JP2012237557A - 液体試料採取装置及び液体試料採取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体試料採取時に試料採取の効率を維持しつつ、キャリーオーバを低減することができる液体試料採取装置及び液体試料採取方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る液体試料採取装置１は、試料容器３内に挿入され、該容器内の液体試料４を採取するサンプリングニードル２と、前記サンプリングニードル２を駆動する駆動部５と、使用者に前記サンプリングニードル２の上昇速度を設定するための情報を入力させる入力部２０と、前記情報に基づいて上昇速度を決定する上昇速度決定部１２と、前記サンプリングニードル２を、下降時には予め定められた下降速度で下降させ、上昇時には前記上昇速度で上昇させるように前記駆動部５を制御する制御部１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料採取装置及び液体試料採取方法に関する。特に、液体クロマトグラフの試料の採取に好適に用いることができる、液体試料採取装置及び液体試料採取方法に関する。

液体クロマトグラフ分析装置において試料バイアル内にある液体試料を採取する際には、サンプリングニードルを下降させ、試料バイアルのセプタムを貫通させて、試料バイアル内の液体試料に先端を浸漬させた状態で、液体試料を吸引する。そして、内部に液体試料を保持したサンプリングニードルを上昇させ、先端を液体試料の液面から引き揚げた後、更に上昇させてセプタムよりも上方に引き抜く。その後、サンプリングニードルを所定の試料注入箇所に移動させ、そこで移動相中に液体試料を注入する。

液体クロマトグラフ分析装置では、多くの液体試料を連続して分析する。その分析にかかる時間を短縮するための一つの方法として、従来、モータ動作性能の向上を背景として、サンプリングニードルを高速で上下動させて液体試料採取の効率を向上させることが行われている。

特開2003-215118号公報

しかし、サンプリングニードルを高速で上昇させると、試料容器内の液体試料に浸漬させたサンプリングニードルの外壁に付着した液体試料が、該サンプリングニードルを液面から引き揚げた段階で十分に脱離せず残留してしまう。サンプリングニードルをさらに上昇させると、セプタムによりサンプリングニードルの外壁に付着した液体試料の大部分は擦り落とされるが、一部は残留して外壁に膜状に付着したままとなっている。このような外壁に付着する液体試料の残留量は、サンプリングニードルを高速で引き上げるほど増加する。

液体試料のサンプリングニードルの外壁への付着量を低下させるため、液体試料に対してぬれ性の低い貴金属製、または樹脂製のサンプリングニードルを用いることも行われている。しかし、このようなサンプリングニードルは高価であり、また、多種多様な液体試料の全てについて吸着力を低減することは難しい。

このようなサンプリングニードル外壁への付着が生じると、次の試料を採取する際に前回の液体試料が混入し、測定時に検出されるというキャリーオーバが生じてしまう。

サンプリングニードルの外壁に付着した液体試料は、サンプリングニードルを洗浄液に浸漬して洗浄することにより除去することが可能であるが、別途洗浄槽を用意したり、洗浄工程を行ったりする必要があるため、効率が悪い。

本発明が解決しようとする課題は、液体試料採取の効率を維持しつつ、キャリーオーバを低減することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体試料採取装置は、
試料容器内に挿入され、該容器内の液体試料を採取するサンプリングニードルと、
前記サンプリングニードルを上下に駆動する駆動部と、
使用者に前記サンプリングニードルの上昇速度を設定するための情報を入力させる入力部と、
前記情報に基づいて上昇速度を決定する上昇速度決定部と、
前記サンプリングニードルを、下降時には予め定められた下降速度で下降させ、上昇時には前記上昇速度で上昇させるように前記駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
サンプリングニードルの上昇速度を設定するための情報としては、例えばサンプリングニードルの上昇速度そのものや、後述するように液体試料の種類に対応した情報とすることができる。

本願発明に係る液体試料採取装置を用いることにより、従来と同様にサンプリングニードルを高速で下降させる一方、上昇速度を適宜に変更することができる。

サンプリングニードルが試料容器内の液面から上昇する間、サンプリングニードルの外壁には液体試料がその表面張力により付着し、サンプリングニードルの上昇に伴って引きずられて上昇する。一方、液面より上に引き上げられた液体試料は、その重力により下方に引っ張られる。サンプリングニードルの外壁表面に付着して液面以上に引きずられる液体試料の量はこの両者の力の釣り合いにより定まるが、動的には、サンプリングニードルを速く引き上げるほど、液面上の液体試料の量は増加し、ゆっくり引き上げるほど低下する。従って、サンプリングニードルを上昇させる速度を適宜に低下させることにより、サンプリングニードルの外壁に付着した液体試料を十分に脱離させることができる。

