JP3763012B2 - Micro sample injector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフィーに広く用いられている微量試料注入器に関する。また、本発明は、キャピラリー電気クロマトグラフィーやキャピラリー電気泳動、さらには極微量試料を導入できる分離分析、測定分野において、利用可能な微量試料注入器に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在のところ、液体クロマトグラフィーに用いられている試料注入器の最少の試料注入量は60ナノリットルである。液体クロマトグラフィーにおいては充填剤の固定相体積の1%程度以下が試料負荷量と適正と一般に認められている。分離カラムの固定液相の推定は一般に困難であるので、分離カラム長の0.1%程度の注入体積が可能と見なしうる。内径1ミリメートルのカラムにおいて試料注入量がカラムの長さの0.1%として、10センチメートル長のカラムでは0.1ミリメートルに相当し、そのカラム内での空間体積は0.078マイクロリットルに相当するので、可能な試料注入量は78ナノリットルになる。また、0.78マイクロリットルに相当する空間の中に、一般的な充填剤(充填密度0.40g/ml、細孔容積0.87ml/g)を充填すると、カラム内の細孔体積は0.27マイクロリットルと見積もられるので、その0.1%の27ナノリットルが可能な試料注入量とも見なせる。
【0003】
分離カラムの内径が0.5ミリメートル、またはそれ以下の内径を有するキャピラリーカラムでは試料溶液の注入量は20ナノリットルになるが、このような極微量の試料が注入できる注入器はない。
【0004】
もし多量の試料溶液を注入するとカラムに対する試料の適正な負荷量を超えてしまうので、クロマトグラム上に得られるピークがブローディングを生じる。
【0005】
キャピラリー電気泳動法では、内径50マイクロメートルから内径100マイクロメートル中空管を分離カラムとして用いる。一般にカラム長が50センチメートルであるとき試料の注入幅は1〜2ミリメートルが適当とされる。内径50マイクロメートルで長さ2ミリメートルの体積は4ナノリットルになり、同様に内径100マイクロメートル中空管を用いたカラムでは16ナノリットルになる。これは可能な上限の値であるので、実際はこれより小さな試料注入量の体積であるのが望ましい。
【0006】
これまで試料注入器を用いた事例はあるが、この内容積は0.3マイクロリットルと大きいので前記の内径のカラムには適当でない。キャピラリー電気泳動に用いる注入量は4ナノリットルから10ナノリットルであるが、現在このような微量の試料注入器はない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリーカラムを用いた液体クロマトグラフィーにおいてスプリットインジェクション法による注入を行うことがなされているが、この場合一部の試料溶液がカラムに注入され、その他の部分は排出されて用いられないので試料溶液の大部分が有効に利用されていない。
【0008】
キャピラリー電気泳動においてはバルブ型の微量試料注入器は一般に用いられてこなかった。代わりに、試料溶液にカラムの一端をつけ、これに一定時間電圧を印加して電気的に試料を導入する注入方式、カラムの両端に高低差を付けて吸引による注入方式、カラムの両端に設置され溶媒槽につけられている電極の一方を加圧や吸引することにより、試料溶液を保持する溶媒槽から試料溶液をカラム中に導く注入方式が行われている。しかし、これら三つの注入方式は試料溶液の絶対注入量が確定できないので、経験則から注入量を常に推定する方法を用いるしかなかった。
【0009】
また、バルブ型試料注入器の問題の一つは内部のローター内に試料溶液が完全に満たされていることが肝要であるが、ときによりこの中に気泡が混入して試料溶液が十分に満たされないことが起こる。バルブ型の注入器において試料溶液が注入器内部の試料溶液保持室に気泡がなく完全に満たされたことを確定することが課題である。微量試料用の注入器においては特に肝要である。
【0010】
そこで、本発明は、バルブ型試料注入器内部のローターに極微量の試料溶液保持室を設けたものとして、試料溶液の注入が絶対試料量を確実にして注入できるものとすると共に、前記試料注入器内部に試料が完全に入ったことを視覚的、映像的および電気的に確認することのできる微量試料注入器を提供することを目的としてなされたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明の微量試料注入器は、機械工作により形成された穴12に、極微小な穴の形成体Fを挿入することにより、機械工作では不可能な極微小内径とした試料溶液保持室4を設けたローター1を備えたものとしている。
【0012】
そして、本発明では、前記形成体Fとして極微小な穴13aを有する中空管13を用い、この中空管13を前記穴12に挿入して固着したものとしたり、前記形成体Fとして極微細な金属線14を用い、この金属線14を前記穴12に挿入すると共に、樹脂を前記穴12に充填して固化した後、前記金属線14を化学的に溶解したり、機械的に引き抜いたものとしている。なお、前記金属線14を機械的に引き抜くときには、電流を通じて前記金属線14と前記固化した樹脂とを剥離し易くすることができる。
