JP2015194499A - Fluid mixer and fluid mixing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2種類以上の液体を混合する流体混合器に関する。 The present invention relates to a fluid mixer that mixes two or more kinds of liquids.
例えば、液体クロマトグラフのポストカラム反応を利用したアミノ酸分析装置がある。このアミノ酸分析装置は試料内のアミノ酸の含有量の測定や種類の同定を行う装置である。 For example, there is an amino acid analyzer using a post-column reaction of a liquid chromatograph. This amino acid analyzer is an apparatus for measuring the content of amino acids in a sample and identifying the type.
アミノ酸分析装置は、試料液を分離カラムに通して、試料液内の検出対象成分であるアミノ酸を分離し、分離したアミノ酸にニンヒドリン試薬などの試薬液を混合し、混合液を加熱することで反応させ、反応生成物を検出器で検出する装置である。 The amino acid analyzer passes the sample solution through a separation column, separates the amino acid that is the detection target component in the sample solution, mixes the separated amino acid with a reagent solution such as a ninhydrin reagent, and heats the mixture to react. The reaction product is detected by a detector.
従来のアミノ酸分析装置は、試薬液と検出対象成分とを混合するためにT字コネクタと配管とを用いていた。試薬液と検出対象成分はT字コネクタで合流し、その下流の配管内で濃度拡散によって混合する。 Conventional amino acid analyzers use a T-shaped connector and piping to mix the reagent solution and the detection target component. The reagent solution and the component to be detected are merged by a T-shaped connector and mixed by concentration diffusion in the downstream pipe.
この場合、混合に必要な時間が長いため、混合に必要な配管長が長くなり、その配管内において測定対象成分が流れ方向に拡がる。液体クロマトグラフでは、検出対象成分が配管内で流れ方向に拡がると、検出対象成分が検出器に流入してから流出するまでの時間が長くなるため、分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。 In this case, since the time required for mixing is long, the pipe length required for mixing becomes long, and the component to be measured spreads in the flow direction in the pipe. In the liquid chromatograph, if the detection target component spreads in the pipe in the flow direction, the time from the detection target component flowing into the detector until it flows out becomes longer, so the peak width of the chromatogram that is the analysis result is expanded. Analytical accuracy decreases.
したがって、試薬液と検出対象成分の混合に必要な時間を短くするために流体混合器が用いられる。 Accordingly, a fluid mixer is used to shorten the time required for mixing the reagent solution and the detection target component.
分析装置内にある流体混合器の一例として、特許文献1に記載された技術がある。特許文献1に記載の流体混合器は、試薬液が流れる管状の試薬流路と、液体クロマトグラフ装置の分離カラムからの試料液が流れる管状の試料流路とが連結部にて合流する流体混合器である。
As an example of the fluid mixer in the analyzer, there is a technique described in
この流体混合器は、連結部と、その下流の合流流路と、試薬流路および試料流路よりも流路断面積が大きくかつ流路長が短い大径部と、この大径部よりも流路断面積が小さくかつ流路長が長い小径部とが順に連結されている構造である。 The fluid mixer includes a connecting portion, a downstream confluence channel, a large-diameter portion having a larger channel cross-sectional area and a shorter channel length than the reagent channel and the sample channel, and a larger-diameter portion than the large-diameter portion. This is a structure in which a small-diameter portion having a small channel cross-sectional area and a long channel length is sequentially connected.
この流体混合器では、合流流路と大径部の幅が異なるため、大径部において渦流が発生し、この渦流により液体の混合が行われる。 In this fluid mixer, since the width of the large diameter portion is different from that of the merged flow path, a vortex is generated in the large diameter portion, and liquid is mixed by this vortex.
また、流体混合器の他の例としては、特許文献2に記載された技術がある。特許文献2に記載の流体混合器は、流路が分岐と混合を繰り返す構造である。この流路構造では、2つの流体の衝突、流れ方向の変化、流速の変化などで乱流が発生し、その結果、2つの流体が混合する流体混合器である。
As another example of the fluid mixer, there is a technique described in
特許文献1に記載の流体混合器にあっては、渦流によって液体を混合するが、この場合、渦流に巻き込まれた検出対象成分と渦流に巻き込まれなかった検出対象成分とは、流体混合器内での滞留時間が異なる。そのため、流体混合器の上流に比べて流体混合器の下流では検出対象成分の流れ方向の拡がりが大きくなる。
In the fluid mixer described in
その結果、分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。 As a result, the peak width of the chromatogram which is the analysis result is widened, and the analysis accuracy is lowered.
特許文献2に記載の流体混合器は、流体が分岐前の流路と、分岐流路と、合流後の流路とを流れることによって、流体が分岐と合流を繰り返す。この流体混合器の流路では、流路中央では流れが速く、流路の壁面近くでは流れが遅い流速分布を持つ。
In the fluid mixer described in
また、特許文献2に記載の流体混合器では、分岐前の流路において流路中央の速い流れの位置にある流体は、分岐流路においては壁面近くの遅い流れの位置となり、合流後の流路においては再び流路中央の速い流れの位置となる。
Further, in the fluid mixer described in
また、分岐前の流路において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置にある流体は、分岐流路においては流路中央の速い流れの位置となり、合流後の流路においては再び流路中央と流路の壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置となる。 In addition, the fluid in the middle of the flow rate in the middle of the channel near the channel wall in the channel before branching becomes the position of the fast flow in the center of the channel in the branch channel. In this flow path, the flow position at a medium speed between the center of the flow path and the wall surface of the flow path is once again located.
