JP3907138B2

JP3907138B2 - ポンプ装置及びその制御方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP3907138B2
Application number: JP20896497A
Authority: JP
Inventors: 秀樹池井; 理加藤; 弘典加地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2017-08-04
Also published as: JPH1150967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプ装置及びその制御方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体、特に高圧グラジュエント液体クロマトグラフにおいて複数の溶離液をその混合液を得るように別々に送液するのに適したポンプ装置及びその制御方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分離カラムに供給される複数の溶離液の混合比を変え、それによってその混合液の組成を変えて試料の分析を行う高圧グラジュエント液体クロマトグラフでは、それぞれの溶離液を別々のポンプを用いて送液し、混合させて、その混合液を分離カラムに供給している。
【０００３】
しかし、後述されるように、ポンプ相互間の圧力干渉により溶離液の混合比が変化するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的はポンプ相互間の圧力干渉による液体の混合比の変化を防止するのに適したポンプ装置及びその制御方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一つの観点によれば、ポンプ装置に向けられており、その特徴は複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する複数のポンプを備え、該複数のポンプの各々は、モ−タと、該モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定の速度で前記モ−タを回転させるように該モ−タを制御する手段と、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶する手段と、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出する手段とを備え、前記制御手段は前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定速度で前記モ−タを回転させるように該モ−タを制御し、前記制御手段は前記第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めることにある。
【０００６】
本発明は、もう一つの観点によれば、ポンプ装置の制御方法に向けられており、その特徴は複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する、それぞれモ−タを含む複数のポンプを備えたポンプ装置の制御方法であって、前記ポンプごとに、前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定の速度で前記モ−タを回転させること、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶すること、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出すること、前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定速度で前記モ−タを回転させること、その第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めることにある。
【０００７】
本発明は、更に別の観点によれば、複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する、それぞれモ−タを含む複数のポンプを備えたポンプ装置をコンピュ−タによって制御するための制御プログラムを記録した記録媒体に向けられており、その特徴として、前記制御プログラムは、前記ポンプごとに、前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定速度で前記モ−タを回転させ、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶させ、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出させ、前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定の速度で前記モ−タを回転させ、その第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めさせるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図２は本発明にもとづくポンプ装置が用いられる高圧グラジュエント液体クロマトグラフの一実施例を示す。