JP2012145513A - 分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料を送液する流路を備えた分析装置において、流路詰まりによる測定不能状態を自動で回避することができる分析装置を提供することである。
【課題手段】前記溶離液を送液する溶離液送液部と、溶離液流路上に設けられた試料導入部と、当該試料導入部と流路を介して接続された分離カラムと、前記試料導入部と前記分離カラムの間に設けられ、前記試料導入部と前記分離カラムの間の流路を第一及び第二の流路に分ける切り替え手段と、前記第一及び第二の流路上にそれぞれ設けられた第一及び第二のフィルタと、前記第一又は第二のフィルタを洗浄する洗浄液が通過する洗浄液流路と、前記洗浄液を送液する洗浄液送液部と、前記洗浄液流路と前記第一及び第二の流路を介して接続し、前記第一及び第二のフィルタを洗浄した洗浄液が排出される排出流路と、を備えることを特徴とする分析装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は分析装置に関し、特に送液部，試料導入部，検出部を有する液体クロマトグラフなどの分析装置における測定中の流路詰まりを解消する技術に関する。

血液や細胞培養液など多種多様な成分を含む溶液試料から目的とする測定対象成分を測定する方法として、高速液体クロマトグラフや液体クロマトグラフ質量分析装置、また流路の中で測定対象成分を特異的に反応させて検出するフローインジェクション分析装置などが知られている。これらはいずれも、溶液試料を試料導入部から検出部に送る流路を有する。

高速液体クロマトグラフでは、試料導入部と検出部の間に分離カラムがあり、測定対象成分は他の成分から分離カラム内で分離されて検出部に送られる。またフローインジェクション分析装置では、試料導入部から検出部に送られる間に化学反応を起こさせることで、検出部での測定対象成分の感度や選択性を向上させることがしばしば行われる。

これらの装置において、測定対象となる血清や細胞培養液などは、測定対象成分以外にタンパク質やＤＮＡ，脂質など多量の様々な成分を含む。試料導入部以降の流路において、これら試料溶液中に含まれる物質により詰まりが発生し、測定が停止するという問題が発生する。

例えば液体クロマトグラフの場合、試料導入部の後方にある分離カラム入り口で詰まりが発生し、流路内の圧力が上昇する。圧力上昇が、送液ポンプあるいは流路構成部品の耐圧上限を超えると、液漏れ等が発生し正常な測定ができなくなる。通常は圧力センサにて詰まりにより発生する圧力上昇をモニタしており、規定圧力を超えると目詰まりによる異常と判断して測定が中断される。特に、多くの測定試料を自動に連続して測定している場合、当然のことながら目詰まりが発生する度に測定が停止すると、測定効率が低下する。

このような流路詰まりが発生した場合、詰まり発生部を特定して詰まりが発生した箇所，分離カラムや流路部品を交換しなければならない。これらは測定者が自ら行う必要があり、時間と手間がかかる作業である。

流路詰まりを回避する方法として、試料溶液を予めフィルタに通して粒子状成分を除去する処理をしてから測定する手段が一般によく知られている。しかし測定試料が多量に存在する場合、用手法で手間がかかる上、試料数だけフィルタを準備する必要があり、費用もかさむという問題がある。

流路詰まりを回避する別の方法として、分離カラムの前段にサイズの小さなプレカラムを設けることで、高価な分離カラムの詰まりを回避して費用の発生を抑える手段もよく用いられる。この方法は、詰まり発生した場合に測定が停止するという本質的問題は解決していない。またプレカラムも比較的高価である。

流路詰まりを回避する更に別の方法として、特許文献１ならびに特許文献２では、バイパス流路を設けた濾過装置を提供している。即ち、メインフィルタに目詰まりが発生した場合にバイパス流路を利用する。また特許文献１においては、目詰まり発生検知部を有し、測定者は目詰まりが起きたことを知ることができる。