一方、分岐前の流路において壁面近くの遅い流れの位置にある流体は、分岐流路においても壁面近くの遅い流れの位置にあり、合流後の流路においても壁面近くの遅い流れの位置にあり、常に遅い流れの位置を流れる。 On the other hand, the fluid in the position of the slow flow near the wall surface in the channel before branching is in the position of the slow flow near the wall surface in the branch channel, and the position of the slow flow near the wall surface in the channel after joining. There is always a slow flow position.
したがって、分岐前の流路において壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間は、分岐前の流路において流路中央の速い流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間に比べて長い。 Therefore, the time during which the detection target component flowing into the position of the slow flow near the wall surface in the flow path before branching stays in the flow path before branching and the branch flow path flows in the flow path before branching. It is longer than the time during which the detection target component flowing into the fast flow position in the center of the path stays in the flow path before branching, the branch flow path, and the flow path after merging.
また、上記分岐前の流路において壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間は、分岐前の流路において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間に比べて長い。 In addition, the time during which the detection target component flowing into the position of the slow flow near the wall surface in the channel before branching stays in the channel before branching and the channel after branching is determined in the channel before branching. The detection target component that flows into the middle of the flow path near the flow path center and near the flow path wall is longer than the residence time in the flow path before branching and the flow path after merging. .
すなわち、流体混合器の入口(分岐前の流路)の断面において、検出対象成分が流入する場所によって、流体混合器内に滞留する時間が異なる。その結果、流体混合器の上流に比べて流体混合器の下流では検出対象成分の流れ方向の拡がりが大きくなる。 That is, in the cross section of the inlet (flow path before branching) of the fluid mixer, the residence time in the fluid mixer varies depending on where the detection target component flows. As a result, in the downstream of the fluid mixer, the flow direction of the detection target component increases in comparison with the upstream of the fluid mixer.
その結果、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。 As a result, the peak width of the chromatogram, which is the analysis result of the amino acid analyzer, widens, and the analysis accuracy decreases.
本発明の目的は、検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さく、分析装置の分析精度を向上可能な流体混合器及び流体混合方法を実現することである。 An object of the present invention is to realize a fluid mixer and a fluid mixing method in which the flow direction of the detection target component is small and the analysis accuracy of the analyzer can be improved.
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
少なくとも2種類の流体を混合させる流体流路を有し、直交座標系の互いに直交する3軸を、第1軸、第2軸、第3軸としたとき、+第1軸方向に延び、流体導入口からの流体を+第1軸方向に流体を流し、上記第1の流路から第2の流路及び第3の流路に流体を分岐し、上記第2の流路と第3の流路とに分岐された流体を合流部で合流し、上記合流部で合流した流体を、−第1軸方向に流し、上記流体を導出口に導出する。 It has a fluid flow path for mixing at least two kinds of fluids, and when the three axes orthogonal to each other in the orthogonal coordinate system are defined as the first axis, the second axis, and the third axis, the fluid extends in the + first axis direction. The fluid from the inlet is + flowed in the first axial direction, the fluid is branched from the first channel to the second channel and the third channel, and the second channel and the third channel The fluid branched into the flow path is merged at the merge portion, the fluid merged at the merge portion is flowed in the first axis direction, and the fluid is led out to the outlet.
検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さく、分析装置の分析精度を向上可能な流体混合器及び流体混合方法を実現することができる。 It is possible to realize a fluid mixer and a fluid mixing method in which the flow direction of the detection target component is small and the analysis accuracy of the analyzer can be improved.
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the Example demonstrated below.
図1は本発明の流体混合器が適応されたとアミノ酸分析装置の概略構成である。図1において、アミノ酸分析装置は、試料液容器1と、溶離液容器2と、オートサンプラー3と、溶離液送液ポンプ4と、試薬液容器5と、試薬液送液ポンプ6と、試料液中の検出対象成分を分離する分離カラム7とを備える。
FIG. 1 is a schematic configuration of an amino acid analyzer when the fluid mixer of the present invention is applied. 1, the amino acid analyzer includes a sample
また、アミノ酸分析装置は、流体混合器13と、反応部配管9と、反応部配管9を内部に有し、検出対象成分と試薬液を加温させて反応させるための加温機10と、反応部配管9で生じた反応生成物を検出する検出器11と、配管17と、廃液容器18とを備える。12は検出器11を通過した廃液、14は試料液、15は溶離液、16は試薬液である。
In addition, the amino acid analyzer has a
図1に示したアミノ酸分析装置は、溶離液15が溶離液容器2から溶離液送液ポンプ4によって送液される。試料液14は試料液容器1からオートサンプラー3によって、溶離液15に合流し、分離カラム7に流れる。分離カラム7では、電荷の違いで試料液の中の検出対象成分が分離され、分離された検出対象成分は試薬液16と流体混合器13で合流する。流体混合器13は後述するように、A基板407、B基板408、C基板409が積層されている。
