JP2013024621A - 試料導入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＩＡ−ＭＳの試料導入部において、多種類の組成の溶媒を連続的に自動で供給することが可能な、シンプルな流路構成で小型かつ安価な構造の試料導入装置を提供する。
【解決手段】本発明の試料導入装置は、バルブを介して接続された溶媒送液用と試料吸引用の２台のシリンジポンプを有する試料導入装置であって、試料吸引用ポンプ流路に洗浄液用の流路を備えることにより、２台のポンプを１つの駆動系で制御可能にした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、質量分析計に試料を導入する試料導入装置に関するものであり、特に試料液を送液溶媒を用いて導入するフローインジェクション法による質量分析計の試料導入装置に関する。

質量分析計（Mass Spectrometer，ＭＳ）は、液体あるいは気体成分中の微量化学種成分を高感度に測定できる分析装置である。生体試料（血清，尿，組織抽出液など），環境試料（河川水，工業排水など）など、様々な試料液中の微量化学種の定性および定量分析に利用されている。

一般に溶液試料をＭＳを用いて測定する場合、試料導入装置に高速液体クロマトグラフ（High Performance Liquid Chromatograph，ＨＰＬＣ）やキャピラリー電気泳動（Capillary Electrophoresis，ＣＥ）のような分離手段とオンラインで接続する分析法が多用される。ＬＣやＣＥなどの分離手段では、試料液中の目的とする化学種は、夾雑成分と分離された後にＭＳに導入される。ＭＳに導入された化学種は、イオン源にてイオン化され、質量に基づいて分離検出される。またＭＳで目的化学種をイオン化するイオン源には、エレクトロスプレーイオン化法（Electrospray Ionization，ＥＳＩ）に代表される大気圧イオン化法が用いられる。これら分離手段とオンラインで接続されたＭＳは、目的化学種は夾雑成分と分離されるため、高感度かつ精度の高い分析が可能である。しかし一方で、分離にかかる時間が必要なため、測定時間が長くなるという欠点が生じる。

分離を伴わずに短時間で分析可能な分析法として、フローインジェクション分析法（Flow Injection Analysis，ＦＩＡ）がある。ＦＩＡは、０.５mm程度の細管に反応試薬溶液を定常的に流し、その連続した流れの中に溶液試料を注入し、下流に設置された検出器にて反応生成物である目的の化学種やその誘導体を検出する分析法である（例えば非特許文献１，非特許文献２など）。分析装置を安価に構成できる、簡単な操作で迅速な高感度測定が可能，自動化が容易、また試料や試薬の消費量が少なく環境への負荷が少ないなどの特徴を有する。検出には吸光光度計が用いられることが多いが、高感度分析を要する環境分野や、生体成分の測定などではＭＳを用いたＦＩＡ−ＭＳも用いられる。

ＦＩＡ−ＭＳとしては、特許文献１にあるようにシリンジポンプを用いて試料溶液を連続的にＭＳに導入する方法が一般的である。前処理済みの試料溶液を直接ＭＳに導入する方法として、例えば特許文献２や非特許文献３などが報告されている。試料溶液の量が少ない場合には、ＨＰＬＣに用いる送液ポンプとオートサンプラを試料導入装置として使用する方法が用いられる（例えば特許文献３，非特許文献４など）。

特開２０１０−６６１５８号公報 特表２００２−５４０３８５号公報 特表２００３−５２４３９４号公報

H. B. Kim et al.; Analytical Science, 16, 871-876, 2000. K. Kameyama et al.; Biophysical Journal, 90, 2164-2169, 2006. C. Van Pelt et al.; Journal of Biomolecular Techniques, 13, 72-84, 2002. H. J. Henderickx et al.; Analytical Biochemistry, 394, 159-163, 2009.

ＥＳＩに代表される大気圧イオン化法を用いるＭＳの場合、目的化学種のイオン化効率は溶液の種類や組成に影響されることが知られている。またイオン化効率を最大とする溶液組成は、化学種ごとに異なる。即ち、目的化学種を効率良くイオン化し検出するためには、あらかじめ溶液組成を目的化学種に合わせて変更する必要がある。特許文献１，特許文献２および非特許文献３の装置では、溶液試料はその組成を変化すること無くそのままＥＳＩ−ＭＳに導入される。そのためこれら文献に記載された装置の場合、溶液試料を準備する段階で、目的化学種のイオン化に適した組成に溶液を変更しておかなければならない。このような操作を試料毎に行うことは、大変な労力を要する。

