JP4771799B2 - クリーンアップ方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、クリーンアップ方法及び装置に関し、特に分取液体クロマトグラフィーを使用するクリーンアップ方法及び装置に関するものである。

農作物中の残留農薬分析を行うには、作物中に含まれる脂質や色素などの夾雑成分をクリーンアップで取除き、精製することが重要である。そのクリーンアップ法の一つとしてサイズ排除クロマトグラフィー（ＧＰＣ）が、厚生労働省「残留農薬迅速分析法」に採用されている。サイズ排除クロマトグラフィー（ＧＰＣ）は、充填剤表面の孔を利用し、その孔より大きい分子は素通りさせ、小さい分子は孔に保持させて分離する方法である。

残留農薬分析の場合、分析を目的とする農薬成分は保持させ、分子量の大きい脂質や色素は素通りさせる。保持された農薬成分は夾雑成分より後のタイミングで溶出するので、その農薬成分が溶出していると考えられる時間を分取するとクリーンアップによる精製が実現する。精製された分画は、更にグラファイトカーボンカラムやシリカゲルカラムなどで精製濃縮され、ヘキサンやアセトンに転溶し、ガスクロマトグラフで分析される。

上記クリーンアップ法は、オートサンプラーで試料を導入するところから分取までを自動化することが可能で、従来の固相抽出法などと比べると、時間と手間を格段に短縮することが可能であり、効率化が達成されている。

しかし、上記残留農薬分析におけるクリーンアップ方法では、図１に示すように、第１の試料が分画用カラムに注入され、カラム分離が進行した後、分画が行われる。分画排出後、カラム洗浄を実施した後に、分画用カラムに第２の試料が注入され、カラム分離が進行される。カラム分離終了後、分画排出が行なわれ、カラム洗浄をして次の試料注入に備える。１試料がカラムに導入されてから分画を行う時間が通常５０分程度必要であり、その分画が終了してから次の試料を導入するため、無人自動運転させても１日２４試料しか処理することができない。更に、分画後の精製は手動で行われるため、大量の農作物を分析することは出来ないという問題があった。導入系列を増設することは可能であるが、一系列まるごとの増設となり、設備費の高額化は不可避である。
又、設備も大型化して、広い設置場所を必要とする等の問題がある。

更に、従来のオートサンプラーにより、試料導入の自動化装置に於いて、複数の試料に対する分析を連続的に行なう場合、連続分析にかかる時間を短縮する方法として、前の試料の分析が終了する前に次の試料の注入準備動作を行なわせ、前の動作即ち分析と次の準備動作を重ねさせる試みが提案されている（特許文献１参照）。

しかし乍ら、この方法は試料注入準備動作時間の実測値を求めて、それによる準備動作の開始タイミングを計り、連続分析の時間の間隔を短縮するものであり、分析と分析間の時間が多少縮まると云うものであり、分析処理の時間そのものを短縮することは出来ない。これを図に示せば、図２の如く分析１と分析２間のオーバーラップは試料注入準備動作時間と分析時間のものであり、分析時間と次の分析時間のオーバーラップ分析は不可能である。

特開２００５−２５７５７５

そこで、本発明は自動クリーンアップでの処理時間を大巾に短縮し、更に必要に応じ、その後の濃縮工程も自動化することで、時間当たりの大量処理を実現すること、加えて人手による誤差を小さくし、簡単な機構により分析量の飛躍的増大をさせることができ且、安定したクリーンアップを行うことを目的とする。

又、本発明に於いては、複数の試料の分画処理を一試料を終了後、次の試料へ進むと云う方式ではなく、極めて簡単な方式にて分画処理そのものを複数、並行して進行処理させることを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、第一に、アームを、受器設置体に設置させる受器設置部上に移動可能に設け、該アームに電磁弁に制御される分取口を移動自在に設置し、予め定められた工程で複数の分画用カラムに試料を順次振分け供給し、夫々の分画用カラムに於いて、カラム分離を並行進行させることを特徴とするクリーンアップ方法である。

