JP5155937B2 - 送液装置および液体クロマトグラフ装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフ装置に好適な送液装置、および、その送液装置を用いた液体クロマトグラフ装置に関する。

液体クロマトグラフ装置に用いられる送液装置においては、通常、２つのシリンダと、そのそれぞれのシリンダ内に設けられ、それぞれが互いに略逆相の往復運動をするプランジャと、によって送液が行われる。このような送液装置では、片方のシリンダが送液対象の液体（以下、溶離液という）を吸引している間であっても、他方のシリンダからその溶離液を吐出することができるので、安定した連続送液が実現される。

このような送液装置においては、まず、入口側逆止弁が開放、吐出側逆止弁が閉鎖されて、溶離液が入口側のシリンダに吸引され、次に、入口側逆止弁、吐出側逆止弁ともに閉鎖されて、そのシリンダ内の溶離液が大気圧から吐出側流路圧力まで圧縮される。そして、そのシリンダ内の圧力が吐出側流路内圧力と同じになったとき、入口側逆止弁が閉鎖されたまま、吐出側逆止弁が開放され、シリンダ内の溶離液が吐出側流路に吐出される。

このような送液動作において、安定した吐出側流路圧力を得るためには、プランジャを高精度に駆動するモータ制御が必要であり、入口側のシリンダ内の圧縮圧力と吐出側流路の圧力とが一致したタイミングで吐出側逆止弁が開放されて、圧縮が停止されるようにする必要がある。

例えば、特許文献１や特許文献２には、溶離液の圧力を検出する圧力センサが入口側のシリンダ内および吐出側流路のそれぞれに設けられ、その両者の圧力センサが同じになったときに、吐出側逆止弁が開放され、圧縮が停止されるようにした送液装置の例が開示されている。これらの例では、シリンダ内の圧縮圧力と吐出側流路内圧力とが一致するタイミングを正確に検知することができる。

特許第３４９１９４８号公報 特許第３７０９４０９号公報

しかしながら、このような送液装置であっても、吐出側流路内圧力がプランジャの動作周期に同期して変動することが知られている。その原因は、シリンダ内の圧縮圧力と吐出側流路内圧力とが一致するタイミングを正確に検知することができたとしても、その圧力の一致が検知されてから、逆止弁が開放されるまでに、時間遅れが生じることによる。すなわち、圧力の一致が検知されても、逆止弁は、すぐには開放されないので、圧力はオーバシュートし勝ちになる。

そこで、その時間遅れを考慮して、早めに逆止弁開放などの制御をすればよいが、溶離液の種類や温度によって圧縮率が異なるため、その時間遅れ量を一定の値に定めることはできなかった。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、送液対象の液体の種類や温度によらず圧力変動の小さい送液を可能とする送液装置、および、その送液装置を用いたクロマトグラフ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の送液装置は、直列に接続された第１のシリンダおよび第２のシリンダを上流側からこの順に備え、そのそれぞれのシリンダ内に設けられたプランジャの往復運動によって溶離液を送液する液送装置であって、前記第１のシリンダの入口側流路および出口側流路がともに閉鎖されて、前記第１のシリンダ内のプランジャにより前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮が開始されると、所定の時間に変化する前記第１のシリンダ内の圧力を測定し、その圧力の変化量に基づき、溶離液の圧力の時間変化率を算出し、前記測定した圧力の時間変化率に基づき、前記第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間を予測し、前記予測した経過時間が経過したときに、前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮を終了させることを特徴とする。

請求項１に記載の送液装置によれば、第１のシリンダ内の溶離液の圧縮が開始された後、測定された第１のシリンダ内の圧力の変化量に基づき、溶離液の圧力の時間変化率が算出され、さらに、その圧力の時間変化率に基づき、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間が予測される。従って、その経過時間は、溶離液の種類や温度によって圧縮率が異なった場合でも、その溶離液の種類や温度に応じて、高精度に予測される。

また、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるタイミングを検知するために、従来のように、第１のシリンダ内の圧力と吐出側流路内の圧力を測定しつつ、両者の圧力が同じになるのを監視する必要がなく、単に、前記予測した経過時間が経過するのを待つだけでよい。従って、圧力の検出や比較に要する時間遅れが生じないので、前記予測した経過時間が経過すると、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになったと判断して、すぐさま、第１のシリンダ内の溶離液の圧縮を終了させることができる。そのため、第１のシリンダ内の圧力がオーバシュートすることを防止することができる。