In the amino acid analyzer shown in FIG. 1, the
試薬液16は試薬液容器5から試薬液送液ポンプ6によって送液される。分離カラム7で分離された検出対象成分と試薬液16とは流体混合器13で混合された後、反応部配管9にて反応する。そして、反応部配管9で生じた反応生成物は検出器11にて検出され、廃液容器18に送液される。
The
図6は、分離カラム7で分離された検出対象成分19(アミノ酸A21、アミノ酸B22、アミノ酸C23)と溶離液15と溶離液と試薬液の混合液27の配管内の分布を示す図である。図6において、配管17の内部には、アミノ酸A21、アミノ酸B22、アミノ酸C23、溶離液15、アミノ酸A21と試薬液と反応してできた反応生成物24、アミノ酸B22と試薬液が反応してできた反応生成物25、アミノ酸Cと試薬液が反応してできた反応生成物26、溶離液と試薬液の混合液27が存在sじている。
FIG. 6 is a diagram showing the distribution in the piping of the detection target component 19 (amino acid A21, amino acid B22, amino acid C23) separated by the
図6の(a)は、検出対象物成分19と溶離液15との混合前の配管17内を示し、検出対象成分19(アミノ酸A21、アミノ酸B22、アミノ酸C23)は、それぞれ溶離液15中に分離されて流れる。
6A shows the inside of the
そして、流体混合器13でアミノ酸A21、アミノ酸B22、アミノ酸C23が試薬液16と混合する。図6の(b)は、検出対象物成分19と溶離液15との混合後の配管17内を示し、混合後の配管17内では、溶離液と試薬液の混合液27の中に、アミノ酸A21と試薬液が反応してできた反応生成物24、アミノ酸B22と試薬液が反応してできた反応生成物25、アミノ酸C23と試薬液16が反応してできた反応生成物26が存在するようになる。
The amino acid A21, amino acid B22, and amino acid C23 are mixed with the
図2は本発明の流体混合器13の組み立て分解斜視図である。図2が示すように、本発明の第1の実施例による流体混合器13は、A基板407と、B基板408と、C基板409とから形成される。ネジ(図示せず)をネジ通し穴411に通してネジ穴410に回し入れることで、3枚の基板を積層して固定し、流体混合器13を形成する。A基板407には、A液401の導入口404、B液402の導入口405、混合液403の導出口406が形成されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
A基板407、B基板408、C基板409の材質は、例えば、ステンレス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトンなどを用いることができる。図2に示した流体混合器により、図5に示す流路形状が形成される。
As the material of the
図3は、本発明とは異なる原理の流体混合器の説明図であり、本発明との比較例を示す図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram of a fluid mixer based on a principle different from that of the present invention, and is a diagram showing a comparative example with the present invention.
図3の(a)は、1本の流路内での検出対象成分の流れ方向の拡がりを説明するための流路概略断面図である。図3の(a)において、1本の流路901に検出対象成分19が入り、流路内を通過する場合、流路内の流速分布は902のように、流路の流体流れ方向中心線から流路の壁面に向かうにつれて流速が遅くなる放物線状となる。このため、検出対象成分の分布も放物線状の分布904となり、検出対象成分の流れ方向の拡がりは905となる。
(A) of FIG. 3 is a flow-path schematic sectional drawing for demonstrating the expansion of the flow direction of the detection target component within one flow path. In FIG. 3A, when the
図3の(b)は、流路分岐前の流路111と、分岐流路112と、合流流路113とからなる比較例における流体混合器911内での検出対象成分の流れ方向の拡がりの様子を示す流路概略断面図である。
FIG. 3B shows the expansion of the flow direction of the detection target component in the
図3の(b)では、分岐前の流路111に検出対象成分19が入り、分岐前の流路111を通過すると、検出対象成分が放物線状流速分布903によって分岐部62の直前の上流側では放物線状の分布930になっている。分布930の検出対象成分は分岐部62で、図3の(b)に示した+Y軸方向と−Y軸方向に分岐し(成分60および成分61)、分岐流路112内の流速分布903により、流路中央では速く移動し(中央成分908)、壁面付近では遅く移動する(壁面成分906)。そのため、合流部33の直前の上流側では、検出対象成分は成分30および成分31のように流れ方向に拡がる。
In FIG. 3B, when the
合流部33において、成分30と成分31とが合流して図3の(b)に示した+X軸方向に流れ、成分40になる。
In the merging
ここで、成分30については、流路内の壁面近くの流れの遅い成分(壁面成分906(合流流路113から遠い方の壁面の成分))が、合流流路内の中央に移動し(中央成分907)、流路中央の流れの速い成分(中央成分908)が合流流路内の壁面側に移動する(壁面側成分909)。
Here, with regard to the
一方、分岐前の流路111での壁面近くの流れの遅い成分933は、分岐流路112内においても壁面近くの遅い流れの位置913にあり、合流流路113においても壁面近くの遅い流れの位置914にある。
On the other hand, the
したがって、合流流路113での成分の分布910の拡がりは912となる。
Therefore, the spread of the
分岐前の流路111において、流路中央の速い流れの位置にある流体934は、分岐流路112においては、壁面近くの遅い流れの位置935にあり、合流後の流路113においては、再び流路中央の速い流れの位置907にある。
In the
また、分岐前の流路111において、流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置にある流体936は、分岐流路112においては流路中央の速い流れの位置908にあり、合流後の流路113においては再び流路中央と流路の壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置909にある。
In addition, in the
一方、分岐前の流路111において壁面近くの遅い流れの位置にある流体933は、分岐流路112においても壁面近くの遅い流れの位置913にあり、合流後の流路113においても壁面近くの遅い流れの位置914にあり、常に遅い流れの位置を流れる。
On the other hand, the fluid 933 at the slow flow position near the wall surface in the
したがって、分岐前の流路111において壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分933が分岐前の流路111と分岐流路112と合流流路113に滞留する時間は、分岐前の流路111において流路中央の速い流れの位置に流入する検出対象成分934が分岐前の流路111と分岐流路112と合流流路113に滞留する時間より長い。また、検出対象成分933は、分岐前の流路111において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置に流入する検出対象成分936が分岐前の流路111と分岐流路112と合流流路113に滞留する時間に比べて長くなる。
Therefore, the time during which the
すなわち、この流体混合器911内を流れる検出対象成分が流体混合器911内に滞留する時間は、流体混合器の入口(分岐前の流路111)断面において検出対象成分が流入する場所によって異なる。よって、流体混合器911の上流に比べて流体混合器911の下流では検出対象成分の流れ方向の拡がり912が大きくなる。その結果、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。
In other words, the time during which the detection target component flowing in the
図4は、本発明の流体混合器の原理説明図であり、流路構造921において、検出対象成分の拡がりの抑制効果を示している。直交座標の互いに直交する軸を、第1軸、第2軸、第3軸とする。これらを、X軸、Y軸、Z軸として説明する。
ただし、第1軸をX、Y、Z軸のいずれにも設定可能である。同様に、第2軸、第3軸をX、Y、Z軸のいずれにも設定可能である。
FIG. 4 is a principle explanatory diagram of the fluid mixer of the present invention, and shows the effect of suppressing the spread of the detection target component in the
However, the first axis can be set to any of the X, Y, and Z axes. Similarly, the second axis and the third axis can be set to any of the X, Y, and Z axes.