又、第二に、第一の方法に於いて、夫々の分画用カラムに於いて、カラム分離を並列進行させると共に分取口から並行分画することを特徴とするクリーンアップ方法である。

又、第三に、受器設置体の受器設置部上を移動可能に設けたアームに、電磁弁に制御される分取口を移動自在に設置し、分取口の初回設定位置で複数の分画用カラムに試料を順次振分け供給後、夫々の分画用カラムに於いて、カラム分離を進行させると共に、カラム分離終了後、分取口より分画後、分取口を次回設定位置に移動させ、前記同様に試料供給し、カラム分離を並列進行させ、以後次々に分取口を設定位置に移動させる工程を経て各分画用カラムに順次、試料供給し、分離進行を行わせることを特徴とするクリーンアップ方法である。

又、第四に、複数のカラム系を一単位とし、制御された時間間隔によって、一単位内の分画カラムに順次試料供給を実行すると共に、各分画カラムに於いては、分画処理を進行させる工程と該一単位の最後の分画カラムの分画処理終了後、該一単位内のカラム系に順次、試料供給を実行し、分画処理を進行させる工程を繰り返す工程とよりなることを特徴とする連続クリーンアップ方法である。

又、第五に、受器設置体の受器設置部上を移動可能に設けたアームに、複数の分取口を着脱自在に設け、該分取口に夫々制御弁を取付けると共に、制御弁を制御する制御部を設け、試料供給及び排出を制御することを特徴とするクリーンアップ装置である。

又、第六に、第五の装置に於いて、一単位内の複数の分画用カラムに対し試料を順次振分け供給すると共に、一つのフラクションコレクターで分画処理を並行処理することを特徴とするクリーンアップ装置である。

又、第七に、第五の装置に於いて、一単位内の最後の分画カラムの分画処理終了を検知する検知装置と該検知装置からの検知信号により、分取口を移動させ次の単位カラム系に進行させる作動を制御する制御機構とを設けたことを特徴とするクリーンアップ装置である。

本発明によれば、アームを、受器設置体に設置させる受器設置部上に移動可能に設け、該アームに電磁弁に制御される分取口を移動自在に設置し、予め定められた工程で分取口より複数の分画用カラムに試料を順次振分け供給し、夫々の分画用カラムに於いて、カラム分離を並行進行させることを特徴とするので、複数の分画用カラムに対し試料供給を自動的に振り分け供給すると共に、試料供給された分画用カラムに於いて、供給後直ちに分画を開始し、夫々の分画用カラムに於いて並行して分画進行する。従って、複数の試料が同時的に分画が行われ、全体の分画時間が極めて短縮され、多数の試料の分画、分析処理が短時間で行われる。

特に、分析時間と分析時間を並列して分析進行するため、分析量の飛躍的な増大が出来る。又、カラム分画後の分取口からの分画も並行的に行われ、処理時間の大幅な短縮に資することが出来、短時間で大量の農作物の分析が可能になった。更に、分取口の一回移動毎に複数の分画用カラムにて分画を繰り返させるため、より効率的な高速クリーンアップが出来る。

又、受器設置体の受器設置部上を移動可能に設けたアームに、複数の分取口を着脱自在に設け、核分取口に夫々制御弁を取付けると共に、制御弁を制御する制御部を設け、試料供給及び排出を制御することを特徴とするので、機構的に極めて簡単に構成でき、小型化でき、設置場所もとらず時間当たりの大量処理が廉価に実現できる。

