JP2013205090A

JP2013205090A - 試料液冷却装置

Info

Publication number: JP2013205090A
Application number: JP2012071749A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takeda; 明弘竹田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】試料液の温度ムラを解消又は大幅に低減することが可能な試料液冷却装置を提供する。
【解決手段】試料液冷却装置Ａは、試料液３が内包される試料液保持容器２が複数装填されるサンプルラック１０と、試料液３を冷却するペルチェ素子３０と、ペルチェ素子３０に取り付けられた放熱フィン４０と、放熱フィン４０に空気を送り込む吸気ファン５２と、放熱フィン４０に送り込まれた空気を排出する排気ファン５３と、試料液３を試料液保持容器２の外部から試料液３に非接触で撹拌する撹拌部６０Ａと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液体クロマトグラフ装置において、分析前の試料液を冷却する試料液冷却装置に関する。

液体クロマトグラフ装置として、ラックホルダに装着されたサンプルラックに並べられた試料液保持容器(サンプル瓶)中の試料液を、ニードルによって吸引して液体クロマトグラフの移動相流路中に自動的に注入する自動試料液導入装置(オートサンプラ)を備えたものが知られている。

液体クロマトグラフで再現性の高い分析結果を得るためには、分析対象となる試料液の濃度が分析中に安定していることが要求される。すなわち、分析中、試料液の濃度を一定に保つことが重要となってくる。一般に、液体クロマトグラフにて分析する試料液を調製する際、分析対象となる試料を溶かす液体として有機溶剤（または有機溶剤を一部含んだ液体）を使用する場合が多いが、沸点の低い有機溶剤ほど、ある温度における飽和蒸気圧が高く、蒸発速度も大きくなるため、試料液の濃度が変動しやすい。そのため、液体クロマトグラフでは、試料液を４〜１５℃程度に冷却して温度を一定に保った状態で分析を行う場合が多く、試料保持容器中の試料液を冷却するための試料液冷却装置が利用されることがある。

ここで、試料液に温度ムラが発生すると、試料液の組成割合が試料液の部位によって異なってしまい、試料の吸引箇所によって検出結果が変わってしまう。そのため、試料液の温度ムラを低減させるため、サンプルラックの穴の底面を断熱性部材で構成し、試料液保持容器の底面から急激に冷却されることを回避しようとする試料液冷却装置が提案されている(特許文献１参照)。

特許第３９２１８４５号公報

前記した特許文献１に記載された試料液冷却装置は、試料容器の底部からの伝熱を抑制する構造によって温度ムラを低減するものであるが、温度ムラをより大幅に低減したいという要望があるのが現状である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、試料液の温度ムラを解消又は大幅に低減することが可能な試料液冷却装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、試料液が内包される試料液保持容器が複数装填されるサンプルラックと、前記試料液を冷却する冷却部と、前記試料液を前記試料液保持容器の外部から撹拌する撹拌部と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、試料液の温度ムラを解消又は大幅に低減することができる。

本発明の第一の実施形態に係る試料液冷却装置を備える自動試料導入装置を示す模式図である。本発明の第二の実施形態に係る試料液冷却装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、本発明の試料液冷却装置を液体クロマトグラフ装置における自動試料液導入装置に適用した場合を例にとって説明する。以下の説明において、同様の部分には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜第一の実施形態＞
まず、本発明の第一の実施形態に係る自動試料液導入装置について、図１を参照して説明する。なお、図１は、サンプルラック１０及びラックホルダ２０を断面として描画するとともに、通気ダクト５１内のペルチェ素子３０、放熱フィン４０、吸気ファン５２及び排気ファン５３を透過して描画した図である。

図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る自動試料液導入装置１は、分析対象である試料を有機溶剤等に溶かした試料液３を、当該試料液３を内包する試料液保持容器（サンプル瓶）２から液体クロマトグラフのためのカラム（図示せず）に自動的に導入する装置であって、複数の試料液保持容器２に内包された試料液３を冷却する試料液冷却装置Ａとして、サンプルラック１０と、ラックホルダ２０と、ペルチェ素子３０と、放熱フィン４０と、通気部５０と、撹拌部６０Ａと、を備える。

