JP2018169350A

JP2018169350A - 液体クロマトグラフ

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Publication number: JP2018169350A
Application number: JP2017068461A
Authority: JP
Inventors: 研壱保永; Kenichi Yasunaga
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: US20180284079A1; JP6790963B2; US10866217B2

Abstract

【課題】複数のカラムを択一的に用いて複数の条件で試料を測定する液体クロマトグラフにおいて、一連の測定に要する時間を短縮してスループットを向上させる。【解決手段】複数のカラム１７、２７と、該複数のカラム１７、２７の入口側流路に並行して所定の溶液を送給する送液部１１、２１と、複数のカラム１７、２７の入口側流路のうちの１つに選択的に試料を注入可能な試料注入部７０と、複数のカラム１７、２７の出口側に配置された流路切替部１００であって、該流路切替部１００の下流側に配置される検出器１０１につながる流路に複数のカラム１７、２７の出口側流路を択一的に接続するとともに、他のカラムの出口側流路を廃液流路に接続する流路切替部１００と、を備える液体クロマトグラフを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体クロマトグラフに関する。特に、それぞれが送液部及びカラムを備える複数の測定ブロックを択一的に用いて複数の条件で試料を測定する液体クロマトグラフに関する。

液体クロマトグラフでは、試料を移動相とともにカラムに導入し、該カラムにおいて液体試料中の成分を時間的に分離して測定する。

液体クロマトグラフは移動相を送液する送液部、移動相に液体試料を導入するオートサンプラ、液体試料中の成分を時間的に分離するカラム、及び分離された成分を測定する検出部を備えている。液体試料に含まれる成分の極性等によって、各成分を分離可能な移動相やカラムの種類が異なる（例えば特許文献１）。

１台の液体クロマトグラフにおいて、液体試料を測定するたびに、移動相を送液する送液部やカラムを交換するには手間と時間がかかる。しかし、極性の高い成分を含む液体試料の測定に用いる液体クロマトグラフと、極性の低い成分を含む液体試料の測定に用いる液体クロマトグラフを別体で備えようとすると、費用が高くなる。特に、オートサンプラや、検出器の１つである質量分析装置を複数備えるとコストが高くなってしまう。

そこで、送液部とカラムをそれぞれ備えた２つの測定ブロックを構成し、該２つの測定ブロックでオートサンプラと質量分析装置を共有する、デュアル液体クロマトグラフ質量分析システムと呼ばれるものが、従来用いられている。

図５に、デュアル液体クロマトグラフ質量分析システムの要部構成を示す。このシステムは、第１送液部２１１と第１カラム２１２を有する第１測定ブロックと、第２送液部２２１と第２カラム２２２を有する第２測定ブロックを備えており、これら２つの測定ブロックがオートサンプラ２３０と検出器２４０を共有している。オートサンプラ２３０及び検出器２４０にはそれぞれ第１六方バルブ２５１と第２六方バルブ２５２が接続されており、これらの六方バルブ２５１、２５２の流路を切り替えることにより、第１測定ブロックを用いた測定を実行可能な流路（図５(a)）と、第２測定ブロックを用いた測定を実行可能な流路（図５(b)）を切り替えることができる。

特開２０１５−１６６７２４号公報

液体クロマトグラフで分析される試料に含まれる成分の特性は多種多様である。こうした成分を高精度に分析するには当該成分の極性だけでなく、親水性／疎水性や分子サイズなど種々の特性を考慮する必要があるが、図５に示すような従来の液体クロマトグラフ質量分析システムではカラムや移動相が異なる測定ブロックを２つしか用いることができないという問題があった。ここでは検出器として質量分析装置を用いる場合を例に挙げて説明したが、吸光光度計等、他の検出器を用いる場合にも上記同様の問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、それぞれが測定対象の液体試料の特性に応じたカラムを備え該カラムに移動相を送液することが可能な３つ以上の測定ブロックによりオートサンプラと検出器を共用することができる液体クロマトグラフを提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体クロマトグラフは、
a) ３つ以上である複数のカラムと、
b) 前記複数のカラムの入口側流路のそれぞれに設けられ、所定の溶液を送給する送液部と、
c) 前記複数のカラムの入口側流路のうちの１つに選択的に試料を注入可能な試料注入部と、
d) 前記複数のカラムの出口側に配置された流路切替部であって、該流路切替部の下流側に配置される検出器につながる流路に前記複数のカラムの出口側流路を択一的に接続するとともに、他のカラムの出口側流路を廃液流路に接続する流路切替部と、
を備えること特徴とする。

