JP4136908B2 - 送液装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフの送液装置に関するものであり、さらに詳しくは、吸入する液を切り換える切換え弁を入口側に備え、各吸入サイクル内の所定の時期に切換え弁を切り換えることにより複数種類の液体を逐次吸入して移動相を送液する低圧グラジエント機能をもつ送液装置に関するものである。

図７に液体クロマトグラフの一例の構成図を示す。液体クロマトグラフの装置構成に関しては、本発明は既知のいずれの装置にも適用できるものである。図７の液体クロマトグラフは一実施例として使用するものであるが、従来例の説明にも使用する。
送液装置として低圧グラジエント機能を備えたプランジャ往復型ポンプが設けられている。ポンプは、プランジャ１と、ポンプ室３と、ポンプ室３の入口及び出口にそれぞれ設けられた逆止弁５，７により主要部が構成される。さらにポンプを駆動するためのパルスモータ等のモータ９を備え、モータ９によってカム１１を回転させ、これによりプランジャ１を往復運動させる。

混合させる液体は、Ａ液、Ｂ液の２種類の液体であり、各液体をポンプ室３へ送る流路はポンプ室３につながる入口側逆止弁５の手前の合流点１３で合流する。合流点１３とＡ液、Ｂ液との間の各流路には切換え弁ＶＡ、ＶＢが設けられている。
切換え弁ＶＡ，ＶＢの開閉は、制御部１５により吸入サイクルに同期して制御される。すなわち、制御部１５は、モータ９の回転量を検出するための位置センサ１７の検出信号に基づいてプランジャ１の位置を求め、プランジャ１の位置に基づき、各吸入サイクル（プランジャ１が上死点から下死点に向かって移動する間）内において、切換え弁ＶＡ，ＶＢの切換え時期を制御する。

ポンプ室３の吐出側は、逆止弁７を介して、液を混合するためにミキサ１９に接続されている。ミキサ１９からの流路は、試料を注入するためのインジェクタ２１を介して、試料を分離するためのカラム２３の一端に接続されている。カラム２３の他端、分離した試料を検出するための検出器２５に接続されている。

切換え弁ＶＡ，ＶＢの切換え時期の制御の説明をすると、吸入サイクル開始時には、切換え弁ＶＡを開いて切換え弁ＶＢを閉じておき、プランジャ１が位置Ｘに達した時点で切換え弁ＶＡを閉じて切換え弁ＶＢを開く。ここで、位置Ｘは、移動相組成（Ａ液とＢ液の混合比）に応じて定められ、この混合比の値は、予め設定されて制御部１５に記憶されている。

切換え弁ＶＡ、ＶＢの開閉が上記のように制御されると、各吸入サイクルのうち、吸入開始からプランジャ１が位置Ｘに達するまでの間はＡ液がポンプ室３に吸引され、プランジャ１が位置Ｘに達してから以降はＢ液が吸引され、プランジャ１が下死点から上死点へ移動することにより、Ａ液とＢ液がミキサ１９内で混合され、予め設定された混合比となって送液される（特許文献１参照。）。

図８はカム１１の回転角度と吐出及び吸入速度（単位時間あたりの吐出及び吸入流量）の関係と切換え弁の切換え時期を示す図であり、ポンプの送液の１サイクルをグラジエントの１サイクルとする最も基本的なグラジエント制御方式（１サイクルグラジエント方式）を示している。プランジャの上死点を０°、プランジャの下死点を１８０°とし、Ｘ₅₀はカム１１の回転角度９０°の位置を示す。

カムの回転角度０°〜９０°で切換え弁ＶＡを開いて切換え弁ＶＢを閉じた状態にし、Ｘ₅₀の位置で切換え弁ＶＡ、ＶＢを切り換えて、カム１１の回転角度９０°〜１８０°で切換え弁ＶＡを閉じて切換え弁ＶＢを開いた状態にすれば、送液される移動相のＡ液とＢ液の混合比はＡ液５０％、Ｂ液５０％となる。このような１サイクルグラジエント方式では、吸引サイクル全１８０°が混合比の１００％に相当するので、混合比の１％はカム１１の回転角度１．８°に相当し、高精度な制御を必要とする。

それに対し、複数の送液サイクルをグラジエントの１サイクルとする多サイクルグラジエント方式では、カム回転角度と吐出及び吸入速度は図９に示すような関係となる。図９は送液の２サイクルをグラジエントの１サイクルとする２サイクルグラジエント方式を示し、図８と同様にプランジャ１１の上死点を０°、プランジャ１の下死点を１８０°としている。２サイクルグラジエント方式では図７のプランジャ１の２往復分をグラジエントの１サイクルとしており、吸引サイクル全１８０°が混合比の５０％に相当し、混合比の１％はカム１１の回転角度３．６°に相当するので、１サイクルグラジエント方式の倍の精度を得ることができる。
特開２００２−２４３７１２号公報