【0013】
さらに、本発明では、前記ローター1を透明な樹脂で製作し、試料溶液が試料溶液保持室4内に気泡の混入なく導入されていることを目視可能にしたものとすることがきる。
【0014】
また、本発明では、前記ローター1内の試料溶液導入の状態を撮像可能にするための光ファイバーを設けたものとすることができる。
【0015】
さらにまた、本発明では、前記ローター1内の試料溶液導入の状態を確認するための試料溶液保持室4内の電気抵抗を測定する手段を設けたものとすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の微量試料注入器を液体クロマトグラフシステムに用いたときの配置を示しており、aは送液ポンプ、bは微量試料注入器、cは分離カラム、dは検出器である。図2は、本発明の微量試料注入器をキャピラリー電気泳動システムに用いたときの配置を示しており、bは微量試料注入器、cは分離カラム、eは高電圧電源、fは溶媒槽である。図3は、本発明の微量試料注入器を電気クロマトグラフシステムに用いたときの配置を示しており、aは送液ポンプ、bは微量試料注入器、cは分離カラム、eは高電圧電源、fは溶媒槽である。
【0017】
前記液体クロマトグラフシステム、キャピラリー電気泳動システムおよび電気クロマトグラフシステムにおいて、図4〜6に示したように、本発明の微量試料注入器bに備えられるローター1は、両側面が保持部2、3で保持されている。ローター1には心棒Sを取り付けると共に、試料溶液保持室4および流路5、6が設けられている。保持部2には送液用流路7および試料溶液の導入用流路8が設けられ、保持部3には分離カラム9の先端9aへの試料溶液の導入用流路10および試料溶液の排出用流路11が設けられている。
【0018】
本発明の微量試料注入器は、試料溶液を導入用流路8から試料溶液保持室4に導入し、ついでローター1を一定の角度回転し試料溶液保持室4が送液用流路7および導入用流路10に一致するように設定すると、試料溶液は分離カラム9に注入される。
【0019】
このような微量試料注入器において、前記ローター1は、機械工作により形成された穴12に、極微小な穴の形成体Fを挿入することにより、機械工作では不可能な極微小内径とした試料溶液保持室4を設けたものとしている。具体的には、以下に述べるようにして前記試料溶液保持室4を設けたものとしている。
【0020】
すなわち、図5に示すように、ローター1にあらかじめドリルで穴12をあける。この穴12は現在の技術では0.2ミリメートルが最小径であるが、一例として0.6ミリメートルの穴をあける。ついでこの穴12に0.2ミリメートル以下の非常に微小な口径の穴13aを有する中空管13を挿入する。この中空管13は一例として0.06ミリメートルの内径と、0.6ミリメートルの外径を有する。挿入した中空管13をノボラック樹脂接着剤でその壁面とローター1との十分な固着を行う。ついでローター1の両面仕上げを行う。このようにして体積12ナノリットルの試料溶液保持室4を設けたものとしている。ローター1はポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、テフロン樹脂などが使用できる。中空管13はポリエーテルエーテルケトン、テフロン管などが使用できる。
【0021】
また、図6に示すように、ローター1にドリルで口径0.6ミリメートルの穴12をあけ、この穴12の中央にローター1の外部に設置した固定金具(図示せず)を用いて金属線14を設置し、ついで前記穴12の中に樹脂粉または樹脂液を注入し、加温成型する。そのあと金属線14を引き抜き、再び仕上げ研磨を行い極微小内径とした試料溶液保持室4を設けたものとしている。一例として金属線14には外形0.05ミリメートルのものを用いる。なお、前記金属線14を引き抜く際、この金属線14に電圧を印加し、発生したジュール熱により樹脂と金属線14との剥離を図り、金属線14の引き抜きを容易にすることができる。また、前記金属線14を引き抜くところを、金属線14を塩酸溶液を用いて溶解し、同様にローター1に極微小内径とした試料溶液保持室4を設けたものとしてもよい。
【0022】
さらに、本発明の微量試料注入器は、ローター1内に保持された試料溶液内に気泡が存在しないか確かめるために、試料溶液保持室4の近傍において光ファイバー保持用穴(図示せず)をローター1に設け、この光ファイバー保持用穴に光ファイバー(図示せず)を挿入し、試料溶液保持室4の状態を撮像するようにしたものとすることができる。この場合、ロータ一1は透明な樹脂で製作する。一例としてポリカーボネート樹脂を用いた。光ファイバーにより得られた試料溶液保持室4の像はCCDカメラにて取り込み、CRT上に映像として示すことができる。
【0023】