流路詰まりを回避する更に別の方法として、特許文献３では、測定毎あるいは一定数測定毎に試料が通過する流路を洗浄する手段を提供している。

特開２００６−０７６１３６号公報 特開平２−２６５５６３号公報 特開２００８−３０９５９６号公報

特許文献１，２の方法では、目詰まりが発生しても即座に送液は停止しないが、フィルタの交換ならびに回復のために測定者の作業が発生するという問題は解決されない。また、特許文献３の方法では、流路洗浄を行うほど詰まり発生の頻度を減らすことができるが、測定とは別に洗浄時間を必要とすることから、測定の時間効率が低下してしまう。また本手段の場合、カラム部の粒子成分は除けないため、粒子成分による流路詰まりには対応できない。

本発明が解決しようとする課題は、試料を送液する流路を備えた分析装置において、流路詰まりによる測定不能状態を自動で回避することができる分析装置を提供することである。

本発明では、以下の分析装置を提供する。

試料を溶離する溶離液が通過する溶離液流路と、前記溶離液を前記溶離液流路内で送液する溶離液送液部と、溶離液が通過する前記溶離液流路上に設けられた試料導入部と、当該試料導入部と流路を介して接続された分離カラムと、前記試料導入部と前記分離カラムの間に設けられ、前記試料導入部と前記分離カラムの間の流路を第一及び第二の流路に分ける切り替え手段と、前記第一及び第二の流路上にそれぞれ設けられた第一及び第二のフィルタと、前記第一又は第二のフィルタを洗浄する洗浄液が通過する洗浄液流路と、前記洗浄液を当該洗浄液流路内で送液する洗浄液送液部と、前記洗浄液流路と前記第一及び第二の流路を介して接続し、前記第一及び第二のフィルタを洗浄した洗浄液が排出される排出流路と、を備え、当該切り替え手段は、前記溶離液が第一の流路を通過するときに前記洗浄液が第二の流路を通過し、前記溶離液が第二の流路を通過するときに前記洗浄液が第一の流路を通過するようにすることを特徴とする分析装置。

試料を溶離する溶離液が通過する溶離液流路と、前記溶離液を前記溶離液流路内で送液する溶離液送液部と、溶離液が通過する前記溶離液流路上に設けられた試料導入部と、当該試料導入部と流路を介して接続された反応コイルと、前記試料導入部と前記分離カラムの間に設けられ、前記試料導入部と前記分離カラムの間の流路を第一及び第二の流路に分ける切り替え手段と、前記第一及び第二の流路上にそれぞれ設けられた第一及び第二のフィルタと、前記第一又は第二のフィルタを洗浄する洗浄液が通過する洗浄液流路と、前記洗浄液を当該洗浄液流路内で送液する洗浄液送液部と、前記洗浄液流路と前記第一及び第二の流路を介して接続し、前記第一及び第二のフィルタを洗浄した洗浄液が排出される排出流路と、を備え、当該切り替え手段は、前記溶離液が第一の流路を通過するときに前記洗浄液が第二の流路を通過し、前記溶離液が第二の流路を通過するときに前記洗浄液が第一の流路を通過するようにすることを特徴とする分析装置。

本発明によれば、試料由来の流路詰まりがフィルタ部で詰まりが発生しても、流路を切り替えることで測定が継続できる。詰まりフィルタは測定中に自動で洗浄，回復されるため、人力を介さず継続的に安定した測定を実現することが可能である。

本発明による、液体クロマトグラフの一実施例である。 本発明による、液体クロマトグラフの一実施例（切り替え時）である。 本発明による、フローインジェクション分析装置の一実施例である。 本発明による、フローインジェクション分析装置の一実施例（切り替え時）である。

本発明の実施例を、図面を用いて以下に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

本発明を用いた実施例として、液体クロマトグラフによる血清中薬剤成分の分析を例に説明する。

本実施例の液体クロマトグラフの主要構成について、図１を用いて説明する。液体クロマトグラフは、溶離液１０１を分析流路に導入するための送液ポンプ１０２と、測定対象である溶液試料を分析流路に導入するための試料導入部１０３と、試料導入部１０３の直後の分析流路に設置され、２つのフィルタ１０９，１１０を各流路に設けた流路切り替えバルブ１０８と、試料導入部１０３から導入された溶液試料中に含まれる様々な成分を相互に分離する分離カラム１０４と、分離カラムで分離された測定対象成分をイオン化するイオン源１０５と、イオン化された成分を検出する質量分析計１０６、これらを制御しまた質量分析計１０６で得られたシグナルを記録する制御部１０７、から主に構成される。