以下、本発明の図を用いて説明する。図５以下は、本発明の一実施例であるクリーンアップ用分取システムである。１はオートサンプラーで、サンプルを設置すると共に、該サンプルを試料導入ラインに導入する如く構成している。２はカラムオーブンで、分画用カラム８１，８１’，８２，８２’と導入用バルブ９を中に設置してある。分画用カラムは、サンプルと精製目的成分の種類により適宜選択するが、本例の分画用カラム８１，８１’のように特性の異なるカラムを直列接続して用いることもできる。３は溶離液を送給する送液ポンプ３１，３２を備えた送液部、４はアームで、横軸方向に移動可能に受器設置体Ｘに設置されている。フラクションコレクターは分画収集を行う装置であり、通常、受器設置体Ｘ、受器設置体Ｘに設置されているアーム４、分取口５及びバルブ９を備えて構成されている。５は分取口で、アーム４に縦軸方向に移動自在に設けたスライド板４３に取付けられ、分取口５に対応して複数の制御弁としての電磁弁５１，５２を設備してある。６は分取受器６５，６５…を設置する受器設置部、７は検出器である。検出器７は必要に応じて分画用カラム８１’，８２’の後に設置されるもので、クロマトグラムピーク信号をモニターしながら分取を確実に行うことが出来るが、分取時間が安定している場合には設置しなくても分取は十分に達成される。分取口５には、分取受器６５，６５への接続と排出管１０１，１０２への接続があり、ポート側に設けられた排出管１０１，１０２を夾雑成分及び溶離液が共に流れて排出される。

受器設置部６は、受器設置体Ｘに引出自在に設けたスライド台６１，６１上に置かれ、該スライド台６１，６１には枠体６２が設置され、ラック６３が摘み６４，６４によって枠体６２に着脱自在に設けられている。ラック６３は、分取受器６５としての試験管６５１用とフラスコ６５２用とあり、又その容量により多種用意ができる（図７、８）。

又、フラスコ用のラック６３はフラスコ固定板、フラスコ支え板を設置するのが良い。フラスコ用のラック６３の一例として、容量２００〜３００ｍｌのナスフラスコ６５２，６５３を縦に４個、横に６個の分取受器６５として設置するものがあり、また容量１００ｍｌのナスフラスコの場合には、縦６個、横８個を設置することができる。更に、試験管（濃縮管）６５１用のラック６３の場合には、縦１５個、横３０個を設置することができる。

又、電磁弁５１，５２付の分取口５は分画用カラム系の数に応じて、アーム４に設けられたスライド板４３に設けられ、アーム４中を移動可能に設置される。スライド板４３には、電磁弁５１，５２を取り付けるための電磁弁取り付け穴Ｃが６個設けられている。その端穴の隣りの穴Ｃは、ナスフラスコの容量により位置合わせが出来るように横長に形成されている。例えば、ナスフラスコ６５２の容量が２００〜３００ｍｌの場合は、端穴とその隣りの横長穴を使用し、１００ｍｌの場合には横長穴と中心穴を使用して取り付ける。

並行処理を行う場合は、つまみ４３１を挟んで前側と後ろ側に対照的に電磁弁付分取口５，５を設置する。一方、電磁弁５１，５２と分取受器６５との上下間隔は中央部に設けられたつまみ４３１で調整することが出来る。この仕組みにより、容量の違う受器を使用する場合にも、大きなシステム変更が必要なく、簡単に組み換えを行うことができる（図９）。

分画用カラム系統を２ライン一単位として使用するシステムの場合、カラムオーブン２の中には六方の導入バルブ９が１つ設置され、送液部３の中にはポンプ３１，３２が設けられる。そして、一つのフラクションコレクターで、２ラインにおける分画処理が並行処理される。ここで、分画用カラム系統のうちバルブ９と分取口５は、フラクションコレクターに含まれる。

ここでカラム系統とは、ポンプ３１，３２よりバルブ９を経て分画用カラムカラム８１，８１’，８２，８２’に至り、次に分取口５に至る経路を云う。
図６には、カラム系統を２ライン（ＡラインとＢライン）一単位として設ける場合の溶離液流路を示す。Ａラインの送液はポンプ３１によって行われ、溶離液はバルブ９のポート９１から入り、ポート９２から出て、オートサンプラー１を通り、サンプルをラインに供給した後、ポート９５から入り、ポート９６から出てカラム８１，８１’に導入される。その後、カラム分離が進行され検出器７１で分画開始指標成分のピーク信号が検出されると、検知部であるコンピューター１００に通告され、分取タイミングを確認し、制御部であるコンピューター１００の指示に従って電磁弁５１を排出側１０１から分取受器６５に切り換え、分取が行われる。

