JP4403807B2 - Liquid chromatograph apparatus equipped with a differential refractometer - Google Patents
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Description
本発明は、液体クロマトグラフ装置に係るものであり、とくに示差屈折計を備えた液体クロマトグラフ装置に関する。 The present invention relates to a liquid chromatograph apparatus, and more particularly to a liquid chromatograph apparatus provided with a differential refractometer.
液体クロマトグラフ装置における示差屈折計は広範囲の試料を検出できる汎用性の高い検出器である。示差屈折計は送液溶媒の状態に敏感に応答し、ベースラインが変動しやすい。このため、試料溶液を送液する試料セルと参照溶液としての溶媒を送液する参照セルとを測光検出部に設け、二つの独立した送液系を用いてそれらのセルに連続的に試料または溶媒を送液することによって検出器出力信号を安定させるいわゆるダブルフロータイプの手法が知られている。その一般的な装置構成を図1に示す。溶媒瓶1内の溶液を、一方は試料溶液側の移動相溶媒として送液ポンプ2で、他方は参照溶液として送液ポンプ3で送液する。試料溶液は注入バルブ4で試料を注入してから、分析カラム5を通して示差屈折計7内の試料セルSに導入する。一方、参照溶液はリファレンスカラム6を通して参照セルRに導入する。通常は分析カラム5とリファレンスカラム6はカラム恒温槽内に配置する。試料注入はオートサンプラを用いることが多い。
A differential refractometer in a liquid chromatograph is a highly versatile detector that can detect a wide range of samples. The differential refractometer responds sensitively to the condition of the solvent being delivered, and the baseline tends to fluctuate. For this reason, a sample cell for feeding a sample solution and a reference cell for feeding a solvent as a reference solution are provided in the photometric detection unit, and the sample or A so-called double flow type method is known in which a detector output signal is stabilized by feeding a solvent. The general apparatus configuration is shown in FIG. One of the solutions in the
示差屈折計を検出器に用いる場合は、屈折率が液体の密度に依存するので、検出器ノイズを抑えるために液体の密度変化を低減させる必要がある。密度変化の要因は、主に送液ポンプの脈動に由来するため、送液ポンプの脈動を抑えることが示差屈折計のノイズを低減することにつながる。2台の送液ポンプを用いて示差屈折計の試料セルおよび参照セルに独立に溶媒を送液する場合、それぞれのポンプ単体の脈動幅を抑えるために、独立の制御で脈動を低減するのが一般的である。一方、2台の送液ポンプを1つのモーターで駆動させる場合もある。 When a differential refractometer is used as a detector, the refractive index depends on the density of the liquid, so that it is necessary to reduce the change in density of the liquid in order to suppress detector noise. The cause of the density change is mainly derived from the pulsation of the liquid feeding pump. Therefore, suppressing the pulsation of the liquid feeding pump leads to reducing the noise of the differential refractometer. When the solvent is sent independently to the differential refractometer sample cell and reference cell using two liquid feed pumps, the pulsation can be reduced by independent control in order to suppress the pulsation width of each pump alone. It is common. On the other hand, there are cases where two liquid feed pumps are driven by a single motor.
クロマトグラムから送液ポンプの脈動に起因する周期的ノイズを取り除く方法は、多くの特許文献に以下のように記載されている。これらは、いずれもノイズを含んだ検出信号を取得後に電気的にデータ処理する方法であり、データ処理によって本来の測定ピークが歪められるおそれがあり、ノイズの少ない測定値を直接得ることのできる方法ではない。 A method for removing periodic noise caused by pulsation of a liquid feeding pump from a chromatogram is described in many patent documents as follows. These are all methods for electrically processing data after obtaining a detection signal containing noise, and there is a possibility that the original measurement peak may be distorted by data processing, and a method for directly obtaining a measurement value with less noise. is not.