ＭＳに導入される溶液組成を変化させる手段として、特許文献３や非特許文献４のように、ＬＣに用いられるグラジエント機能付送液ポンプを送液手段に用いる方法がある。送液ポンプとＭＳの間にサンプルループを有した試料導入手段を設け、溶液試料を送液ポンプから送られた溶媒で挟み込んでＭＳに導入する。流路を移動する間の流路内拡散により溶媒が置換され、目的化学種のイオン化に適した溶媒に変更することができる。この場合、試料ごとに自動で溶媒組成の変更が可能であるが、送液部の流路が複雑になるため装置が大型かつ高価になる。

本発明の目的は、ＦＩＡ−ＭＳの試料導入部において、多種類の組成の溶媒を連続的に自動で供給することが可能な、シンプルな流路構成で小型かつ安価な構造の試料導入装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、バルブを介して接続された溶媒送液用と試料吸引用の２台のシリンジを有する試料導入装置であって、試料吸引用ポンプ流路に洗浄液用の流路を備えることで２台のシリンジを１つの駆動系で制御するシリンジポンプを用いて実現したものである。かかる構成により、異なる組成の溶媒を連続的に自動で供給可能となり、かつ試料導入装置の小型化および低コスト化が可能となる。

本発明によれば、異なる組成の溶媒を連続的に自動で供給可能となり、かつ試料導入装置の小型化および低コスト化が可能となる。

本発明による実施例を示す自動分析装置の構成図。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図（工程一（１））。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図（工程一（２））。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図（工程二）。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図（工程三）。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図（工程四（１））。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図（工程四（２））。 本発明による実施例を示す試料導入部の流路図。 試料導入工程における試料導入部の動作を示すチャート。

本発明の実施例を、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。

本発明の一実施例に係る自動分析装置について図１を用いて説明する。具体的には、血清，尿などの生体試料中に含まれる微量成分を自動で連続的に分析するために、固相抽出による前処理を行う固相抽出機構，抽出試料を送液する試料導入装置，ＥＳＩイオン源を備えたＭＳ、からなる自動分析装置について説明する。

図１に示す自動分析装置は、固相抽出処理を受ける生体試料が分注された試料容器１０１が配置される試料設置部１０２、固相抽出カートリッジ１０３を用いて順次固相抽出処理を行う処理部１０４、抽出処理に使用する洗浄液や溶出液等の各種試薬容器１０５を配置する試薬配置部１０６、これら試料，試薬を固相抽出カートリッジ１０３に分注する試料分注機構１０７，試薬分注機構１０８、固相抽出処理を行う固相抽出処理部１０９、抽出容器１１０が配置される抽出容器設置部１１１、固相抽出カートリッジ１０３および抽出容器１１０などの消耗品の設置部１１２、抽出試料の分注とイオン源１１４への送液を行う試料導入部１１３、イオン源１１４でイオン化された成分を質量分析する質量分析部１１５、により構成される。

次に、自動分析装置による生体試料分析の手順について説明する。試料容器１０１に分注された状態で試料設置部１０２に設置された生体試料のうち、あらかじめ設定された一定量を試料分注機構１０７により固相抽出カートリッジ１０３に分注する。試料が分注された固相抽出カートリッジ１０３は、処理部１０４の回転により固相抽出処理部１０９の位置に移動する。固相抽出処理部１０９では、試料が分注された固相抽出カートリッジ１０３に対して試料の通液を行い、測定対象成分が抽出される。抽出後、試薬分注機構１０８により試薬容器１０５に準備された洗浄液を分注し、通液処理を行うことで固相抽出カートリッジ１０３を洗浄する。洗浄後、同様に試薬分注機構１０８により溶出液を試料が分注された固相抽出カートリッジ１０３に分注し、通液処理を行うことで固相抽出カートリッジ１０３から測定対象成分を溶出させた抽出試料液を抽出容器１１０に回収する。

抽出試料液を回収した抽出容器１１０を、抽出容器設置部１１１の回転により試料導入部１１３の位置に移動する。抽出試料液は試料導入部１１３によりイオン源１１４に導入される。イオン源１１４で測定対象成分がイオン化され、質量分析部１１５にて成分が検出される。

