JP5448780B2 - 測定装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、溶液中の物質検知又は測定に用いるためのフロースルーセルに関し、特に検出方式が水晶振動子マイクロバランス法（以下、「ＱＣＭ」とする。）を利用した測定装置及びその制御方法に関する。
フロースルーセルを使用した測定装置は、一般的には測定対象たる試料溶液を測定環境溶液（以下、「移動相溶液」とする。）を満たした流路に注入・流動することにより計測を行うものであるが、この際、移動相溶液を主ポンプにより流動させ、その下流にサンプルインジェクタを配置するのが通例である（例えば、非特許文献１参照）。
上記構成とすることにより、ポンプ内を試料により汚染することなく計測の実施が可能であるが、長時間を要する吸着反応を計測する場合には、流速を極端に遅くするか、或いは、大量の試料溶液を流通させるために巨大なサンプルループを装着する必要があった。流速を遅くした場合には、結合反応に対して試料供給量が追いつかなくなる可能性があり、巨大なサンプルループを装着した場合には、試料溶液が多量に必要となるだけでなく、サンプルループ自体の寸法が大きくなる上に、試料溶液の温度調整のためにも装置を小型化しにくくなるという欠点があった。
上記欠点を解決するために、フロースルーセル素子の廃液を、サンプル溶液に戻す提案が、例えば、特許文献１においてなされており、これにより長時間連続測定を少量のサンプルで行うことが可能となった。
しかしながら、特許文献１に記載の提案であっても、試料溶液をセル通過後に元の容器に戻して長時間んも連続測定を行うような構成では、一般的な６方弁等を使用すると、通常の設計よりも流路が複雑なために複数の弁が必要となり、装置が大型化してしまう欠点があった。
また、装置小型化のため、例えば、特許文献２に示されるように、格段に小型化が可能な２方弁等を複数用い、前記弁に代えることにより装置の小型化が可能となるが、複数の弁の間には必ず距離が必要となり、この間に残留した空気乃至は別種の溶液により目的の測定が乱されることになるという欠点があった。
また、特許文献２では、溶液を元の容器に戻す構造ではないものの、弁を一体に組み込んだ微少液体輸送アセンブリを用いることにより弁間距離を微少にしているが、該アセンブリ構造が複雑で、且つ、マイクロ流路加工という特別な技術が必要になるため製造が容易でないという問題があった。
上記構成とすることにより、ポンプ内を試料により汚染することなく計測の実施が可能であるが、長時間を要する吸着反応を計測する場合には、流速を極端に遅くするか、或いは、大量の試料溶液を流通させるために巨大なサンプルループを装着する必要があった。流速を遅くした場合には、結合反応に対して試料供給量が追いつかなくなる可能性があり、巨大なサンプルループを装着した場合には、試料溶液が多量に必要となるだけでなく、サンプルループ自体の寸法が大きくなる上に、試料溶液の温度調整のためにも装置を小型化しにくくなるという欠点があった。
上記欠点を解決するために、フロースルーセル素子の廃液を、サンプル溶液に戻す提案が、例えば、特許文献１においてなされており、これにより長時間連続測定を少量のサンプルで行うことが可能となった。
しかしながら、特許文献１に記載の提案であっても、試料溶液をセル通過後に元の容器に戻して長時間んも連続測定を行うような構成では、一般的な６方弁等を使用すると、通常の設計よりも流路が複雑なために複数の弁が必要となり、装置が大型化してしまう欠点があった。
また、装置小型化のため、例えば、特許文献２に示されるように、格段に小型化が可能な２方弁等を複数用い、前記弁に代えることにより装置の小型化が可能となるが、複数の弁の間には必ず距離が必要となり、この間に残留した空気乃至は別種の溶液により目的の測定が乱されることになるという欠点があった。
また、特許文献２では、溶液を元の容器に戻す構造ではないものの、弁を一体に組み込んだ微少液体輸送アセンブリを用いることにより弁間距離を微少にしているが、該アセンブリ構造が複雑で、且つ、マイクロ流路加工という特別な技術が必要になるため製造が容易でないという問題があった。
ＪＩＳ Ｋ−０１２４ ２００２、高速液体クロマトグラフィー通則 日本工業規格 最新改訂年月日 ２００２年３月２０日
そこで、本発明は、特別な加工技術を用いることなく、２方弁等の弁を複数配置した装置において溶液切り替え時にも溶液間に間隙なく送液が可能な測定装置及びこの測定装置を使用した測定方法を提供することを目的とする。
