JP2014202721A - 液体試料導入装置及び液体クロマトグラフ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体クロマトグラフ分析において、試料容器中の試料溶液を高精度に吸引する。【解決手段】液体試料導入部において試料容器中の液面検知手段を設け、試料容器の高さ情報に基づいて、前記液面検知手段が前記試料容器に向かって下降動作を開始してから所定の位置を経過するまでの間は、当該液面検知機能を停止させた状態とし、前記所定の位置を経過したのちに、当該液面検知機能を作動させるように制御する。【選択図】図3
Description
本発明は、液体試料導入装置及び液体クロマトグラフ装置に関する。
液体クロマトグラフ装置は、試料溶液中の化学種成分を成分ごとに分離し、定性、定量分析を行う分析装置である。
本装置においては、送液ポンプにより移動相が送液され、試料導入ユニットにより導入された液体試料とともに、一定温度に保たれたカラムオーブン内の分離カラムへ送液される。分離カラムに導入された試料は各々の成分に分離され、各種の検出器により検出される。一般に、高速液体クロマトグラフ(HPLC)と呼ばれる装置分野においては最大20〜40MPa、超高速液体クロマトグラフ(UHPLC)と呼ばれる装置分野においては最大100〜140MPaの高圧流路下で分析を行うことが要求される。
試料導入装置は、サンプルラックに並べられた試料容器からニードルによって試料溶液を吸引後、移動相流路中に吐出する装置である。本装置は、ニードルをXYZ軸に移動する機構部、および吸引/吐出量を計量するシリンジ、流路切り換えバルブを有する。
分注ニードルの最大下降高さは、あらかじめ設定されていることが多い。そのため、試料容器中に入っている試料溶液量が不十分であって、ニードルの最大下降高さ以下となる場合、試料吸引量は分析に要する量よりも少なくなり、分析結果に影響する。また、この場合、試料導入装置は試料容器内の気泡を吸引、吐出し、液体クロマトグラフ装置の分離カラムの性能が気泡により劣化してしまうことがある。
試料容器中の試料の量を確認する手法として、特許文献1には、臨床用生化学自動分析装置において、分注ノズルに液体の有無を検知する電極を備える技術が説明されている。
液体クロマトグラフ装置で用いられる試料容器には、試料溶液の揮発を防ぐことを目的としてキャップとシリコンなどからなるセプタム等の蓋部材を備えている場合がある。この場合には、ニードルはセプタムを貫通した後、試料溶液を吸引する。
特許文献1に記載された方法によれば、ノズルに取り付けられた液面検知用の電極を液面と接触させた後、一定量上昇させ、その位置でノズルと液面との接触の有無を検知しており、セプタムの存在については一切考慮されていない。よって、セプタムのような蓋部材を液面と誤認識し、結果として正確な分析結果を得ることができない場合がある。
さらに、液体クロマトグラフ装置においては、試料注入動作に使用するニードルは分析時には高圧条件下の流路に接続されるため、特許文献1に記載された方法では分注ノズルに取り付けられた液面検知用の電極が破損してしまうことが考えられる。
本発明の目的は、液体クロマトグラフ装置における蓋部材を備えた試料容器中の液体試料についても、高精度に試料溶液の吸引、および流路中への導入を行うことを可能とすることにある。
上記目的を達成するための一態様として、本発明では、試料容器中の液体試料を吸引し、吐出するニードルと、前記試料容器中の液体試料を検知する液面検知手段と、前記ニードル、前記液面検知手段の動作を制御する制御部を備えた装置において、前記制御部は、前記試料容器の高さ情報に基づいて、前記液面検知手段が、動作を開始する前の初期位置から、前記試料容器方向への下降動作を開始後、所定の位置を通過するまでの間は、当該液面検知機能を停止させた状態とし、前記所定の位置を通過したのちに、当該液面検知機能を作動させるように前記液面検知手段を制御することを特徴とする。
本発明によれば、液体クロマトグラフ装置における試料容器中の試料溶液の注入動作にて、試料容器がセプタムのような蓋部材を備える場合にも、液面検知を誤認識することがなく、高精度な分析を実現できる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態係る液体クロマトグラフ装置の基本構成を示したブロック図である。本図に示す液体クロマトグラフ装置は、試料の分離・分析が行われる液体クロマトグラフ部101と、液体クロマトグラフ部101に係る各装置を所定のメソッドに基づいて制御するための制御装置である制御部109を備えている。