試料導入部１１３の詳細について、図２〜図１０を用いて説明する。試料導入部は、第一溶媒２０１と第二溶媒２０２と、これら溶媒と流路が接続された１−４ポートのロータリーバルブ２０３と、ロータリーバルブ２０３を介して第一溶媒２０１と第二溶媒２０２を吸引・吐出するシリンジポンプ２０４およびプランジャ２０５と、抽出容器１１０に回収された抽出試料液あるいは洗浄液２１１を吸引するためのシリンジポンプ２０６およびプランジャ２０７、抽出試料液あるいは洗浄液２１１を吸引するときに液中に送られるニードル２１０と、吸引された抽出試料液を蓄えるサンプルループ２１２と、ロータリーバルブ２０３とニードル２１０とサンプルループ２１２とシリンジポンプ２０６とイオン源１１４を接続し、サンプルループ２１２に蓄えた抽出試料液をイオン源１１４に送液するために流路を切り替えることが可能な六方バルブ２０９と、シリンジポンプ２０６と六方バルブ２０９の流路の間に設置され洗浄液２１６を吸引するときに液中に送られるニードル２１７が接続された三方バルブ２１５、プランジャ２０５とプランジャ２０７が接続され２つのプランジャを同時に吸引または吐出方向に駆動させることが可能な駆動部２０８、から構成される。図２には、抽出試料液中の測定対象成分をイオン化するイオン源１１４およびイオン化された成分を検出する質量分析部１１５も記載してある。

ロータリーバルブ２０３は、シリンジポンプ２０４と接続された中央ポートＣと、第一溶媒２０１と接続されたＰ１あるいは第二溶媒２０２と接続されたＰ２あるいは六方バルブ２０９と接続されたＰ３あるいは廃液受け２１３と接続されたＰ４のいずれかを接続するように任意のタイミングで流路を切り替えることができる。図２はＣ−Ｐ１が接続されている状態である。六方バルブ２０９は、６箇所の流路接続部を有し、隣接する２箇所のいずれかと接続するように流路を切り替えることができる。六方バルブ２０９には２種類の流路切り替え位置がある。図２で実線で示す流路がＬｏａｄであり、ニードル２１０とサンプルループ２１２、サンプルループ２１２とシリンジポンプ２０６、ロータリーバルブ２０３とイオン源１１４をそれぞれ接続する。同様に図２に点線で示す流路がＩｎｊｅｃｔである。ニードル２１０は、抽出容器１１０に回収された抽出試料液あるいは洗浄液２１１のいずれかの液中に先端部を移動して浸し、液をニードル内部に吸引させる。あるいは廃液受け２１４の位置に移動して、ニードルおよび流路内の液を吐出させる。三方バルブ２１５は、３箇所の流路接続部を有し、シリンジポンプ２０６と六方バルブ２０９を接続する流路Ｐ１あるいはシリンジポンプ２０６と洗浄液２１６を接続する流路Ｐ２のいずれかを切り替える。ニードル２１７は、洗浄液２１６の液中に先端部を移動して浸し、液をニードル内部に吸引させる。あるいは廃液受け２１８の位置に移動して、ニードルおよび流路内の液を吐出させる。

ここで、本実施例における構成要素の動作について図２および図３を用いて説明する。第一工程では、駆動部２０８がプランジャ２０５およびプランジャ２０７を引く。この間、ロータリーバルブ２０３が一定の間隔で第一溶媒２０１と接続されるＰ１と第二溶媒２０２と接続されるＰ２にポジションを切り替えることで、シリンジポンプ２０４内には切り替えの周期により設定された混合比の均一な混合溶媒が充填される。この時六方バルブ２０９はＬｏａｄポジションにある。ニードル２１０は抽出試料液の液中にあらかじめ移動されており、シリンジポンプ２０６は、抽出試料液を吸引してサンプルループ２１２内に充填する（図３）。サンプルループ２１２内に抽出試料液が充填された時点で、三方バルブ２１５が洗浄液２１６に通じるポジションに切り替わり、シリンジポンプ抽出試料液６は洗浄液２１６を吸引する（図４）。これら吸引動作は、シリンジポンプ２０４が十分量の混合溶媒を吸引するまで継続される。

シリンジポンプ２０４が十分量の混合溶媒を吸引し終えると、駆動部２０８はプランジャ２０５および２０７を押す動作に切り替わる（図５）。ロータリーバルブ２０３は六方バルブ２０９と接続するＰ３にポジションを切り替える。六方バルブ２０９はＬｏａｄポジションのままであり、シリンジポンプ２０４から吐出される混合溶媒は、検出器へと送液される。同時に、ニードル２１７は廃液受け２１８へと移動し、シリンジポンプ２０６は洗浄液を吐出している。これら動作は、シリンジポンプ２０４から送液される混合溶媒がイオン源１１４までの流路を十分置換するまで継続される。