次に、分取終了タイミングを見る際に、分取終了指標成分のピーク信号を検出器７１で確認した場合、電磁弁５1により分取口５より排出側１０１へ切り換え、分画を終了する。カラム分離が安定している場合は、予め指標成分の保持時間を確認しておき、検出器７１を設置せずにタイムプログラムによる自動分画制御を行うことが推奨される。その場合には、分画開始と分画終了の時間をタイムプログラムしておき、その時間到達を検知することで分画及び次の単位カラム系への移動を制御する。
アーム４に取付けられた分取口５は、制御部であるコンピューター１００に予め制御プログラムを与えることにより、スライド板４３の作動を制御でき、例えばタイム制御により一定距離の前進、後退の指示により別途駆動を考慮しなくともよい。分画用カラム８１，８２で分離された液は、コンピューター１００により制御された電磁弁５１，５２により、分取口５を開き分画される。

Ａラインがオートサンプラー１に接続されている時は、Ｂラインの溶離液はポンプ３２から送られ、バルブ９のポート９３からポート９４へ、更にカラム８２，８２’、検出器７２、電磁弁５２を通り、配管１０２から排出されている。Ａラインへの試料導入が終了すると、バルブ９は切り換わり、Ｂラインがオートサンプラー１に接続される。オートサンプラー１に用意されていた次の試料は、図６のように流れてカラム８２，８２’に導入される。つまり、バルブ９を切り換えることにより、２つのラインへの並列試料導入が可能となる。

一方、電磁弁５１，５２を設置する分取口５は、アーム４に設けられたスライド板４３に設けられるが、その位置（初回設置位置）は、分取受器６５としてのナスフラスコ６５２，６５３が載置された受器設置部６上にそれぞれ設置されている。そのため分取時には、スライド板４３は静止したまま２試料を、ほぼ同時並行してオーバーラップする分画が可能となる。後からサンプルを導入した分画時間が終了すると、アーム４に設けられたスライド板４３が次のナスフラスコ６５４，６５５が載置された受器設置部６上の位置（次回設置位置）に移動し、次の分取に備える。
即ち、Ａラインのカラム系とＢラインのカラム系で、夫々カラム８１、カラム８２で並行してカラム分離を進行させることにより、分画時間に重なり時間が生じる。この重なりの時間中は分取口５を移動することなく、カラム８１、８２で分画処理が行われている（図３、図４）。

アーム４は、分取口５が２個即ちカラム系が２までは一本で対応可能であるが、必要により複数設置することも出来る。この分取口５を複数備えたカラム系を一単位とする。例えば、アーム４を２本にし、３個の導入用バルブ９を使用して４本のカラム系を構成した概略図を図１１に示す。これを一単位とする。

先ず最初に、カラム系Ａはポンプ３１により導入バルブ９ａ、導入バルブ９ｂを経て、オートサンプラー１からの試料を分画用カラム８１Ａに流す流路。カラム系Ｂはポンプ３２により、導入バルブ９ａ、導入バルブ９ｂを経て、オートサンプラー１からの試料を分画用カラム８２Ａに流す流路。カラム系Ｃは、ポンプ３３により導入バルブ９ｃ、導入バルブ９ｂを経て、オートサンプラー１からの試料を分画用カラム８３Ａに流す流路、カラムＤはポンプ３４により導入バルブ９ｃ、導入バルブ９ｂを経てオートサンプラー１からの試料を分画用カラム８４Ａに流す流路と云う構成を形成することも出来る。