流路切り替えバルブ１０８の前後には、流路内圧力をモニタする圧力センサ１１１および１１２が設置される。圧力センサ１１１は送液ポンプ１０２と試料導入部１０３の間に、また圧力センサ１１２は流路切り替えバルブ１０８と分離カラム１０４の間に設置される。流路切り替えバルブ１０８には、分析流路だけでなくフィルタ洗浄用流路が接続される。洗浄液１１３あるいは洗浄液１１８のいずれかを選択して洗浄用流路に導入するための送液ポンプ１１４が流路切り替えバルブ１０８に接続されている。圧力センサ１１６は送液ポンプ１１４と流路切り替えバルブ１０８の間に、また圧力センサ１１７は流路切り替えバルブ１０８の後段，廃液流路１１５に設置される。フィルタ１０９および１１０は、どちらか一方が分析流路に、またもう一方が洗浄流路にあり、流路切り替えバルブ１０８のバルブ位置により決定される。

液体クロマトグラフを用いて血清試料中薬剤成分を測定する場合、血清試料は有機溶媒添加による除タンパク操作、あるいは溶媒抽出や固相抽出などの前処理を施した後に、試料導入部から導入されることが通常である。これらの操作により、血清試料中のタンパク質を始めとした主要成分の多くは除去されることが期待されるが、一方でリン脂質など脂溶性成分の一部は溶液中に残存する。測定対象成分を溶液中に残したままその他の成分を全て除去することは、非常に困難である。そのため、多くの試料溶液を連続して測定した場合、試料導入部１０３以降で残存成分による目詰まりが発生する。従来の液体クロマトグラフでは、試料導入部の後段には分離カラムが設けられており、すなわち分離カラムの目詰まりが起こる。その場合、分離カラムは使用不能となり操作者による分離カラム交換作業が必要となる。当然、目詰まりが発生してから分離カラムを交換するまでの間、測定は停止する。

一方、本実施例において、同様に残存成分を多く含む血清処理試料溶液を連続して測定した場合、流路切り替えバルブ１０８の流路内に設置されたフィルタ１０９に目詰まりが発生する。目詰まりが発生すると、発生箇所で圧力損失が起きるため、目詰まり箇所の前後で送液圧力に大きな差が生じる。本実施例では圧力センサ１１１と１１２が流路切り替えバルブ１０８の流路の上流および下流位置に設けられており、両圧力センサの圧力をモニタすることでフィルタ目詰まりを発見することができる。例えばフィルタにフィルタ外径４mm，孔径１μｍ，厚さ２mmのメッシュフィルタを用い、送液ポンプから水／アセト二トリル＝５０／５０混合液を流速１ｍＬ／minで送液した場合、目詰まりが発生していない状態でのフィルタ部の圧力損失は０.２ＭＰａ以下である。そのため、目詰まりをモニタするには、圧力差の閾値は１.０ＭＰａ以上とすれば十分に判定可能である。またこの程度の圧力上昇であれば、通常の高速液体クロマトグラフでは測定値に影響を与えない。

上記圧力差をモニタすることでフィルタ目詰まりを検知した場合、制御部１０７から流路切り替えバルブ１０８のバルブ位置を切り替える信号が送られ、流路は図２に示すように変更される。分析側流路には目詰まりが発生していないフィルタ１１０が切り替えられ、一方で目詰まりしたフィルタ１０９は洗浄側流路に切り替えられる。流路を切り替えることで、フィルタ部（流路切り替えバルブ部）での圧力損失は０.２ＭＰａ以下となり、正常な測定を継続することができる。