本発明に係る液体クロマトグラフでは、まず、前記複数のカラムのうち、測定に使用するカラム（測定カラム）の出口側流路が検出器につながる流路に接続されるように流路切替部を操作する。そして、３つ以上である複数のカラムの入口側流路のそれぞれに所定の溶液（例えば移動相）を並行して送給する。また、測定カラムの入口側流路に試料注入部から試料を注入する。
こうして、測定カラムには試料が移動相とともに導入され、該試料に含まれる各種成分が該測定カラム内で時間的に分離される。測定カラムから溶出した成分は順次、検出器で測定される。
その間、前記複数のカラムのうち測定カラム以外の２つ以上のカラム（待機カラム）にも所定の溶液（例えば移動相）が送給される。そのため、測定カラムを用いた試料の測定と並行して待機カラムに所定の処理（例えば平衡化）が施される。
ここでは、所定の溶液が移動相である場合を例に挙げたが、洗浄液を送液してカラムを洗浄する等の処理を行うこともできる。

図５に示すような従来の液体クロマトグラフでは、２ポジション６方バルブ２５２を用いていたため２つの測定ブロック（カラム）間で流路を切り替えることしかできなかったのに対し、本発明に係る液体クロマトグラフでは、複数のカラムの出口側流路を択一的に検出器に接続し、それ以外の出口側流路を全て廃液流路に接続するという、新たな発想に基づく流路切替部を用いる。つまり、測定に用いるカラム以外のカラムを、その数に関係なく全て廃液流路に接続するものであり、使用可能なカラムの数に制限がない。

ところで、図５に示す構成において、例えば２ポジション６方バルブ２５２に代えて７ポート６ポジションバルブ（１つの共通ポートと６つの周辺ポートを備えたバルブ）を用い、該６つの周辺ポートにそれぞれカラムの出口を接続することにより、６つのカラムの出口側流路を択一的に検出器に接続することが可能である。しかし、この場合には１つの測定カラムを用いた試料の測定中に他の５つのカラムに移動相等を送給することができないため、測定カラムを切り替えるたびに該測定カラムの平衡化や洗浄と試料の測定を順に繰り返し行わなければならなかった。これに対し、本発明に係る液体クロマトグラフでは、前記特徴を有する流路切替部を用いるため、試料の測定と並行して、待機カラムを平衡化（次の測定で使用するカラムを平衡化）したり、洗浄（前の測定で使用したカラムを洗浄）したりすることができる。そのため、測定カラムを切り替えたあと、すぐに試料の測定を行うことができ測定のスループットが向上する。

本発明に係る液体クロマトグラフは、さらに、
e) 前記複数のカラムを択一的に用いて試料を測定する、複数の測定条件が保存された記憶部と、
f) 前記記憶部から前記複数の測定条件を順に読み出し、当該測定条件において用いるカラムの出口側流路を前記検出器につながる流路に接続するように前記流路切替部を制御し、当該カラムの入口側流路に試料を注入するように前記試料注入部を制御する測定制御部と
を備えることができる。

この態様の液体クロマトグラフでは、使用者により予め記憶部に保存された複数の測定条件に基づいて自動的に測定カラムが検出器に接続され、また該測定カラムに自動的に試料が注入されるため、より一層効率的に試料を測定することができる。

本発明に係る液体クロマトグラフを用いることにより、それぞれが測定対象の液体試料の特性に応じたカラムを備え移動相を送液する３つ以上の測定ブロックによりオートサンプラと検出器を共用することができる。

本発明に係る液体クロマトグラフの一実施例の流路構成図。本実施例の液体クロマトグラフの制御部を説明する図。本実施例の液体クロマトグラフにおいて用いられるメソッドファイルの例。本実施例の液体クロマトグラフにおいて図３のメソッドファイルを実行する際の流れを説明する図。従来の液体クロマトグラフの流路構成の一例。