液体クロマトグラフ部101は、制御部109からの指令に基づいて溶離液を送るポンプ(送液部)102と、ポンプ102からの溶離液に対して、制御部109の指令に基づいて試料を注入するオートサンプラ(試料注入部)103と、制御部109からの指令に基づいて分析カラム(図示せず)の温度を保持するカラムオーブン(分離部)104と、分析カラムから溶出した成分を検出して電気信号に変換して制御部109に出力する検出器(検出部)105を備えている。
制御部109は、液体クロマトグラフ部101に係る各装置との指令およびデータのやりとりを実行するデータ処理装置106と、分析条件や試料溶液の条件、試料溶液の分注量などの分注条件等、オペレータからの指示が入力される入力装置(例えば、キーボード、タブレット等)107と、検出器105による検出結果や、液体クロマトグラフ部101および制御部109の各種操作に係る出力装置108を備えている。検出器105によって検出された各成分の測定値はデータ処理装置106に取込まれ、試料の分析結果が出力装置109に送信・表示される。
図2は、本発明の実施の形態に係る制御部およびオートサンプラの試料注入機構に関係する具体的構成を示すブロック図である。
入力装置107には、試料溶液を保持する容器の情報を入力することができる。ここで、容器の情報には試料容器内部の直径、高さ、オートンサンプラの試料注入を行うニードルが下降できる最大下降高さ、試料容器の蓋部材の位置情報を含んでいる。
データ処理装置106はシステム制御部201、データ処理部202、演算部203、ニードル制御部204からなる。
システム制御部201は、図1に示した入力装置107や液体クロマトグラフ部101から取得した情報に基づいてデータ処理部202、演算部203へ指示信号を供給することでシステム全体の制御を行う。
データ処理部202は、システム制御部201の指示に基づいて、液体クロマトグラフ部101から得られた分析結果から試料溶液中の目的成分を定性、定量する処理を行い、最終的な分析データを作成する。
演算部203は、システム制御部201の指示、および液面検知ニードル206、液体吸引/吐出ニードル207との間でやり取りされる情報に基づいて、ニードル制御部204に指示信号を供給する。
ニードル制御部204は、演算部203の指示信号に基づいて、機構部205を介して液面検知ニードル206、および液体吸引/吐出ニードル207の動作を制御する。
液面検知ニードル206は、先端部に電極を装備し、先端部が試料容器内の液体に接触したことを電気的に検知する液面検知機能を有する。
ここで、液面検知ニードル206は、入力装置107により入力された試料容器の情報に基づき、下降動作を開始後、先端が試料容器の蓋部材を貫通するまでは、ニードル先端の電極部405の液面検知機能を使用しないように、ニードル制御部204により制御される。
このように、液体吸引/吐出ニードル207とは別機構として液面検知ニードル206を設けることにより、試料注入後、液体吸引/吐出ニードル207のみを高圧条件下の分析流路に切り換え、液面検知ニードル206は分析流路に接続しないように構成することができる。従って、分析時に高圧となることによって液面検知機能を有する電極が破損することを防ぐことができる。
以下、指示部203、ニードル制御部204、機構部205、液面検知ニードル206、および液体吸引/吐出ニードル207を合わせて試料注入機構208という。
演算部203は、液面検知ニードル206が試料容器中の試料溶液の液面を検知するまでに要する下降量、および入力装置107で入力された試料容器の情報に基づき、試料容器中の試料溶液の体積を算出することができる。
また、演算部203は、試料容器中の試料溶液の体積および入力装置107で入力された試料注入量に基づき、試料吸引/吐出ニードル207の下降量を求めることができる。
さらに、演算部203は、液面検知ニードル206で検知した試料容器中の試料溶液の体積が少なく、入力装置107で設定された試料注入量を十分吸引できないときは、吸引できる最大の吸引量となるよう、試料吸引/吐出ニードル207の下降量を変更し、試料注入量を適切な量に変更することができる。