よって、請求項１に記載の送液装置によれば、溶離液の種類や温度などに関わらず、安定した吐出側流路内の圧力を得ることができる。

請求項２に記載の送液装置は、互いに流路導管を介して連通された第１のシリンダおよび第２のシリンダと、前記第１のシリンダおよび第２のシリンダの内部に設けられ、それぞれのシリンダ内を往復運動する第１のプランジャおよび第２のプランジャと、前記第１のシリンダの入口側流路に設けられた入口側逆止弁と、前記第１のシリンダからの出口側流路の前記流路導管に設けられた出口側逆止弁と、前記第１のシリンダ内の圧力を測定するシリンダ内圧力検出器と、前記第２のシリンダからの吐出側流路内の圧力を測定する吐出側流路内圧力検出器と、前記第１のプランジャおよび第２のプランジャを互いに略逆相の往復運動させるように駆動するモータと、前記モータの回転を制御する制御部と、を備え、前記第１のプランジャの運動方向が前記第１のシリンダ内の容積を縮小する方向から拡大する方向へ転じ、前記出口側逆止弁が閉鎖、前記入口側逆止弁が開放されると、溶離液が前記入口側流路から前記第１のシリンダ内に吸引されるとともに、前記第２のシリンダ内の溶離液が吐出側流路から吐出される送液装置であって、次のような特徴を有している。
（１）前記制御部は、前記第１のプランジャの運動方向が前記第１のシリンダ内の容積を拡大する方向から縮小する方向へ転じ、前記入口側逆止弁が閉鎖され、前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮が開始されたとき、（１−１）前記モータの回転速度を増大させ、（１−２）前記第１のシリンダ内の溶離液圧縮開始時から、前記第１のシリンダ内の圧力が前記吐出側流路内の圧力に達する前の予め定められた第１の経過時間が経過するまでの前記第１のシリンダ内における圧力の変化量を、前記シリンダ内圧力検出器によって測定し、（１−３）前記第１の経過時間と前記測定した第１のシリンダ内における圧力の変化量とに基づき、前記第１のシリンダ内における圧力の時間変化率を算出し、（１−４）前記圧力の時間変化率に基づき、前記第１のシリンダ内の溶離液圧縮開始後、前記第１のシリンダ内の圧力が前記吐出側流路内の圧力と同じになるまでの第２の経過時間を予測し、（１−５）前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮開始後の経過時間が、前記予測した第２の経過時間に達したとき、前記第１のシリンダ内の圧力が前記吐出側流路内の圧力と同じになったと判断し、前記モータの回転速度を、増大させる前の速度まで低下させる処理を実行する。
（２）そして、その処理により、前記モータの回転速度が低下したとき、前記出口側逆止弁が開放され、前記第１のシリンダ内における溶離液の圧縮が終了するとともに、前記第１のシリンダ内の溶離液が前記第２のシリンダへ送液され、前記第２のシリンダから溢れた溶離液が前記吐出側流路から吐出される。

請求項２に記載の送液装置によれば、制御部は、第１のシリンダ内の溶離液の圧縮が開始されると、モータの回転速度を増大させて、溶離液を高速で圧縮する。そして、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力に達する前に、第１のシリンダ内の圧力の時間変化率を求め、その時間変化率に基づき、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間（第２の経過時間）を予測し、その予測した経過時間が経過したときに、モータの回転速度を元の速度まで低下させて、溶離液の圧縮を停止させる。

すなわち、第１のシリンダ内における溶離液の圧力の時間変化率が実測されるので、溶離液の種類や温度によって圧縮率が異なった場合でも、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間（第２の経過時間）は、その溶離液の種類や温度に応じて高精度に予測される。

また、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるタイミングを検知するために、従来のように、第１のシリンダ内の圧力と吐出側流路内の圧力を測定しつつ、両者の圧力が同じになるのを監視する必要がなく、単に、予測した経過時間が経過するのを待つだけでよいので、圧力の検出や比較に要する時間遅れが生じない。従って、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるとすぐさま、第１のシリンダ内の溶離液の圧縮を終了させることができるので、第１のシリンダ内の圧力がオーバシュートすることを防止することができる。

よって、請求項２に記載の送液装置によれば、溶離液の種類や温度などに関わらず、安定した吐出側流路内の圧力を得ることができる。

請求項３に記載の送液装置は、請求項２に記載の送液装置であって、前記制御部が、さらに、（３）前記入口側逆止弁が閉鎖され、前記出口側逆止弁が開放されているときに、前記シリンダ内圧力検出器から得られる圧力と前記吐出側流路内圧力検出器から得られる圧力との誤差を測定し、（４）前記第１のシリンダ内への溶離液の吸引開始時、および、前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮開始時に、前記吐出側流路内圧力検出器からそれぞれ得られる圧力の圧力変化量と、前記吸引開始時から前記圧縮開始時までの第３の経過時間とに基づき、前記吐出側流路内における圧力の時間変化率を求め、（５）前記第２の経過時間を予測するときには、前記吐出側流路内の圧力として、前記吐出側流路内における圧力の時間変化率と前記誤差とを考慮して予測される圧力を用いることを特徴とする。