溶離液１及び２はポンプ装置３及び４によりそれぞれ別々に送液されて合流点９で合流し、混合されて、その混合液が分離カラム５に供給される。ポンプ３及び４によって送液される溶離液の送液量はそれぞれ変更可能である。したがって、試料が試料導入装置６によって分離カラム５に導入され、更に混合液の混合比が順次変えられると、試料がその混合液により分離カラム５を通過する間にその試料を構成している成分は互いに分離され、その分離された試料成分は検出器７によって検出される。検出された試料成分の信号はデ−タ処理装置８に導かれ、必要な処理がなされる。
【０００９】
図３は本発明にもとづくポンプ装置の一実施例を示す。同図中、溶離液１及び２、ポンプ３及び４、並びに合流点９は図２のそれらにそれぞれ対応している。ポンプ３はポンプユニット２３及び２４を含む。ポンプユニット２３及び２４のシリンダ１０及び１１にそれぞれ挿入されているプランジャ１２及び１３はカム軸１４に設けられたカム１５及び１６の回転によって往復動し、それによってバルブ１７及び１８が開閉して、溶離液１がシリンダ１０及び１１に吸入され、その吸入された溶離液が合流点９側（ポンプ出力側）に吐出される。
【００１０】
カム軸１４はその一端に接続されたモ−タ２０によって回転され、モ−タ２０はコンピュ−タを含む制御装置２１によって制御される。モ−タ２０の回転数は制御装置２１に接続されたキ−ボ−ド２２からその値を入力することによって設定可能である。
【００１１】
カム軸１５の他端には位置検出装置２５が設けられ、これによってカム軸１４の回転位置が検出される。その検出された信号は制御装置２１に導入される。また、ポンプ３の出力側にはその圧力を検出するための圧力検出器２６が設けられ、その検出された圧力の信号は制御装置２１に導かれる。
【００１２】
ポンプ４はポンプ３と同一構成を有し、したがって、図ではその詳細が省略されている。
【００１３】
ポンプ３及び４から吐出された溶離液１及び２は合流点９で合流し、混合されて、分離カラム５（図２）に供給される。
【００１４】
図４はポンプ３のポンプユニット２３及び２４の吸入及び吐出並びにバルブ１７及び１８の開閉の関係を示す。同図を参照するに、ポンプ３の１サイクルはＲ１〜Ｒ３の３つの領域に分けられている。領域Ｒ１では、ポンプユニット２３は吸入モ−ド（吸入量は単位時間当り３Ｑ）、ポンプユニット２４は吐出モ−ド（吐出量は単位時間当りＱ）で、領域Ｒ２では、ポンプユニット２３及び２４共に吐出モ−ド（吐出量はそれぞれ単位時間当りＱ／２）で、そして領域Ｒ３では、ポンプユニット２３は吐出モ−ド（吐出量は単位時間当り（３Ｑ／２）＋Ｑ）、ポンプユニット２４は吸入モ−ド（吸入量は単位時間当り３Ｑ／２）で作動されるようにモ−タ２０が一定回転速度（単位時間当りの回転数Ｎ）で回転されるものとする。そのようにすると、領域Ｒ１ではバルブ１７は開くと共にバルブ１８は閉じ、領域Ｒ２及びＲ３ではバルブ１７は閉じると共にバルブ１８は開く。
【００１５】
しかし、ポンプ出力側が高圧力（たとえば１４０ｋｇ／ｃｍ²）である場合は、ポンプユニット２３が吸入モ−ドから吐出モ−ドに切り替わったとき、始めのうちは（すなわち領域Ｒ２の始めの領域ｒでは）バルブ１８は開かない。これは上記高圧力が溶離液１を媒体としてバルブ１８にかかっているためである。また、領域ｒは用いられる溶離液の圧縮率によって変化する。したがって、領域ｒの間は、ポンプユニット２３による吐出がなく、ポンプユニット２４による吐出のみとなるから、合計吐出量は半分となり、脈流が生じてしまう。
【００１６】
この問題を解決するために通常は次のような手段がとられる。まず、ポンプユニット２３が吸入モ−ドから吐出モ−ドに切り替わる位置を検出する。これは位置検出器２５によってプランジャ１２の下死点位置を検出することによって可能である。また、ポンプユニット２３による吐出がなく、ポンプユニット２４による吐出のみになると、ポンプ出力側の圧力が低下するので、この圧力低下を圧力検出器２６によって検出する。そこで、位置検出信号と圧力低下検出信号との両信号が検出されるときに限って（ＡＮＤ条件）モ−タ２０の回転速度を倍にする。すなわち、単位時間当りの回転数を２Ｎにする。これによって、ポンプユニット２３によって吐出されなかった分を補うようにポンプユニット２４によって倍の流量が吐出される。
【００１７】