特許文献1および2は脈動ノイズパルスを微分回路および保持回路によって周期的にカットする手法を開示している。特許文献3は送液ポンプ下流に設置した圧力センサからの信号パターンをクロマトグラムと電気的に重ね合わせて相殺することによって脈動ノイズを低減する方法を開示している。特許文献4は示差屈折計に限らないが、ベースラインの脈動パターンをクロマトグラムに逆位相で加えることによって脈動ノイズを低減する方法を開示している。特許文献5は、圧力センサ出力と検出器出力とを互いに反転/非反転、増幅/減衰、加算/減算するなどして脈動を除去することを記載している。特許文献6は帯域遮断フィルタを検出器の下流に設置して脈動周波数を選択的に除去する手法を開示している。特許文献7はスペクトルアナライザとデジタルフィルタを用いて脈動周波数をカットする手法を開示している。
2台の送液ポンプの脈動を独立に制御して低減しようとする場合、独立したそれぞれのポンプ単体の脈動幅は低減されるものの、示差屈折計のノイズレベルが低減されるとは限らない。ポンプ2台のプランジャーの往復運動の位相差があると、試料セルおよび参照セルのなかの液体に圧力変動が不均衡に伝わり、同じ測定条件でもノイズレベルが変化するからである。また、2台のポンプを一つのモーターで駆動させる場合には、試料溶液と参照溶液の流量を任意に変更することができない。 When attempting to reduce the pulsation of the two liquid pumps independently, the pulsation width of each independent pump is reduced, but the noise level of the differential refractometer is not necessarily reduced. This is because if there is a phase difference between the reciprocating motions of the plungers of the two pumps, pressure fluctuations are transmitted unbalanced to the liquid in the sample cell and the reference cell, and the noise level changes even under the same measurement conditions. Further, when the two pumps are driven by one motor, the flow rates of the sample solution and the reference solution cannot be arbitrarily changed.
本発明はダブルフロータイプの示差屈折計を用いた液体クロマトグラフ装置において、送液ポンプの脈動に起因するノイズの少ない測定値を直接得ることを目的とする。 An object of the present invention is to directly obtain a measurement value with less noise due to pulsation of a liquid feeding pump in a liquid chromatograph apparatus using a double flow type differential refractometer.
上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、2台の送液ポンプの位相を同期させることで、送液ポンプの脈動に由来する溶媒の密度変化を試料セルと参照セルの間で相殺できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, it is possible to cancel the change in the density of the solvent derived from the pulsation of the liquid feeding pump between the sample cell and the reference cell by synchronizing the phases of the two liquid feeding pumps. As a result, the present invention has been completed.
すなわち本発明は、試料セルおよび参照セルを有する示差屈折計と、前記試料セルおよび参照セルに独立して溶媒を送液する送液ポンプであって、プランジャーの往復運動により溶媒を吸引・吐出する送液ポンプ2台と、前記プランジャーの往復運動の位相を検知する位相検知手段と、前記位相検知手段からの前記位相に由来する信号により、前記2台のプランジャーの往復運動の位相を整数倍の周波数比をもって同期させる制御手段と、を備えた液体クロマトグラフ装置を提供する。 That is, the present invention is a differential refractometer having a sample cell and a reference cell, and a liquid feeding pump for feeding a solvent independently to the sample cell and the reference cell, and sucking and discharging the solvent by reciprocating movement of a plunger. The phase of the reciprocating motion of the two plungers is determined by two liquid feeding pumps, a phase detecting means for detecting the phase of the reciprocating motion of the plunger, and a signal derived from the phase from the phase detecting means. There is provided a liquid chromatograph apparatus comprising a control means for synchronizing with a frequency ratio of an integral multiple.
本発明の代表的な形態を図2に表す。2台のポンプの位相に関するそれぞれの情報は位相検知手段23,33から制御手段8に送られる。制御手段8は2台のポンプの位相に関する情報に基づいて、すなわち位相に由来する信号により両方の位相が同期するようにモーター21,31の動作をコントロールする。使用するポンプはプランジャー往復運動型のポンプであればよく、それぞれモーター21,31からプランジャー24,34への動力伝達手段22,32として、カム方式のものやスクリュー方式のものが例示できる。モーターとしては制御に適したステッピングモーターが好適である。位相検知手段23,33としては、プランジャーの往復運動またはモーターの回転運動を検知し、位相に関する情報を制御手段8に送信できればよく、例えばパルス信号として制御手段に送信するなど、その装置に適した公知の方法を採用すればよい。
A representative embodiment of the present invention is shown in FIG. Information about the phases of the two pumps is sent from the phase detection means 23 and 33 to the control means 8. The control means 8 controls the operations of the
たとえば、図3に示すカム方式のポンプであれば、それぞれのポンプにカムの角度を検知する機構を設ける。すなわち、モーター21(31)のシャフトに、動力伝達手段22(32)としてのカムと一緒に回転するスリット付き回転監視用円盤13を、カム角度とポンプの位相位置があうように取り付けるなどし、フォトセンサ14でスリット17の位置を検出することで、カムの特定の角度すなわち位相に関する情報を検知することができる。ロータリエンコーダによって回転角度を測定してもよい。
For example, in the case of the cam type pump shown in FIG. 3, each pump is provided with a mechanism for detecting the cam angle. That is, the rotation monitoring disk 13 with a slit that rotates together with the cam as the power transmission means 22 (32) is attached to the shaft of the motor 21 (31) so that the cam angle matches the phase position of the pump, etc. By detecting the position of the
たとえば、図4に、スクリュー方式のポンプでプランジャー位置を検知する機能を有するポンプの概略図を示す。すなわち、スクリュー18を反転可能なステッピングモーター21(31)に接続し、プランジャー24(34)を往復運動させる。プランジャーの一部に突起部15を設け、フォトセンサ14でプランジャーの位置を検知する機構を設ける。あるいは、ポテンショメータによってプランジャーの直線運動を測定してもよい。 For example, FIG. 4 shows a schematic diagram of a pump having a function of detecting a plunger position with a screw-type pump. That is, the screw 18 is connected to a reversible stepping motor 21 (31), and the plunger 24 (34) is reciprocated. A protrusion 15 is provided on a part of the plunger, and a mechanism for detecting the position of the plunger by the photo sensor 14 is provided. Alternatively, the linear movement of the plunger may be measured by a potentiometer.