ここで目詰まりしたフィルタは、洗浄液１１３により洗浄される。血清処理試料の場合、先に記載したように目詰まりの原因となる成分の多くは脂溶性成分であるため、洗浄液１１３には脂溶性溶媒を用いることが望ましい。例えばクロロホルム／メタノール混合液（容量比２／１）は、脂質成分を溶解するのに汎用される溶液である。このような脂溶性溶媒をフィルタ１０９に送液することで、脂溶性成分は溶媒中に溶解し、廃液流路１１５より排出される。洗浄流路には圧力センサ１１６および１１７が設置されており、両圧力センサの圧力差をモニタすることで、目詰まりしたフィルタの洗浄の度合いを知ることができる。例えば送液流路で圧力損失１.０ＭＰａに相当する目詰まりが発生したフィルタは、洗浄流路でクロロホルム／メタノール混合液を送液した場合、１.５ＭＰａ程度の圧力損失が発生する。洗浄液送液の間、圧力損失をモニタし、０.２ＭＰａ以下になるまで混合液を継続することでフィルタ洗浄が終了し目詰まり成分が除去できたことを確認することができる。洗浄終了後は、溶離液１０１と同じ組成である洗浄液１１８を送液することで、クロロホルム／メタノール混合液が分析流路に混入することを避けることができる。その他、送液ポンプ１１４は、複数の洗浄液１１３あるいは洗浄液１１８として、アルカリ，酸，有機溶媒，溶離液と同等のものを洗浄液として切り替えて、流路に導入することができる。

また脂溶性溶媒に溶解しない、粒子状成分が試料溶液中に混入し、目詰まりを起こす場合もある。本実施例では、分析流路と洗浄流路とでフィルタ１０９ないし１１０への送液方向が異なる。そのため、脂溶性溶媒に溶解しない粒子状成分がフィルタ表面に存在した場合であっても、フィルタを逆洗するために同様に廃液流路から排出することが可能である。

以上のように、本実施例によれば、血清処理試料中の脂質成分により試料導入部後段に設置したフィルタで目詰まりが発生した場合でも、圧力変化により目詰まりを検知し、流路を切り替えることで測定を継続することができる。目詰まりが発生したフィルタは洗浄流路にて自動で洗浄され、詰まり成分が除去される。そのため、測定者の処置無しに継続的に測定を行うことが可能となる。

本発明を用いた別の実施例として、フローインジェクション分析装置による血清中成分分析を例に説明する。

本実施例のフローインジェクション分析装置の主要構成について、図３を用いて説明する。フローインジェクション分析装置は、溶離液１０１を分析流路に導入するための送液ポンプ１０２と、測定対象である溶液試料を分析流路に導入するための試料導入部１０３と、試料導入部１０３の直後の分析流路に設置され、２つのフィルタ１０９，１１０を各流路に設けた流路切り替えバルブ１０８と、試料中成分と反応する成分を含む反応液１１９と、反応液１１９を送液する送液ポンプ１２０と、反応液流路と分析流路を接続する三方ジョイント１２１と、恒温槽１２２内に設置された反応コイル１２３と、反応液１１９と反応した測定成分を検出する紫外可視吸光検出器１２４と、これらを制御しまた紫外可視吸光検出器１２４で得られたシグナルを記録する制御部１０７、から主に構成される。

流路切り替えバルブ１０８の前後には、流路内圧力をモニタする圧力センサ１１１および１１２が設置される。圧力センサ１１１は送液ポンプ１０２と試料導入部１０３の間に、また圧力センサ１１２は流路切り替えバルブ１０８と反応コイル１２３の間に設置される。流路切り替えバルブ１０８には、分析流路だけでなくフィルタ洗浄用流路が接続される。洗浄液１１３あるいは洗浄液１１８のいずれかを選択して洗浄流路に導入するための送液ポンプ１１４が流路切り替えバルブ１０８に接続されている。

圧力センサ１１６は送液ポンプ１１４と流路切り替えバルブ１０８の間に、また圧力センサ１１７は流路切り替えバルブ１０８の後段，廃液流路に設置される。フィルタ１０９および１１０は、どちらか一方が分析流路に、またもう一方が洗浄流路にあり、流路切り替えバルブ１０８のバルブ位置により決定される。

血清試料中にはタンパク質や脂質，無機物質など多種多様な成分が含まれており、またその量は測定試料毎にまちまちである。そのため、従来のフローインジェクション分析装置を用いて多くの試料溶液を連続して測定した場合、試料導入部１０３以降でこれら成分による目詰まりが発生することは容易に想像できる。