上記のように試料注入量を変更した場合、演算部203は、変更後の注入量をシステム制御部201にフィードバックすることができる。また、データ処理部202は、フィードバックされた試料注入量に基づいて、システム制御部201より新たな指示を受け、得られた目的成分の定量結果を補正することができる。
また、演算部203は、実際に吸引された試料溶液の吸引量を求め、求めた吸引量をシステム制御部201にフィードバックすることができる。データ処理部202は、フィードバックされた実際の吸引量に基づいて、得られた目的成分の定量結果を補正することができる。
次に図3および図4を用いて、オートサンプラ(試料分注部)103の試料注入機構の具体的な動作について説明する。
図3は、本発明の実施の形態に係る液体クロマトグラフ分析装置の一連の工程を示すフローチャートである。
図4は、本発明の実施の形態に係るオートサンプラのニードル下降動作の説明を示す図である。
まず、図2に示した演算部203では、入力装置107に入力された試料容器の高さ、及び蓋部材の位置情報に基づいて、液面検知ニードル206が蓋部材を通過する下降高さを求め、当該高さをこえた後の所定の高さにて液面検知機能を停止するよう設定する(S301)。
液面検知ニードル206および試料分注ニードル207が所定の試料容器の上部に移動し(図4(a))、液面検知ニードル206が下降する(S302、図4(b))。液面検知ニードル206は試料容器のセプタムを貫通するが、その際、液面検知ニードル206の先端に設けられた電極(液面検知センサ)は蓋部材を液面と誤検知しないよう、先端部が下降動作を開始する前の初期位置から、前記試料容器方向への下降動作を開始後、ステップ301にて設定した蓋部材を通過した後の所定の高さに到達するまでの間は、液面検知機能停止させた状態(OFF状態)とし、当該高さに到達したときに(S303)、当該液面検知機能を作動させる(ON状態)(S304)。
その後、液面検知ニードル206は試料容器内の試料溶液の液面を検知するまで下降する(S305)。液面検知ニードル206の下降高さ(h1)、および試料容器の底面積の情報から試料容器中の試料溶液体積(V1)を求める(S306)。
V1が設定注入量より十分多い場合には吸引可能であると判断し、次のステップに進む(S307)。一方、V1の値が設定注入量の確保のために不十分である場合には、吸引不可であると判断し、吸引可能な最大量を再び設定する(S308)。
液体吸引/吐出ニードル207は、入力された試料の注入条件および試料容器の高さ情報に基づいて試料容器中の試料溶液を入力条件で注入した場合に想定される液面高さの理論値(h2)より所定の距離だけ下降した高さ(h3)まで下降し(S309)、試料溶液を吸引する(S310、図4(c))。これは、h2の高さにおいて試料吸引動作を開始した場合には、試料溶液の表面張力によって、実際の吸引量が所要量に満たなくなってしまうことがあるためである。h3は最大下降高さ(h0)を超えない高さであり、一例として、h2よりも、h21/10分の高さだけさらに下降した高さをh3とすることができる。
試料を吸引後、液体吸引/吐出ニードル207は試料容器上部の初期位置まで移動し、吸引した試料をポンプ102より送液された溶離液の液体流路中に注入し(S311、図4(d))、分析がスタートする(S312)。
液面検知ニードル206は、液体吸引/吐出ニードル207により試料が吸引された後に、再度液面が検知される高さ(h4)まで下降する(S313、図4(e))。h4が、h2と等しい場合、液体吸引/吐出ニードル207は設定量の試料溶液を正確に吸引していることになる(S314)。
一方、h4がh2の高さよりも高い位置にある場合は、液体吸引/吐出ニードル207は設定量よりも少ない試料溶液を吸引していることになる。h4の高さから、実際の吸引量を算出する(S315)。
その後、予め設定した分析時間を経過すると分析が終了する(S316)。得られた分析結果から試料中の成分を定量し、濃度を求める(S317)。このとき、予め設定した注入量より少ない試料溶液であった時は、実際の吸引量から補正して定量した濃度とする。
