JP5468206B2 - 蒸発光散乱検出器 - Google Patents
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Description
本出願は、２００５年１月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／６４４７４６号および２００５年４月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／６７２９３９号の優先権を請求するものである。これらの出願の内容は、その全部が参照によって本明細書に組み込まれている。
本発明は、改善された蒸発光散乱検出器とその動作方法に関する。
蒸発光散乱検出器（ＥＬＳＤ）は、多くの他の形式のクロマトグラフィー検出器よりも広範で様々な検体を検出することができるので、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）または超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＦＣ）に通常使用されている。従来のＥＬＳＤは、クロマトグラフから溶離液を受け入れて移動相の液滴を含むエーロゾルを発生させる噴霧器を備えている。検体がクロマトグラフから溶離すると、これらの液滴もまた検体の溶解または浮遊した粒子を含む。噴霧器によって発生したエーロゾルは加熱された脱溶媒領域の中に移され、ここで移動相は蒸発して検体の乾燥粒子を残す。次に粒子は光ビームを通過し、ビームからの散乱光を測定することによって粒子の存在が検出される。
最も簡単な従来のＥＬＳＤは、噴霧器と、脱溶媒領域と、光散乱領域とを含む。このような従来のＥＬＳＤの一例は米国特許６２２９６０５Ｂ１に開示されている。一般的に、噴霧器は同軸流空気噴霧器または直交流空気噴霧器のいずれかであって、不活性ガスの流れを使用して液体クロマトグラフからの溶離液からエーロゾルを生成する。このエーロゾルは脱溶媒領域において直接発生し、脱溶媒領域は加熱されたドリフトチューブを含み、ドリフトチューブにおいて溶媒がエーロゾルから蒸発する。ドリフトチューブの出口において、エーロゾルからの脱溶媒された検体粒子は、通常脱溶媒された粒子の移動方向に直角に配置された光ビームを通過する。粒子によってビームから散乱された光が、粒子自体もレーザビームも当らないように配置された１つまたは複数の検出器（通常は光電子倍増管）によって検出される。（１つまたは複数の）検出器からの信号は増幅され、さらに処理するためにチャート式記録計またはコンピュータなどの表示装置に送られる。
（１つまたは複数の）検出器からの信号は、レーザビームに入る検体粒子の量およびサイズの測定値であり、したがって、クロマトグラフ溶離液中の検体濃度の測定値である。説明したように、ＥＬＳＤは、ドリフトチューブにおける蒸発による損失を回避するために十分に不揮発性であることを条件として、ほとんどすべての検体から信号を生成する。しかし、検体粒子のサイズと形状、その化学的および物理的特性、移動相の性質と流量、および噴霧器とドリフトチューブのパラメータ、例えば噴霧ガス流およびドリフトチューブ温度などの、多くの要素がＥＬＳＤの応答に影響する。最適の性能を得るためには後者のパラメータを入念に調整することが必要であり、最適値はしばしば、勾配溶離を使用するときに問題をひき起こす可能性がある移動相の流量と組成に依存する。
噴霧器が比較的均一な液滴サイズのエーロゾルを発生させるときに、最良の結果が得られることがわかっている。そうでない場合は、大きな液滴がドリフトチューブの中で完全に蒸発しないことがあり、レーザビームの中に入ることがあり、検体が液滴の中に存在しないときでも信号を発生する。ドリフトチューブの温度を上げることによってこれらの大きな液滴の蒸発を助長することができるが、いったん溶媒が完全に蒸発すると検体粒子の温度が急速に上昇することもあるので、比較的揮発性の検体が蒸発するというリスクがある。
