JP2016070695A - オートサンプラ及びそのオートサンプラを備えた液体クロマトグラフ - Google Patents

Abstract

【課題】サンプルループの容量を試料の注入量に適した容量にできる液体クロマトグラフを提供する。【解決手段】サンプルループは、基本ループ３８、増設ループ４２、及びループ容量切替機構４０を備える。基本ループは、一端が該サンプルループの上流端をなすとともに他端が該サンプルループの上流端をなし、複数の流路が直列に接続されて構成されている。増設ループは、基本ループとは別途設けられている。ループ容量切替機構は、基本ループを構成する流路間を増設ループを介在させることなく接続した状態、又は、それらの流路の間に増設ループを介在させて接続した状態のいずれか一方の状態に切り替える。サンプルループは、ループ容量切替機構によって、基本ループのみで構成された状態、又は基本ループと増設ループで構成された状態のいずれかに切り替えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、ニードルによって試料容器から試料を吸入し、吸入した試料を液体クロマトグラフの分析流路に注入するオートサンプラとそのオートサンプラを備えた液体クロマトグラフに関するものである。

液体クロマトグラフの分析流路に試料を自動的に注入するオートサンプラは、ニードルを介して計量ポンプ（シリンジポンプともいう。）により試料容器から試料を採取する試料採取機構と、試料採取機構により採取した試料を液体クロマトグラフの分析流路に導入する試料導入機構を備えている。

試料導入機構には、試料採取機構のニードルを接続して試料注入を行なうためのインジェクションポートと、そのインジェクションポートを通じて注入された試料を一時的に保持するサンプルループ、及びサンプルループが液体クロマトグラフの分析流路と導通された状態又はサンプルループが分析流路から切り離された状態のいずれかの状態に切り替える流路切替バルブが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

試料採取機構のニードルは水平方向と鉛直方向への移動が可能であり、ニードルの先端から試料容器内の試料を吸入した後、インジェクションポートへ移動してインジェクションポートを通じて分析流路へ試料を注入するようになっている。このとき、インジェクションポートはサンプルループに接続され、インジェクションポートから注入された試料がサンプルループに保持される。インジェクションポートからの試料注入が終了すると、流路切替バルブが切り替えられて、サンプルループが分析流路と導通した状態となり、サンプルループに保持された試料が分析流路を流れる移動相によって分析カラムへ導かれる。

特許第３８３４９０２号公報

ニードルにより注入された試料を一時的に保持するサンプルループの容量が小さい場合、試料を大量に注入することができない。そのため、大量の試料を保持することができるように、一般的なオートサンプラには、容量の大きなサンプルループが設けられている。しかし、液体クロマトグラフの分析流路に注入される試料の量がサンプルループの容量に比べて微量な場合には、サンプルループ内で試料が拡散し、分離性能が悪化する。

そこで、本発明は、分析流路に導入すべき試料を一時的に保持するサンプルループの容量を試料の注入量に適した容量にすることができるようにすることを目的とするものである。

本発明にかかるオートサンプラの一実施形態は、試料採取機構、サンプルループ及び多ポートバルブを備えている。試料採取機構は、サンプリング用のニードル及びニードルを介して液の吸入と吐出を行なうシリンジポンプを有し、所定の位置に設置された試料容器内の試料をニードルの先端から吸入することにより試料の採取を行なう。サンプルループは、試料採取機構により採取された試料を保持するものである。このサンプルループは、複数の流路が直列に接続されて構成された基本ループ、基本ループとは別途設けられた増設ループ、及び基本ループを構成する流路の接続部分に設けられ、基本ループを構成する流路間を増設ループを介在させることなく接続した状態又はそれらの流路の間に増設ループを介在させて接続した状態のいずれか一方の状態に切り替えるループ容量切替機構を有する。すなわち、サンプルループは、ループ容量切替機構によって、基本ループのみで構成された状態、又は基本ループと増設ループで構成された状態のいずれかに切り替えられる。多ポートバルブは、サンプルループの上流端が接続されたポート、サンプルループの下流端が接続されたポート、液体クロマトグラフの分析流路のうち分析カラムよりも上流側の流路をなす上流側分析流路が接続されるポート、及び分析流路のうち上流側流路よりも下流側の流路をなす下流側分析流路が接続されるポートを有し、サンプルループが上流側分析流路と下流側分析流路の間に直列に接続された状態とサンプルループが上流側分析流路と下流側分析流路のいずれとも導通していない状態のいずれか一方の状態に切り替える。