サンプリングニードルがセプタムを通過せずに液体試料に挿入され、引き上げられる場合には上記の理論がそのまま当てはまるが、サンプリングニードルがセプタムを通過して液体試料内に挿入されている場合も、セプタムで擦れてその内側に残留する液体試料の量は多くなり、その分、セプタムで擦り落とされずにサンプリングニードル外表面に付着したままの液体試料の量は、サンプリングニードルを速く引き揚げるほど多くなる。これは、サンプリングニードルの外壁表面に付着した液体試料が、セプタムとの相対的速度が高速となるほど、動的粘性により外壁から剥がれにくくなり、セプタムを液体試料で汚しやすくなり、液体試料の一部を付着したままセプタムの外部に出て行くようになるためである。

一方、サンプリングニードルを下降させる動作は、サンプリングニードルの外壁に付着した試料が残留するという問題に影響しないため、従来どおり高速で動作させればよい。
これにより、液体試料採取の効率を維持しつつ、キャリーオーバを低減することができる。

上記の通り、サンプリングニードルの上昇速度を遅くするほど、サンプリングニードルの外壁に付着した液体試料を脱離させやすい。しかし、サンプリングニードルの上昇速度を遅くしすぎると試料採取の効率が悪くなってしまう。

そこで、前記上昇速度決定部が、予め、採取する液体試料の種類と前記上昇速度とが関連付けられたデータテーブルを備え、使用者が前記入力部により液体試料の種類を前記情報として入力すると、自動的に前記データテーブルと照合して最適な上昇速度を決定するようにしておくことが望ましい。前記データテーブルは、例えば予備実験を行って、予め液体試料の種類に応じた最適な上昇速度を求めておくことにより作成しておくことができる。また、前記データテーブルは、液体試料が有する粘度及び／又は密度の特性に応じて、液体試料の種類とサンプリングニードルの上昇速度とを関連付けたものとしてもよい。
これにより、使用者が液体試料の種類を選択するだけで、自動的に液体試料の種類に応じた最適な速度でサンプリングニードルを上昇させることができる。従って、個別の液体試料採取時に、使用者がその都度最適な上昇速度を検討する必要がなくなるため、使用者の負担が軽減される。

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体試料採取方法は、サンプリングニードルを上下動させて試料容器内の液体試料を採取する液体試料採取方法であって、
使用者に前記サンプリングニードルの上昇速度を設定するための情報を入力させ、
前記情報に基づいて上昇速度を決定し、
前記サンプリングニードルを、下降時には予め定められた下降速度で下降させ、上昇時には前記上昇速度で上昇させる
ことを特徴とする。
サンプリングニードルの上昇速度を設定するための情報としては、例えばサンプリングニードルの上昇速度そのものや、後述するように液体試料の種類に対応した情報とすることができる。

本願発明に係る液体試料採取方法を用いることにより、従来と同様にサンプリングニードルを高速で下降させる一方、上昇速度を適宜に変更して、サンプリングニードルの外壁に付着した液体試料を十分に脱離させることができる。これにより、液体試料採取の効率を維持しつつ、キャリーオーバを低減することができる。

本願発明に係る液体試料採取方法においても、上記液体試料採取装置と同様に、予め採取する液体試料の種類と前記上昇速度とが関連付けられたデータテーブルを用意しておき、使用者が前記入力部により液体試料の種類を前記情報として入力すると、自動的に前記データテーブルと照合して最適な上昇速度を決定することが望ましい。

本発明に係る液体試料採取装置や液体試料採取方法を用いることにより、測定の効率性を維持しつつ、キャリーオーバを低減することができる。また、上記のようなデータテーブルを併せて用いれば、個別の液体試料採取時に、使用者がその都度最適な上昇速度を検討する必要がなくなるため、使用者の負担が軽減される。

本発明に係る液体試料採取装置の一実施例を説明する図。 サンプリングニードルを上下動させて液体試料を採取する様子を説明する図。 液体クロマトグラフ装置を用いた吸光度測定の測定条件を示す図。 本発明に係る液体試料採取方法により得た吸光度測定結果を示す図。 本発明に係る液体試料採取方法により得た吸光スペクトルを示す図。 従来の液体試料採取方法により得た吸光度測定結果を示す図。 従来の液体試料採取方法により得た吸光スペクトルを示す図。