切換え弁を用いた低圧グラジエント方式を備えたプランジャ往復型ポンプでは、送液する液体の圧縮特性によって吸入開始時に欠損が生じるため、プランジャの吸入開始位置と実際の液体の吸入開始位置にズレがある。そのため、切換え弁の切換え位置がプランジャの上死点に近い場合には、設定した混合比と実際に送液される移動相の混合比に誤差が生じる。
そこで本発明は、送液する液体の圧縮特性に由来する吸入の欠損により生じる設定濃度と実際の濃度との誤差を低減させることのできる送液装置を提供することを目的とする。

本発明は、吸入する液を切り換える切換え弁を入口側に備え、吸入サイクル内で前記切換え弁を切り換えることにより複数種類の液体を逐次吸入して移動相を送液する低圧グラジエント機能をもつ送液装置であって、移動相の設定混合比に応じ、吸入開始時の欠損が高濃度の液又は両液で生じるように各液体の吸入順序が変化するように切換え弁の切換え時期を設定したことを特徴とするものである。

本発明は、グラジエントの１サイクルが複数の吸入サイクルを含む多サイクルグラジエント方式の送液装置に適用することができる。

また本発明は、グラジエントの１サイクルが１つの吸入サイクルのみを含む１サイクルグラジエント方式の送液装置である場合にも適用することができる。

移動相の設定混合比に応じ、吸入開始時の欠損が高濃度側の液又は両液で生じるように各液体の吸入順序が変化するように切換え弁の切換え時期を設定したので、吸引開始時の欠損による設定濃度と実際の濃度の誤差を低減させることができる。

この構成をグラジエントの１サイクルが複数の吸入サイクルを含む多サイクルグラジエント方式やグラジエントの１サイクルが１つの吸入サイクルを含む１サイクルグラジエント方式に用いれば、吸引開始時の欠損による設定濃度と実際の濃度との誤差を効果的に低減させることができる。
さらに、１サイクルグラジエント方式の場合においては、Ａ液、Ｂ液の２種類の液を吸入する場合、移動相中のＡ液の濃度が０％〜５０％であるとき、Ａ液の吸入終了を全吸入の５０％の位置に設定すれば、さらに誤差を小さくすることができる。

［実施例１］
一実施例として、２サイクルグラジエント方式の送液装置を用いた液体クロマトグラフを説明する。
一実施例の液体クロマトグラフ自体は図７に示したものであり、一実施例はその中の制御部１５の機能に特徴をもつものである。制御部１５による切換え弁ＶＡ、ＶＢの制御を以下に説明する。

図１（Ａ）〜（Ｄ）はプランジャ位置（角度）と吐出及び吸入速度（単位時間当りの吐出及び吸入流量）の関係を示す波形図である。図１では図７に示した送液装置のプランジャ１の１往復分が送液の１サイクルであり、プランジャ１の２往復分を１グラジエントサイクルとしたときの２回の吸入サイクルにおける送液装置の吐出及び吸入速度の時間的変化を示す。角度はカム１１の回転角度を示す。カム１１の回転角度０°はプランジャ１の上死点、１８０°はプランジャ１の下死点である。

この実施例ではＡ液の設定濃度に注目し、図１に示されるように切換え弁ＶＡ、ＶＢの切換え時期をＡ液の設定濃度に応じて変化させる。
Ａ液の設定濃度が０％〜２５％であるときは、（Ａ）に示されるように、吸入の１サイクル目はＢ液から吸入した後にＡ液を吸入し、Ａ液の吸入は吸入の１サイクル目で完了するように設定する。吸入２サイクル目はすべてＢ液を吸入する。
Ａ液の設定濃度が２５％〜５０％であるときは、（Ｂ）に示されるように、吸入の１サイクル目はＢ液から吸入した後に１サイクル目の残りの半分はＡ液を吸入し、吸入の２サイクル目はＡ液の残りを吸入した後にＢ液の残りを吸入するように設定する。
Ａ液の設定濃度が５０％〜７５％であるときは、（Ｃ）に示されるように、吸入の１サイクル目はＢ液から吸入した後にＡ液を吸入し、吸入の２サイクル目はＡ液から吸入した後、２サイクル目の残りの半分はＢ液を吸入するように設定する。
Ａ液の設定濃度が７５％から１００％であるときは、（Ｄ）に示されるように、吸入の１サイクル目はすべてＡ液を吸入し、吸入の２サイクル目もＡ液から吸入した後、Ｂ液を吸入するように設定する。

送液装置の特性と、移動相溶媒Ａ液、Ｂ液の圧縮特性とを合わせて、プランジャ１の吸入開始位置と実際の溶媒の吸入開始位置の差によって、吸入１サイクル分の１％分が欠損すると仮定すると、従来の２サイクルグラジエント方式の場合、Ａ液の濃度誤差はＡ液の設定濃度に対して、常にＡ液から吸入すると図２（Ａ）に示されるような濃度特性を示し、常にＢ液から吸入すると図２（Ｂ）に示されるような濃度特性を示す。しかし、この実施例の図１に示されるようにＡ液の設定濃度に応じてＡ液、Ｂ液の吸入時期を変化させた場合、その濃度特性は図３のようになり、濃度誤差がプラス側とマイナス側に２分されるので、濃度誤差の影響を低減させることができる。