シリンジポンプ２０４から送液される混合溶媒が検出器までの流路を十分置換された時点で、六方バルブ２０９がＩｎｊｅｃｔポジションに切り替わる（図６）。これにより抽出試料液が充填されたサンプルループ２１２が、イオン源１１４へつながる流路に組み込まれる。引き続きシリンジポンプ２０４からの送液により、混合溶媒−試料液−混合溶媒のサンドイッチ状態が形成され、サンプルループ２１２内の抽出試料液はイオン源１１４へ導入される。イオン源に導入された抽出試料液中の測定対象成分はイオン化され、質量分析部１１５で検出される。六方バルブ２０９のポジションが切り替わると同時に、ニードル２１０は廃液受け２１４に移動する。同じ駆動部２０８で制御されているシリンジポンプ２０６は、ニードル２１０および流路内に残留する抽出試料液を廃液受け２１４に排出している。

質量分析部１１５で測定対象成分の測定が終了すると、流路洗浄のため第四工程に移行する。第四工程は洗浄液を吸引・吐出することで実施される。ロータリーバルブ２０３は、次測定で使用する組成の混合溶媒を作製するため、一定の間隔で第一溶媒２０１と接続されるＰ１と第二溶媒２０２に接続されるＰ２ポジションに切り替わる。三方バルブ２１５はシリンジポンプ２０６と六方バルブ２０９を接続するポジションに、六方バルブ２０９はＬｏａｄポジションに、ニードル２１０は洗浄液２１１の位置にそれぞれ切り替わる。この状態で駆動部２０８がプランジャ２０５および２０７を引くことで、シリンジポンプ２０４および２０６はそれぞれ混合溶媒および洗浄液を吸引する（図７）。混合溶媒および洗浄液を吸引した後、吐出動作が開始される。吐出動作開始時に、ロータリーバルブ２０３は廃液受け２１３と接続されるＰ４に切り替わり、ニードル２１０は廃液受け２１４に移動する（図８）。その後駆動部２０８がプランジャ２０５および２０７を押すことで、流路内の洗浄が行われる（図９）。

本実施例では、ロータリーバルブ２０３に１−４ポートのバルブを使用したが、１−６ポートや１−８ポートなど本実施例より多くのポートを有するバルブを使用することで、さらに多種の送液溶媒を選択することができる。

１０１ 試料容器
１０２ 試料設置部
１０３ 固相抽出カートリッジ
１０４ 処理部
１０５ 試薬容器
１０６ 試薬配置部
１０７ 試料分注機構
１０８ 試薬分注機構
１０９ 固相抽出処理部
１１０ 抽出容器
１１１ 抽出容器設置部
１１２ 設置部
１１３ 試料導入部
１１４ イオン源
１１５ 質量分析部
２０１ 第一溶媒
２０２ 第二溶媒
２０３ ロータリーバルブ
２０４，２０６ シリンジポンプ
２０５，２０７ プランジャ
２０８ 駆動部
２０９ 六方バルブ
２１０，２１７ ニードル
２１１，２１６ 洗浄液
２１２ サンプルループ
２１３，２１４，２１８ 廃液受け
２１５ 三方バルブ

Claims (5)

1. 溶媒を用いて試料を検出器へ導入する試料導入装置であり、溶媒吸引吐出用シリンジポンプと試料吸引吐出用シリンジポンプを同一駆動系で制御する駆動部と、
   溶媒及び試料を保持する流路と、
   溶媒側，試料側，溶媒吸引吐出用シリンジポンプ，試料吸引吐出用シリンジポンプ、及び検出器に接続可能であり、少なくとも２通りの流路を形成するバルブを有することを特徴とする、試料導入装置。
2. 請求項１に記載の試料導入装置において、
   試料吸引用シリンジポンプと試料容器とを繋ぐ流路に、洗浄液を収容する容器へ切り替え可能なバルブを有する試料導入装置。
3. 請求項１に記載の試料導入装置において、
   送液用シリンジポンプを用いて複数の溶媒を切り替えて吸引するロータリーバルブを備えていることを特徴とする試料導入装置。
4. 溶媒吸引吐出用シリンジポンプの径は、試料吸引吐出用シリンジポンプの径よりも大きいことを特徴とする試料導入装置。
5. （ａ）溶媒を用いて試料を検出器へ導入する試料導入装置であり、溶媒吸引吐出用シリンジポンプと試料吸引吐出用シリンジポンプを同一駆動系で制御する駆動部と、（ｂ）溶媒及び試料を保持する流路と、（ｃ）溶媒側，試料側，溶媒吸引吐出用シリンジポンプ，試料吸引吐出用シリンジポンプ、及び検出器に接続可能であり、少なくとも２通りの流路を形成するバルブとを有する、試料導入部と、
   上記検出器として質量分析計を備えたことを特徴とする分析装置。