本発明にかかる液体クロマトグラフの一実施形態は、移動相が送液される分析流路と、分析流路に移動相を供給する送液装置と、分析流路中に試料を注入する、上記のオートサンプラと、分析流路上におけるオートサンプラよりも下流側に設けられ、オートサンプラにより注入された試料を成分ごとに分離する分析カラムと、分析カラムにおいて分離された試料成分を検出する検出器と、を備えたものである。

本発明にかかるオートサンプラの一実施形態では、サンプルループが基本ループ、増設ループ及びループ容量切替機構を備え、ループ容量切替機構によって基本ループのみで構成された状態、又は基本ループと増設ループで構成された状態のいずれかに切り替えられるので、試料の注入量に応じてサンプルループの容量を変更することができる。

本発明にかかる液体クロマトグラフの一実施形態では、サンプルループの容量を変更することができる上記一実施形態のオートサンプラを備えているので、試料の注入量に応じてサンプルループの容量を変更することができ、サンプルループにおける試料の拡散による分離性能の低下を防ぐことができる。

液体クロマトグラフの一実施例を示す構成図である。 同実施例においてサンプルループに試料を保持させる際の流路構成を示す流路構成図である。 同実施例においてサンプルループに保持された試料を分析流路へ導入する際の流路構成を示す流路構成図である。 同実施例における増設したサンプルループに試料を保持させる際の流路構成を示す流路構成図である。 同実施例において増設したサンプルループに保持された試料を分析流路へ導入する際の流路構成を示す流路構成図である。 オートサンプラの他の実施例を示す流路構成図である。 オートサンプラのさらに他の実施例を示す流路構成図である。 オートサンプラのさらに他の実施例を示す流路構成図である。

オートサンプラの実施形態において、基本ループ途中の複数の位置にループ容量切替機構が設けられており、各ループ容量切替機構のそれぞれに対応する増設ループが設けられていてもよい。そうすれば、複数のループ容量切替機構の切替えにより、サンプルループの容量を多段階に変更することができる。

増設ループは複数の流路が直列に接続されて構成されており、増設ループとは別に設けられたサブ増設ループと、増設ループを構成する流路の接続部分に設けられ、増設ループを構成する流路間をサブ増設ループを介在させることなく接続した状態又はそれらの流路の間にサブ増設ループを介在させて接続した状態のいずれか一方の状態に切り替える増設容量切替機構と、をさらに備えていてもよい。そうすれば、増設容量切替機構の切替えにより、サンプルループの容量を多段階に変更することができる。

ループ容量切替機構は、基本ループを構成する流路のうちの２つの流路の一端部がそれぞれ接続された２つのポートと増設ループの一端及び他端がそれぞれ接続された２つのポートを有し、基本ループを構成する２つの流路間を直接的に接続した状態、又は基本ループを構成する２つの流路の一方の流路を増設ループの一端に接続し、他方の流路を増設ループの他端に接続した状態のいずれか一方の状態に切り替える４ポートバルブからなるものであってもよい。４ポートバルブを用いることで、ループ容量切替機構の構成が簡単なものとなる。

多ポートバルブは、試料採取機構のニードルの先端部を接続させるインジェクションポート、及び大気解放されたドレインポートを備え、インジェクションポート、サンプルループ及びドレインポートが直列に接続された状態と、サンプルループが上流側分析流路と下流側分析流路の間に直列に接続された状態のいずれか一方の状態に切り替えるものであってもよい。

図１を用いて、液体クロマトグラフの一実施例について説明する。

この液体クロマトグラフは、送液装置２、オートサンプラ４、カラムオーブンユニット６及び検出器８を備えている。

送液装置２は、例えば２種類の溶媒１０ａ，１０ｂ（例えば水とエタノールなど）をそれぞれ送液するための送液ポンプ１２ａ，１２ｂと、送液ポンプ１２ａ，１２ｂによって送液される溶媒を混合するミキサ１４を備えている。ミキサ１４は上流側分析流路３４を介してオートサンプラ４に設けられている多ポートバルブ３２の１つのポートに接続されている。溶媒１０ａ，１０ｂはそれぞれ送液ポンプ１２ａ，１２ｂによってミキサ１４に送液され、ミキサ１４で混合された溶媒が移動相として上流側分析流路３４を通じてオートサンプラ４側へ送液される。