そのうちに、バルブ１８が開くと、ポンプ出力側の圧力が高くなるので、この圧力上昇を検出器２６によって検出する。吐出はポンプユニット２３によっても行われれるから、検出された圧力上昇信号にもとづいて、モ−タ２０の回転を倍速回転からその半分の速度での回転、すなわち、もとの回転に戻す。このように、領域Ｒ１及びＲ３では回転数優先制御が行われるが、領域Ｒ２では圧力応動回転数切り替えが行われると、ポンプユニット２３が吸入モ−ドから吐出モ−ドに変わったときの溶離液１の圧縮による流量変化が防止され、その結果として、脈流のない一定流量（Ｑ）の送液が可能となる。
【００１８】
以上の事実はポンプ４についても全く同じである。
【００１９】
しかし、それぞれのポンプ３及び４の倍速制御領域が重なった場合は、ポンプ相互間の圧力干渉により溶離液の混合比が変化することがわかった。すなわち、ポンプ３及び４の一方が倍速回転中に他方の倍速回転が終了するとポンプ出力側の圧力が上昇するので、一方のポンプの倍速回転も、その圧力上昇に応動して、その時点で停止してしまう。この停止は本来の停止よりも早めに行われる停止であるため、一方のポンプについては、その停止時点から入力側のバルブが開くことによりポンプ出力側の圧力が上昇して両ポンプユニットによる吐出が行われ始める時点までの間、出力流量が半分になってしまい、これにより混合比が変わるという問題が生じる。
【００２０】
本発明の実施例では、上述のポンプ相互間の圧力干渉による混合比の変化を防止することができる。この点を含めて本発明にもとづくポンプ装置の一例としての制御法を図１及び図５を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明にもとづくポンプ装置の一例としての制御フロ−を示す。制御装置２１のコンピュ−タは該コンピュ−タによってポンプ装置を制御するための制御プログラムを記録した記録媒体であるＲＯＭを含んでおり、該ＲＯＭに記録された制御プログラムにしたがってコンピュ−タは図１の制御フロ−に示される制御をポンプ３及び４の各々について実行する。すなわち、まず、オペレ−タによって倍速回転時間関数がキ−ボ−ド２２から入力され、記憶される（Ｓ１）。この関数は一例として一次近似の関数であるものとする。すなわち、その関数は、倍速回転時間、すなわち、図４の領域ｒに相当する時間、をＲｔとし、基準圧力をＰｓとすると、Ｒｔ＝Ａ・Ｐｓ＋Ｂで表される。ただし、Ａ及びＢは定数で、後述されるように、実験的に求められるものである。
【００２２】
モ−タ２０が回転されと（Ｓ２）、回転速度優先制御区間、すなわち、図４の領域Ｒ１及びＲ３に相当する区間、かどうかの判断がなされる（Ｓ３）。この判断は位置検出器２５の出力信号を監視していることで可能である。その答えが「Ｙｅｓ」の場合は予め定められた一定の速度でモ−タ２０が回転され（Ｓ４）、そして、その区間におけるポンプ出力側の圧力が基準圧力Ｐｓとして検出器２６によって検出され、記憶される（Ｓ５）。その区間における圧力検出時点は領域Ｒ１中の、領域ｒの直前の時点でよい。
【００２３】
なお、回転速度優先区間はもちろん位置検出器２５による位置検出信号と圧力検出器２６によるポンプ出力側の圧力低下検出信号との両信号が存在することをもって終点とされる（これはもちろん倍速回転期間の始点でもある）。
【００２４】
一方、ステップＳ３における答えが「Ｎｏ」の場合は、検出され、記憶されている基準圧力Ｐｓをキ−ボ−ド２２から入力された倍速回転時間関数に代入して、その基準圧力に対応する倍速回転時間Ｒｔが求められ（Ｓ６）、この倍速回転時間を通じて強制的にモ−タ２０を倍速で回転させる（Ｓ７）。ステップＳ３以降のステップは以後同様に繰り返される。
【００２５】
このように、モ−タ２０の倍速回転は回転速度優先区間中のポンプ出力側の圧力に応じて設定される倍速回転時間を通じて強制的に行われるため、ポンプ３及び４の倍速期間が重なって、ポンプ３及び４のうちの一方のポンプが倍速回転中に他方のポンプの倍速回転が終了してポンプ出力側の圧力が低下しても、一方のポンプの倍速回転はその圧力低下に応動することく続行される。したがって、相互の圧力干渉による混合比の変化は防止される。
【００２６】
図５は図１においてキ−ボ−ド２２から入力される倍速回転時間関数Ｒｔ＝Ａ・Ｐｓ＋Ｂ、具体的にはその中の定数Ａ及びＢを実測により求めるためのフロ−を示す。このフロ−はポンプ３及び４のそれぞれについて個別に実行される。ただし、一方のポンプについてこのフロ−を実行している間は他方のポンプの作動は停止される。
【００２７】
まず、ポンプ出力側の圧力を変更するかどうかの判断がなされる（Ｓ１）。その答えが「Ｙｅｓ」ならば、ある値への圧力設定がなされる（Ｓ２）。続いて、回転速度優先制御区間かどうかの判断がなされ（Ｓ３）、その答えが「Ｙｅｓ」ならば、予め定められた一定回転速度でモ−タ２０を回転させ（Ｓ４）、そのときのポンプ出力側の圧力（たとえばＰｓ₁）を基準圧力として検出する（Ｓ５）。
【００２８】