請求項３に記載の送液装置によれば、シリンダ内圧力検出器で検出される圧力と吐出側流路内圧力検出器で検出される圧力との誤差、および、吐出側流路内における圧力の時間変化率が実測され、それらの実測された値が、前記の第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間（第２の経過時間）の予測に用いられている。従って、前記第２の経過時間を、より高精度に予測することができるようになり、その結果、より安定した吐出側流路内の圧力を得ることができる。

請求項４に記載の送液装置は、請求項３に記載の送液装置であって、前記吐出側流路内における圧力の時間変化率Ｋ_outと前記誤差Ｐ_sとを考慮する場合には、前記第２の経過時間ｘは、前記吸引開始時に前記シリンダ内圧力検出器から得られる前記第１のシリンダ内の圧力をＰ₀、前記圧縮開始時に前記シリンダ内圧力検出器から得られる前記第１のシリンダ内の圧力をＰ₁、前記圧縮開始時に前記吐出側流路内圧力検出器から得られる前記吐出側流路内の圧力をＰ₂、前記算出した第１のシリンダ内における圧力の時間変化率をＫ_in、前記第３の経過時間をＳ_sとしたとき、

なる式によって算出されることを特徴とする。

請求項４に記載の送液装置によれば、シリンダ内圧力検出器で検出される圧力と吐出側流路内圧力検出器で検出される圧力との誤差Ｐ_sと、吐出側流路内における圧力の時間変化率のＫ_outと、第１のシリンダ内における圧力の時間変化率をＫ_inと、を含んだ前記の式により、前記の第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間、すなわち、第２の経過時間ｘが算出される。従って、前記第２の経過時間を、より高精度に予測することができるようになり、その結果、より安定した吐出側流路内の圧力を得ることができる。

請求項５に記載の送液装置は、請求項２に記載の送液装置であって、前記制御部は、前記第１の経過時間および前記第２の経過時間を、前記モータの回転量に応じて出力されるパルスを計数することによって測定することを特徴とする。

請求項５に記載の送液装置によれば、制御部は、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるタイミングを検知するにために、予測されたパルス数を計数するだけで済む。従って、従来のように、第１のシリンダ内の圧力と吐出側流路内の圧力を測定しつつ、両者の圧力が同じになるのを監視する必要はなく、制御部の処理負担が小さくて済む。

請求項６に記載の送液装置は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の送液装置を２台用いて構成した送液装置であって、その２台の送液装置の吐出側流路を１つの流路に合流させるように構成したことを特徴とする。

請求項６に記載の送液装置は、一般的には、グラジエント型送液装置と呼ばれる送液装置であって、請求項１ないし請求項５に記載の送液装置と同様の作用および効果を有している。

請求項７に記載の液体クロマトグラフ装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の送液装置を含んで構成されたことを特徴とする。

従って、請求項７に記載の液体クロマトグラフ装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の送液装置と同様の作用および効果を有している。

本発明によれば、送液対象の液体の種類や温度によらず圧力変動の小さい送液が可能な送液装置、および、その送液装置を用いたクロマトグラフ装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る液体クロマトグラフ装置の概略構成の例を示した図。 本発明の第１の実施形態に係る送液装置の構成の例を示した図。 本発明の第１の実施形態に係る送液装置において、第１シリンダ内の圧力および吐出側流路内圧力の時間推移の例を示した図。 本発明の第２の実施形態に係るグラジエント型送液装置の構成の例を示した図。

以下、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、液体クロマトグラフ装置の概略構成の例を示した図である。図１に示すように、液体クロマトグラフ装置１００は、分析対象の液体である溶離液１と、溶離液１を送液する送液装置２と、分析対象の試料を注入する試料注入部３と、試料に含まれる物質を分離するカラム４と、分離された物質を検出する検出器５を備えて構成される。

図１において、溶離液１は、送液装置２により吸引されて、送液装置２によって一定の圧力で、試料注入部３を経由して、カラム４へ送液される。ここで、試料注入部３では、分析対象の試料や補助の溶媒などが溶離液中に注入される。また、カラム４には、シリカゲルなどの充填材が詰め込まれており、溶離液中に含まれる成分物質が吸着や濾過などによって分離される。また、検出器５としては、一般的には、吸収光の波長を分析する吸光度検出器や、分離物質が発する蛍光を検出する蛍光検出器などが用いられるが、電気伝導度計や質量分析器を用いたものであってもよい。

＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る送液装置２の構成の例を示した図である。図２に示すように、送液装置２は、溶離液１が送液される上流側から順に、第１シリンダ７ａと、第２シリンダ９ａと、が直列に接続されて構成され、第１シリンダ７ａの内部と第２シリンダ９ａの内部とは、流路導管によって連通している。また、第１シリンダ７ａおよび第２シリンダ９ａのそれぞれの内部には、第１プランジャ６ａおよび第２プランジャ８ａがそれぞれ設けられている。