本発明の測定装置は、請求項１に記載の通り、主ポンプを使用して、複数の溶液タンクから選択的に溶液をフロースルーセルに供給するために、各前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する各流路に第１の弁を設け、前記第１の弁の下流側で前記各流路は合流されており、少なくとも一つの前記流路に設けられた前記第１の弁の上流側に第２の弁を設け、前記第１の弁と前記第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に第３の弁を設け、前記第３の弁の下流側に副ポンプを接続したことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記主ポンプを第１の弁よりも下流側に配置したことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の測定装置において、前記主ポンプにより流動する溶液の一部を前記副ポンプにより分流吸引することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定装置において、第１及び第２の弁は二方弁としたことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の測定装置において、前記フロースルーセルの排出側を前記溶液タンクと接続したことを特徴とする。
また、本発明の測定装置は、請求項６に記載の通り、バッファー溶液を収容する溶液タンクと、サンプル溶液を収容する溶液タンクとを含む複数の溶液タンクと、バッファー溶液流路用第１の弁を有し、前記バッファー溶液を収容する溶液タンクとフロースルーセルとを接続するバッファー溶液流路と、サンプル溶液流路用第１の弁を有し、前記サンプル溶液を収容する溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続し、かつ前記バッファー溶液流路と前記フロースルーセル上流側で合流するサンプル溶液流路と、前記バッファー溶液と前記サンプル溶液とを前記フロースルーセルに供給する主ポンプと、前記サンプル溶液流路用第１の弁の上流側に設けられた、サンプル溶液流路用第２の弁と、前記サンプル溶液流路用第１の弁と前記サンプル溶液流路用第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に設けられたサンプル溶液流路用第３の弁と、前記サンプル溶液流路用第３の弁の下流側に接続された副ポンプと、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の測定方法は、請求項７に記載の通り、主ポンプを使用して、複数の溶液タンクから選択的に溶液をフロースルーセルに供給するために、各前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する各流路に第１の弁を設け、前記第１の弁の下流側で前記各流路は合流されており、前記複数の溶液タンクは、バッファー溶液を収容したタンクおよびサンプル溶液を収容したタンクを含み、前記サンプル溶液を収容した溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する前記流路に設けられた前記第１の弁の上流側に、第２の弁を設け、前記サンプル溶液を収容した溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する前記流路に設けられた前記第１の弁と前記第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に第３の弁を設け、前記第３の弁の下流側に副ポンプを接続し、前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を開き、前記主ポンプにより前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクから前記フロースルーセルに前記バッファー溶液を供給した状態とし、前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を閉じ、かつ前記第２の弁及び前記第３の弁を開き、前記副ポンプにより前記サンプル溶液を吸引することにより、前記サンプル溶液を前記第１の弁の上流側の流路に予備的に吸引し、前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を開き、かつ前記第２の弁を閉じ、前記副ポンプにより前記フロースルーセルに供給された前記バッファー溶液及び予備的に吸引された前記サンプル溶液を吸引し、両溶液を前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路で接合させた後、前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を閉じ、その後前記主ポンプにより前記バッファー溶液と接合された前記サンプル溶液を前記フロースルーセルに供給することにより測定を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記主ポンプを第１の弁よりも下流側に配置したことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の測定装置において、前記主ポンプにより流動する溶液の一部を前記副ポンプにより分流吸引することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定装置において、第１及び第２の弁は二方弁としたことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の測定装置において、前記フロースルーセルの排出側を前記溶液タンクと接続したことを特徴とする。