つぎに本発明の運転の仕方および作用を説明する。2台のポンプで送液開始する際に、たとえば低速でポンプを動かし、制御手段を作動させて両ポンプを同一の位相で一旦停止させる。そのあと、両ポンプの流速が等しい場合は試料送液ポンプと参照溶液ポンプを同一の制御信号で作動させることで、プランジャーの位相すなわち吐出タイミングが同じ周波数比をもって完全に同期する。全流路中での溶媒の密度変化は、ポンプの吐出周期と同期するため、結果として示差屈折計セル内での試料側と参照側溶媒の密度変化を完全に相殺する。よって、液体の密度変化に由来する屈折率変化が常に最小となるため、脈動由来のノイズレベルを常に最小に保つことができる。 Next, the operation method and operation of the present invention will be described. When liquid feeding is started with two pumps, for example, the pump is moved at a low speed, the control means is operated, and both pumps are temporarily stopped at the same phase. After that, when the flow rates of both pumps are equal, the phase of the plunger, that is, the discharge timing is completely synchronized with the same frequency ratio by operating the sample feeding pump and the reference solution pump with the same control signal. Since the change in the density of the solvent in all the channels is synchronized with the discharge period of the pump, as a result, the change in the density of the sample side and the reference side solvent in the differential refractometer cell is completely offset. Therefore, since the refractive index change resulting from the liquid density change is always minimized, the pulsation-derived noise level can always be kept at the minimum.
また、試料溶液と参照溶液とで流速が異なる場合は、設定流速により参照溶液の整数倍の信号で制御することにより位相を同期させる。この場合、常にノイズが最小とはならないが、位相のずれによってノイズ幅が変化することはない。 When the flow rates of the sample solution and the reference solution are different, the phases are synchronized by controlling with a signal that is an integral multiple of the reference solution at the set flow rate. In this case, noise is not always minimized, but the noise width does not change due to a phase shift.
このような運転態様以外にも、例えば、送液開始/停止の指示を1つにし、ポンプの位相を検知して常に一定位相位置で停止/開始させてもよい。また、2台のポンプの内、一方のポンプ(A)だけが動いている状態でもう一方のポンプ(B)を送液開始する場合には、ポンプ(A)の位相位置を検知し、同期したタイミングでポンプ(B)を低速で送液開始し、常に位相の周波数比の整数倍となる信号で制御しながら設定流速まで上げていくようにしてもい。さらに、2台のポンプが設定流速に達した段階で、一方のポンプ(A)の位置を検知し、もう一方のポンプ(B)の位置検知タイミングが同期するまでポンプ(B)のモータ回転速度を微調整して同期させてもよい。 In addition to such an operation mode, for example, one instruction for starting / stopping liquid feeding may be used, and the phase of the pump may be detected to always stop / start at a constant phase position. In addition, when the other pump (B) starts feeding while only one of the two pumps (A) is moving, the phase position of the pump (A) is detected and synchronized. At this timing, the pump (B) may start feeding at a low speed, and the pump (B) may always be raised to the set flow rate while being controlled by a signal that is an integral multiple of the phase frequency ratio. Further, when the two pumps reach the set flow rate, the position of one pump (A) is detected, and the motor rotation speed of the pump (B) until the position detection timing of the other pump (B) is synchronized. May be fine-tuned for synchronization.