この実施例では２サイクルグラジエント方式の例を示したが、３サイクル以上のグラジエント方式であっても本発明を適用することができる。
また、図１で示した吸入パターンは、１サイクル目と２サイクル目の順序を入れ換えても同様の効果を得ることができる。その場合、（Ａ）〜（Ｄ）の場合のいくつかのみのサイクルを入れ換えても設定濃度と実際の濃度との誤差を低減させる効果は見込めるが、濃度を連続的に変化させる場合などにはサイクルの不連続が発生するので、（Ａ）〜（Ｄ）のすべてのサイクルを入れ換えるのが望ましい。

［実施例２］
次に１サイクルグラジエント方式の場合の一実施例を説明する。図４はプランジャ位置と吐出及び吸入速度の関係を示す波形図である。図４では図７に示したプランジャ１の１往復分が送液の１サイクルであり、プランジャ１の１往復分をグラジエントの１サイクルとしたときの吸入の１サイクルにおける送液装置の吐出及び吸入速度の時間的変化を示す。実施例１と同様、カム１１の回転角度０°はプランジャ１の上死点、１８０°はプランジャ１の下死点である。

Ａ液の設定濃度が０％〜５０％の場合には、図４（Ａ）に示されるように、はじめにＢ液を吸入した後にＡ液を吸入し、最後にＢ液を吸入する。この際、Ａ液の吸入終了が全吸入区間の５０％になるようにするのが好ましい。
Ａ液の設定濃度が５０％〜１００％の場合には、図４（Ｂ）に示されるように、はじめにＡ液を吸入した後にＢ液を吸入する。

従来のように、常時、吸入サイクルの最初からＡ液を吸入した場合、吸入の欠損を全吸入の１％と仮定すると、Ａ液の設定濃度と実際の濃度との誤差は図５に示されるようになる。しかし、同実施例の方法を用いた場合には、Ａ液の濃度誤差は図６に示されるようになり、設定濃度が高い方の液の吸入区間に欠損区間が入るので、従来に比べて濃度の誤差を低減することができる。

一実施例におけるプランジャ位置（角度）と吐出及び吸入速度（単位時間当りの吐出及び吸入流量）の関係を示す波形図である。 従来例における設定濃度に対する濃度誤差の特性を示す図であり、（Ａ）は常にＡ液から吸入する場合、（Ｂ）は常にＢ液から吸入する場合を示したものである。 同実施例の吸入方法を用いた場合の濃度誤差を示す図である。 他の実施例のプランジャ位置と吐出及び吸入速度の関係を示す波形図である。 従来の方法を用いた場合の濃度特性を示す波形図である。 他の実施例による方法を用いた場合の濃度特性を示す波形図である。 従来及び一実施例の液体クロマトグラフの一例の構成図である。 １サイクルグラジエント方式の従来のカムの回転角度と吐出及び吸入速度（単位時間あたりの吐出及び吸入流量）の関係と切換え弁の切換え時期を示す図である。 ２サイクルグラジエント方式の従来のカムの回転角度と吐出及び吸入速度（単位時間あたりの吐出及び吸入流量）の関係と切換え弁の切換え時期を示す図である。

符号の説明

１ プランジャ
３ ポンプ室
５、７ 逆止弁
９ モータ
１１ カム
１５ 制御部
１７ 位置センサ
１９ ミキサ
２１ インジェクタ
２３ カラム

Claims (2)

1. 吸入する液を切り換える切換弁を入口側に備え、連続した２つの送液サイクルの吸入行程で吸入する２種類の液体の混合比が予め設定された設定混合比となるように前記切換弁を切り換え、前記２種類の液体を逐次吸入して吐出する送液装置において、
   前記２種類の液体の一方の液体の設定混合比が２５％以下である場合は、前記連続した２つの送液サイクルの１サイクル目の吸入行程と２サイクル目の吸入行程の両方を他方の液体から吸入を開始し、かつ、いずれかのサイクルの吸入行程を前記一方の液体で終了し、
   前記２種類の液体の一方の液体の設定混合比が２５％から７５％の間である場合は、吸入を開始する液体を送液サイクルの１サイクル目の吸入行程と２サイクル目の吸入行程とで異ならせるように前記切換弁を切り換えることを特徴とする送液装置。
2. 吸入する液を切り換える切換弁を入口側に備え、１つの送液サイクルの吸入行程で吸入する２種類の液体の混合比が予め設定された設定混合比となるように前記切換弁を切り換え、前記２種類の液体を逐次吸入して吐出する送液装置において、
   前記２種類の液体のうち前記設定混合比が大きい一方の液体から吸入を開始し、その後に他方の液体を吸入し、さらにその後に前記一方の液体を吸入するように１つの吸入行程内で前記切換弁を切り換え、
   前記設定混合比が経時的に変化して他方の液体の混合比が大きくなった後は、他方の液体を先に吸入し、吸入行程を一方の液体で終えるように前記切換弁を切り換えることを特徴とする送液装置。

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