図4の(a)においては、分岐前の流路115の流れ方向をX軸とし、 分岐前の流路115の流れ方向に垂直な方向をY軸、Z軸とし、紙面に垂直な方向をZ軸とする。
In FIG. 4A, the flow direction of the
図4の(b)においては、分岐前の流路115の流れ方向をX軸とし、 分岐前の流路115の流れ方向に垂直な方向をY軸、Z軸とし、紙面に垂直な方向をY軸とする。
In FIG. 4B, the flow direction of the
図4の(b)は、流路の側面図を示し、図4の(a)は、図4の(b)のA−A線に沿った断面を示す。 4B shows a side view of the flow path, and FIG. 4A shows a cross section taken along the line AA in FIG. 4B.
流路構造921においては、図4の(a)に示すように、分岐前の流路115(第1の流路)に流体が+X軸方向に流れ、その下流の分岐流路116(第2の流路、第3の流路)で+Y軸方向と−Y軸方向の流れに分岐し、その下流でX軸方向に流れが曲がり、その下流で+Y軸方向と−Y軸方向に流れが曲がる。そして、その下流で第2の流路と第3の流路は合流部に接続され、分岐した流体がこの合流部で合流する。この合流部は第4の流路に接続されており、第4の流路は、−X軸方向に延び、流体の流れも−X軸方向に曲がる。
In the
さらに、図4の(b)に示すように、第4の流路は、流体を導出する導出口に導く第5の流路(導出路)に接続される。この第5の流路は、+Z軸方向に流れが曲がり、その下流で+X軸方向に流れが曲がり、その下流で−Z軸方向に流れが曲がり、その下流で+X軸方向に流れが曲がる。そして、第5の流路は、+X軸方向に延びて、流体は+X軸方向に流れる。 Furthermore, as shown in FIG. 4B, the fourth flow path is connected to a fifth flow path (lead-out path) that leads to a lead-out port that leads out the fluid. In the fifth flow path, the flow is bent in the + Z-axis direction, the flow is bent in the + X-axis direction downstream thereof, the flow is bent in the −Z-axis direction downstream thereof, and the flow is bent in the + X-axis direction downstream thereof. The fifth flow path extends in the + X axis direction, and the fluid flows in the + X axis direction.
図4の(a)において、流路構造921に流入する検出対象成分19は、流速分布915により、分岐部52の直前の上流側で放物線状の分布を持つ成分940となる。成分940は分岐部52で+Y軸方向と−Y軸方向に分岐し(成分50および成分51)、分岐流路116内の流速分布915により、流路中央では速く移動し(中央成分918)、壁面付近では遅く移動するため(壁面成分923)、成分53および成分54のように流れ方向に拡がる。
In FIG. 4A, the
合流部55で、成分53と成分54とが合流して−X軸方向に流れが曲がり、成分56になる。成分56については、成分53と成分54の壁面近くの遅い流れの成分(壁面成分923)が流路中央に移動し(中央成分917)、成分53と成分54の流路中央の速い流れの成分(中央成分918)が壁面側に移動する(壁面側成分919)。また、成分53と成分54の壁面近くの遅い流れの成分(壁面成分916)は、壁面における流の成分920となる。その後、図4の(b)に示すように、流体は+Z軸方向、+X軸方向、−Z軸方向、+X軸方向に流れ方向を変化していく。
In the merging
したがって、分岐前の流路115の壁面近くの遅い流れの成分943は、分岐と合流後に流路中央の速い流れに位置する(中央成分917)。流体混合器出口での成分の分布926の拡がりは922となる。この広がり922は、図3に示した1本の流路901による拡がり905よりも小さく、分岐合流する流体混合器911による拡がり912よりも小さくなる。分布926は中心部925の成分より壁面部の成分が上流側に位置する状態となっており、流体混合器出口に向かうにつれ、中心部925の成分と壁面部の成分のとの距離は短縮する。
Therefore, the
本発明の流路構造921では、分岐前の流路115において、流路中央の速い流れの位置にある流体945は、分岐流路116においては壁面近くの遅い流れの位置946にあり、合流後の流路117においては壁面近くの遅い流れの位置920にある。
In the
また、分岐前の流路115において、流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置にある流体947は、分岐流路116においては流路中央の速い流れの位置918にあり、合流後の流路117においては再び流路中央と流路の壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置919にある。
Further, in the
一方、分岐前の流路115において、壁面近くの遅い流れの位置にある流体943、944は、分岐流路116においても壁面近くの遅い流れの位置923にあり、合流後の流路117においては流路中央の速い流れの位置917にある。
On the other hand, in the
したがって、分岐前の流路115において、壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分943、944が分岐前の流路115と分岐流路116と合流流路117に滞留する時間は、分岐前の流路115において流路中央の速い流れの位置に流入する検出対象成分945が分岐前の流路115と分岐流路116と合流流路117に滞留する時間と同等となる。
Therefore, in the
また、壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分943、944は、分岐前の流路115において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置に流入する検出対象成分947が分岐前の流路115と分岐流路116と合流流路117に滞留する時間と同等となる。
In addition, the
すなわち、この流体混合器921内を流れる検出対象成分が流体混合器921内に滞留する時間は、流体混合器921の入口(分岐前の流路115)断面において検出対象成分が流入する場所によらず同等である。その結果、流体混合器921の上流に対する流体混合器921の下流における検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さくなる。
That is, the time during which the detection target component flowing in the
したがって、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がらず、アミノ酸分析装置の分析精度を向上することができる。 Therefore, the peak width of the chromatogram that is the analysis result of the amino acid analyzer does not widen, and the analysis accuracy of the amino acid analyzer can be improved.