また、本発明の測定装置は、請求項６に記載の通り、バッファー溶液を収容する溶液タンクと、サンプル溶液を収容する溶液タンクとを含む複数の溶液タンクと、バッファー溶液流路用第１の弁を有し、前記バッファー溶液を収容する溶液タンクとフロースルーセルとを接続するバッファー溶液流路と、サンプル溶液流路用第１の弁を有し、前記サンプル溶液を収容する溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続し、かつ前記バッファー溶液流路と前記フロースルーセル上流側で合流するサンプル溶液流路と、前記バッファー溶液と前記サンプル溶液とを前記フロースルーセルに供給する主ポンプと、前記サンプル溶液流路用第１の弁の上流側に設けられた、サンプル溶液流路用第２の弁と、前記サンプル溶液流路用第１の弁と前記サンプル溶液流路用第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に設けられたサンプル溶液流路用第３の弁と、前記サンプル溶液流路用第３の弁の下流側に接続された副ポンプと、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の測定方法は、請求項７に記載の通り、主ポンプを使用して、複数の溶液タンクから選択的に溶液をフロースルーセルに供給するために、各前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する各流路に第１の弁を設け、前記第１の弁の下流側で前記各流路は合流されており、前記複数の溶液タンクは、バッファー溶液を収容したタンクおよびサンプル溶液を収容したタンクを含み、前記サンプル溶液を収容した溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する前記流路に設けられた前記第１の弁の上流側に、第２の弁を設け、前記サンプル溶液を収容した溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する前記流路に設けられた前記第１の弁と前記第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に第３の弁を設け、前記第３の弁の下流側に副ポンプを接続し、前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を開き、前記主ポンプにより前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクから前記フロースルーセルに前記バッファー溶液を供給した状態とし、前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を閉じ、かつ前記第２の弁及び前記第３の弁を開き、前記副ポンプにより前記サンプル溶液を吸引することにより、前記サンプル溶液を前記第１の弁の上流側の流路に予備的に吸引し、前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を開き、かつ前記第２の弁を閉じ、前記副ポンプにより前記フロースルーセルに供給された前記バッファー溶液及び予備的に吸引された前記サンプル溶液を吸引し、両溶液を前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路で接合させた後、前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を閉じ、その後前記主ポンプにより前記バッファー溶液と接合された前記サンプル溶液を前記フロースルーセルに供給することにより測定を行うことを特徴とする。
本発明によれば、試料溶液の切り替えを行っても気泡等により計測値が乱れることがない。また、環流式のフロースルーセルを用いた測定装置において装置の小型化が可能となる。
図１は、本発明の測定装置の構成を説明するための説明図である。
図示したものでは、バッファー溶液と２種類のサンプル溶液を収容した３つの溶液タンク１，２，３がフロースルーセル４に並列に接続されている。フロースルーセル４の上流側の流路には、第１の弁としてＶ１，Ｖ２，Ｖ３が設けられている。また、サンプル溶液２及びサンプル溶液３とフロースルーセル４とを接続する流路において、第１の弁Ｖ１〜Ｖ３の上流側に第２の弁としてＶ６，Ｖ７が設けられている。
そして、サンプル溶液２の流路における第１の弁Ｖ３と第２の弁Ｖ６と接続する流路には、弁Ｖ５を介して副ポンプ５が接続されている。また、サンプル溶液３の流路における第１の弁Ｖ２と第２の弁Ｖ７と接続する流路には、弁Ｖ４を介して副ポンプ５が接続されている。