第１プランジャ６ａは、第１カム１０ａの回転によって駆動され、第１シリンダ７ａの内部を往復運動する。また、第２プランジャ８ａは、第２カム１１ａの回転によって駆動され、第２シリンダ９ａの内部を往復運動する。このとき、第１カム１０ａおよび第２カム１１ａの回転は、ベルトなどを介して、ステップモータ１４ａの回転によって駆動される。

また、第１カム１０ａおよび第２カム１１ａの回転軸には、その回転軸とともに回転する円板状のスリット部材１６ａが取り付けられている。そのスリット部材１６ａの外周部の所定の位置にはスリットが設けられ、さらに、そのスリットを検出して、カム位置を検出するカム位置検知センサ１７ａが設けられている。

さらに、図２に示すように、溶離液２０ａを吸引する第１シリンダ７ａの入口側の流路には、入口側逆止弁１２ａが設けられ、第１シリンダ７ａの出口側流路で、第２シリンダ９ａとの連通部分の流路導管には、出口側逆止弁１３ａが設けられている。そして、第１シリンダ７ａには、第１シリンダ７ａの内部の圧力を検出する第１シリンダ内圧力検出器１８ａが設けられ、第２シリンダ９ａの出口側流路部分には、吐出側流路内圧力検出器１９が設けられている。

第１シリンダ内圧力検出器１８ａによって検出される第１シリンダ内の圧力、および、吐出側流路内圧力検出器１９によって検出される第２シリンダからの出口側の吐出側流路内圧力は、制御部１５に入力される。制御部１５は、ステップモータ１４ａの回転速度を制御するとともに、後記するように、第１シリンダ内の溶離液が圧縮されているときには、その圧縮圧力の時間変化率などを算出する処理を実行する。

続いて、図２および図３を参照して、送液装置２における送液動作について説明する。ここで、図３は、第１シリンダ７ａ内の圧力および吐出側流路内圧力の時間変化の例を示した図である。

送液装置２における送液は、第１プランジャ６ａおよび第２プランジャ８ａがそれぞれ第１シリンダ７ａ内および第２シリンダ９ａ内で往復運動をすることによって行われる。このとき、第１プランジャ６ａおよび第２プランジャ８ａは、一部の区間（後記する第２段階の区間）を除き、互いに逆相の往復運動をする。すなわち、第１プランジャ６ａ（第２プランジャ８ａ）が第１シリンダ７ａ（第２シリンダ９ａ）内の容積を拡大する方向に運動しているときには、他方の第２プランジャ８ａ（第１プランジャ６ａ）は、第２シリンダ９ａ（第１シリンダ７ａ）内の容積を縮小する方向に運動する。

送液装置２の送液動作は、第１プランジャ６ａおよび第２プランジャ８ａの動作状況に応じて、次の３つの段階に分けられる。

第１段階は、第１カム１０ａの働きにより、第１プランジャ６ａの運動方向が、第１シリンダ７ａ内の容積を縮小する方向から拡大する方向へと転ずることによって開始される。また、このとき同時に、第２プランジャ８ａの運動方向は、第２シリンダ９ａ内の容積を拡大する方向から縮小する方向へと転じ、さらに、入口側逆止弁１２ａが開放され、出口側逆止弁１３ａが閉鎖される。

すなわち、第１段階では、入口側逆止弁１２ａが開放され、出口側逆止弁１３ａが閉鎖された状態で、第１プランジャ６ａが第１シリンダ７ａ内の容積を拡大する方向に運動する。従って、溶離液２０ａは、第１シリンダ７ａ内に吸引される。本実施形態では、この吸引開始点を第１段階の開始点とする（図３参照）。

さらに、このときには、出口側逆止弁１３ａが閉鎖された状態で、第２プランジャ８ａが第２シリンダ９ａ内の容積を縮小する方向に運動しているので、第２シリンダ９ａ内に貯留されている溶離液が第２シリンダ９ａから吐出される。したがって、第１段階では、溶離液の送液は、第２プランジャ８ａによって行われる。

続いて、第１プランジャ６ａの運動方向が第１シリンダ７ａ内の容積を拡大する方向から縮小する方向へと転ずると、入口側逆止弁１２ａが閉鎖され、第２段階へと移行する。

第２段階になると、制御部１５は、ステップモータ１４ａの回転速度を２倍速にするが、このとき、入口側逆止弁１２ａも出口側逆止弁１３ａも閉鎖された状態であるので、第１シリンダ７ａ内の容積は、急速に縮小され、従って、第１シリンダ７ａ内の溶離液は、急速に圧縮される。本実施形態では、この圧縮開始点を第２段階の開始点とする（図３参照）。