なお、図4の(b)に示した流路において、+Z軸方向に延長した後、+X軸方向に延び、その後、−Z軸方向に延びているが、+Z軸方向への延長距離、+X軸方向への延長距離、及び−Z軸方向への延長距離は、流路の断面積、流体の流量等を考慮して、流路中心部分の検出対象成分と流路壁面部分の検出対象成分の位置関係が、流体混合器の出口部分で最も接近するように、つまり、拡がり922が最も小となるように設定することが可能である。
In the flow path shown in FIG. 4B, after extending in the + Z-axis direction, the channel extends in the + X-axis direction, and then extends in the −Z-axis direction, but the extension distance in the + Z-axis direction, + X The extension distance in the axial direction and the extension distance in the -Z-axis direction are determined in consideration of the cross-sectional area of the flow path, the flow rate of the fluid, etc. Can be set so as to be closest to each other at the outlet portion of the fluid mixer, that is, the
図4に示した流体混合器921は、分岐前流路115と合流流路117との間でXY平面内での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えた。しかし、XZ平面の流速分布によるXZ平面での検出対象成分の流れの拡がりが存在し、図4に示した流れの位置の入れ替えをXZ平面についても行うことで、XZ平面での検出対象成分の流れ方向の拡がりを抑えることができる。
The
XZ平面での流れの位置の入れ替えは、図4の流路921をX軸回りに角度90度回転させた流路構造に流体を流せばよい。XY平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器と、XZ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器とを接続し、一つの流体混合器とすることができる。
In order to change the position of the flow in the XZ plane, the fluid may be flowed through a flow channel structure in which the
XZ平面での流れの位置の入れ替えの流路構造を以下に説明する。 The flow path structure for changing the position of the flow in the XZ plane will be described below.
図4に示したY軸をZ軸とし、Z軸をY軸として、分岐前の流路115(第1の流路)に流体が+X軸方向に流れ、その下流の分岐流路116(第2の流路、第3の流路)で+Z軸方向と−Z軸方向の流れに分岐し、その下流でX軸方向に流れが曲がり、その下流で+Z軸方向と−Z軸方向に流れが曲がる。そして、その下流で第2の流路と第3の流路は合流部に接続され、分岐した流体がこの合流部で合流する。この合流部は第4の流路に接続されており、第4の流路は、−X軸方向に延び、流体の流れも−X軸方向に曲がる。 With the Y-axis shown in FIG. 4 as the Z-axis and the Z-axis as the Y-axis, the fluid flows in the + X-axis direction in the channel 115 (first channel) before branching, and the branch channel 116 (first The second flow path and the third flow path), the flow branches in the + Z-axis direction and the −Z-axis direction, and the flow is bent downstream in the X-axis direction, and downstream in the + Z-axis direction and −Z-axis direction. Turns. And the 2nd flow path and the 3rd flow path are connected to the confluence | merging part in the downstream, and the branched fluid merges in this confluence | merging part. This confluence portion is connected to the fourth flow path, the fourth flow path extends in the −X axis direction, and the flow of the fluid also bends in the −X axis direction.
さらに、図4の(b)に示すように、第4の流路は、第5の流路に接続され、この第5の流路は、+Y軸方向に流れが曲がり、その下流で+X軸方向に流れが曲がり、その下流で−Y軸方向に流れが曲がり、その下流で+X軸方向に流れが曲がる。 Further, as shown in FIG. 4B, the fourth flow path is connected to the fifth flow path, and the flow of the fifth flow path is bent in the + Y-axis direction, and the downstream of the + X-axis The flow bends in the direction, the flow bends in the −Y-axis direction downstream thereof, and the flow bends in the + X-axis direction downstream thereof.
そして、第5の流路は、+X軸方向に延び、流体は+X軸方向に流れる。 The fifth flow path extends in the + X axis direction, and the fluid flows in the + X axis direction.
また、XY平面において、Y軸方向から流体が流入する場合は、図4のX軸とY軸とを入れ替えた場合の流路構造となる。この場合、合流後の流路117における流体の流れは、−Y方向となる。
Further, when the fluid flows in from the Y-axis direction on the XY plane, the flow path structure is obtained when the X axis and the Y axis in FIG. 4 are interchanged. In this case, the fluid flow in the
さらに、YZ平面において、+Z軸方向から流体が流入する場合は、図4において、X軸とZ軸とを入れ替えた場合の流路構造となる。この場合、合流後の流路117における流体の流れは、−Z方向となる。YZ平面において、−Z軸方向から流体が流入する場合は、合流後の流路117における流体の流れは、+Z方向となる。
Further, in the YZ plane, when the fluid flows in from the + Z axis direction, the flow path structure is obtained when the X axis and the Z axis are interchanged in FIG. In this case, the fluid flow in the
XY平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器と、XZ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器と、YZ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器とを接続し、一つの流体混合器とすることも可能である。各流体混合器をそれぞれ複数個とし、6つ以上の流体混合器を接続して流体混合器を構成することも可能である。 A fluid mixer that swaps fast and slow flow positions in the XY plane, a fluid mixer that swaps fast and slow flow positions in the XZ plane, and a YZ plane It is also possible to connect a fluid mixer that exchanges the position of the fast flow and the position of the slow flow to form one fluid mixer. It is also possible to configure a fluid mixer by providing a plurality of fluid mixers and connecting six or more fluid mixers.