また、試料溶液保持室4の状態をみる手段としては、気泡が試料溶液保持室4に存在するとき試料溶液保持室4内の電気抵抗が変化するので、この電気抵抗を測定する手段にて状態を把握することができる。この発明の微量試料注入器では、二つの流路、すなわち送液用流路7および導入用流路10の内部に外部より挿入した細い金属線(図示せず)を設けこれを電極として用いたり、前記ローター1の保持部2、3を金属板としこれを電極として併用し、これらの電極間に電場を印加して電気抵抗をはかるものとした。試料溶液保持室4内に気泡が存在すると電気抵抗が増大するので、これにより試料溶液保持室4内の状態が判定できる。
【0024】
図7は、本発明の微量試料注入器を用いたクロマトグラフシステムにより液体クロマトグラフィーを実施したときのクロマトグラムを示している。ローターの厚みは4.5ミリメートル、中空管の内径は60マイクロメートルとした。また、液体クロマトグラフィーの解析波長は254ナノメートル、波長分解能は5.0ナノメートル、分析時間範囲は0〜10分、データ間隔は0.50秒とした。前記図7より、本発明の微量試料注入器による試料注入量は、12.7ナノリットルと見積もられるが、ローターの厚みを変えるか、ローター内に挿入する中空管の内径を調整することにより、試料注入量は変更できる。
【0025】
なお、参考例として図8に、市販の最少の試料注入量(60ナノリットル)の試料溶液保持室を有する試料注入器を用いたクロマトグラフシステムにより液体クロマトグラフィーを実施したときのクロマトグラムを示した。この液体クロマトグラフィーの解析波長は254ナノメートル、波長分解能は5.0ナノメートル、分析時間範囲は0〜16分、データ間隔は0.38秒とした。
【0026】
また、図示していないが、本発明の微量試料注入器を用いてキャピラリー電気泳動法を実施したり、電気クロマトグラフィーを実施することができた。
【0027】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べたように構成されているので、分離カラムとしてキャピラリーカラムを用いたクロマトグラフシステムに最適の微量試料注入器を提供することができた。そして、本発明の微量試料注入器は、微量試料溶液を全量、分離カラムに導入できるので、貴重な試料溶液を有効に利用することができるものとなった。さらに、本発明の微量試料注入器は、再現性に関して従来のものに比べて優れており、キャピラリーカラムを用いるクロマトグラフシステムの信頼性が向上するものとなった。
【0028】
また、キャピラリー電気泳動においてはバルブ型の微量試料注入器が一般に用いられてこなかったが、本発明の微量試料注入器をキャピラリー電気泳動に用いれば、注入する試料溶液の絶対量が確定できるので、本発明によって、キャピラリー電気泳動に始めてバルブ型の微量試料注入器を提供することができる。
【0029】
バルブ型の微量試料注入器の問題の一つは内部のローター内に試料溶液が完全に満たされていることが肝要であるが、微量試料注入器においては気泡などの混入による影響を受けやすい。本発明の微量試料注入器は、ローター内の試料溶液保持室が試料溶液によって十分に満たされているかの確認を、目視によったり、光ファイバーによる撮像において確認でき、また電気抵抗値からも確認できるので、操作の安定性の向上が格段に図れるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の微量試料注入器を液体クロマトグラフシステムに用いたときの配置を示すブロック図である。
【図2】本発明の微量試料注入器をキャピラリー電気泳動システムに用いたときの配置を示すブロック図である。
【図3】本発明の微量試料注入器を電気クロマトグラフシステムに用いたときの配置を示すブロック図である。
【図4】本発明の微量試料注入器のローターとその両側面の保持部と内部の流路の組み合わせ状態を示す断面図である。
【図5】本発明の微量試料注入器のローターへの試料溶液保持室の設け方の一例を示す説明図である。
【図6】本発明の微量試料注入器のローターへの試料溶液保持室の設け方の他例を示す説明図である。
【図7】本発明の微量試料注入器を用いたクロマトグラフシステムにより得たクロマトグラムである。
【図8】従来の微量試料注入器を用いたクロマトグラフシステムにより得たクロマトグラムである。
【符号の説明】
1 ローター
4 試料溶液保持室
12 穴
13 中空管
13a 穴
14 金属線
F 形成体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a micro sample injector widely used in liquid chromatography. The present invention also relates to a micro sample injector that can be used in capillary electrochromatography, capillary electrophoresis, separation analysis and measurement fields that can introduce a micro sample.