液滴サイズの問題を緩和するために、多くのＥＬＳＤは、噴霧器自体と加熱されたドリフトチューブの間に個別の噴霧室を備えている。
噴霧室は通常は加熱されず、したがってエーロゾル中のより大きな液滴は壁の上で凝縮によって分離する。凝縮液体を除去するためにドレーンが備えられる。ある場合には、インパクタが備えられ、エーロゾル中の大きな液滴はインパクタに衝突して失われ、一方より小さな液滴は噴霧室を通るガス流によってインパクタの周りに運ばれる。
したがって、加熱されたドリフトチューブに入る液滴の平均サイズは、検体粒子をさらに完全に脱溶媒しつつも、より低いドリフトチューブ温度を使用できるようにする噴霧室を備えない場合のサイズよりも小さい。このことはまた蒸発による検体の損失を減少させる。個別の噴霧室の使用はまた、超臨界流体クロマトグラフ、例えば移動相として圧縮二酸化炭素を使用する超臨界流体クロマトグラフによる動作を容易にする。
しかし、追加室の欠点は、その中で凝縮するより大きな液滴の中に存在することもある検体の損失であり、感度を低下させる。それでも、現在市販されているＥＬＳＤの大部分は個別の噴霧室を内蔵している。このような市販のＥＬＳＤの一例は、Ｗａｔｅｒｓ（登録商標）モデル２４２０（Ｗａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，３４ Ｍａｐｌｅ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｍｉｌｆｏｒｄ，ＭＡ ０１７５７，ＵＳＡ）である。個別の噴霧室を含む別の従来のＥＬＳＤは、特許文献ＷＯ２００４／０７７０４７、ＵＳ６３６２８８０、およびＵＳ２００３／００８６０９２Ａ１に記載されている。
ＥＬＳＤのための典型的な用途は、天然物の複雑な混合物のＨＰＬＣ分析にある。これらの用途では、クロマトグラフィー分離には通常２０〜１２０分間を要し、多数の未知の化合物が存在することがある。このような用途では、ＵＶ吸収検出器の使用はリスクがある。そのわけは、未知の化合物のいくつががＵＶ発色団を有していないために高い濃度で存在していても検出されないことがあるからである。ＥＬＳＤはより普遍的な応答を有し、したがってこの用途にはより適当である。最近、ＥＬＳＤは、組合せ化学による新薬候補の合成に携わる化学者によって使用され始めた。この用途では、ＨＰＬＣ分析はしばしば、僅か２分間または３分間続く。あいにく従来のＥＬＳＤでは通常、分析の開始において安定化するために１５〜２０分間も必要であり、このことが分析時間全体を１０倍にまで増加させ、ＥＬＳＤの使用を、別の利点があるにもかかわらず他の検出器と比較して費用効果の低いものにする。
本発明の目的は、従来の形式よりも使用時にさらに安定したＥＬＳＤを提供することである。別の目的は、従来の形式よりも短い安定化時間を有するＥＬＳＤを提供することである。本発明のさらに別の目的は、結果として従来の方法よりもさらに安定化した動作とより短い安定化時間となるＥＬＳＤの動作方法を提供することである。
これらの目的によって、液体クロマトグラフまたは超臨界流体クロマトグラフから溶離液を受け入れるための検出器であって、前記溶離液中の検体の存在を示す信号が前記検体の脱溶媒された粒子による光の散乱によって発生し、前記検出器は、第１ヒートシンクとの良好な熱接触状態にある壁を有する室の中の前記溶離液からエーロゾルを発生させるための噴霧器を備え、前記第１ヒートシンクは、前記溶離液の分析中に前記壁の温度の変化が最小限に抑えられるように高い熱容量を有する、検出器が提供される。
第１ヒートシンクが高い熱伝導度を有し、アルミニウムなどの金属から構成してもよいことは便利である。噴霧器の壁および第１ヒートシンクを高い熱伝導度の材料の単一片で構成してもよいが、壁はステンレス鋼などの化学的に不活性の材料で構成することが好ましい。好ましい実施形態では、このような壁の熱容量は、その熱伝導度が普通は比較的低いので最低限に保たれる。壁を第１ヒートシンクと密接に熱接触させて配置し、エーロゾルに露出する壁の温度を確実に第１ヒートシンクの温度にできるだけ近くすることもできる。