この場合、カラム系Ａ、カラム系Ｂ、カラム系Ｃ、カラム系Ｄを一単位として、予め定めたタイムプログラムにより、夫々の分画用カラム８１Ａ、分画用カラム８２Ａ、分画用カラム８３Ａ、分画用カラム８４Ａの順にオートサンプラー１から順次、試料が供給され、供給された分画用カラムから分画処理が進行される。そして、各々の分画処理が終了すると、次いでカラム洗浄が行われる。次に分取口５は移動され、又、前記同様の順序で他のサンプルが注入され分画処理される。これらの作動は、コンピューター１００の制御によるタイムプログラムで自動的に行われる。この場合、分取口５の移動は一単位の最後の分画カラム８４Ａの分画処理終了後に行われるのが便利である。

本発明各装置に於いて、受器設置部本体Ｘに設けた受器設置部６の入る後部に、分取口５の洗浄部を設け、洗浄廃液を受けるトレーＸ１を設けるのが便利である。該トレーＸ１上に分取口５が移動するように構成する。Ｘ２は、溶媒瓶トレーで廃液瓶も置くようにしてある。

次いで、多数並列した分取受器６５，６５…上に於いて、アーム４に設置したスライド板４３に取付けた分取口５又は５，５が移動する実例を図示する。図１２に於いては、分取口５を一個にした場合の分取口５の移動軌跡（電磁弁軌道）Ｍを、図１３に於いては分取口５を２個設置した場合の分取口５の移動軌跡（電磁弁軌道）Ｎを示す。

食品中の残留農薬を分取する場合、指標となる特定の２成分のピーク時間をモニターし、その２つのピークの間の溶出時間を分取することが行われる。本発明による図６に示すＧＰＣ分取システムを使用し、指標物質であるアクリナトリンとトリシクラゾールを連続１０回注入し、並列処理した場合のカラムごとの再現性を確認した（図１４、図１５）。
［分析条件］
移動相：アセトン／シクロへキサン＝１／４
流速：５ｍｌ／ｍｉｎ
カラム：ＣＬＮｐａｋ ＥＶ−２０００ ３００×２０ｍｍ Ｉ．Ｄ．＋ＣＬＮ
ｐａｋ ＥＶ−Ｇ ＡＣ ＡＣ１００×２０ｍｍ Ｉ．Ｄ．（ガードカ
ラム）
オートサンプラーに試料をセットし、上記条件でＵＶ検出器で分取モニターを行っ
た。連続１０回注入し、二系統のカラム夫々のピーク再現性を確認した結果、図１４、１５に示すクロマトグラム及び以下の表１、表２に示す結果が得られた。カラム１系統でもカラム２系統でもほぼ同様のピーク高さ、面積値が確認され、安定した分取が確認された。

前記モニターにより、カラム２系統での分離再現性が確認されたことで、並行処理を行うオーバーラップ分取が可能であることが示唆された。そこで、本発明はクリーンアップに於ける処理時間を更に短縮し、然もその工程を自動化することで人手を不要とし、より確実な安定したクリーンアップを行なうことを試みた。

分取受器６５，６５…に抽出液を受ける際に、分取容器６５上部に固相カートリッジ６７を装着し、分取溶液を固相抽出することが行われるが、その際、溶出溶媒の添加が不可欠である。
しかし、その添加のタイミング、添加量等を誤ると溶出効率が落ちたり、時間がかかったりして安定したクリーンアップが期待出来ない。

図１６に示すように、前述のアーム４に設けたスライド板４３には、溶媒供給口Ｚを設け、溶媒供給ラインＹに連結してある。該溶媒供給ラインＹは、溶出溶媒瓶ｙ１より溶媒供給口Ｚに至る供給管ｙ２と、ガス圧調整部ｙ４及び加圧ガス電磁弁ｙ５を備えた溶媒加圧ガス管ｙ３より構成される。又、溶媒送液システムとしては、このガス圧式の他にポンプ送液方式も可能である。

分取受器６５、例えばナスフラスコには所望の固相カートリッジ６７がセットされる。固相カートリッジ６７を装着して抽出を行う場合は、ガラス製ロート６６の先端部を固相カートリッジ６７の入口に挿入し、次にラック６３の上から差し込み、固相カートリッジ６７の出口ノズルをラック６３の底部の穴に差し込む(図１０)。