[0002]
[Prior art]
Currently, the minimum sample injection volume for sample injectors used in liquid chromatography is 60 nanoliters. In liquid chromatography, it is generally accepted that about 1% or less of the stationary phase volume of the filler is appropriate and appropriate for the sample loading. Since it is generally difficult to estimate the stationary liquid phase of the separation column, it can be considered that an injection volume of about 0.1% of the separation column length is possible. Assuming that the sample injection volume is 0.1% of the column length in a column having a diameter of 1 mm, the column having a length of 10 centimeters is equivalent to 0.1 mm, and the space volume in the column is 0.078 microliters. As such, the possible sample injection volume is 78 nanoliters. Further, when a general packing material (packing density 0.40 g / ml, pore volume 0.87 ml / g) is filled in a space corresponding to 0.78 microliters, the pore volume in the column is 0. Since it is estimated to be 27 microliters, 0.1% of 27 nanoliters can be regarded as a possible sample injection volume.
[0003]
In a capillary column having an inner diameter of the separation column of 0.5 millimeters or less, the injection amount of the sample solution is 20 nanoliters, but there is no injector that can inject such a very small amount of sample.
[0004]
If a large amount of sample solution is injected, the proper loading of the sample on the column will be exceeded, so that the peak obtained on the chromatogram will be broadened.
[0005]
In capillary electrophoresis, a hollow tube having an inner diameter of 50 micrometers to an inner diameter of 100 micrometers is used as a separation column. In general, when the column length is 50 centimeters, the sample injection width is suitably 1 to 2 millimeters. The volume of 2 millimeters in length with an internal diameter of 50 micrometers is 4 nanoliters, and similarly for a column using a 100 micrometer internal diameter hollow tube, it is 16 nanoliters. Since this is the upper limit possible, it is actually desirable to have a smaller volume of sample injection.
[0006]
Although there have been cases where a sample injector has been used so far, this internal volume is as large as 0.3 microliters, so it is not suitable for a column having the above inner diameter. The injection volume used for capillary electrophoresis is 4 nanoliters to 10 nanoliters, but there is currently no such a small amount of sample injector.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the liquid chromatography using a capillary column, injection by the split injection method is performed. In this case, a part of the sample solution is injected into the column, and the other part is discharged and not used. The part is not being used effectively.
[0008]
In capillary electrophoresis, a valve-type micro sample injector has not been generally used. Instead, one end of the column is attached to the sample solution, and a sample is electrically introduced by applying a voltage to the sample solution for a certain period of time. An injection method by suctioning with a difference in height at both ends of the column, installed at both ends of the column An injection method is used in which one of the electrodes attached to the solvent tank is pressurized or sucked to guide the sample solution into the column from the solvent tank holding the sample solution. However, since these three injection methods cannot determine the absolute injection amount of the sample solution, there has been no choice but to use a method that always estimates the injection amount from an empirical rule.
[0009]
In addition, one of the problems with valve-type sample injectors is that the sample solution is completely filled in the internal rotor. Not happening. In the valve-type injector, it is an object to determine that the sample solution is completely filled without bubbles in the sample solution holding chamber inside the injector. This is particularly important in a small sample injector.
[0010]
Therefore, the present invention assumes that a very small amount of sample solution holding chamber is provided in the rotor inside the valve-type sample injector, and that the sample solution can be injected with a certain amount of sample reliably, and the sample injection The purpose of the present invention is to provide a micro sample injector capable of visually, visually and electrically confirming that a sample has completely entered the container.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the micro sample injector of the present invention has a sample solution holding chamber having a very small inner diameter that cannot be machined by inserting a very small hole forming body F into the
[0012]
In the present invention, a
[0013]
Furthermore, in the present invention, the
[0014]
In the present invention, an optical fiber for enabling imaging of the state of the sample solution introduction in the
[0015]
Furthermore, in the present invention, means for measuring the electrical resistance in the sample
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an arrangement when the micro sample injector of the present invention is used in a liquid chromatograph system, in which a is a liquid feed pump, b is a micro sample injector, c is a separation column, and d is a detector. is there. FIG. 2 shows an arrangement when the micro sample injector of the present invention is used in a capillary electrophoresis system, where b is a micro sample injector, c is a separation column, e is a high voltage power source, and f is a solvent bath. is there. FIG. 3 shows an arrangement when the micro sample injector of the present invention is used in an electrochromatography system, where a is a liquid feed pump, b is a micro sample injector, c is a separation column, and e is a high voltage power source. , F is a solvent tank.