ここで、図5は、本発明の実施の形態に係る分析条件および結果の表示画面の一例を示す。本図に示すように、分析に使用した測定メソッドの名称501、得られたクロマトグラム502、その他サンプル名称やポンプから送液される液体の流速、試料の注入量(設定値)、S315にて求められた実際の吸引量、補正の有無等、その他の分析条件503を画面上に表示できる。なお、本図は一例であって、分析に関する他の種々の項目について表示可能である。
このように、補正した結果は補正したことが明確になるよう表示することで、オペレータに警告できる。
次に試料容器中の試料体積(V1)が、設定した試料注入量よりも少ない場合の動作について説明する。
V1が設定注入量より少ない場合は、設定注入量を吸引することはできない。
すなわち、演算部203は、液面が検知されたh1の高さから実際に吸引可能である注入量を新たに求め、ニードル制御部204に記憶する(S308)。この新たに記憶された注入量は、当初の設定注入量に対して実際に吸引することができる最大の量である。
その後、液体吸引/吐出ニードル207が下降し(S309)、試料を吸引する(S310)。次に、液体吸引/吐出ニードル207は試料容器上部の初期位置まで移動し、吸引した試料をポンプ102より送液された溶離液の液体流路中に注入し(S311)、分析がスタートする(S312)。
液面検知ニードル206は、液体吸引/吐出ニードル207により試料が吸引された後に、再度液面が検知される高さまで下降する(S313)。このとき、液面検知ニードル206が、h0に到達したのちに液面を検知した場合には、液体吸引/吐出ニードル207は設定した最大吸引量と同量の試料を吸引したと判断できる(S314)。
一方、液面検知ニードル206が、h0に到達する前に液面を検知した場合、液体吸引/吐出ニードル207は設定した最大注入量よりも少ない試料溶液を吸引していることになる。
ここで、演算部203は実際に液面検知高さとh0との差分から、実際の吸引量を求める(S315)。
その後、予め設定した分析時間を経過すると分析が終了する(S316)。得られた分析結果から試料中の成分を定量し、濃度を求める(S317)。このとき、予め設定した吸引量よりも実際に少ない試料溶液を吸引した場合は、実際の吸引量から補正して定量した濃度とする。補正した結果は、上述の通り、図5に示すように補正したことが明確になるよう画面上に表示できる。
上述したように、本発明の実施の形態によれば、セプタムなどの蓋部材を有する試料容器中の試料溶液においても、試料溶液のみを正確に検知し、高精度な注入動作を実現できる。すなわち、本発明の試料注入機構を組み込んだ試料注入装置、液体クロマトグラフ装置では、センサと接触する対象が試料溶液であるかどうかを判断することで、セプタム等の部材の誤認識に起因する液体吸引を防止することができる。
また、試料容器中の試料溶液の量と、設定注入量とに基づいて、吸引可能かどうかを判定し、判定結果に応じて新たな注入量を設定できるため、当初設定した注入量よりも容器中の試料溶液が少ない場合にも、分析操作を実行することができる。
さらに、実際に吸引した量を求め、分析結果にフィードバックできるため、より高精度な分析を実現することができる。
次に、上述のS306にて求めた試料容器内の試料量(V1)に応じて、試料の注入方法を変化させる手法について、本実施の形態にて説明する。
試料導入装置における液体試料の注入方式としては、ニードルおよび試料貯留ループが高圧下にある移動相流路の一部に組み込まれる方式(ダイレクトインジェクション方式)と、試料貯留ループのみが高圧下にある移動相流路の一部に組み込まれる方式(ループインジェクション方式)の2種類に大別される。
後者については、さらに、(1)カット方式(多量の試料を吸引し、その前端、後端をカットして廃棄し、中央部の体積分のみを注入してカラムに到達させる)、(2)全量注入方式(注入分の試料を吸引し、その全量をループ内に送り込み、カラムに到達させる)、(3)フルループ方式(多量に吸引した試料をループに流し込み、ループ容量分のみをループで計りとってカラムに到達させる)方式などがある。
本実施の形態では、上記(1)の方式において、試料容器内の試料量(V1)によって試料注入量を変化させる方法について、図6を用いて説明する。
図6は、カット方式において試料容器中の試料量に基づいて試料方法を変化させる方法について説明する図である。