従来の装置では、図5に模式的に示すように、試料溶液用送液ポンプの脈動の位相42と参照溶液用送液ポンプの脈動の位相43が同期せず、示差屈折計の信号44には二つの脈動が合成されたノイズが発生する。しかし、本発明によるプランジャー位相の同期機能を搭載したポンプでは、図6に模式的に示すように、試料溶液用送液ポンプの脈動の位相45と参照溶液用送液ポンプの脈動の位相46を完全に同期させ、示差屈折計の信号47での脈動由来のノイズをより確実に最小化することができる。
In the conventional apparatus, as schematically shown in FIG. 5, the phase 42 of the pulsation of the liquid pump for the sample solution and the phase 43 of the pulsation of the liquid pump for the reference solution are not synchronized, and the signal 44 of the differential refractometer is used. Produces noise that is a combination of two pulsations. However, in the pump equipped with the plunger phase synchronization function according to the present invention, as schematically shown in FIG. 6, the phase 45 of the pulsation of the liquid pump for the sample solution and the phase 46 of the pulsation of the liquid pump for the reference solution are used. Can be completely synchronized, and noise derived from pulsation in the
従って、本発明によれば、ダブルフロータイプの示差屈折計を用いた液体クロマトグラフ装置において、送液ポンプの脈動に起因するノイズの少ない測定値を直接得ることができる。 Therefore, according to the present invention, in the liquid chromatograph apparatus using the double flow type differential refractometer, it is possible to directly obtain a measurement value with less noise due to the pulsation of the liquid feeding pump.
図3に示すカム方式のポンプを使用し、図2に示す構成を有する本発明に係る液体クロマトグラフ装置において、試料側と参照溶液側の位相を同期させるように制御したときと制御しなかったときの示差屈折計出力のベースラインを図7の(b)および(a)にそれぞれ示す。ベースラインは、試料側および参照側に水を流し、流速をともに0.6mL/minとして10分間、示差屈折計の出力を観測したものである。同期制御したときのノイズの振幅(b)は制御しないときのそれ(a)に比べて半分以下に抑えられていることがわかる。なお、図7はノイズの振幅を比較するため(a)および(b)を同じチャートに表したものであり、ノイズ(mV)のドリフト方向には意味はない。 In the liquid chromatograph according to the present invention using the cam type pump shown in FIG. 3 and having the configuration shown in FIG. 2, the control was performed with and without controlling the phase on the sample side and the reference solution side. The baselines of the differential refractometer output are shown in FIGS. 7B and 7A, respectively. The baseline was obtained by observing the output of the differential refractometer for 10 minutes with water flowing on the sample side and the reference side, both at a flow rate of 0.6 mL / min. It can be seen that the amplitude (b) of the noise when the synchronous control is performed is suppressed to half or less than that (a) when the synchronous control is not performed. FIG. 7 shows (a) and (b) in the same chart for comparison of noise amplitude, and the drift direction of noise (mV) is meaningless.
1:溶媒瓶
2:試料溶液用送液ポンプ
3:参照溶液用送液ポンプ
4:注入バルブ
5:分析カラム
6:リファレンスカラム
7:示差屈折計;S=試料側、R=参照側
8:制御手段
13:回転監視用円盤
14:フォトセンサ
15:プランジャー位置検知用突起部
17:カム角度検知用スリット
18:スクリュー
21:モーター(試料側)
22:動力伝達手段(試料側)
23:位相検知手段(試料側)
24:プランジャー(試料側)
31:モーター(参照溶液側)
32:動力伝達手段(参照溶液側)
33:位相検知手段(参照溶液側)
34:プランジャー(参照溶液側)
42:試料溶液用送液ポンプ脈動の位相
43:参照溶液用送液ポンプ脈動の位相
44:示差屈折計信号
45:試料溶液用送液ポンプ脈動の位相
46:参照溶液用送液ポンプ脈動の位相
47:示差屈折計信号
1: solvent bottle 2: liquid pump for sample solution 3: liquid pump for reference solution 4: injection valve 5: analysis column 6: reference column 7: differential refractometer; S = sample side, R = reference side 8: control Means 13: Rotation monitoring disk 14: Photo sensor 15: Plunger position detection projection 17: Cam angle detection slit 18: Screw 21: Motor (sample side)
22: Power transmission means (sample side)
23: Phase detection means (sample side)
24: Plunger (sample side)
31: Motor (reference solution side)
32: Power transmission means (reference solution side)
33: Phase detection means (reference solution side)
34: Plunger (reference solution side)
42: Phase of liquid pump pulsation for sample solution 43: Phase of liquid pump pulsation for reference solution 44: Differential refractometer signal 45: Phase of liquid pump pulsation for sample solution 46: Phase of liquid pump pulsation for reference solution 47: Differential refractometer signal
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