また、自動試料液導入装置１は、ニードル７０と、シリンジバルブ８０と、シリンジユニット９０と、インジェクションバルブ１００と、をさらに備える。ニードル７０は、配管を介してシリンジバルブ８０及びシリンジユニット９０に順次接続されており、図示しない機構によって前後左右上下に移動可能である。かかるニードル７０は、図示しない機構によって試料液保持容器２に移動し、シリンジユニット９０に設けられたシリンジ９１によって試料液保持装置２から試料液３を吸い上げる。続いて、ニードル７０は、図示しない機構によってインジェクションバルブ１００の上に移動し、インジェクションバルブ１００の試料液注入口１０１に試料液を注入する。インジェクションバルブ１０１に注入された試料液は、図示しない液体クロマトグラフ用のカラム及び検出器に順次導入され、当該試料液の成分が自動分析される。

かかる液体クロマトグラフの自動分析は、１回につき数分から数十分を要し、サンプルラック１０には複数の試料液保持容器２が装填されているため、サンプルラック１０に装填された試料液保持容器２内の試料液３は、ものによっては数時間から数十時間も分析待ちとなる。その間における試料液３の変質を防止するため、試料液３を試料液冷却装置Ａによって冷却して低温に保つことが行われる。

＜試料液冷却装置＞
以下、試料液冷却装置Ａの構成について詳細に説明する。

＜サンプルラック＞
サンプルラック１０は、伝熱性材料（例えば、金属）から形成された伝熱性筐体１１と、伝熱性筐体１１を覆うカバー１２と、を備える。伝熱性筐体１１の上面には、試料液保持容器２が装填可能な複数（例えば、１００個）の穴１１ａが形成されている。穴１１ａの内径は試料液保持容器２の外径と略同一であり、穴１１ａに装填された試料液保持容器２の底面は、穴１１ａの底面と当接して熱交換し、試料液保持容器２の外周面は、穴１１ａの内側面と当接して熱交換する。カバー１２は、伝熱性筐体１１及びラックホルダ２０の組立体の上面及び側面を覆うものであって、カバー１２の上面には、複数の穴１１ａに対応する箇所に複数の穴１２ａが形成されている。かかるカバー１２は、伝熱性筐体１１及びラックホルダ２０と外気との熱交換を抑制するためのものである。

＜ラックホルダ＞
ラックホルダ２０は、サンプルラック１０を下方から支持する台座である。ラックホルダ２０は、伝熱性筐体１１と同様の伝熱性材料から形成されている。サンプルラック１０は、ラックホルダ２０に支持された状態で、撹拌部６０Ａの撹拌動作によってラックホルダ２０と一体的に旋回する。

＜ペルチェ素子＞
ペルチェ素子３０は、本発明の冷却部の一例であり、ラックホルダ２０の下面に取り付けられている。かかるペルチェ素子３０は、ラックホルダ２０及び伝熱性筐体１１を介した熱交換によって、試料液保持容器２に内包される試料液３を冷却する。

＜放熱フィン＞
放熱フィン４０は、ペルチェ素子３０の熱を放熱するためのフィンであり、ペルチェ素子３０の下面に取り付けられている。

＜通気部＞
通気部５０は、ペルチェ素子３０（の一部）及び放熱フィン４０を収容する通気ダクト５１と、通気ダクト５１の一方の開口に設けられた吸気ファン５２と、通気ダクト５１の他方の開口に設けられた排気ファン５３と、を備える。吸気ファン５２は、放熱フィン４０の一側面に対向して設けられており、放熱フィン４０に空気を送り込む。排気ファン５３は、放熱フィン４０の逆側面に対向して設けられており、吸気ファン５１によって放熱フィン４０に送り込まれた空気を外部に排出する。

かかる試料液冷却装置Ａは、ペルチェ素子３０の上面側で発生した冷熱によって試料液３を冷却し、ペルチェ素子３０の下面側で発生した温熱は、放熱フィン４０に伝わり、吸気ファン５２及び排気ファン５３による空気の流れによって外部へ排熱される。