本発明に係る液体クロマトグラフの実施例について、以下、図面を参照して説明する。本実施例の液体クロマトグラフは、液体クロマトグラフ部１と制御部２から構成される。

図１は、本実施例の液体クロマトグラフ部１の流路構成図である。この液体クロマトグラフ部１は、６つの測定ブロック１０〜６０を備えており、これらを択一的に用いて試料を測定する。図１には２つの測定ブロック１０、２０のみ内部の構成を示しているが、他の測定ブロック３０〜６０もこれらと同様の構成を備えている。なお、図中の７ポート６ポジションバルブ９３、９６の外周のポートから延びる流路の一部（いずれも測定ブロック３０〜６０に延びる流路）、及び８ポート７ポジションバルブ７３、８３の外周のポートから延びる流路の一部（いずれも測定ブロック３０〜６０に延びる流路）の図示を省略している。また、６ポート２ポジションバルブ１６、２６、８ポート７ポジションバルブ７３、１００において矢印で示す流路は廃液流路である。

測定ブロック内部の構成について、測定ブロック１０を例に説明する。測定ブロック１０は、移動相送液部１１、２つの６ポート２ポジションバルブ１５、１６、分析カラム１７、流路接続部１８、及び前処理カラム１９を備えている。移動相送液部１１では、液体容器１２a、１２bにそれぞれ収容された溶液が送液ポンプ１３a、１３bにより送液され、ミキサー１４で混合されて６ポート２ポジションバルブ１５のポートの１つに送液される。図１に示す流路接続状態では、６ポート２ポジションバルブ１５に送液される移動相は、さらに６ポート２ポジションバルブ１６を通って分析カラム１７に送液される。

試料は、６ポート２ポジションバルブ７１とインジェクションポート７２を有するオートサンプラ７０から導入される。

図１に示す流路接続状態では、液体容器８１に収容された試料導入溶液が送液ポンプ８２により送液され、８ポート７ポジションバルブ８３を経て、オートサンプラ７０に流れ込む。そして、オートサンプラ７０において採取・計量された試料が、８ポート７ポジションバルブ７３を通り、６ポート２ポジションバルブ１５から測定ブロック１０に流れ込む。

続いて、試料は流路接続部１８において、液体容器９１に収容され送液ポンプ９２によって送液される希釈液と合流し、即ち希釈されつつ、６ポート２ポジションバルブ１６を介して前処理カラム１９に導入され、その内部に試料中の成分（試料成分）が吸着される。前処理カラム１９に吸着されない不要成分は試料導入溶液とともに６ポート２ポジションバルブ１６を通って廃液される。

試料成分を前処理カラム１９内に吸着したあと、６ポート２ポジションバルブ１６の流路を切り替えて（図１に示す状態から60度回転した流路接続状態に切り替えて）、移動相送液部１１から移動相を前処理カラム１９に送液する。そして、この移動相によって前処理カラム１９内の試料成分を溶出させる。前処理カラム１９から溶出した試料成分は、６ポート２ポジションバルブ１６を通って分析カラム１７に導入され、成分ごとに分離され溶出する。分析カラム１７から順次溶出した試料成分は、８ポート７ポジションバルブ１００を通って検出部１０１に送られて測定される。８ポート７ポジションバルブ１００は、外周部に７つ、中央に１つのポートを有するバルブであり、該中央のポートを外周部のポートに択一的に接続するとともに、外周部の他のポートが連通するような流路を形成する。外周部のポートのうちの６つには測定ブロック１０〜６０の分析カラムの出口側流路が接続され、残りの１つは廃液流路に接続される。中央の１つのポートは検出部１０１に接続されている。

上記のようにして測定ブロック１０で試料を測定している間、他の測定ブロック２０〜６０では、それぞれの移動相送液部２１（測定ブロック２０以外は図示略）から分析カラム２７（測定ブロック２０以外は図示略）に移動相を送液し、分析カラム２７の内部を平衡化することができる。分析カラム２７の平衡化は、測定実行中の測定ブロック１０以外の全ての測定ブロック２０〜６０（待機測定ブロック）で同時に行うこともできる。測定ブロック２０〜６０の分析カラム２７を通過した移動相は、８ポート７ポジションバルブ１００を通って廃液される。