このとき、第２プランジャ８ａは、依然として、第２シリンダ９ａ内の容積を縮小する方向に運動しているので、溶離液は、第２シリンダ９ａから吐出される。従って、第２段階でも、溶離液の送液は、第２プランジャ８ａによって行われる。

また、この第２段階では、制御部１５は、第１シリンダ内圧力検出器１８ａおよび吐出側流路内圧力検出器１９によって圧縮開始点での第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ₁および吐出側流路内圧力Ｐ₂を測定する。さらに、圧縮開始点から、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ_outに達する以前のあらかじめ定められた所定の時間（図３のＳ_cに相当する時間）が経過したときに、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_mを測定する。

制御部１５は、その第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力の変化量（Ｐ_m−Ｐ₁）に基づき、第１シリンダ７ａ内における溶離液の圧力の時間変化率を算出し、その圧力の時間変化率に基づき、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ_outと同じになるまでの経過時間を予測する。そして、その経過時間が経過したときには、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ_outと同じになったと判断して、ステップモータ１４ａの回転速度を２倍速からもとの速度に戻す。

出口側逆止弁１３ａは、ステップモータ１４ａの回転速度が２倍速からもとの速度に戻されたときの圧力の変化によって開放され、第１シリンダ７ａ内における溶離液の圧縮は終了する（図３参照：圧縮終了点）。

出口側逆止弁１３ａが開放されると、溶離液の送液は、第１プランジャ６ａおよび第２プランジャ８ａの両者によって行われる。すなわち、このときには、第１プランジャ６ａおよび第２プランジャ８ａは、それぞれ、第１シリンダ７ａおよび第２シリンダ９ａ内の容積を縮小する方向に運動している。

続いて、第２プランジャ８ａがその運動する方向を、第２シリンダ９ａ内の容積を縮小する方向から拡大する方向へ転ずると、第３段階へと移行する。

この第３段階では、入口側逆止弁１２ａは閉鎖され、出口側逆止弁１３ａは開放された状態にある。このとき、第１プランジャ６ａは、第１シリンダ７ａ内の容積を縮小する方向に運動するので、溶離液の送液は、第１プランジャ６ａによって行われる。また、第２プランジャ８ａは、第２シリンダ９ａ内の容積を拡大する方向へ運動するので、第２シリンダ９ａへは、溶離液の吸引が行われる。

次に、第１プランジャ６ａがその運動する方向を、第１シリンダ７ａ内の容積を縮小する方向から拡大する方向へと転ずると、それと同時に、第２プランジャ８ａもその運動する方向を、第２シリンダ９ａ内の容積を拡大する方向から縮小する方向へと転じ、さらに、入口側逆止弁１２ａが開放され、出口側逆止弁１３ａが閉鎖され、第１段階へと移行する。

本実施形態では、制御部１５は、第２段階に移行すると、第１シリンダ内圧力検出器１８ａから得られる第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inに基づき、第１シリンダ７ａ内の圧力変化率Ｋ_inを求める。そして、その圧力変化率Ｋ_inを用いて、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inと第２シリンダ９ａからの吐出側流路内圧力Ｐ_outとが一致するまでの経過時間を予測する。以下、その経過時間の算出方法について、図３を参照して、さらに詳しく説明する。

図３において、グラフの横軸は、時間、縦軸は、圧力を示し、Ｐ_inは、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力の時間推移、Ｐ_outは、第２シリンダ９ａからの吐出側流路内圧力の時間推移を示している。ここで、時間は、例えば、ステップモータ１４ａからその回転量に応じて出力されるパルス（例えば、１度回転するごとに出力されるパルス）を計数することによって測定するものとする。

図３の例では、第１段階の開始点つまり吸引開始点を基準にパルスの計数を開始し、第２段階の開始点つまり圧縮開始点で得られたパルス数をＳ_sとすれば、第１段階の継続時間は、Δｔをパルスの周期としたとき、Ｓ_s・Δｔで表される。従って、Δｔを単位時間とすれば、その継続時間は、Ｓ_sで表される。

まず、第３段階において、計器誤差Ｐ_Sを求める。そのために、制御部１５は、入口側逆止弁１２ａが閉鎖され、出口側逆止弁１３ａが開放された状態にある、ある時点から、パルスの計数を開始し、第１段階の開始点つまり吸引開始点でのパルス数Ｓ_aを得る。そして、その区間における第１シリンダ内圧力検出器１８ａにより測定された第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inと、吐出側流路内圧力検出器１９により測定された吐出側流路内圧力Ｐ_outと、の差の平均値Ｐ_Sを求める。こうして求められたＰ_Sは、第１シリンダ内圧力検出器１８ａにより測定される圧力と吐出側流路内圧力検出器１９により測定される圧力との計器誤差に相当する。