ループ内に吸引される試料溶液(全35μl)のうち、初期設定時には前端部廃棄量(Vl:5μl)、正味の注入量(Vi:10μl)、後端部廃棄量(Vr:20μl)と設定した場合に、上述のS306において求められた試料容器内の試料量(V1)が32μlであったとき、初期設定量を吸引することはできない(S307)。
そこで、このとき、正味の注入量は変更することなく、後端部の廃棄量を20μlから15μlと変更することで、全体としての吸引量を30μlと新たに設定するができる(S308)。
S309以降のステップは実施例1と同じである。
上記の構成によれば、カット方式において、正味の注入量自体に変更を加えて調整するよりも、データの再現性を高く維持することができる。
本実施の形態では、上述のS306にて求めた試料容器内の試料量(V1)に応じて、試料の注入方式を変化させる手法について説明する。
初期設定時に、カット方式により、ループ内に吸引される試料溶液(全35μl)のうち、前端部廃棄量(Vl:5μl)、正味の注入量(Vi:10μl)、後端部廃棄量(Vr:20μl)とし、上述のS306において求められた試料容器内の試料量(V1)が32μlであったとき、初期設定量を吸引することはできない(S307)。
そこで、S308における最大吸引量の設定に代えて、初期設定時のカット方式ではなく、上述の(2)全量注入方式に切り換え、正味の注入量分10μlのみを吸引するように変更することができる。
S309以降のステップは実施例1と同じである。
上記の構成によれば、試料量(V1)に応じて最も適切な注入方式に変更することで、可能な限り分析をストップさせることなく行うことができる。
ただし、この場合においては、注入方式の変更による変動分を分析結果にフィードバックする補正を行うことが必要となる。
101・・・液体クロマトグラフ部
102・・・ポンプ(送液部)
103・・・オートサンプラ(試料注入部)
104・・・カラムオーブン(分離部)
105・・・検出器(検出部)
106・・・入力装置
107・・・データ処理装置
108・・・出力装置
109・・・制御部
201・・・システム制御部
202・・・データ処理部
203・・・演算部
204・・・ニードル制御部
205・・・機構部
206・・・液面検知ニードル
207・・・液体吸引/吐出ニードル
401・・・セプタム
402・・・キャップ
403・・・試料容器
404・・・試料溶液
405・・・電極
601・・・前端部廃棄量
602・・・正味の注入量
603・・・後端部廃棄量
102・・・ポンプ(送液部)
103・・・オートサンプラ(試料注入部)
104・・・カラムオーブン(分離部)
105・・・検出器(検出部)
106・・・入力装置
107・・・データ処理装置
108・・・出力装置
109・・・制御部
201・・・システム制御部
202・・・データ処理部
203・・・演算部
204・・・ニードル制御部
205・・・機構部
206・・・液面検知ニードル
207・・・液体吸引/吐出ニードル
401・・・セプタム
402・・・キャップ
403・・・試料容器
404・・・試料溶液
405・・・電極
601・・・前端部廃棄量
602・・・正味の注入量
603・・・後端部廃棄量
Claims (9)
- 試料容器中の液体試料を吸引し、移動相流路に導入する液体試料導入装置において、
前記試料容器中の液体試料を吸引し、吐出するニードルと、
前記試料容器中の液体試料を検知する液面検知手段と、
前記ニードル、前記液面検知手段の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記試料容器の高さ情報を入力する入力部と、
当該入力された試料容器の高さ情報を記憶する記憶部と、を有し、
当該記憶された試料容器の高さ情報に基づいて、
前記液面検知手段が、動作を開始する前の初期位置から前記試料容器方向への下降動作を開始し、所定の位置を通過するまでの間は、当該液面検知機能を停止させた状態とし、 前記液面検知手段が、前記所定の位置を通過したのちに、当該液面検知機能を作動させるように制御することを特徴とする試料導入装置。 - 請求項1に記載された液体試料導入装置において、
前記試料容器の開口部には、前記ニードル及び前記液面検知手段を通過可能な蓋部材が設けられ、
前記所定の位置は、
前記液面検知手段が前記蓋部材を通過した位置であることを特徴とする液体試料導入装置。 - 請求項1に記載された液体試料導入装置において、
前記制御部は、
当該記憶された試料容器の高さ情報と、