特に好ましい実施形態では、噴霧室は、ステンレス鋼の薄いライニングを有する中空円筒状内腔を有する、高い熱容量を有するアルミニウムハウジングを含んでもよい。このような構成では、アルミニウムハウジングは第１ヒートシンクとして役立つこともでき、ステンレス鋼のライニングは室の壁として役立つこともできる。
別の実施形態では、第１ヒートシンクをヒートポンプ（例えば、１つまたは複数のペルチエ効果素子）に嵌め合わせて、熱をこれから第２ヒートシンクに伝達させてもよい。第２ヒートシンクをファンによって冷却してもよい。この構成を使用して、溶離液を検出器に受け入れる前に噴霧室を室温以下の温度（例えば約１５℃）に冷却することができ、ならびに分析中に室の温度を維持する助けとなることもできる。
さらに別の実施形態では、加熱器を第１ヒートシンクに追加的または代りに備えてもよい。これを使用して、溶離液の霧状化が高い冷却負荷を負わせるとき、一般的には高い溶離液の流量の下で実施される分析の遅い各段階中に、噴霧室温度の維持に役立つこともできる。
別の好ましい実施形態では、温度制御装置を備えて、噴霧室の温度を特定の限界内に維持することもできる。温度制御装置は、備えられている場合にはヒートポンプとファンと加熱器との任意の組合せに対する電力供給を制御することもできる。
さらに別の好ましい実施形態によれば、本発明は、上記のような噴霧室と、噴霧室から溶離液の液滴を受け入れて脱溶媒する、出口を有するドリフトチューブと、検体の乾燥粒子がドリフトチューブから移って入ってくることができる光散乱室と、前記出口の周りに環状空間を画定する前記出口を取り囲むマニホルドとを含み、前記空間の中にシースガスを導入して、前記検体粒子を、これらの粒子が前記光散乱室に入るときに前記シースガスの環状流の中に閉じ込めることもできる。本発明者達は、これが検体粒子によって散乱した光によって生成された信号のノイズを減少させることを見いだした。本発明はまた、液体クロマトグラフまたは超臨界流体クロマトグラフからの溶離液の中における検体の存在を検出する方法を提供することもでき、前記溶離液における検体の存在は前記検体の脱溶媒された粒子による光の散乱によって示され、前記方法は、前記溶離液を霧状にして壁を有する室の中でエーロゾルを生成することと、前記壁と良好な熱接触状態にある第１ヒートシンクを備えることによって前記溶離液の分析中に前記壁の温度の変化を最小限に抑えることを含み、前記第１ヒートシンクは高い熱伝導度を有する。
本発明はさらに、液体クロマトグラフまたは超臨界流体クロマトグラフからの溶離液における検体の存在を検出する方法であって、前記の存在は前記検体の脱溶媒された粒子による光の散乱によって示され、前記溶離液を霧状にして壁を有する室の中でエーロゾルを発生させることと、少なくとも前記溶離液の分析と前記エーロゾルの発生の前に、前記壁の温度を下げることを含む方法を提供することもできる。
噴霧室の温度が、検出器への溶離液の流入が開始される前に、室温未満の温度に下げられることは好ましい。さらに、温度が２０℃未満に下げられることが好ましく、１５℃またはそれ以下に下げられることは最も好ましい。選択される温度は溶離液の流量と組成によって異なり、実験によって選択することもできる。有利なことに、第１ヒートシンクを壁と良好な熱接触条件にして、噴霧室の温度を安定化することもでき、ヒートシンクが高い熱容量と高い熱伝導度を有することはさらに好ましい。上述のように、熱を第１ヒートシンクから第２ヒートシンクに除去することもできる。