次に、第１段階の開始点つまり吸引開始点でのパルス数を０、第１シリンダ内圧力検出器１８ａにより測定された第１シリンダ７ａ内の圧力をＰ₀とする。また、第２段階の開始点つまり圧縮開始点でのパルス数をＳ_s、第１シリンダ内圧力検出器１８ａにより測定された第１シリンダ７ａ内の圧力をＰ₁とし、吐出側流路内圧力検出器１９により測定された吐出側流路内圧力をＰ₂とする。

次に、第２段階に入ると、制御部１５は、パルス数の計数を新たに０から開始するとともに、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ₂に達する前のある時点（例えば、パルス数の計数値があらかじめ定められたパルス数Ｓ_cになった時点）に、第１シリンダ内圧力検出器１８ａから、そのとき測定される第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_mを取得する。

そうすれば、制御部１５は、圧縮開始点からパルス計数値がＳ_cになる時点までの第１シリンダ７ａ内の溶離液の圧力の時間変化率Ｋ_inを、次の式によって算出することができる。
Ｋ_in＝ΔＰ_in／Ｓ_c ， ΔＰ_in＝Ｐ_m−Ｐ₁

こうして算出された圧力変化率Ｋ_inを用いれば、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ₂に達するときのパルス数ｘを予測することができる。以下、パルス数ｘを算出する手順について説明するが、その場合には、先に算出した計器誤差Ｐ_Sおよび吐出側流路内圧力Ｐ_outの圧力変化率Ｋ_outを考慮する。

そこで、制御部１５は、第１段階の継続時間Ｓ_sと、計器誤差Ｐ_Sと、吸引開始点における第１シリンダ７ａ内の圧力Ｐ₀と、圧縮開始点における第１シリンダ７ａ内の圧力Ｐ₁と、に基づき、吐出側流路内圧力Ｐ_outの圧力変化率Ｋ_outを次の式により算出する。
Ｋ_out＝ΔＰ_out／Ｓ_s ， ΔＰ_out＝Ｐ₂−（Ｐ₀＋Ｐ_s）

この場合には、第２段階でパルス数がｘになる時点での第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inおよび吐出側流路内圧力Ｐ_outは、それぞれ、次の式（１）および（２）によって表される。
Ｐ_in ＝Ｋ_in・ｘ＋Ｐ₁ （１）
Ｐ_out＝Ｋ_out・（Ｓ_s＋ｘ）＋Ｐ₀＋Ｐ_s （２）

このとき、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ_outと同じ圧力Ｐ_eになるときは、計器誤差を考慮すると、Ｐ_in＝Ｐ_e＝Ｐ_out−Ｐ_s であるから、式（１）および（２）により、次の式（３）が得られる。
Ｋ_in・ｘ＋Ｐ₁ ＝Ｋ_out・（Ｓ_s＋ｘ）＋Ｐ₀ （３）

さらに、式（３）をｘについて解くことにより、式（４）が得られる。

従って、制御部１５は、式（４）を計算することによって、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ₂と同じになるまでの圧縮開始時点からの経過時間を表すパルス数ｘを予測することができる。すなわち、制御部１５は、第１シリンダ７ａ内の圧力変化率Ｋ_inを算出した後、式（４）によりパルス数ｘを計算すれば、圧縮開始点後に計数を開始したパルス数がｘに達したことを検知することによって、圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ_outと同じになったと判断することができる。

制御部１５は、圧縮圧力Ｐ_inが吐出側流路内圧力Ｐ_outと同じになったと判断したときには、ステップモータ１４ａの回転速度を２倍速からもとの速度に戻す。そして、出口側逆止弁１３ａが開放され、第１シリンダ７ａにおける溶離液の圧縮が終了する。

以上のように、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inと吐出側流路内圧力Ｐ_outとが同じになるタイミングを予測し、そのタイミングになったときに、出口側逆止弁１３ａを開放すための信号を出力した場合には、次のような効果が得られる。

まず、第１に、第１シリンダ７ａ内で溶離液圧縮中に、その溶離液の圧力を測定することによって、溶離液の圧力の時間変化率Ｋ_inを算出し、その圧力の時間変化率Ｋ_inに基づき、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inと吐出側流路内圧力Ｐ_outとが同じになるまでの経過時間を予測するので、溶離液の圧縮率が種類や温度で異なる場合でも、その溶離液の圧縮率に応じた正確な経過時間を予測することが可能となる。

また、制御部１５は、求められた経過時間（パルス数）の経過を待つだけで、第１シリンダ７ａ内の圧縮圧力Ｐ_inと吐出側流路内圧力Ｐ_outとが同じになるタイミングを検知することができる、つまり、従来のように、第１のシリンダ内の圧力Ｐ_inおよび吐出側流路内の圧力Ｐ_outを測定しつつ、両者の圧力が同じになるのを監視する必要がないので、制御部１５の処理負荷が大幅に軽減される。