[0017]
In the liquid chromatograph system, the capillary electrophoresis system and the electrochromatography system, as shown in FIGS. 4 to 6, the
[0018]
In the micro sample injector of the present invention, the sample solution is introduced from the
[0019]
In such a micro sample injector, the
[0020]
That is, as shown in FIG. 5, a
[0021]
As shown in FIG. 6, a
[0022]
Furthermore, the micro sample injector of the present invention has a hole for holding an optical fiber (not shown) in the vicinity of the sample
[0023]
Further, as a means for checking the state of the sample
[0024]
FIG. 7 shows a chromatogram when liquid chromatography is carried out by a chromatographic system using the micro sample injector of the present invention. The thickness of the rotor was 4.5 millimeters, and the inner diameter of the hollow tube was 60 micrometers. The analysis wavelength of liquid chromatography was 254 nanometers, the wavelength resolution was 5.0 nanometers, the analysis time range was 0 to 10 minutes, and the data interval was 0.50 seconds. From FIG. 7, the sample injection amount by the micro sample injector of the present invention is estimated to be 12.7 nanoliters, but by changing the thickness of the rotor or adjusting the inner diameter of the hollow tube inserted into the rotor. The sample injection amount can be changed.
[0025]
As a reference example, FIG. 8 shows a chromatogram when liquid chromatography is performed by a chromatographic system using a sample injector having a sample solution holding chamber with a minimum commercially available sample injection amount (60 nanoliters). It was. The analysis wavelength of this liquid chromatography was 254 nanometers, the wavelength resolution was 5.0 nanometers, the analysis time range was 0 to 16 minutes, and the data interval was 0.38 seconds.
[0026]
Although not shown, capillary electrophoresis or electrochromatography could be performed using the micro sample injector of the present invention.
[0027]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it was possible to provide a micro sample injector optimal for a chromatographic system using a capillary column as a separation column. And since the trace amount sample injector of this invention can introduce | transduce all the trace amount sample solutions into a separation column, it became possible to utilize a valuable sample solution effectively. Furthermore, the micro sample injector of the present invention is superior to the conventional one in terms of reproducibility, and the reliability of a chromatographic system using a capillary column is improved.
[0028]
In addition, valve-type micro sample injectors have not been generally used in capillary electrophoresis, but if the micro sample injector of the present invention is used for capillary electrophoresis, the absolute amount of sample solution to be injected can be determined. According to the present invention, a valve-type micro sample injector can be provided for the first time in capillary electrophoresis.
[0029]
One of the problems of the valve-type micro sample injector is that the sample solution is completely filled in the internal rotor. However, the micro sample injector is easily affected by mixing of bubbles and the like. The micro sample injector of the present invention can confirm whether the sample solution holding chamber in the rotor is sufficiently filled with the sample solution by visual observation or imaging with an optical fiber, and can also be confirmed from the electric resistance value. As a result, the stability of the operation can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an arrangement when a micro sample injector of the present invention is used in a liquid chromatograph system.
FIG. 2 is a block diagram showing an arrangement when the micro sample injector of the present invention is used in a capillary electrophoresis system.
FIG. 3 is a block diagram showing an arrangement when the micro sample injector of the present invention is used in an electrochromatography system.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a combined state of a rotor of a micro sample injector of the present invention, holding portions on both side surfaces thereof, and an internal flow path.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of how to provide a sample solution holding chamber in the rotor of the micro sample injector of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing another example of how to provide a sample solution holding chamber in the rotor of the micro sample injector of the present invention.
FIG. 7 is a chromatogram obtained by a chromatographic system using the micro sample injector of the present invention.
FIG. 8 is a chromatogram obtained by a chromatographic system using a conventional micro sample injector.
[Explanation of symbols]
1
Claims (8)
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