＜撹拌部＞
撹拌部６０Ａは、試料液３を試料液保持容器２の外部から試料液３に非接触で撹拌するものであって、軸部（第一の軸部）６１Ａと、円板部６２Ａと、軸部（第二の軸部）６３Ａと、モータ６４Ａと、を備える。軸部６１Ａの一端は、通気ダクト５１の下方に固定されている。かかる軸部６１Ａは、ラックホルダ２０の高さ方向（鉛直方向）に伸びる中心軸Ｏ１に沿って設けられている。円板部６２Ａの上面には、軸部６１Ａの他端が固定されており（又は、軸部６１Ａの他端が回動可能に支持されており）、円板部６２Ａの下面には、軸部６３Ａの一端が固定されている。軸部６３Ａは、前記した中心軸Ｏ１からオフセットして高さ方向（中心軸Ｏ１と平行）に伸びる偏心軸Ｏ２に沿って設けられている。モータ６４Ａの回転子には、軸部６３Ａの他端が固定されている。

撹拌部６０Ａは、モータ６４Ａの駆動によって、サンプルラック１０、ラックホルダ２０、ペルチェ素子３０、放熱フィン４０及び通気部５０からなる組立体を、偏心軸Ｏ２を軸として回動又は揺動する。すなわち、撹拌部６０Ａは、試料液３が内包された試料液保持容器２をサンプルラック１０ごと旋回させることによって、、試料液３を試料液保持容器２の外部から試料液３に非接触で撹拌する。撹拌部６０Ａによる撹拌の旋回速度、動作タイミング等は、ニードル７０による試料液３の吸引時以外であれば、適宜設定可能であり、例えば、試料液３の吸引時以外は常に撹拌する、試料液３の吸引直前の所定時間（例えば３０秒間）だけ撹拌する等の手法が可能である。

撹拌終了時におけるサンプルラック１０の停止位置は、モータ６４Ａのエンコーダ、図示しないセンサ等を用いて補正することが可能である。また、ニードル７０にカメラ等を取り付け、ニードル７０が試料液保持容器２上に移動した際にカメラ画像を用いてサンプルラック１０の停止位置が正しい位置であるか否かを判定し、判定結果に基づいて停止位置を補正することも可能である。これらの手法によって、試料液保持容器２のキャップをニードル７０で刺してしまう等の誤動作を防止することができる。

撹拌部６０Ａによる試料液３の撹拌が行われない場合には、試料液保持容器２の底面及び側面における伝熱性筐体１１との接触面積の違いにより、試料液保持容器２に内包される試料液３に温度ムラが発生してしまう。

これに対し、本発明の第一の実施形態に係る試料液冷却装置Ａは、撹拌部６０Ａが試料液３を撹拌するので、試料液保持容器２に内包される試料液３の温度ムラを解消又は大幅に低減することができる。
また、試料液冷却装置Ａは、撹拌部６０Ａが試料液保持容器２の外部から試料液３を撹拌するので、各試料液保持容器２の内部で試料液３を撹拌する場合と比べて、試料液３を容易に撹拌し、温度ムラを解消又は大幅に低減することができる。
また、試料液冷却装置Ａは、サンプルラック１０の中心軸Ｏ１からオフセットした偏心軸Ｏ２を軸として回動又は揺動することによって試料液４を撹拌するので、中心軸Ｏ１を軸として回動又は揺動した場合と比べて、複数の試料液保持容器２のそれぞれに内包される試料液３を好適に撹拌し、温度ムラを解消又は大幅に低減することができる。

＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る試料液冷却装置について、図２を参照し、第一の実施形態に係る試料液冷却装置Ａとの相違点を中心に説明する。なお、図２は、第二の実施形態に係る試料液冷却装置Ｂを図１の右側から見た図であって、サンプルラック１０及びラックホルダ２０を断面として描画する図である。試料液冷却装置Ｂは、吸気ファン５２の紙面奥側に、図示されていないペルチェ素子３０、放熱フィン４０及び排気ファン５３を備える。