一方、ステップＳ３における答えが「Ｎｏ」の場合は、モ−タ２０を倍速回転させ（Ｓ６）、ポンプ出力側の圧力がＰｓ₁であるときの設定されるべき倍速回転時間Ｒｔ₁を求め（Ｓ７）、そしてその値を記憶する（Ｓ８）。倍速回転時間Ｒｔ₁は倍速回転を続けて行くうちにポンプ出力側の圧力が上昇した時点を圧力検出器２６で検出し、その時点までの時間を測定することで求められる。
【００２９】
以上のステップがもう一度繰り返され、２回目に設定され、検出されたポンプ出力側の圧力がＰｓ₂であるときの設定されるべき倍速回転時間Ｒｔ₂が求められる。その後、ポンプ出力側の圧力を変更するかどうかの判断において「Ｎｏ」の答えが出され、ステップＳ９において倍速回転時間関数Ｒｔ＝Ａ・Ｐｓ＋Ｂ、具体的にはその中の定数Ａ及びＢが求められる。これは、ポンプ出力側の圧力をＰｓ₁及びＰｓ₂に設定したときにそれぞれ測定された倍速回転時間Ｒｔ₁及びＲｔ₂をもとにして２元連立一次方程式を解くことで求められる。もちろん、図５のフロ−の繰り返しは３回以上繰り返されてもよい。
【００３０】
切片Ｂがない一次関数、すなわち基準圧力Ｐｓがゼロであるとき倍速回転時間関数Ｒｔがゼロとなる一次関数の場合は図５のフロ−を１回だけ実行することで定数Ａを求めることができる。また、ポンプ３及び４を個別に作動させて倍速回転時間を測定する代わりに、ポンプ３及び４を同時に作動させ、倍速回転期間が重ならない範囲内で混合比及び流量を変えずに、ポンプ出力側の圧力を変えてそのときのそれぞれのポンプの倍速回転時間を測定するようにしてもよい。更に、ポンプ３及び４を同時に作動させ、混合比及び流量を変えずに、ポンプ出力側の圧力を変えてそのときのそれぞれのポンプの倍速回転時間を複数サイクルに亘って測定し、その平均値を求めるようにしてもよい。この場合も、混合比に誤差は生じるが、混合比の変動は防止される。
【００３１】
図４において、モ−タ２０が領域ｒにおいて倍速制御されるのは領域Ｒ２における両ポンプユニットによる吐出量が等量であるためであり、したがって、両ポンプユニットによる吐出量が等量でない場合は、領域ｒにおけるモ−タの回転速度制御は倍速制御とはならず、その吐出割合に応じた増速制御となる。したがって、その場合は、倍速という用語の代わりに増速とうい用語が用いられるべきである。
【００３２】
なお、実施例では倍速回転時間関数は一次式で近似されているが、これは多項式で近似されてもい。その場合の多項式はＢ＋ＡＰｓ＋ＣＰｓ²＋ＤＰｓ³・・・・・・で与えられる。
【００３３】
既述から明らかなように、図１は本発明にもとづくポンプ装置の一例としての制御フロ−を示し、図５は図１においてキ−ボ−ド２２から入力される倍速回転時間関数Ｒｔ＝Ａ・Ｐｓ＋Ｂ、具体的にはその中の定数Ａ及びＢを実測により求めるためのフロ−を示すが、図１のフロ−の実行を制御モ−ド、図５のフロ−の実行を測定モ−ドと呼ぶことにすれば、それらのモ−ド切り替えは手動で行われてもよいし、自動的に行われてもよい。
【００３４】
図６は制御モ−ドと測定モ−ドとの自動切り替えフロ−を示す。初めに測定モ−ドが実行される（Ｓ１）。次いで、図２の試料導入装置６から試料導入信号が出されたかどうかの判断がなされ（Ｓ２）、その答えが「Ｙｅｓ」ならば、その信号にもとづいて、すなわちその導入に同期して自動的に制御モ−ドが実行される（Ｓ３）。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ポンプ相互間の圧力干渉による液体の混合比の変化を防止するのに適したポンプ装置及びその制御方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にもとづくポンプ装置の一例としての制御フロ−を示す図。
【図２】図２は本発明にもとづくポンプ装置が用いられる高圧グラジュエント液体クロマトグラフの一実施例のブロック図。
【図３】図３は本発明にもとづくポンプ装置の一実施例の概念図。
【図４】図４はポンプユニットの吸入及び吐出並びにバルブの開閉の関係を示す図。
【図５】図５は図１においてキ−ボ−ドから入力される倍速回転時間関数を実測により求めるためのフロ−を示す図。
【図６】図６は本発明にもとづく制御モ−ドと測定モ−ドとの自動切り替えフロ−を示す図。
【符号の説明】
１、２：溶離液、３、４：ポンプ、５：分離カラム、６：試料導入装置、７：検出器、８：デ−タ処理装置、９：合流点、１０、１１：シリンダ、１２、１３：プランジャ、１４：カム軸、１５、１６：カム、１７、１８：バルブ、２０：モ−タ、２１：コンピュ−タを含む制御装置、２２：キ−ボ−ド、２３、２４：ポンプユニット、２５：位置検出器、２６：圧力検出器。

Claims