本発明に係る液体試料採取装置の一実施例を図１により説明する。本実施例の液体採取装置１は、サンプリングニードル２を上下動させて試料バイアル３内の液体試料４を採取する装置であり、サンプリングニードル２と、サンプリングニードル２を上下に駆動するモータ等からなる駆動部５と、駆動部５の動作を制御する制御部１１と、後述する手順によりサンプリングニードル２の上昇速度を決定する上昇速度決定部１２とを備えている。制御部１１及び上昇速度決定部１２は所定のプログラムを内蔵したコンピュータ１０により一体的に構成されており、コンピュータ１０には、入力部２０及び表示部３０が接続されている。

制御部１１には、予め、モータを最高速度で動作させるようにサンプリングニードル２の下降速度が設定されている。また、上昇速度決定部１２には、液体試料４の種類とサンプリングニードル２の上昇速度とを関連付けたデータテーブル１３が内蔵されている。

ここで、サンプリングニードル２を上下動させて液体試料４を採取する際の様子を図２により説明する。図２(a)はサンプリングニードル２を液体試料４に浸漬させて液体試料４を吸引する様子、図２(b)及び図２(c)は液体試料の吸引後に、サンプリングニードル２を上昇させる様子、をそれぞれ示す。

サンプリングニードル２を液体試料４に浸漬させた状態（図２(a)）からサンプリングニードル２を上昇させると、サンプリングニードル２が試料バイアル３内の液面から上昇する間、サンプリングニードル２の外壁には液体試料４がその表面張力により付着し、サンプリングニードル２の上昇に伴って引きずられて上昇する（図２(b)）。一方、液面より上に引き上げられた液体試料４は、その重力により下方に引っ張られる。さらにサンプリングニードル２を上昇させると、試料バイアル３内の液体試料４はサンプリングニードル２の外壁から離れる（図２(c)）。

図２(b)に示す状態において、サンプリングニードル２の外壁表面に付着して液面以上に引きずられる液体試料４の量は上記した力の釣り合いにより定まるが、動的には、サンプリングニードル２を速く引き上げるほど、液面上の液体試料４の量は増加し、ゆっくり引き上げるほど低下する。従って、サンプリングニードル２を上昇させる速度を適宜に低下させることにより、サンプリングニードル２の外壁に付着した液体試料４を十分に脱離させることができる。
上記の表面張力や重力の大きさは、液体試料４の粘性や密度によって変化する。従って、データテーブル１３は、液体試料４の液体試料が有する粘度や密度の特性を考慮して、液体試料の種類とサンプリングニードルの上昇速度とを関連付けたものとすればよい。

続いて、本実施例の液体試料採取装置の動作について説明する。
はじめに、上昇速度決定部１２は使用者に液体試料４の種類を入力させる画面を表示部３０に表示する。これを受けて使用者が液体試料４の種類を入力部２０を通じて入力すると、上昇速度決定部１２は内蔵されているデータテーブル１３に基づいて、サンプリングニードル２の上昇速度を決定し、その上昇速度情報を制御部１１に送信する。

制御部１１には、上述の通り、予めサンプリングニードル２の下降速度が設定されている。制御部１１は、上昇速度決定部１２から上昇速度情報を受け取ると、サンプリングニードル２を、下降時には予め設定されている下降速度で下降させ、上昇時には前記上昇速度で上昇させるように駆動部５の動作を制御する。

本発明に係る液体試料採取装置及び液体試料採取方法の効果を以下のとおり確認した。

まず、サンプリングニードルの下降速度を100mm/sec、上昇速度を40mm/secに設定して、試料バイアルから20mg/Lの濃度でカフェインを含む溶液5μLを採取し、液体クロマトグラフ装置（株式会社島津製作所製、SPD-20A）のカラムに注入して吸光度測定を行った。引き続き、4,000mg/Lの濃度でカフェインを含む溶液5μL、ブランク液5μLを5回採取して、同様に吸光度測定を行った。そして、得られた各吸光スペクトルにおけるカフェインのピークの面積を計算した。これらに基づき、4,000mg/Lの濃度でカフェインを含む溶液5μLを採取した後に採取したブランク液に混入したカフェインの割合、即ちキャリーオーバの割合を計算した。上記測定の各条件を図３に、吸光度測定の結果を図４に示す。また、濃度20mg/Lのカフェイン5μL採取時の吸光スペクトル、1回目のブランク液採取時の吸光スペクトルを、図５(a)、図５(b)にそれぞれ示す。
なお、濃度4,000mg/Lのカフェイン5μLを採取した際の測定では、スペクトルピークが検出上限値を超えたため、濃度20mg/Lのカフェイン5μL採取時の吸光度測定で得たスペクトル面積を200倍することにより、図４において括弧書きで示すスペクトル面積を推定した。