本発明者達は、噴霧室の壁と接触しているヒートシンクを備えることにより室の温度を安定化させ、分析を開始できる前に検出器が安定化するために要する時間を短縮することを見いだした。溶離液の流れが始まる前に上述のようなヒートシンクの事前冷却を実施することもでき、安定化時間をさらに短縮し、検出器の安定性を向上させることもできる。安定化時間が短縮されることによって、従来の検出器の特性であった、分析開始のいくらか前にクロマトグラフおよび検出器を通る溶離液の流れを開始する必要性は、減少または排除される。これは溶媒のむだを少なくする。
本発明によるＥＬＳＤの好ましい実施形態の主要構成部分を図１および２に示す。液体クロマトグラフィーコラムまたは超臨界流体クロマトグラフィーコラムからの溶離液は入口管２を通じて噴霧器１に入り、霧状化されて噴霧室４の内部でエーロゾル３（図３）を生成する。噴霧器１は、Ｗａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０などの従来のＥＬＳＤにおいて使用される形式の同軸流空気噴霧器であり、詳細に説明する必要はない。通常、約３ｌ／分の噴霧ガス流量の窒素を、水を高い比率で含む移動相の１ｍｌ／分の流れを霧状化するために使用することができる。
噴霧器１によって生成された溶離液の液滴は、噴霧ガスの流れとして噴霧室４からドリフトチューブ５へ運ばれ、ドリフトチューブ５は薄壁ステンレス鋼チュービングのコイルを含む。ドリフトチューブ５は、この周りに巻きつけられた電気加熱テープ（６において部分的に示されている）によって加熱される。遮熱材を詰め込んだオーブン囲い７が、ドリフトチューブ５と加熱テープ６を囲う。ドリフトチューブ５の温度は、通常使用者によって選択される３０〜５０℃の範囲内にある温度に維持される。適当な温度制御システムを下に説明する。従来のＥＬＳＤにおけるように、ドリフトチューブ５の中に入る液滴は脱溶媒を受けるので、この中にある検体はいずれも、ドリフトチューブ５の出口８から光学台１０に含まれる光散乱室９の中への乾燥粒子の流れとして出現する。
本発明による検出器において使用するために適した光学台１０は、従来のＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０ ＥＬＳＤにおいて使用される台を含んでもよい。図２は、このような台の動作原理を示す概略図である。石英／ハロゲンランプ１１が光ビーム４４を生成し、光ビーム４４は２枚の集光レンズ４６および４７によってスリット４５の上に集束される。結果として得られるビームは、リレーレンズ４８によって散乱室９の中心に集束され、散乱室９の中に検出しようとする検体粒子がドリフトチューブ５の出口８から導入される。粒子は、図２の平面に直角な方向に導入される。迷光バッフル４９も備えられている。散乱室９を離れる非散乱光は、フォトダイオード（図示せず）も組み込んだ光トラップ５１によって吸収される。フォトダイオードからの信号を使用して、散乱室９に入る光の強度をモニタし、ランプ１１を確実に使えるようにすることができる。
入口管２を通じて検出器に入る溶離液の中に不揮発性検体が存在するときにはいつでも、検体の乾燥粒子はドリフトチューブ５から散乱室９の中に掃引され、粒子の性質とサイズに依存する角度範囲で光を入射ビームから散乱させる。こうして散乱した光の少なくとも一部はビーム５２の中を通り、レンズ５３によって、調節可能なミラー５５を介して光電子倍増管５４の上に集束される。軸５６に沿った反対方向に散乱する光は、光トラップ５７によって吸収される。
光電子倍増管５４からの信号を、ディジタルコンピュータまたはマイクロプロセッサによるさらなる処理のために増幅およびデジタル化して、散乱室９に入る検体粒子の量とサイズを示す信号を発生させることもできる。この目的のために使用される電子装置およびソフトウェアは、Ｗａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０などの従来のＥＬＳＤにおいて使用されるものと類似のものでもよい。
