成分を測定すると、ＴＯＣが測定される。

また、実施例のオートサンプラはエアー噴出用のニードル１８ｂを備えている。エアー噴出用のニードル１８ｂは、通常は試料吸引用ニードル１８ａによる試料水の採取の直前に試料水を攪拌するためのものであるが、そのエアー噴出用のニードル１８ｂによるエアー噴出による攪拌の際に試料バイアルに塩酸を供給するようにすれば、図４の全有機体測定装置においてサンプリングシリンジ１１へキャリアガス供給部５からのキャリアガスを供給する流路を省くことができる。

２サンプリング部
３ニードルカバー
４バイアル搬送部
５，６バイアルカバー
７ａ，７ｂ貫通穴
８ガイド部
１０移動軸
１２水平移動部
１４アーム
１６ニードル保持部
１８ａサンプリング用ニードル
１８ｂバブリング用ニードル
２０バイアルラック
２２ａ，２２ｂ試料バイアル
２３ａ，２３ｂセプタム
２４ａ，２４ｂ折り曲げリブ

Claims

試料を吸引するためのサンプリング位置に試料を収容した試料バイアルを搬送するためのバイアル搬送部と、
前記サンプリング位置の試料バイアルの上方からニードルを下降させてそのニードルの先端で前記試料バイアルを密閉している密閉部材を貫通して内部に進入し、前記ニードルの先端から試料を吸引するサンプリング部と、
下降前の前記ニードルの先端と試料バイアルとの間の高さに配置されて前記サンプリング位置を含む領域の前記バイアル搬送部上を覆い、前記ニードルが下降する位置にニードルを通過させ試料バイアルを通過させない幅をもつ貫通穴が設けられており、前記貫通穴の縁は前記試料バイアルの上面側へ折り曲げられた折り曲げリブとなっているカバーと、を備えていることを特徴とするオートサンプラ。