また、試料の測定を行っている測定ブロック１０以外の測定ブロック２０〜６０では、オートサンプラ７０から試料を導入して前処理カラム２９に吸着させる処理や、液体容器９４に収容され送液ポンプ９５により送液される洗浄液によりオートランプラ７０から各測定ブロック２０への試料の導入流路を洗浄する処理、移動相送液部２１から移動相を分析カラム２７に導入して平衡化する処理等を行うことができる。ただし、本実施例の構成では試料の導入に測定ブロック１０〜６０に共通の流路を用いるため、試料を導入する処理や、試料の導入に使用する流路の洗浄は、待機測定ブロック２０〜６０のいずれか１つにおいてのみ実行可能である。もちろん、各測定ブロック１０〜６０にそれぞれ試料を導入するための流路を設けるように構成してもよい。

図２に示すように、上記液体クロマトグラフ部１は制御部２に接続されており、該制御部２により各送液ポンプの送液動作、各バルブの流路切替動作が制御される。制御部２は、記憶部２aと、機能ブロックである測定制御部２bを備えている。制御部２の実体は一般的なコンピュータであり、そのＣＰＵで適宜のプログラムを実行させることにより測定制御部２bが具現化される。また、制御部２には入力部２c及び表示部２dが接続されている。

本実施例の液体クロマトグラフでは、使用者が、連続して実行する複数の測定条件を記載したメソッドファイルを作成し、予め記憶部２aに保存しておく。このメソッドファイルには、例えば図３に示すように、測定ブロック１０〜６０の分析カラムを１度ずつ順に用いてグラジエント分析を行うといった測定条件が記載される（実際の測定条件には、使用するカラムや移動相以外のパラメータも適宜に含まれる）。グラジエント分析では、分析カラムの平衡化、測定、洗浄が順に行われる。本実施例の液体クロマトグラフにおいてこの測定条件を用いて順次試料を測定する流れについて、図４を参照して説明する。なお、図４では測定ブロック１０及び２０において各種動作を実行する時間帯１〜６のみを記載し、それ以降の時間帯、及び測定ブロック４０〜６０の記載を省略している。

使用者が測定開始を指示すると、測定制御部２bは記憶部２aからメソッドファイルを読み出す。そして、最初の測定条件に設定されている測定ブロック１０の分析カラム１７にグラジエント分析（グラジエントa）における測定開始時の混合比（初期混合比）の移動相を導入して分析カラム１７を平衡化する（平衡化。時間帯１−２）。分析カラム１７の平衡化開始後、所定時間が経過すると前処理カラム１９に試料成分が導入される（試料導入。時間帯２）。

分析カラム１７の平衡化及び前処理カラム１９への試料の導入が完了すると、６ポート２ポジションバルブ１６の流路接続状態を切り替える。そして、移動相送液部１１から前処理カラム１９に移動相を送液して前処理カラム１９から試料成分を溶出させ分析カラム１７に導入して測定を行う（測定。時間帯３）。また、試料成分の測定と並行して８ポート７ポジションバルブ７３及び８ポート７ポジションバルブ８３の流路接続状態を切り替える。そして、液体容器９４に収容されている洗浄液を、６ポート２ポジションバルブ１５、８ポート７ポジションバルブ８３、オートサンプラ７０、及び８ポート７ポジションバルブ７３を通る流路に送液して試料導入流路を洗浄する（流路洗浄。時間帯３）。このとき、８ポート７ポジションバルブ７３のドレインに洗浄液を排出してもよく、さらに６ポート２ポジションバルブ１５及び６ポート２ポジションバルブ１６を経由する流路も洗浄して同バルブ１６のドレインに洗浄液を排出してもよい。

時間帯３では、測定ブロック１０において上記操作を行うのと並行して、測定ブロック２０において分析カラム２７の平衡化を開始する（平衡化。時間帯３−４）。

測定ブロック１０における試料の測定完了後、８ポート７ポジションバルブ１００の流路接続状態を切り替え、測定ブロック１０の分析カラム１７をドレインに接続し、測定ブロック２０の分析カラム２７を検出器に接続する。そして、測定ブロック１０において移動相送液部１１から前処理カラム１９及び分析カラム１７に移動相を送液する。これにより両カラムが洗浄される（カラム洗浄。時間帯４）。また、これと並行して、測定ブロック２０の前処理カラム２９に試料を導入する（試料導入。時間帯４）。