ここで、流体混合器に流路の一例として、断面形状が正方形であり、一辺の寸法が100〜1000マイクロメートルの配管を使用することができる。 Here, as an example of the flow path in the fluid mixer, a pipe having a square cross-sectional shape and a side dimension of 100 to 1000 micrometers can be used.
図5は、本発明の第1の実例による流体混合器の流路形状を示す図である。なお、後述する要素101〜106は、図4に示した本発明の原理に従って形成されているが、図示の都合上、分岐した流体が合流した直後に、−X軸方向、−Y軸方向又は+Z軸方向に流体を流す流路は省略されている。 FIG. 5 is a diagram showing the flow channel shape of the fluid mixer according to the first example of the present invention. Elements 101 to 106 to be described later are formed according to the principle of the present invention shown in FIG. 4. However, for convenience of illustration, immediately after the branched fluids merge, the −X axis direction, −Y axis direction, or A flow path for flowing fluid in the + Z-axis direction is omitted.
図5において、直交座標系の3軸を、X軸、Y軸、Z軸とすると、本発明の第1の実施例における流体混合器は、A液(試料液に相当)401と、B液(試薬液に相当)402が、それぞれの入口であるA液導入口404、B液導入口405から、−Z軸方向に導入され、A液401は+X軸方向に流れ、B液402は−X軸方向に流れて、合流部801で互いに合流し、その後に−Z軸方向に流れる。
In FIG. 5, assuming that the three axes of the orthogonal coordinate system are the X axis, the Y axis, and the Z axis, the fluid mixer in the first embodiment of the present invention has a liquid A (corresponding to a sample liquid) 401 and a liquid B. (Equivalent to reagent solution) 402 is introduced in the −Z axis direction from the
そのとき、A液401とB液402とがY軸方向から見て左右に位置する(流路断面A)。その下流で、−Y軸方向と+Y軸方向とに分岐部802で分岐し、+X軸方向に流れる(流路断面B)。その後、−Y軸方向と+Y軸方向に流れ、合流部803で合流し、−X軸方向から+Z軸方向に流された後、+X軸方向に流れ、分岐部804で、+Z軸方向と−Z軸方向に分岐し、+X軸方向に流れた後(流路断面C)、+Z軸方向と−Z軸方向に流れて合流部805で合流する。その後、−X軸方向に流れた後、+Y軸方向に流れ、+X軸方向と−X軸方向に分岐部806で分岐し、+Y軸方向に流れた後(流路断面D)、+X軸方向、−X軸方向に流れて、合流部807で合流する。その後、−Y軸方向に流れた後、+Z軸方向に流れ、+Y軸方向と−Y軸方向に分岐部808で分岐し、−Z軸方向に流れ(流路断面E)、+Y軸方向と−Y軸方向に流れて合流部809で合流する。
At that time, the
その後、+Z軸方向に流れた後、+X軸方向に流れ、+Z軸方向、続いて+X軸方向に流れた後、+Z軸方向と−Z軸方向に分岐部810で分岐する。そして、+X軸方向に流れた(流路断面F)後、+Z軸方向と−Z軸方向に流れ、合流部811で合流し、−X軸方向に流れた後、+Y軸方向に流れ、+X軸方向と−X軸方向に分岐部812で分岐し、+Y軸方向、+X軸方向、−X軸方向に流れた後、合流部813で合流し、−Y軸方向に流れた後、+Z軸方向に流れる。そして、混合液導出口406から混合液403が導出される。
Then, after flowing in the + Z-axis direction, it flows in the + X-axis direction, and then flows in the + Z-axis direction and then in the + X-axis direction, and then branches at the branching
A液401とB液402とは、流路内で層を形成し、A液401とB液402とが上下または左右に位置する。そして、A液401とB液402との2液の層間の距離が短くなり、互いに混合する。
The
このように、要素101〜106をXY軸方向とXZ軸方向に繋ぎ合わせることで、1番目の要素101と3番目の要素103と6番目の要素106とは、XY軸方向の流速分布による拡がりを抑制し、2番目の要素102と4番目の要素104と5番目の要素105とは、XZ軸方向の流速分布による拡がりを抑制して、出口406での成分分布の拡がりを抑えることができる。
In this way, by connecting the elements 101 to 106 in the XY-axis direction and the XZ-axis direction, the first element 101, the
つなぎ合わせる要素数で、A液とB液との混合のしやすさが決まる。流路幅(119)が0.2mm、1つの要素の流路の長さ(118)が1.0mmとすると、5個目の要素数の多層流の厚さ(120)は0.00625mmとなる。検出対象成分のアミノ酸の一種であるグリシンの水中における拡散係数は1.04×10−9m2/sであるため、グリシンが水中で5個目の要素の多層流の厚さ0.00625mmを拡散する時間は0.009sである。流量が0.75mL/minのとき、1つの要素を流体が通過する平均時間は0.0137sであることから、6個目の要素を通過したときグリシンは試薬液と完全に混合する。 The number of elements to be joined determines the ease of mixing the liquid A and the liquid B. When the flow path width (119) is 0.2 mm and the flow path length (118) of one element is 1.0 mm, the thickness (120) of the multilayer flow of the fifth element number is 0.00625 mm. Become. Since the diffusion coefficient of glycine, which is a kind of amino acid to be detected, in water is 1.04 × 10 −9 m 2 / s, the thickness of the multilayer flow of the fifth element in water is 0.00625 mm. The diffusion time is 0.009 s. When the flow rate is 0.75 mL / min, the average time for the fluid to pass through one element is 0.0137 s, so that the glycine is completely mixed with the reagent solution when it passes through the sixth element.