また、フロースルーセル４の下流側には、主ポンプ６を介して各溶液タンク１〜３へと接続する流路が設けられている。
図示したものでは、バッファー溶液と２種類のサンプル溶液を収容した３つの溶液タンク１，２，３がフロースルーセル４に並列に接続されている。フロースルーセル４の上流側の流路には、第１の弁としてＶ１，Ｖ２，Ｖ３が設けられている。また、サンプル溶液２及びサンプル溶液３とフロースルーセル４とを接続する流路において、第１の弁Ｖ１〜Ｖ３の上流側に第２の弁としてＶ６，Ｖ７が設けられている。
そして、サンプル溶液２の流路における第１の弁Ｖ３と第２の弁Ｖ６と接続する流路には、弁Ｖ５を介して副ポンプ５が接続されている。また、サンプル溶液３の流路における第１の弁Ｖ２と第２の弁Ｖ７と接続する流路には、弁Ｖ４を介して副ポンプ５が接続されている。
また、フロースルーセル４の下流側には、主ポンプ６を介して各溶液タンク１〜３へと接続する流路が設けられている。
上記構成により、第１の弁Ｖ１を開き、第１の弁Ｖ２，Ｖ３を閉じた状態で主ポンプ６により吸引を開始すると、フロースルーセル４には、バッファー溶液１が供給される。この状態で、第２の弁Ｖ６及び第３の弁Ｖ５を開いて副ポンプ５により吸引を開始すると、サンプル溶液２が第１の弁Ｖ３の上流側の流路に予備的に吸引されることになる。
次に、第２の弁Ｖ６を閉じ、第３の弁Ｖ５は開いたまま第１の弁Ｖ３を開く事により、すでにフロースルーセル４に向けて流れているバッファー溶液１の一部が副ポンプ５の吸引を受け分岐し、分流したバッファー溶液１が合流点７（図１に追記）において予備吸引されていたサンプル２と空気層を挟むこと無く接合されることになる。
さらに、第１の弁Ｖ１と第３の弁Ｖ５を閉じ、第１の弁Ｖ３を開くとフロースルーセル４に分流したバッファー溶液１に引き続き、合流点７で接合されたサンプル溶液２が供給されることになる。尚、サンプル溶液２をフロースルーセルに供給する場合も同様に作動させることができる。
次に、第２の弁Ｖ６を閉じ、第３の弁Ｖ５は開いたまま第１の弁Ｖ３を開く事により、すでにフロースルーセル４に向けて流れているバッファー溶液１の一部が副ポンプ５の吸引を受け分岐し、分流したバッファー溶液１が合流点７（図１に追記）において予備吸引されていたサンプル２と空気層を挟むこと無く接合されることになる。
さらに、第１の弁Ｖ１と第３の弁Ｖ５を閉じ、第１の弁Ｖ３を開くとフロースルーセル４に分流したバッファー溶液１に引き続き、合流点７で接合されたサンプル溶液２が供給されることになる。尚、サンプル溶液２をフロースルーセルに供給する場合も同様に作動させることができる。
上記フロースルーセル内に水晶振動子を配置し、バッファー溶液からサンプル溶液１への切り換えを上記実施の形態で説明した手順で行ったところ、図２に示すように、本実施の形態では、周波数の大幅な変動がなく溶液の切り換えを行うことができた。これに対して、予備吸引を行わなかった場合には、切り換え前後の溶液の間に空気が入ってしまい、図２に示すように大幅な周波数変動が観測された。
また、本発明における主ポンプは、フロースルーセル内に溶液を吸引できるものであれば、フロースルーセルの上流側及び下流側のいずれに配置してもよいが、フロースルーセルの上流側に配置するようにすれば、吸入開始時のキャビテーションを抑えることができるため好ましい。
また、主ポンプ及び副ポンプに関しては吸引できるものであれば特に制限するものでなく、主及び副は、その吸引能力の差を意味するものではない。
また、本発明において使用する第１の弁及び第２の弁は、流路の開閉を制御できるものであれば特に制限するものではない。従って、通常の２方弁等を使用することができる。
また、上記説明した実施の形態では、フロースルーセルの排出側を溶液タンクと接続することにより循環型の測定も可能となる。
また、主ポンプ及び副ポンプに関しては吸引できるものであれば特に制限するものでなく、主及び副は、その吸引能力の差を意味するものではない。
また、本発明において使用する第１の弁及び第２の弁は、流路の開閉を制御できるものであれば特に制限するものではない。従って、通常の２方弁等を使用することができる。
また、上記説明した実施の形態では、フロースルーセルの排出側を溶液タンクと接続することにより循環型の測定も可能となる。
ＱＣＭにおいて被検溶液の濃縮ができない場合に、フロースルーセルは希釈なしに原液のまま、水晶振動子等のセンサーの表面に供給されることになるが、本発明の測定装置は、溶液供給時の測定が安定するため高分解能の計測が可能となる。
また、分子間相互作用が弱く、長時間を要する反応の測定をより少量のサンプルによって実施できる。従って、計測可能対象物質が広がり、創薬、食品衛生、環境ホルモン評価等の分野において広く利用することができる。
また、分子間相互作用が弱く、長時間を要する反応の測定をより少量のサンプルによって実施できる。従って、計測可能対象物質が広がり、創薬、食品衛生、環境ホルモン評価等の分野において広く利用することができる。
１〜３ 溶液タンク
４ フロースルーセル
５ 副ポンプ
６ 主ポンプ
７ 合流点
４ フロースルーセル
５ 副ポンプ
６ 主ポンプ