オートサンプラ４は、所定位置に設置されたサンプルラック２６に置かれた試料容器２８から試料を採取するための試料採取機構１５を備えている。試料採取機構１５は、ニードル１６、駆動機構１７、シリンジポンプ１８、吸入試料保持ループ２０、切替バルブ２２及び洗浄液容器２４により構成されている。ニードル１６は駆動機構１７によって水平方向と鉛直方向へ移動する。ニードル１６の基端は、切替バルブ２２に設けられている２つの選択ポートのうちの一方の選択ポートに流路を介して接続されている。切替バルブ２２の他方の選択ポートには洗浄液容器に通じる流路が接続され、切替バルブ２２の固定ポートにシリンジポンプ１８が接続されている。切替バルブ２２により、シリンジポンプ１８の接続先がニードル１６側と洗浄液容器２４側のいずれか一方に切り替えられる。吸入試料保持ループ２０は、ニードル１６と切替バルブ２２との間に設けられており、ニードル１６を介してシリンジポンプ１８により吸入された試料を一時的に保持する。

オートサンプラ４はさらに、多ポートバルブ３２、基本ループ３８、増設ループ４２、及び４ポートバルブ４０を備えている。基本ループ３８は流路３８ａと流路３８ｂが直列に接続されて構成される流路である。多ポートバルブ３２は６つのポートを備えている。多ポートバルブ３２のポートのうち２つのポートはインジェクションポート３０とドレインポート３９である。多ポートバルブ３２の残りの４つのポートには、流路３８ａの一端、流路３８ｂの一端、上流側分析流路３４の下流端、及び下流側分析流路３６の上流端が接続されている。上流側分析流路３４と下流側分析流路３６は、液体クロマトグラフの分析流路を構成する。下流側分析流路３６上に分析カラム６ａ及び検出器８が配置されている。

流路３８ａの他端と流路３８ｂの他端はそれぞれ４ポートバルブ４０の２つのポートに接続されている。４ポートバルブ４０の残りの２つのポートに、増設ループ４２の一端と他端がそれぞれ接続されている。４ポートバルブ４０は、流路３８ａと流路３８ｂとが直接的に接続される基本ポジション（図１−図３における４ポートバルブ４０の位置）、又は流路３８ａの他端に増設ループ４２の一端が接続され、流路３８ｂの他端に増設ループ４２の他端が接続された増設ポジション（図４，図５における４ポートバルブ４０の位置）のいずれか一方のポジションにされる。基本ループ３８及び増設ループ４２は、試料採取機構１５によりインジェクションポート３０を通じて注入された試料を保持するサンプルループをなすものである。

４ポートバルブ４０が基本ポジションのときは、流路３８ａの一端から流路３８ｂの一端までが増設ループ４２を介することなく導通した基本ループ３８を構成する。この基本ループ３８の容量は、例えば１００μＬであり、試料注入量が１００μＬ以下の場合に使用される。他方、４ポートバルブ４０が増設ポジションのときは、流路３８ａ、増設ループ４２及び流路３８ｂが直列に接続された大容量ループを構成する。増設ループ４２の容量は、例えば１０ｍＬであり、試料注入量が１００μＬより大きく１０ｍＬ以下である場合に使用される。すなわち、４ポートバルブ４０は、その切替えによって、インジェクションポート３０を通じて注入される試料を保持するサンプルループの容量を切り替えるループ容量切替機構をなしている。