このように、検出対象成分の拡散係数と流路寸法と流量に応じて要素の数を設けておけば、検出対象成分と試薬液が本発明の流体混合器を通過することで完全に混合する。 In this way, if the number of elements is set according to the diffusion coefficient, flow path dimensions, and flow rate of the detection target component, the detection target component and the reagent liquid are completely mixed by passing through the fluid mixer of the present invention. .
図7は、混合率と、合流部からの距離との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the relationship between the mixing ratio and the distance from the junction.
図7の横軸は、A液とB液の合流部からの距離(m)を示し、縦軸は、A液とB液とが流路断面に均一に拡がっているかを表す混合率を示す。混合率100%が完全に混合した状態である。 The horizontal axis of FIG. 7 shows the distance (m) from the confluence | merging part of A liquid and B liquid, and a vertical axis | shaft shows the mixing rate showing whether A liquid and B liquid spread uniformly in the flow-path cross section. . The mixing rate is 100%.
本発明の流体混合器での混合率の変化111(実線)と、本発明とは異なりT字コネクタでの混合率の変化112(破線)とを比較すると、本発明では、0.008m近辺で混合率がほぼ100%となっているのに対し、T字コネクタの場合は、混合率がほぼ100%となるのに約2m必要としている。このように、本発明の流体混合器ではT字コネクタよりも短い距離で混合が可能なことがわかる。 When the change 111 (solid line) in the fluid mixer of the present invention is compared with the change 112 (broken line) in the T-connector unlike the present invention, in the present invention, in the vicinity of 0.008 m, Whereas the mixing rate is almost 100%, in the case of the T-shaped connector, about 2 m is required for the mixing rate to be almost 100%. Thus, it can be seen that the fluid mixer of the present invention can mix at a shorter distance than the T-shaped connector.
したがって、本発明の流体混合器をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、本発明の流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりも分析時間を短くすることができる。 Therefore, when the fluid mixer of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the detection target component and the reagent is shortened. Therefore, the analysis is performed more than the amino acid analyzer that does not use the fluid mixer of the present invention. Time can be shortened.
また、本発明の流体混合器をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、本発明の流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりもポンプの送液圧力を小さくすることができる。 Further, when the fluid mixer of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the detection target component and the reagent is shortened, so that the pump is more pumped than the amino acid analyzer not using the fluid mixer of the present invention. The liquid feeding pressure can be reduced.
図8は、本発明の第2、第3の実施例における流体混合器の概略構成図である。図8の(a)が本発明の第2の実施例であり、図8の(b)が本発明の第3の実施例である。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fluid mixer in the second and third embodiments of the present invention. FIG. 8A shows a second embodiment of the present invention, and FIG. 8B shows a third embodiment of the present invention.
分岐流路の形状は、図4に記載のようなZ軸方向から見て、四角形の流路に限らず、図8の(a)に示す円形または楕円形の形状や、図8の(b)に示す菱形又は三角形の形状でもよい。つまり、流路の曲り部は直角以外の角度又は曲線状に曲がっていてもよい。 The shape of the branch flow path is not limited to a square flow path when viewed from the Z-axis direction as shown in FIG. 4, but is a circular or elliptical shape shown in FIG. The shape of a rhombus or triangle shown in FIG. That is, the bent portion of the flow path may be bent at an angle other than a right angle or a curved shape.
図8の(a)に示す楕円形の形状の流路では、図4に示す四角形の流路に比べて、曲がり部での淀みや渦流がより小さくなる。このため、検出対象成分の流路内の流れ方向の拡がりが小さくなり、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が小さくなって、分析精度が向上する。 In the elliptical channel shown in FIG. 8A, the stagnation and eddy current at the bent portion are smaller than those in the rectangular channel shown in FIG. For this reason, the spread of the flow direction of the detection target component in the flow path is reduced, the peak width of the chromatogram which is the analysis result of the amino acid analyzer is reduced, and the analysis accuracy is improved.
また、図8の(b)に示す菱形の形状では、図4に示す四角形の流路に比べて曲がりの数が少ないため、曲がり部での淀みや渦流による検出対象成分の流路内の流れ方向の拡がりが小さくなる。このため、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が小さくなり、分析精度が向上する。 In addition, in the rhombus shape shown in FIG. 8B, since the number of bends is smaller than that in the square flow path shown in FIG. 4, the flow of the detection target component in the flow path due to stagnation or vortex flow at the bends. Directional spread is reduced. For this reason, the peak width of the chromatogram which is the analysis result of the amino acid analyzer is reduced, and the analysis accuracy is improved.
図9は、本発明の第4に実施例である流体混合器をアミノ酸分析装置に適用した例の概略構成図である。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an example in which a fluid mixer according to a fourth embodiment of the present invention is applied to an amino acid analyzer.
図1に示した例と、図9に示した例との相違点は、図1に示した例においては、流体混合器13と、反応部配管9を有する加温機10とが別箇に設けられているが、図9に示した例においては、本発明の流体混合器を反応部配管と兼用することにより、流体混合器と加温器とを一つとした流体混合加温器30として構成した点である。流体混合加温機30は、例えば、図5の構成の流路に加温機構を備えている。
The difference between the example shown in FIG. 1 and the example shown in FIG. 9 is that, in the example shown in FIG. 1, the
この第4の実施例は、第1の実施例と同様な効果を有する他、流体混合器と加温機とを一体化してアミノ酸分析装置の構造を簡素化することができる。 The fourth embodiment has the same effects as the first embodiment, and can simplify the structure of the amino acid analyzer by integrating the fluid mixer and the warmer.