分取溶液を通液させた後、溶出溶液を添加するまでに一定時間間隔を置くプログラムを組むことで、分取溶液がすべて固相カートリッジ６７を通液した後に、溶出溶媒を添加することが出来る。分取液通液直後に溶媒を添加すると、分取溶液で溶出溶媒が希釈され、溶出効率が下がる。この方法では、一定時間おくプログラムを組み制御部たるコンピューター１００により電磁弁ｙ５を制御することで少ない溶媒量で溶出できる。

また、分取溶液を固相に通液させる前に、溶媒供給ラインＹを用いることで活性化が必要な固相に活性化溶媒を添加することが出来る。分取ラック６３に事前に固相カートリッジ６７をセットしておくと、固相の種類によっては活性度が失われてしまう。活性度が失われると、固相の性能が失われる。プログラムを組み、分取溶液を通液させる前に活性化溶媒を添加させるように、コンピューター制御することで固相の性能を発揮させる。

分取電磁弁５１を取付けているアーム４に固相溶出溶媒供給口Ｚを取付けることで、溶出溶媒供給のためのアーム４を別途設ける必要がなく、効率的な動きが可能になる。

以下に図１６に示す実施例装置を用いた動作例を示す。
１．分取容器６５に固相カートリッジ６７をセットする。
２．分取装置を動作させる。
３．分取容器６５へアーム４を動かし、電磁弁付分取口５を移動する。
４．分画用カラム８１，８２にサンプルを注入する。
５．固相活性化のための溶媒を添加する。
６．分取プログラムに従って、分画液を固相カートリッジ６７へ通液し、分取容器６５へ分画液をとる。
７．分画終了後、分画液が固相カートリッジ６７を通液後、溶出溶媒を供給する（溶媒加圧ガスＯＮ、一定量溶出溶媒添加電磁弁をＯＦＦにする）。

従来の分析処理システムの流れ説明図 特許文献１に示すオーバーラップ処理システムの流れ説明図 本発明の分析処理の流れ概念説明図 本発明の分析処理機構概念説明図 本発明一実施装置概略説明図 本発明一実施例流路説明図 本発明一実施例要部説明図 本発明一実施例一部拡大説明図 本発明一実施例一部拡大説明図 本発明一実施例一部拡大説明図 本発明他実施例流路説明図 分取受器上を移動する分取口つきの電磁弁移動軌跡図 分取受器上を移動する分取口つきの電磁弁移動軌跡図 本発明実施例１で得た３分析分のクロマトグラム 本発明実施例１で得た１分析分のピーク対応の説明を加えたクロマトグラム 必要に応じて設置される分取液固相抽出一例説明図

符号の説明

１ オートサンプラー
２ カラムオーブン
３ 送液部
４ アーム
５ 分取口
６ 受器設置部
６５ 分取受器
７ 検出器
８１ 分画用カラム
８２ 分画用カラム
９ 導入用バルブ
Ｘ 受器設置体

Claims (4)

1. 受器設置体の受器設置部上を移動可能に設けたアームに、カラム系統の数に応じた複数の分取口を着脱自在に設けると共に、該分取口に夫々制御弁を取り付け、該制御弁を制御し、且つ試料供給、分取及び排出をほぼ同時並行オーバーラップ制御する制御部を設けることを特徴とするクリーンアップ装置。
2. 前記複数分取口の制御弁を取り付けるスライド板に、分取容器の容量に合わせ、位置合わせ可能な横穴を設けたことを特徴とする請求項１記載のクリーンアップ装置。
3. 一カラム系統の全分画カラムの分取時間終了を検知する検知装置と、該検知装置からの検知信号により、分取口を移動させ、他のカラム系統対応位置への進行させる作動を制御する制御機構とを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のクリーンアップ装置。
4. 分取容器に固相カートリッジを装着すると共に、溶媒供給管を分取口を設けたスライド板に連結し、固相抽出制御をすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のクリーンアップ装置。

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