多ポートバルブ３２は、上流側分析流路３４と下流側分析流路３６との間に、上記の基本ループ又は大容量ループからなるサンプルループを導入するか否かを切り替えるものである。多ポートバルブ３２は、インジェクションポート３０と流路３８ａの一端が接続されているポート、ドレインポート３９と流路３８ｂの一端が接続されているポート、及び上流側分析流路３４が接続されているポートと下流側分析流路３６が接続されているポートを接続する注入ポジション（図１及び図２の多ポートバルブ３２の位置）と、インジェクションポート３０とドレインポート３９、流路３８ａが接続されているポートと下流側分析流路３６が接続されているポート、及び流路３８ｂが接続されているポートと上流側分析流路３４が接続されているポートを接続する導入ポジション（図３の多ポートバルブの位置）のいずれか一方のポジションをとる。

分析流路に試料を導入する際のオートサンプラ４の動作について、図２、図３、図４及び図５を用いて説明する。

試料採取機構１５が試料容器２８の試料を採取する際は、ニードル１６の先端を試料容器２８内に挿入し、ニードル１６の基端に接続されたシリンジポンプ１８を吸入側へ駆動することにより、吸入した試料を吸入試料保持ループ２０に保持させる。その後、ニードル１６をインジェクションポート３０の位置へ移動させ、ニードル１６の先端をインジェクションポート３０に接続する。多ポートバルブ３２を注入ポジションにし、インジェクションポート３０−サンプルループ−ドレインポート３９を直列に接続する。この状態で、ニードル１６の先端から試料を吐出することで、試料がインジェクションポート３０を通じてサンプルループに注入されて保持される。

サンプルループの容量は試料の注入量に応じて切り替えられる。試料注入量が微小量（例えば１００μＬ以下）である場合には、図２の太線で示されているように、４ポートバルブ４０を基本ポジションにして基本ループ３８のみでサンプルループを構成する。試料注入量がそれよりも多い場合には、図４の太線で示されているように、４ポートバルブ４０を増設ポジションにして、流路３８ａと流路３８ｂの間に増設ループ４２が介在した大容量ループによりサンプルループを構成する。

サンプルループに試料を保持させた後、多ポートバルブ３２が導入ポジションに切り替えられることで、図３及び図５の太線で示されているように、上流側分析流路３４と下流側分析流路３６の間にサンプルループが導入され、サンプルループに保持されていた試料が送液装置２からの移動相によって分析カラム６ａに導かれる。分析カラム６ａに導かれた試料は成分ごとに分離され、順次検出器８において検出される。

インジェクションポート３０への試料注入を終了した試料採取機構１５は、多ポートバルブ３２が導入ポジションとなっている間にニードル１６や流路の内面を洗浄する動作を行なう。ニードル１６の先端をインジェクションポート３０に接続した状態で、シリンジポンプ１８を洗浄液容器２４側へ接続して洗浄液を吸入し、その後、シリンジポンプ１８をニードル１６側へ接続し、ニードル１６の先端からインジェクションポート３０に向けて洗浄液を吐出する。これにより、シリンジポンプ１８からニードル１６までの間の流路内や、ニードル１６の内面、インジェクションポート３０からドレインポート２８までの流路内が洗浄液によって洗浄される。

なお、４ポートバルブ４０に代えて、図６に示されたオートサンプラ４ａのように、２つの２ウェイバルブ４１ａ，４１ｂとそれらの２ウェイバルブ４１ａと４１ｂの間を接続する中間流路４３によってループ容量切替機構を構成してもよい。２ウェイバルブ４１ａ，４１ｂは１つの固定ポートと２つの選択ポートを備えており、固定ポートを２つの選択ポートのいずれか一方へ接続する。

２ウェイバルブ４１ａの固定ポートに流路３８ａが接続され、選択ポートに増設ループ４２の一端と中間流路４３の一端がそれぞれ接続されている。２ウェイバルブ４１ｂの固定ポートに流路３８ｂが接続され、選択ポートに増設ループ４２の他端と中間流路４３の他端がそれぞれ接続されている。２ウェイバルブ４１ａと４１ｂは、固定ポートが中間流路４３側に接続されるポジションが、サンプルループを基本ループ３８のみで構成する基本ポジションであり、固定ポートが増設ループ４２側に接続されるポジションが、サンプルループを流路３８ａ、増設ループ４２及び流路３８ｂによって構成する増設ポジションである。