また、第１のシリンダ内の圧力と吐出側流路内の圧力とを測定することなく、第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるタイミングを検知することができるので、その検知に際して生じる圧力測定などの時間遅れが生じないので、第１のシリンダ内の圧力がオーバシュートすることを防止することができる。その結果、吐出側流路内圧力Ｐ_outをより安定化させることができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係るグラジエント型液送装置２０の構成の例を示した図である。グラジエント型液送装置２０は、第１の実施形態の送液装置２を２台並列に接続して構成したものである。グラジエント型液送装置２０では、溶離液２０ａおよび溶離液２０ｂを任意の混合比で送液することが可能である。

グラジエント型液送装置２０においては、２つの送液装置２の吐出側流路が１つに合流するように結合されていること、吐出側流路内圧力検出器１９および制御部１５が共用されていること、を除けば、他の構成要素およびその機能は第１の実施形態の送液装置２の場合と同じである。

従って、図４に示すように、グラジエント型液送装置２０において、第１シリンダ７ａ、７ｂに設けられた第１プランジャ６ａ、６ｂは、第１カム１０ａ、１０ｂによって駆動されて、往復運動する。また、第２シリンダ９ａ、９ｂに設けられた第２プランジャ８ａ、８ｂは、第２カム１１ａ、１１ｂによって駆動されて、往復運動する。さらに、第１シリンダ７ａ、７ｂには、入口側逆止弁１２ａ、１２ｂと出口側逆止弁１３ａ、１３ｂが設けられている。

カム（第１カム１０ａ、１２ｂおよび第２カム１１ａ、１１ｂ）は、ステップモータ１４ａ、１４ｂによって回転駆動され、カムの回転軸には、カムの位置を判定するためのスリットが設けられた円盤状のスリット部材１６ａ、１６ｂが取り付けられている。そして、カム位置検知センサ１７ａ、１７ｂにより、スリット部材１６ａ、１６ｂのスリットを検知し、カムの位置を判定する。

また、第２の実施形態では、図４に示すように、３つの圧力検出器が備えられている。第１シリンダ内圧力検出器１８ａ、１８ｂは、入口側逆止弁１２ａ、１２ｂが閉鎖し、出口側逆止弁１３ａ、１３ｂが開放されている状態で、吐出側流路内圧力検出器１９が検出する吐出側流路内圧力により補正される。

また、第１プランジャ６ａ、６ｂが第１シリンダ７ａ、７ｂ内の溶離液を圧縮し、その第１シリンダ７ａ、７ｂ内の圧力が吐出側流路内圧力検出器で得られる圧力と同じになったとき、第１シリンダ７ａ、７ｂ内での圧縮を停止する方法は、第１の実施形態で説明した方法と同じである。従って、第２の実施形態におけるグラジエント型液送装置２０においても、第１の実施形態における送液装置２と同様の効果を得ることができる。

１，２０ａ，２０ｂ 溶離液
２ 送液装置
３ 試料注入部
４ カラム
５ 検出器
６ａ，６ｂ 第１プランジャ
７ａ，７ｂ 第１シリンダ
８ａ，８ｂ 第２プランジャ
９ａ，９ｂ 第２シリンダ
１０ａ，１０ｂ 第１カム
１１ａ，１１ｂ 第２カム
１２ａ，１２ｂ 入口側逆止弁
１３ａ，１３ｂ 出口側逆止弁
１４ａ，１４ｂ ステップモータ
１５ 制御部
１６ａ，１６ｂ スリット部材
１７ａ，１７ｂ カム位置検知センサ
１８ａ，１８ｂ 第１シリンダ内圧力検出器
１９ 吐出側流路内圧力検出器
２０ グラジエント型送液装置
１００ 液体クロマトグラフ装置

Claims (7)