図３は、本発明による検出器で使用するのに適した噴霧室４の断面図である。これは、円筒状チューブに形成されたステンレス鋼の薄壁５８を含み、エーロゾルが内部で形成される室を画定する。壁５８は第１ヒートシンク５９と良好な熱接触状態にあり、第１ヒートシンク５９は、薄壁５８を取り囲む高い熱容量を有するアルミニウムの長方形区画ブロックを含む。アルミニウムは、壁５８に沿った、およびその周りの温度勾配を確実に最小限に抑える高い熱伝導度を有するので、第１ヒートシンク５９のためには特に適した材料である。本発明者達は、これらの勾配を最小限に抑えることは検出器の性能を向上させることを見いだした。その他の材料、例えば銅、真ちゅう、または高い熱伝導度を有するその他の合金も第１ヒートシンク５９のために使用できる。壁５８は、その長さのかなりの部分にわたって第１ヒートシンク５９と良好な熱接触状態にあることが好ましい。本発明者達は、エーロゾル３に「見える」壁の部分に沿った軸方向温度勾配を最小限に抑えることも検出器の性能を向上させることを見いだした。同様に、壁５８が比較的低い熱伝導度を有する材料、例えばステンレス鋼で構成されている場合には、壁５８は、その長さに沿った温度分布が第１ヒートシンク５９によって実質的に決定されることを保証するために、比較的低い熱容量を持たなければならない。壁５８が、０．０３５インチ（０．８９ｍｍ）の壁厚を有する長さ３インチ（７．６ｃｍ）のステンレス鋼の円筒状チューブを含むことができることは都合がよい。第１ヒートシンク５９は、図３に示すように壁５８を受け入れるように繰り抜かれた１．５インチ（３．８ｃｍ）平方断面のアルミニウムブロックを含んでもよい。ヒートシンク５９は、噴霧室４と連結される他の構成部分、例えば噴霧器１があることを条件として、壁５８の長さに沿ってできるだけ遠くへ延びなければならない。
壁５８はまたガラス、石英、またはセラミックで構成することもできるが、これらの材料と第１ヒートシンク５９との間の良好な熱接触を保証することがより困難になることもあり、これらの材料は一般的にさらに壊れ易い。
同じ材料から、例えば高い熱伝導度を有する真ちゅうまたはセラミックから、またはある形式の重合体またはプラスチックからでも、壁５８と第１ヒートシンク５９を製造することも、本発明の範囲内に入る。この場合には、２つの構成部分は単一片の材料を含んでもよい。材料は、これに沿った温度勾配が最小になるようにできるだけ高い熱伝導度を有すべきであり、論述したように、高い熱容量を有すべきである。これらの特性は、化学的に不活性の環境を準備してエーロゾル３を取り囲むという必要性と矛盾することもあるが、多くの用途のために、容認可能な折衷案を見つけることもできる。
２つのペルチエ効果素子６０、６１が第１ヒートシンク５９に取り付けられている。約２インチ（約５ｃｍ）平方のアルミニウムブロックであることが便利である第２ヒートシンク６２が、ペルチエ効果素子６０および６１の他の面に取り付けられている。第２ヒートシンク６２を冷却するためにファン６３が備えられている。ペルチエ効果素子は、熱を第１ヒートシンク５９から除去して第２ヒートシンク６２へ移送するヒートポンプ６４を含む。また第１ヒートシンク５９に加熱器６５を嵌め合わせてもよい。
完全な検出器組立体では、噴霧室４は、図１に示すように水平に対して僅かな角度で方向配置してもよい。これによって、壁５８に凝縮する溶離液の液滴は室の最も低い個所に蓄積する。Ｗａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０などの従来のＥＬＳＤにおけるように、サイフォンとして構成されたドレーン６６が、図１に示すようにこの個所に備えられている。この配置は、凝縮された溶離液の同じレベルが動作中に室内でほぼ維持され、これによって安定性が向上することを確実にする。最良の結果を確実にするために、検出器の操作の前にドレーン６６を溶離液で満たすことが必要になることもある。