７ 合流点
Claims (7)
- 主ポンプを使用して、複数の溶液タンクから選択的に溶液をフロースルーセルに供給するために、各前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する各流路に第１の弁を設け、前記第１の弁の下流側で前記各流路は合流されており、
少なくとも一つの前記流路に設けられた前記第１の弁の上流側に第２の弁を設け、前記第１の弁と前記第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に第３の弁を設け、前記第３の弁の下流側に副ポンプを接続したことを特徴とする測定装置。 - 前記主ポンプを第１の弁よりも下流側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
- 前記主ポンプにより流動する溶液の一部を前記副ポンプにより分流吸引することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
- 第１及び第２の弁は二方弁としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定装置。
- 前記フロースルーセルの排出側を前記溶液タンクと接続したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の測定装置。
- バッファー溶液を収容する溶液タンクと、サンプル溶液を収容する溶液タンクとを含む複数の溶液タンクと、
バッファー溶液流路用第１の弁を有し、前記バッファー溶液を収容する溶液タンクとフロースルーセルとを接続するバッファー溶液流路と、
サンプル溶液流路用第１の弁を有し、前記サンプル溶液を収容する溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続し、かつ前記バッファー溶液流路と前記フロースルーセル上流側で合流するサンプル溶液流路と、
前記バッファー溶液と前記サンプル溶液とを前記フロースルーセルに供給する主ポンプと、
前記サンプル溶液流路用第１の弁の上流側に設けられた、サンプル溶液流路用第２の弁と、
前記サンプル溶液流路用第１の弁と前記サンプル溶液流路用第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に設けられたサンプル溶液流路用第３の弁と、
前記サンプル溶液流路用第３の弁の下流側に接続された副ポンプと、を備えたことを特徴とする測定装置。 - 主ポンプを使用して、複数の溶液タンクから選択的に溶液をフロースルーセルに供給するために、各前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する各流路に第１の弁を設け、前記第１の弁の下流側で前記各流路は合流されており、
前記複数の溶液タンクは、バッファー溶液を収容したタンクおよびサンプル溶液を収容したタンクを含み、
前記サンプル溶液を収容した溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する前記流路に設けられた前記第１の弁の上流側に、第２の弁を設け、
前記サンプル溶液を収容した溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する前記流路に設けられた前記第１の弁と前記第２の弁とを接続する流路から分岐した流路に第３の弁を設け、
前記第３の弁の下流側に副ポンプを接続し、
前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を開き、前記主ポンプにより前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクから前記フロースルーセルに前記バッファー溶液を供給した状態とし、
前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を閉じ、かつ前記第２の弁及び前記第３の弁を開き、前記副ポンプにより前記サンプル溶液を吸引することにより、前記サンプル溶液を前記第１の弁の上流側の流路に予備的に吸引し、
前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を開き、かつ前記第２の弁を閉じ、前記副ポンプにより前記フロースルーセルに供給された前記バッファー溶液及び予備的に吸引された前記サンプル溶液を吸引し、両溶液を前記サンプル溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路で接合させた後、
前記バッファー溶液を収容した前記溶液タンクと前記フロースルーセルとを接続する流路に設けられた前記第１の弁を閉じ、その後前記主ポンプにより前記バッファー溶液と接合された前記サンプル溶液を前記フロースルーセルに供給することにより測定を行うことを特徴とする測定方法。
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