複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する複数のポンプを備え、該複数のポンプの各々は、モ−タと、該モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定の速度で前記モ−タを回転させるように該モ−タを制御する手段と、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶する手段と、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出する手段とを備え、前記制御手段は前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定速度で前記モ−タを回転させるように該モ−タを制御し、前記制御手段は前記第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めることを特徴とするポンプ装置。
前記予め定められた関係は前記基準圧力がゼロのときに前記第２の期間の長さがゼロである一次関数で表されることを特徴とする請求項１に記載されたポンプ装置。
前記予め定められた関係は前記基準圧力がゼロのときに前記第２の期間の長さがゼロでない一次関数で表されることを特徴とする請求項１に記載されたポンプ装置。
前記予め定められた関係は多項式で表されることを特徴とする請求項１に記載されたポンプ装置。
複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する、それぞれモ−タを含む複数のポンプを備えたポンプ装置の制御方法であって、前記ポンプごとに、前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定の速度で前記モ−タを回転させること、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶すること、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出すること、前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定速度で前記モ−タを回転させること、その第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めることのステップを含むポンプ装置の制御方法。
前記予め定められた関係は一次関数で表されることを特徴とする請求項５に記載されたポンプ装置。
前記予め定められた関係は多項式で表されることを特徴とする請求項５に記載されたポンプ装置。
複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する、それぞれモ−タを含む複数のポンプを備えたポンプ装置の制御方法であって、制御モ−ドでは、前記ポンプごとに、前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定の速度で前記モ−タを回転させること、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶すること、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出すること、前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定速度で前記モ−タを回転させること、その第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めることのステップを含み、測定モ−ドでは、前記記憶されるべき予め定められた関係を測定するステップを含むことを特徴とするポンプ装置の制御方法。
前記制御モ−ド及び前記測定モ−ドは手動で選択的に切り替えられることを特徴とする請求項８に記載されたポンプ装置の制御方法。
分離カラムと、該分離カラムに試料を導入する試料導入装置と、複数の溶離液をその混合液を得るように別々に送液する手段とを備え、それによって前記混合液を前記分離カラムに供給して、該分離カラムに導入された試料を分離する液体クロマトグラフにおける前記溶離液送液手段として前記ポンプ装置が用いられ、前記制御モ−ド及び前記測定モ−ドは前記試料導入に同期して切り替えられることを特徴とする請求項８に記載されたポンプ装置の制御方法。
複数の液体をその混合液を得るように別々に送液する、それぞれモ−タを含む複数のポンプを備えたポンプ装置をコンピュ−タによって制御するための制御プログラムを記録した記録媒体であって、前記制御プログラムは、前記ポンプごとに、前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第１の期間を通じて予め定められた一定速度で前記モ−タを回転させ、前記第１の期間の基準圧力と前記モ−タの回転を通じて周期的に形成される第２の期間の長さとの予め定められた関係を記憶させ、前記第１の期間中に送液される前記液体の圧力を前記基準圧力として検出させ、前記第２の期間を通じて前記予め定められた速度よりも速い一定の速度で前記モ−タを回転させ、その第２の期間の長さを前記検出された圧力にもとづいて、前記ポンプ相互間の圧力干渉をなくすように前記記憶されている予め定められた関係から求めさせることを特徴とするポンプ装置の制御プログラムを記録した記録媒体。