図１に戻って説明を続けると、送液装置２、オートサンプラ４、カラムオーブンユニット６及び検出器８は、共通の制御装置１００によってその動作が管理されている。制御装置１００は、専用のコンピュータ、又は管理用ソフトウェアが導入された汎用のパーソナルコンピュータにより実現される。オートサンプラ４のサンプルループの容量は、オペレータによって入力された試料注入量についての情報に基づいて自動的に切り替えられる。オートサンプラ４には、制御装置１００から与えられる情報に基づいてオートサンプラ４の動作制御を行なう制御部１０２が設けられている。制御部１０２は、制御装置１００から試料注入量についての情報が与えられたときに、その注入量に基づいて４ポートバルブ４０を基本ポジション又は増設ポジションのいずれかのポジションにする。

図７及び図８は、試料採取機構１５によって注入された試料を保持するサンプルループの容量を多段階に切替え可能にしたオートサンプラの実施例をそれぞれ示している。

まず、図７のオートサンプラ４ｂについて説明する。

このオートサンプラ４ｂでは、基本ループ３８に４ポートバルブ４０を介して接続された増設ループ４２のほかに、その増設ループ４２に４ポートバルブ４６を介して接続されたサブ増設ループ４８を備えている。増設ループ４２は流路４２ａと４２ｂによって構成されており、４ポートバルブ４６によって、流路４２ａと４２ｂが直接的に接続された状態と流路４２ａと４２ｂの間にサブ増設ループ４８が介在した状態のいずれか一方の状態に切り替えられる。

上記構成により、インジェクションポート３０を通じて注入される試料を保持するサンプルループの容量を、（１）基本ループ３８のみの容量、（２）基本ループ３８と増設ループ４２の合計容量、（３）基本ループ３８、増設ループ４２及びサブ増設ループ４８の合計容量、のいずれかに切り替えることができる。４ポートバルブ４６は基本ループ３８に増設するループの容量を切り替える増設容量切替機構を構成する。

増設容量切替機構としては、ループ容量切替機構について図６を用いて説明した実施例と同様に、４ポートバルブ４６に代えて、２つの２ウェイバルブとそれらのバルブ間を接続する流路によって構成することもできる。

次に、図８のオートサンプラ４ｃについて説明する。

このオートサンプラ４ｃは、基本ループ３８に増設流路４２と５２が、それぞれ４ポートバルブ４０と５０を介して接続されている。４ポートバルブ４０と５０は、それぞれがループ容量切替機構をなすものである。増設ループ４２と５２の容量は異なっていることが好ましい。増設ループ４２と５２の容量が異なっている場合、４ポートバルブ４０と５０によって、サンプルループの容量を、（１）流路３８ｃ，３８ｄ及び３８ｅからなる基本ループ３８のみの容量、（２）基本ループ３８と増設ループ４２の合計容量、（３）基本ループ３８と増設ループ５２の合計容量、（４）基本ループ３８、増設ループ４２及び増設ループ５２の合計容量、のいずれかに切り替えることができる。

この実施例においても、図６を用いて説明した実施例と同様に、４ポートバルブ４２と５２のそれぞれを、２つの２ウェイバルブとそれらのバルブ間を接続する流路からなるループ容量切替機構とすることもできる。

以上において説明した実施例は、ニードルの先端から吸入した試料を、多ポートバルブ３２のインジェクションポート３０を通じてサンプルループに注入する方式についてのものであるが、本発明はかかる方式に限定されない。例えば、シリンジポンプとニードルのそれぞれが多ポートバルブの２つのポートに接続され、多ポートバルブによって、サンプルループがシリンジポンプとニードルの間に接続された状態と、サンプルループが分析流路に組み込まれた状態のいずれか一方の状態に切り替えられるものであってもよい。かかる方式の場合は、シリンジポンプとニードルの間にサンプルループを接続した状態でニードルの先端から試料を吸入することで、サンプルループに試料が保持されるので、ニードル先端からの試料の吸入量に応じてサンプルループの容量を切り替える。