図２に示すように、本発明の第二の実施形態に係る試料液冷却装置Ｂは、撹拌部６０Ａに代えて、撹拌部６０Ｂを備える。撹拌部６０Ｂは、通気ダクト５１の左右に設けられて試料液３を試料液保持容器２の外部から撹拌するものであって、左右一対の軸部（第一の軸部）６１Ｂと、左右一対の円板部６２Ｂと、左右一対の軸部（第二の軸部）６３Ｂと、左右一方のモータ６４Ｂ及び左右他方の軸受部６５Ｂと、を備える。軸部６１Ｂの一端は、通気ダクト５１の左右の一側面に固定されている。かかる軸部６１Ｂは、ラックホルダ２０の横方向（水平の一方向）に伸びる中心軸を下方に平行移動させた軸Ｏ３に沿って設けられている。円板部６２Ｂの内側面には、軸部６１Ｂの他端が回動可能に支持されており、円板部６２Ｂの外側面には、軸部６３Ｂの一端が固定されている。軸部６３Ｂは、前記した軸Ｏ３からオフセットして横方向（軸Ｏ３と平行）に伸びる偏心軸Ｏ４に沿って設けられている。モータ６４Ｂの回転子には、左右一方の軸部６３Ｂの他端が固定されている。軸受部６５Ｂには、左右他方の軸部６３Ｂの他端が回動可能に支持されている。また、サンプルラック１０、ラックホルダ２０、ペルチェ素子３０、放熱フィン４０及び通気部５０からなる組立体は、重心が高さ方向の中心よりも下方となるように構成されている。

撹拌部６０Ｂは、モータ６４Ｂの駆動によって、サンプルラック１０、ラックホルダ２０、ペルチェ素子３０、放熱フィン４０及び通気部５０からなる組立体を、サンプルラック１０が上方となる姿勢を維持したまま偏心軸Ｏ４を軸として回動又は揺動する。すなわち、撹拌部６０Ｂは、試料液３が内包された試料液保持容器２をサンプルラック１０ごと旋回させることによって、試料液３を試料液保持容器２の外部から試料液３に非接触で撹拌する。

本発明の第二の実施形態に係る試料液冷却装置Ｂは、撹拌部６０Ｂが横軸周りに回動又は揺動して試料液３を上下方向にも撹拌するので、複数の試料液保持容器２のそれぞれに内包される試料液３を好適に撹拌し、温度ムラを解消又は大幅に低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第二の実施形態において、左右の撹拌部６０Ｂの位相をずらして設置する、すなわち、一方の軸部６１Ｂを軸Ｏ３に沿って配置するとともに他方の軸部６１Ｂを軸Ｏ３からオフセットして横方向（軸Ｏ３と平行）に延びる軸に沿って配置することによって、さらに斜め方向に試料液３を撹拌することも可能である。また、撹拌部は、サンプルラック１０を旋回させることによって試料液３を撹拌するものに限定されず、例えば、サンプルラック１０に振動（バイブレーション）を与えることによって試料液３を外部から試料液３に非接触で撹拌するものであってもよい。

１試料液導入装置
１０サンプルラック
４０ペルチェ素子（冷却部）
６０Ａ，６０Ｂ撹拌部
６１Ａ，６１Ｂ軸部（第一の軸部）
６３Ａ，６３Ｂ軸部（第二の軸部）
Ａ，Ｂ試料液冷却装置

Claims

試料液が内包される試料液保持容器が複数装填されるサンプルラックと、
前記試料液を冷却する冷却部と、
前記試料液を前記試料液保持容器の外部から撹拌する撹拌部と、
を備えることを特徴とする試料液冷却装置。
前記撹拌部は、前記サンプルラックに連結された第一の軸部と、前記第一の軸部からオフセットした第二の軸部と、を備え、前記第二の軸部周りに前記サンプルラックを回動又は揺動することによって、前記試料液を撹拌する
ことを特徴とする請求項１に記載の試料液冷却装置。
前記第一の軸部及び前記第二の軸部は、高さ方向に延びる軸である
ことを特徴とする請求項２に記載の試料液冷却装置。
前記第一の軸部及び前記第二の軸部は、横方向に延びる軸である
ことを特徴とする請求項２に記載の試料液冷却装置。