測定ブロック２０において分析カラム２７の平衡化及び前処理カラム２９への試料の導入が完了すると、測定ブロック２０で測定が開始される（測定。時間帯５）。これと並行して、測定ブロック２０につながる試料導入流路の洗浄、及び測定ブロック３における分析カラムの平衡化が行われる。

測定制御部２bは、以降も上記同様に、各測定ブロックで順次、カラムの平衡化、試料の導入、測定、流路の洗浄、カラムの洗浄を実行する。そして、測定ブロック６０を用いた試料の測定を行ったあと、該測定ブロック６０の分析カラムを洗浄して各部の動作を停止させる。

従来の液体クロマトグラフでは、１つの分析カラムを用いた試料の測定中、他の分析カラムに移動相を送給することができないため、使用する分析カラムを切り替えたあと、該分析カラムの平衡化と試料の測定を順に１つずつ繰り返し行わなければならなかった。グラジエント分析では特に、平衡化に時間を要する。これに対し、本実施例の液体クロマトグラフでは、ある測定ブロック１０における試料の測定及びカラムの洗浄と並行して、次に使用する測定ブロック２０の分析カラム２７を平衡化することができるため、測定のスループットが向上する。

上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
上記実施例は６つの測定ブロックを備えた構成としたが、この数は適宜に変更することができる。また、測定ブロック内の構成や、他の流路構成についても適宜に変更することができる。さらに、上記実施例では検出器１０１の種類を特定しなかったが、従来用いられている種々の検出器（質量分析装置、吸光光度計等）を用いることができる。

上記実施例において図４を参照して説明した各測定ブロックにおける動作の組み合わせは一例であって、流路構成から実行可能な動作を適宜に組み合わせることができる。例えば、測定ブロック１において液体容器９４に収容されている洗浄液を、６ポート２ポジションバルブ１５、６ポート２ポジションバルブ１６を経由する流路に送液してカラム１９を洗浄する動作と、他の測定ブロックにおいて試料を導入する動作を組み合わせることができる。

上記実施例では、前処理カラム１９を用いて試料の前処理を行ったり、液体容器９１に収容された希釈液により試料導入用液を希釈したり、あるいは液体容器９４に収容された洗浄液により流路やカラムを洗浄する構成を説明したが、これは好ましい態様の1つに過ぎず、これらを含まずに構成することもでき、その場合、例えば６ポート２ポジションバルブ１６、流路接続部１８等は不要である。

１…液体クロマトグラフ部
１０〜６０…測定ブロック
１０１…検出部
１１、２１…移動相送液部
１１０…測定ブロック
１１１…流路接続部
１１２a〜１１２f…分析カラム
１１３…オートサンプラ
１２a、１２b、２２a、２２b、８１、９１、９４…液体容器
１３a、１３b、２３a、２３b、８２、９２、９５…送液ポンプ
１４…ミキサー
１５、１６、２５、２６、７１…６ポート２ポジションバルブ
１７、２７、１１２a〜１１２f…分析カラム
１８、２８、１１１…流路接続部
１９、２９…前処理カラム
２…制御部
２a…記憶部
２b…測定制御部
２c…入力部
２d…表示部
７０…オートランプラ
７２…インジェクションポート
７３、８３…８ポート７ポジションバルブ
９３、９６…７ポート６ポジションバルブ
１００、１００’…８ポート７ポジションバルブ

Claims

a) ３つ以上である複数のカラムと、
b) 前記複数のカラムの入口側流路のそれぞれに設けられ、所定の溶液を送給する送液部と、
c) 前記複数のカラムの入口側流路のうちの１つに選択的に試料を注入可能な試料注入部と、
d) 前記複数のカラムの出口側に配置された流路切替部であって、該流路切替部の下流側に配置される検出器につながる流路に前記複数のカラムの出口側流路を択一的に接続するとともに、他のカラムの出口側流路を廃液流路に接続する流路切替部と、
を備えること特徴とする液体クロマトグラフ。
さらに、
e) 前記複数のカラムを択一的に用いて試料を測定する、複数の測定条件が保存された記憶部と、
f) 前記記憶部から前記複数の測定条件を順に読み出し、当該測定条件において用いるカラムの出口側流路を前記検出器につながる流路に接続するように前記流路切替部を制御し、当該カラムの入口側流路に試料を注入するように前記試料注入部を制御する測定制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体クロマトグラフ。