２ 送液装置
４ オートサンプラ
６ カラムオーブンユニット
６ａ 分析カラム
８ 検出器
１０ａ，１０ｂ 溶媒
１２ａ，１２ｂ 送液ポンプ
１４ ミキサ
１６ ニードル
１７ 駆動機構
１８ シリンジポンプ
２０ 吸入試料保持ループ
２２ 切替バルブ
２４ 洗浄液容器
２６ サンプルラック
２８ 試料容器
３０ インジェクションポート
３２ 多ポートバルブ
３４ 上流側分析流路
３６ 下流側分析流路
３８ 基本ループ
３９ ドレインポート
４０，４６，５０ ４ポートバルブ
４２，５２ 増設ループ
４３ 中間流路
４８ サブ増設ループ

Claims (6)

1. サンプリング用のニードル及び前記ニードルを介して液の吸入と吐出を行なうシリンジポンプを有し、試料容器内の試料を前記ニードルの先端から吸入することにより試料の採取を行なう試料採取機構と、
   前記試料採取機構により採取された試料を保持するサンプルループと、
   前記サンプルループの上流端が接続されたポート、前記サンプルループの下流端が接続されたポート、液体クロマトグラフの分析流路のうち分析カラムよりも上流側の流路をなす上流側分析流路が接続されるポート、及び前記分析流路のうち前記上流側流路よりも下流側の流路をなす下流側分析流路が接続されるポートを少なくとも有し、前記サンプルループが前記上流側分析流路と前記下流側分析流路の間に直列に接続された状態と前記サンプルループが前記上流側分析流路と前記下流側分析流路のいずれとも導通していない状態のいずれか一方の状態に切り替える多ポートバルブと、を備え、
   前記サンプルループは、複数の流路が直列に接続されて構成された基本ループ、前記基本ループとは別途設けられた増設ループ、及び前記基本ループを構成する前記流路の接続部分に設けられ、前記基本ループを構成する流路間を前記増設ループを介在させることなく接続した状態又はそれらの流路の間に前記増設ループを介在させて接続した状態のいずれか一方の状態に切り替えるループ容量切替機構を有し、前記ループ容量切替機構によって前記基本ループのみで構成された状態、又は前記基本ループと前記増設ループで構成された状態のいずれかに切り替えられるオートサンプラ。
2. 前記基本ループ途中の複数の位置に前記ループ容量切替機構が設けられており、各ループ容量切替機構のそれぞれに対応する前記増設ループが設けられている請求項１に記載のオートサンプラ。
3. 前記増設ループは複数の流路が直列に接続されて構成されており、
   前記増設ループとは別に設けられたサブ増設ループと、
   前記増設ループを構成する流路の接続部分に設けられ、前記増設ループを構成する流路間を前記サブ増設ループを介在させることなく接続した状態又はそれらの流路の間に前記サブ増設ループを介在させて接続した状態のいずれか一方の状態に切り替える増設容量切替機構と、をさらに備えた請求項１又は２に記載のオートサンプラ。
4. 前記ループ容量切替機構は、前記基本ループを構成する流路のうちの２つの流路の一端部がそれぞれ接続された２つのポートと前記増設ループの一端及び他端がそれぞれ接続された２つのポートを有し、前記基本ループを構成する２つの流路間を直接的に接続した状態、又は前記基本ループを構成する２つの流路の一方の流路を前記増設ループの一端に接続し、他方の流路を前記増設ループの他端に接続した状態のいずれか一方の状態に切り替える４ポートバルブからなるものである請求項１から３のいずれか一項に記載のオートサンプラ。
5. 前記多ポートバルブは、前記試料採取機構の前記ニードルの先端部を接続させるインジェクションポート、及び大気解放されたドレインポートを備え、前記インジェクションポート、前記サンプルループ及び前記ドレインポートが直列に接続された状態と、前記サンプルループが前記上流側分析流路と前記下流側分析流路の間に直列に接続された状態のいずれか一方の状態に切り替えるものである請求項１から４のいずれか一項に記載のオートサンプラ。
6. 移動相が送液される分析流路と、
   前記分析流路に移動相を供給する送液装置と、
   前記分析流路中に試料を注入する、請求項１から５のいずれか一項に記載のオートサンプラと、
   前記分析流路上における前記オートサンプラよりも下流側に設けられ、前記オートサンプラにより注入された試料を成分ごとに分離する分析カラムと、
   前記分析カラムにおいて分離された試料成分を検出する検出器と、を備えた液体クロマトグラフ。

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