図１０は、説明したような検出器で使用するために適した温度制御システムの概略図である。図１０に示すシステムは本発明の本質的な特色ではないが、性能をさらに強化するために使用することもできる。第１温度制御装置７２が、ドリフトチューブ５の上に取り付けられた温度センサ７１から、接続線６９を介して信号を受信する。制御装置７２は、接続線７３を介して加熱テープ６へ送られる電力を調節することによって、ドリフトチューブ５の温度を（オペレータによって選択された）所定の値に維持する働きをする。コンピュータまたはマイクロプロセッサ７４は、選ばれた温度を指定する使用者から入力を受信し、接続線７５上の信号を制御装置７２に送り、所望の温度を設定することもできる。代替案として、オペレータは選択した温度を制御装置７２に直接設定することもできる。通常、ドリフトチューブ温度は、溶離液の性質とその流量にしたがって３０〜５０℃の範囲で設定されることができる。下に論述する実施例では、４８℃の温度を使用した。
第２温度制御装置６７が、第１ヒートシンク５９の上に取り付けられた温度センサ７０から接続線６８を介して信号を受信することもできる。制御装置６７は、ペルチエ効果素子６０および６１に接続線７６を介して送られる電力を制御して、これらのペルチエ効果素子が熱を第１ヒートシンク５９から第２ヒートシンク６２へ移送する割合を調節することもできる。追加的または代りに、ファン６３の速度を制御装置６７によって接続線７７を介して制御し、第２ヒートシンク６２の冷却速度を変え、したがって第１ヒートシンク５９の温度を制御することもできる。別の実施形態では、追加の温度センサ（図示せず）を第２ヒートシンク６２の上に備えて、信号を制御装置６７に送り、次いでこの制御装置６７はファン６３の速度を制御して、第２ヒートシンク６２の温度をほぼ一定に維持することもできる。
温度制御装置６７は、接続線７８を介して出力を第１ヒートシンク５９の上に取り付けられた加熱器６５に送ることもできる。説明したように、本発明の好ましい方法は、検出器への溶離液の流れが開始される前に噴霧室４を室温未満に冷却することを必然的に伴う。溶離液の霧状化は室４の温度をさらに低下させる傾向があり（下に論述する実施例を参照）、ある情況では、室４を冷却するのではなく加熱することが望ましいこともある。温度センサ７０からの信号が、第１ヒートシンク５９の温度が所望の最低値より下に落ち、ペルチエ効果素子６０、６１および／またはファン６３に供給される電力がすでに低いかゼロであることを示す場合には、制御装置６７はペルチエ効果素子６０、６１の代りに加熱器６５に電力を送ってもよい。制御装置６７がペルチエ効果素子６０および６１に供給される電力の極性を反転させ、こうして第１ヒートシンク５９の温度を上げるために第２ヒートシンク６２から第１ヒートシンク５９に熱を移転させることは、本発明の範囲内である。しかし、この動作様式はペルチエ効果素子の寿命を短くする傾向があり、追加の熱入力が必要となるときには個別の加熱器に電力を送り、ペルチエ効果素子をオフに切り替えることが好ましい。
コンピュータ７４が、噴霧室４の所望の温度を決定するオペレータから入力を受け取り、接続線７９を介してこれを制御装置６７に伝送してもよい。
本発明の好ましい方法では、液体クロマトグラフィーコラムまたは超臨界流体クロマトグラフィーコラムからの溶離液は、入口管２を通じて噴霧器１の中に流れる。霧状化ガスの同軸流（例えば３ｌ／分の窒素）が従来の方法で導入され、噴霧室４の中でエーロゾル３（図３）を発生させる。室４の温度は上に説明したように維持される。エーロゾル３からの液滴は加熱されたドリフトチューブ５の中に移されることができ、ここで溶媒は蒸発する。溶離液の中に存在する何らかの検体の乾燥粒子が、ドリフトチューブ５から光散乱室９の中に掃引されることができ、ここで、先に説明したように乾燥粒子はビーム４４からの光を散乱させ、散乱光は光電子倍増管５４によって受け入れられることができる。さらに別の好ましい方法では、噴霧室４の温度は、その壁５８と第１ヒートシンク５９の間に良好な熱接触をもたらすことによって安定化される。ヒートシンク５９は高い熱伝導度と、クロマトグラフィー分析中の温度の変動を最小にするために十分な熱容量を有する。さらに別の好ましい方法では、熱は第１ヒートシンク５９から第２ヒートシンク６２へ、１つまたは複数のペルチエ効果素子６０、６１を含むことがあるヒートポンプ６４によってポンプ輸送することもできる。