一方、本実施例において血清処理試料溶液を連続して測定した場合、流路切り替えバルブ１０８の流路内に設置されたフィルタ１０９に目詰まりが発生する。目詰まりが発生すると、発生箇所で圧力損失が起きるため、目詰まり箇所の前後で送液圧力に大きな差が生じる。本実施例では圧力センサ１１１と１１２が流路切り替えバルブ１０８の流路の上流および下流位置に設けられており、両圧力センサの圧力をモニタすることでフィルタ目詰まりを発見することができる。例えばフィルタにフィルタ外径４mm，孔径１μｍ，厚さ２mmのメッシュフィルタを用い、送液ポンプからイオン交換水を流速０.５ｍＬ／minで送液した場合、目詰まりが発生していない状態でのフィルタ部の圧力損失は０.２ＭＰａ以下である。そのため、目詰まりをモニタするには、圧力差の閾値は１.０ＭＰａ以上とすれば十分に判定可能である。

上記圧力差をモニタすることでフィルタ目詰まりを検知した場合、制御部１０７から流路切り替えバルブ１０８のバルブ位置を切り替える信号が送られ、流路は図４に示すように変更される。分析側流路には目詰まりが発生していないフィルタ１１０が切り替えられ、一方で目詰まりしたフィルタ１０９は洗浄側流路に切り替えられる。流路を切り替えることで、フィルタ部（流路切り替えバルブ部）での圧力損失は０.２ＭＰａ以下となり、正常な測定を継続することができる。

ここで目詰まりしたフィルタは、洗浄液１１３により高い流速で洗浄される。血清試料について種々検討した結果、目詰まりの原因となる成分はタンパク質，脂溶性成分およびこれらの混合成分であった。即ち、洗浄液１１３にはアルカリ性溶媒を用いることが望ましい。例えば０.１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液は、タンパク質をはじめとした生物由来成分を分解除去するのに汎用される溶液である。このようなアルカリ性溶媒をフィルタ１０９に送液することで、目詰まり成分は除去され、廃液流路１１５より排出される。

洗浄流路には圧力センサ１１６および１１７が設置されており、両圧力センサの圧力差をモニタすることで、目詰まりしたフィルタの洗浄の度合いを知ることができる。例えば分析流路でイオン交換水送液時に圧力損失１.０ＭＰａに相当する目詰まりが発生したフィルタは、洗浄流路で水酸化ナトリウム水溶液を送液した場合、同様に１.０ＭＰａ程度の圧力損失が発生する。洗浄液送液の間、圧力損失をモニタし、０.２ＭＰａ以下になるまで混合液を継続することでフィルタ洗浄が終了し目詰まり成分が除去できたことを確認することができる。洗浄終了後は、溶離液１０１と同じ組成である洗浄液１１８、この場合はイオン交換水を洗浄流路に送液することで、０.１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液が分析流路に混入することを避けることができる。その他、送液ポンプ１１４は、複数の洗浄液１１３あるいは洗浄液１１８として、アルカリ，酸，有機溶媒，溶離液と同等のものを洗浄液として切り替えて、流路に導入することができる。

また粒子状成分が試料溶液中に混入し、目詰まりを起こす場合もある。本実施例のように、分析流路と洗浄流路とでフィルタ１０９ないし１１０への送液方向が異なる。そのため、洗浄液に溶解しない粒子状成分がフィルタ表面に存在した場合であっても、フィルタを逆洗するために同様に廃液流路から排出することが可能である。

以上のように、本実施例によれば、血清試料中成分により試料導入部後段に設置したフィルタで目詰まりが発生した場合でも、圧力変化により目詰まりを検知し、流路を切り替えることで測定を継続することができる。目詰まりが発生したフィルタは洗浄流路にて自動で洗浄され、詰まり成分が除去される。そのため、測定者の処置無しに継続的に測定を行うことが可能となる。