次に、比較のため、従来行われているように、サンプリングニードルを共に高速（100mm/sec）で上下動させて、上記と同じ測定を行った。その結果を図６に示す。また、濃度20mg/Lのカフェイン5μL採取時の吸光スペクトル、1回目のブランク液5μL採取時の吸光スペクトルを、図７(a)、図７(b)にそれぞれ示す。

図４と図６に示す結果を比較すると、本発明に係る液体試料採取方法を用いると、従来の液体試料採取方法に比べて大幅にキャリーオーバの割合を低減できることが分かる。例えば、1回目のブランク液採取時のキャリーオーバの割合は0.0013%から0.0004%に低下しており、5回目のブランク液採取時のキャリーオーバの割合は0.0013%から0.0001%に低下している。また、図５(b)と図７(b)に示すスペクトルを比較しても、キャリーオーバにより生じるピークが大幅に低下していることが分かる。

上記の実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜変更や修正を行うことが可能である。本実施例の液体試料採取装置では、表示部３０を備え、上昇速度決定部１２が液体試料４の種類を入力させる画面を表示部３０に表示する構成としたが、表示部３０を設けず、液体試料４の種類を選択するボタンを入力部２０とし、使用者がこれを押すようにしても良い。また、データテーブル１３は、事前に予備実験を行うことにより作成してもよい。
上記の実施例ではデータテーブル１３を上昇速度決定部１２に内蔵する構成としたが、データテーブル１３を内蔵せず、使用者が上昇速度を数値で入力するようにしてもよい。また、予め数段階の上昇速度を上昇速度決定部１２に設定しておき、その中から使用者が液体試料４の種類を考慮して上昇速度を選択するように構成しても良い。
粘性が低い液体試料４や密度の低い液体試料４を採取する場合、サンプリングニードル２を下降速度と等速で上昇させても大きなキャリーオーバが生じないことがある。従って、液体試料４の種類に応じて、使用者が適宜に本願発明に係る液体試料採取方法の使用の有無を選択できるスイッチを備えても良い。

１…液体試料採取装置
２…サンプリングニードル
３…試料バイアル
４…液体試料
５…駆動部
１０…コンピュータ
１１…制御部
１２…上昇速度決定部
１３…データテーブル
２０…入力部
３０…表示部

Claims (6)

1. 試料容器内に挿入され、該容器内の液体試料を採取するサンプリングニードルと、
   前記サンプリングニードルを駆動する駆動部と、
   使用者に前記サンプリングニードルの上昇速度を設定するための情報を入力させる入力部と、
   前記情報に基づいて上昇速度を決定する上昇速度決定部と、
   前記サンプリングニードルを、下降時には予め定められた下降速度で下降させ、上昇時には前記上昇速度で上昇させるように前記駆動部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする液体試料採取装置。
2. 前記上昇速度決定部が、予め、採取する液体試料の種類と前記上昇速度とが関連付けられたデータテーブルを備え、使用者が前記入力部により液体試料の種類を前記情報として入力すると、自動的に前記データテーブルと照合して最適な上昇速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の液体試料採取装置。
3. 前記データテーブルが、液体試料の粘度及び／又は密度の特性に応じて、液体試料の種類とサンプリングニードルの上昇速度とを関連付けたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体試料採取装置。
4. サンプリングニードルを上下動させて試料容器内の液体試料を採取する液体試料採取方法であって、
   使用者に前記サンプリングニードルの上昇速度を設定するための情報を入力させ、
   前記情報に基づいて上昇速度を決定し、
   前記サンプリングニードルを、下降時には予め定められた下降速度で下降させ、上昇時には前記上昇速度で上昇させることを特徴とする液体試料採取方法。
5. 予め採取する液体試料の種類と前記上昇速度とが関連付けられたデータテーブルを用意しておき、使用者が前記入力部により液体試料の種類を前記情報として入力すると、自動的に前記データテーブルと照合して最適な上昇速度を決定することを特徴とする請求項４に記載の液体試料採取方法。
6. 前記データテーブルが、液体試料が有する粘度及び／又は密度の特性に応じて、液体試料の種類とサンプリングニードルの上昇速度とを関連付けたものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体試料採取方法。

Images