なお、本発明の流体混合器は、流体が互いに分岐した後に合流するまでの流路距離と、合流して再び分岐するまでの流路距離は、流路断面積、材質が同一であることを条件として原則的に同一である。ただし、流体流量、流路断面積を考慮して、流速分布が分岐前の流速分布と同一となる距離未満まで合流後の流路距離を延長可能である。 In the fluid mixer of the present invention, the flow path distance until the fluids are merged after branching from each other and the flow path distance until the fluids are merged and branched again are the same in cross-sectional area and material. The conditions are basically the same. However, in consideration of the fluid flow rate and the flow path cross-sectional area, the flow path distance after merging can be extended to less than the distance at which the flow velocity distribution is the same as the flow velocity distribution before branching.
また、上述した実施例においては、+X軸方向に流れる流体を2つに分岐し、合流した後に、−X軸方向に流すことにより、流路中央成分を壁面側成分の下流側とし、+Z軸方向→+X軸方向→−Z軸方向に流し、下流側となった流路を跨ぐ構成としているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。 In the above-described embodiment, the fluid flowing in the + X axis direction is branched into two, and after joining, the flow channel central component is set to the downstream side of the wall surface side component by flowing in the −X axis direction. Although it is set as the structure which flows in the direction-> + X-axis direction->-Z-axis direction and straddles the flow path which became the downstream, this invention is not limited to this structure.
例えば、+X軸方向に流れる流体を2つに分岐し、合流した後に、+Z軸方向に流した後、−X軸方向に流し、その後、+Z軸方向→+X軸方向→−Z軸方向に流し、下流側となった流路を跨ぐ構成とすることも可能である。 For example, the fluid flowing in the + X-axis direction is branched into two, merged, then flowed in the + Z-axis direction, then flowed in the -X-axis direction, and then flowed in the + Z-axis direction → + X-axis direction → -Z-axis direction It is also possible to adopt a configuration straddling the flow path on the downstream side.
以上のように、本発明の流体混合器又は流体混合方法をアミノ酸分析装置に適用すると、クロマトグラムのピーク幅の拡がりが小さく、従来の流体混合器を用いるアミノ酸分析装置よりも分析精度が向上する。 As described above, when the fluid mixer or the fluid mixing method of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the peak width of the chromatogram is small and the analysis accuracy is improved as compared with the amino acid analyzer using a conventional fluid mixer. .
また、本発明の流体混合器又は流体混合方法をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、 流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりも分析時間が短くなる。 In addition, when the fluid mixer or the fluid mixing method of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of the pipe necessary for mixing the detection target component and the reagent is shortened, so that the amino acid analyzer does not use a fluid mixer. Analysis time is shortened.
さらに、本発明の流体混合器又は流体混合方法をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりもポンプの送液圧力が小さくなる。 Furthermore, when the fluid mixer or the fluid mixing method of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the component to be detected and the reagent is shortened, so that the amino acid analyzer does not use a fluid mixer. The pumping pressure is reduced.
1・・・試料液容器、2・・・溶離液容器、3・・・オートサンプラー、4・・・溶離液送液ポンプ、5・・・試薬液容器、6・・・試薬液送液ポンプ、7・・・分離カラム、9・・・反応部配管、10・・・加温機、11・・・検出器、12・・・廃液、13・・・流体混合器、14・・・試料液、15・・・溶離液、16・・・試薬液、17・・・配管、18・・・廃液容器、19・・・検出対象成分、30・・・流体混合加温機、115・・・分岐前の流路、116・・・分岐流路、117・・・合流後の流路、407〜409・・・基板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
試料液と溶離液を合流させるオートサンプラーと、
上記オートサンプラーから供給される混合液から検出対象成分を分離する分離カラムと、
上記分離カラムにより分離された検出対象成分と試薬液とを混合する流体混合器であるとともに、上記検出対象成分と上記試料液との反応部の配管を兼用し、上記検出対象成分と上記試薬液とを加温させて反応させるための加温器を一体とした流体混合加温器と、
上記流体混合加温器により混合および加温されることにより生じる反応生成物を検出する検出器と、を備えることを特徴とするアミノ酸分析装置。 In an amino acid analyzer for analyzing amino acids,
An autosampler that combines the sample solution and the eluent,
A separation column for separating the detection target component from the mixture supplied from the autosampler;
A fluid mixer that mixes the detection target component separated by the separation column and the reagent liquid, and also serves as a piping for a reaction part of the detection target component and the sample liquid, and the detection target component and the reagent liquid A fluid mixing heater with an integrated heater for heating and reacting,
An amino acid analyzer comprising: a detector that detects a reaction product generated by mixing and heating by the fluid mixing warmer.
オートサンプラーにより試料液と溶離液とを合流させ、
上記オートサンプラーから供給される混合液から検出対象成分を分離カラムにより分離し、
上記分離した検出対象成分と試薬液とを混合する流体混合器であるとともに、上記検出対象成分と上記試料液との反応部の配管を兼用し、上記検出対象成分と上記試薬液とを加温させて反応させるための加温器を一体とした流体混合加温器により混合および加温されることにより生じる反応生成物を検出器により検出することを特徴とするアミノ酸分析方法。 In an amino acid analysis method using an amino acid analyzer for analyzing amino acids,
The sample solution and eluent are merged by the autosampler,
The detection target component is separated from the liquid mixture supplied from the autosampler by a separation column,
A fluid mixer that mixes the separated detection target component and reagent solution, and also serves as a piping for a reaction part of the detection target component and the sample solution to heat the detection target component and the reagent solution. An amino acid analysis method comprising: detecting a reaction product produced by mixing and warming with a fluid mixing / heating device integrated with a heating device for reacting with a detector.
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