１０１ 溶離液
１０２，１１４，１２０ 送液ポンプ
１０３ 試料導入部
１０４ 分離カラム
１０５ イオン源
１０６ 質量分析計
１０７ 制御部
１０８ 流路切り替えバルブ
１０９，１１０ フィルタ
１１１，１１２，１１６，１１７ 圧力センサ
１１３，１１８ 洗浄液
１１５ 廃液流路
１１９ 反応液
１２１ 三方ジョイント
１２２ 恒温槽
１２３ 反応コイル
１２４ 紫外可視吸光検出器

Claims (8)

1. 試料を溶離する溶離液が通過する溶離液流路と、
   前記溶離液を前記溶離液流路内で送液する溶離液送液部と、
   溶離液が通過する前記溶離液流路上に設けられた試料導入部と、
   当該試料導入部と流路を介して接続された分離カラムと、
   前記試料導入部と前記分離カラムの間に設けられ、前記試料導入部と前記分離カラムの間の流路を第一及び第二の流路に分ける切り替え手段と、
   前記第一及び第二の流路上にそれぞれ設けられた第一及び第二のフィルタと、
   前記第一又は第二のフィルタを洗浄する洗浄液が通過する洗浄液流路と、
   前記洗浄液を当該洗浄液流路内で送液する洗浄液送液部と、
   前記洗浄液流路と前記第一及び第二の流路を介して接続し、前記第一及び第二のフィルタを洗浄した洗浄液が排出される排出流路と、
   を備え、
   当該切り替え手段は、前記溶離液が第一の流路を通過するときに前記洗浄液が第二の流路を通過し、前記溶離液が第二の流路を通過するときに前記洗浄液が第一の流路を通過するようにすること
   を特徴とする分析装置。
2. 請求項１の分析装置において、
   前記第一及び第二のフィルタの前後の流路上に圧力センサを設け、
   当該第一及び第二のフィルタの前後の流路上の圧力センサ間の圧力差をモニタする制御部
   を備えることを特徴とする分析装置。
3. 請求項１の分析装置において、
   前記第一のフィルタおよび第二のフィルタにおける前記溶離液が流れる方向と前記洗浄液が流れる方向が逆向きとなるように前記第一及び第二の流路が構成されることを特徴とする分析装置。
4. 請求項１の分析装置において、
   前記洗浄液送液部は、複数の洗浄液を切り替えて洗浄液流路に導入することを特徴とする分析装置。
5. 試料を溶離する溶離液が通過する溶離液流路と、
   前記溶離液を前記溶離液流路内で送液する溶離液送液部と、
   溶離液が通過する前記溶離液流路上に設けられた試料導入部と、
   当該試料導入部と流路を介して接続された反応コイルと、
   前記試料導入部と前記分離カラムの間に設けられ、前記試料導入部と前記分離カラムの間の流路を第一及び第二の流路に分ける切り替え手段と、
   前記第一及び第二の流路上にそれぞれ設けられた第一及び第二のフィルタと、
   前記第一又は第二のフィルタを洗浄する洗浄液が通過する洗浄液流路と、
   前記洗浄液を当該洗浄液流路内で送液する洗浄液送液部と、
   前記洗浄液流路と前記第一及び第二の流路を介して接続し、前記第一及び第二のフィルタを洗浄した洗浄液が排出される排出流路と、
   を備え、
   当該切り替え手段は、前記溶離液が第一の流路を通過するときに前記洗浄液が第二の流路を通過し、前記溶離液が第二の流路を通過するときに前記洗浄液が第一の流路を通過するようにすること
   を特徴とする分析装置。
6. 請求項５の分析装置において、
   前記第一及び第二のフィルタの前後の流路上に圧力センサを設け、
   当該第一及び第二のフィルタの前後の流路上の圧力センサ間の圧力差をモニタする制御部
   を備えることを特徴とする分析装置。
7. 請求項５の分析装置において、
   前記第一のフィルタおよび第二のフィルタにおける前記溶離液が流れる方向と前記洗浄液が流れる方向が逆向きとなるように前記第一及び第二の流路が構成されることを特徴とする分析装置。
8. 請求項５の分析装置において、
   前記洗浄液送液部は、複数の洗浄液を切り替えて洗浄液流路に導入することを特徴とする分析装置。

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