1. 直列に接続された第１のシリンダおよび第２のシリンダを上流側からこの順に備え、そのそれぞれのシリンダ内に設けられたプランジャの往復運動によって溶離液を送液する液送装置であって、
   前記第１のシリンダの入口側流路および出口側流路がともに閉鎖されて、前記第１のシリンダ内のプランジャにより前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮が開始されると、所定の時間に変化する前記第１のシリンダ内の圧力を測定し、
   その圧力の変化量に基づき、溶離液の圧力の時間変化率を算出し、
   前記測定した圧力の時間変化率に基づき、前記第１のシリンダ内の圧力が吐出側流路内の圧力と同じになるまでの経過時間を予測し、
   前記予測した経過時間が経過したときに、前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮を終了させること
   を特徴とする送液装置。
2. 互いに流路導管を介して連通された第１のシリンダおよび第２のシリンダと、
   前記第１のシリンダおよび第２のシリンダの内部に設けられ、それぞれのシリンダ内を往復運動する第１のプランジャおよび第２のプランジャと、
   前記第１のシリンダの入口側流路に設けられた入口側逆止弁と、
   前記第１のシリンダからの出口側流路の前記流路導管に設けられた出口側逆止弁と、
   前記第１のシリンダ内の圧力を測定するシリンダ内圧力検出器と、
   前記第２のシリンダからの吐出側流路内の圧力を測定する吐出側流路内圧力検出器と、
   前記第１のプランジャおよび第２のプランジャを互いに略逆相の往復運動をさせるように駆動するモータと、
   前記モータの回転を制御する制御部と、
   を備え、
   前記第１のプランジャの運動方向が前記第１のシリンダ内の容積を縮小する方向から拡大する方向へ転じ、前記出口側逆止弁が閉鎖、前記入口側逆止弁が開放されると、溶離液が前記入口側流路から前記第１のシリンダ内に吸引されるとともに、前記第２のシリンダ内の溶離液が吐出側流路から吐出される送液装置であって、
   前記制御部が、
   前記第１のプランジャの運動方向が前記第１のシリンダ内の容積を拡大する方向から縮小する方向へ転じ、前記入口側逆止弁が閉鎖され、前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮が開始されたとき、
   前記モータの回転速度を増大させ、
   前記第１のシリンダ内の溶離液圧縮開始時から、前記第１のシリンダ内の圧力が前記吐出側流路内の圧力に達する前の予め定められた第１の経過時間が経過するまでの前記第１のシリンダ内における圧力の変化量を、前記シリンダ内圧力検出器によって測定し、
   前記第１の経過時間と前記測定した第１のシリンダ内における圧力の変化量とに基づき、前記第１のシリンダ内における圧力の時間変化率を算出し、
   前記圧力の時間変化率に基づき、前記第１のシリンダ内の溶離液圧縮開始後、前記第１のシリンダ内の圧力が前記吐出側流路内の圧力と同じになるまでの第２の経過時間を予測し、
   前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮開始後の経過時間が、前記予測した第２の経過時間に達したとき、前記第１のシリンダ内の圧力が前記吐出側流路内の圧力と同じになったと判断し、前記モータの回転速度を、増大させる前の速度まで低下させる処理を実行し、
   その処理により、前記モータの回転速度が低下したとき、前記出口側逆止弁が開放され、前記第１のシリンダ内における溶離液の圧縮が終了するとともに、前記第１のシリンダ内の溶離液が前記第２のシリンダへ送液され、前記第２のシリンダから溢れた溶離液が前記吐出側流路から吐出されること
   を特徴とする送液装置。
3. 前記制御部は、さらに、
   前記入口側逆止弁が閉鎖され、前記出口側逆止弁が開放されているときに、前記シリンダ内圧力検出器から得られる圧力と前記吐出側流路内圧力検出器から得られる圧力との誤差を測定し、
   前記第１のシリンダ内への溶離液の吸引開始時、および、前記第１のシリンダ内の溶離液の圧縮開始時に、前記吐出側流路内圧力検出器からそれぞれ得られる圧力の圧力変化量と、前記吸引開始時から前記圧縮開始時までの第３の経過時間とに基づき、前記吐出側流路内における圧力の時間変化率を求め、
   前記第２の経過時間を予測するときには、前記吐出側流路内の圧力として、前記吐出側流路内における圧力の時間変化率と前記誤差とを考慮して予測される圧力を用いること
   を特徴とする請求項２に記載の送液装置。
4. 前記吐出側流路内における圧力の時間変化率のＫ_outと前記誤差のＰ_sとを考慮する場合には、前記第２の経過時間ｘは、前記吸引開始時に前記シリンダ内圧力検出器から得られる前記第１のシリンダ内の圧力をＰ₀、前記圧縮開始時に前記シリンダ内圧力検出器から得られる前記第１のシリンダ内の圧力をＰ₁、前記圧縮開始時に前記吐出側流路内圧力検出器から得られる前記吐出側流路内の圧力をＰ₂、前記算出した第１のシリンダ内における圧力の時間変化率をＫ_in、前記第３の経過時間をＳ_sとしたとき、
   

   

   なる式によって算出されること
   を特徴とする請求項３に記載の送液装置。
5. 前記制御部は、
   前記第１の経過時間および前記第２の経過時間を、前記モータの回転量に応じて出力されるパルスを計数することによって測定すること
   を特徴とする請求項２に記載の送液装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の送液装置を２台用い、その２台の送液装置の吐出側流路を１つの流路に合流させるように構成したこと
   を特徴とする送液装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の送液装置を含んで構成されたこと
   を特徴とする液体クロマトグラフ装置。
   

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