前記液面検知手段が液面を検知した高さの情報と、に基づいて、
前記試料容器内に含まれる液体試料の量を求め、
当該求めた液体試料の量が、
予め定めた前記ニードルの液体試料の設定吸引量以上である場合には、
前記ニードルが液体試料の吸引動作を開始するように制御し、
当該求めた液体試料の量が、
予め定めた前記ニードルの液体試料の吸引量に満たない場合には、
前記液体試料の量以下となるように新たな吸引量を設定することを特徴とする液体試料導入装置。 - 移動相流路を有する液体試料分析装置において、
移動相を送液する送液部と、
試料容器中の液体試料を吸引し、前記ポンプにより送液された移動相流路中に導入する試料導入部と、
当該導入された液体試料中の試料成分を分離する分離部と、
当該分離された試料成分を検出する検出部と、
前記試料導入部を制御する制御部と、を備え、
前記試料部は、
前記試料容器中の液体試料を吸引し、吐出するニードルと、
前記試料容器中の液体試料を検知する液面検知手段と、を有し、
前記制御部は、
前記試料容器の高さ情報を入力する入力部と、
当該入力された試料容器の高さ情報を記憶する記憶部と、を有し、
当該記憶された試料容器の高さ情報に基づいて、
前記液面検知手段が、動作を開始する前の初期位置から前記試料容器方向への下降動作を開始し、所定の位置を通過するまでの間は、当該液面検知機能を停止させた状態とし、 前記液面検知手段が、前記所定の位置を通過したのちに、当該液面検知機能を作動させるように制御することを特徴とする液体試料分析装置。 - 請求項4に記載された液体試料分析装置において、
前記試料容器の開口部には、前記ニードル及び前記液面検知手段を通過可能な蓋部材が設けられ、
前記所定の位置は、
前記液面検知手段が前記蓋部材を通過した位置であることを特徴とする液体試料分析装置。 - 請求項4に記載された液体試料分析装置において、
前記制御部は、
当該記憶された試料容器の高さ情報と、
前記液面検知手段が液面を検知した高さの情報と、に基づいて、
前記試料容器内に含まれる液体試料の量を求め、
当該求めた液体試料の量が、
予め定めた前記ニードルの液体試料の設定吸引量以上である場合には、
前記ニードルが液体試料の吸引動作を開始するように制御し、
当該求めた液体試料の量が、
予め定めた前記ニードルの液体試料の設定吸引量に満たない場合には、
前記液体試料の量以下となるように新たな吸引量を設定することを特徴とする液体試料分析装置。 - 請求項6に記載された液体試料分析装置において、
前記制御部は、
前記ニードルが前記液体試料を吸引したのちに、前記液面検知手段が再び液面を検知した高さの情報と、前記試料容器の高さ情報と、に基づいて、
前記ニードルによる液体試料の吸引量を求め、
当該求めた液体試料の吸引量が、
予め定めた前記ニードルの液体試料の設定吸引量または当該新たに設定した吸引量と同量である場合には、分析を終了し、
当該求めた液体試料の吸引量が、
当該予め定めた設定吸引量または前記新たに設定した吸引量と異なる場合には、
前記検出部により検出された試料成分の分析結果を補正することを特徴とする液体試料分析装置。 - 請求項7に記載された液体試料分析装置において、
前記検出部に検出された液体試料の分析結果を表示する表示部をさらに備え、
前記制御部は、当該試料成分の分析結果を補正した場合には、
当該補正に関する情報を前記表示部に表示することを特徴とする液体試料分析装置。 - 請求項4に記載された液体試料分析装置において、
前記制御部は、
当該記憶された試料容器の高さ情報と、
前記液面検知手段が液面を検知した高さの情報と、に基づいて、
前記試料容器内に含まれる液体試料の量を求め、
当該求めた液体試料の量に基づいて、
前記液体試料の前記移動相流路への注入における複数の異なる注入方式のうちのいずれか1つを選択することを特徴とする液体試料分析装置。
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WO2020148853A1 (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-23 | 株式会社島津製作所 | クロマトグラフ用オートサンプラ及び流体クロマトグラフィー分析システム |
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