別の好ましい方法では、噴霧室４の温度は、分析が開始される前に、好ましくは検出器への溶離液の流れが始まる前に室温未満に下げられる。これは、１つまたは複数のペルチエ効果素子６０、６１を含むことができるヒートポンプ６４の動作によって達成されることができる。温度を２０℃未満に下げることが都合がよいことがあり、１５℃またはそれ未満であれば極めて好ましい。本発明による別の好ましい方法は、分析を開始する前に、例えば、分析に使用しようとするものと類似の勾配溶離が、検体が存在せずに検出器の中に入るときに、噴霧室４の温度の変化をモニタすることによって、噴霧室４のために最も適した動作温度を実験的に決定することを必然的に含み得る。
さらに別の好ましい方法は、温度制御装置６７によって噴霧室４の温度を制御することを含んでよい。この方法は、噴霧室４の温度をほぼ一定に維持するために、ペルチエ効果素子６０、６１、第２ヒートシンク６２上のファン６３、および／または第１ヒートシンク５９上の加熱器６５に送られる電力を制御することを含むことができる。
次に図１１を参照すると、本発明のさらに別の好ましい実施形態では、ドリフトチューブ５の出口８はマニホルド８０によって取り囲まれ、マニホルド８０はチューブの端部の周りに環状空間８１を画定し、この空間においてチューブ５は光散乱室９に入る。シースガス（好都合には、窒素または乾燥空気）が入口８２を通ってマニホルド８０の中に導入され、したがってシースガスはドリフトチューブの周りの環状空間８１を通って流れ、矢印８３で示すように光散乱室９の中に流れる。ドリフトチューブから出る検体粒子はこの方法で、検体粒子が散乱室に入るときに環状ガス流の中に閉じ込められる。本発明者達は、これが散乱室９の中への粒子の流れを安定化し、粒子によって散乱される光から結果として生じる光電子倍増管５４からの信号のノイズを減少させることを見いだした。
図４、５、および６は、２つの従来のＥＬＳＤと本発明によるＥＬＳＤについて、噴霧室の温度の時間による変化を比較している。先ず図４を参照すると、曲線１２、１３、および１４はそれぞれ、従来のＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０検出器と、従来のＳｅｄｅｘ ７５検出器（Ｓｅｄｅｒｅ Ｉｎｃ，１２０６，Ｒｉｖｅｒ Ｒｏａｄ，Ｃｒａｎｂｕｒｙ，ＮＪ ０８５１２−９９００，ＵＳＡ）と、元々供給されている室の代りに上記の噴霧室を嵌め合わせたＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０検出器の場合に測定された温度変化を示す。それぞれの場合において、時刻＝０において溶離液の流れ（１．８ｍｌ／分）を開始し、噴霧室の温度を３分間の時限だけモニタした。ドリフトチューブの温度を４８℃に維持した。溶離液の組成（水約９０％、アセトニトリル５％、およびトリフルオロ酢酸１％の水溶液５％）はこれらの実験全体にわたって一定であった。
修正されたＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０検出器の場合（曲線１４）には、上述のように溶離液を入れる前に室を冷却した。図４は、溶離液霧状化の最初の３分間における室の温度が本発明による検出器を使用すると実質的に一定のままである（曲線１４）が、従来の検出器の場合には著しく低下している（曲線１２および１３）ことを、明らかに示している。
図４に示す３分間の時限が経過した後に、勾配溶離を開始することによって実験を続け、この間、溶離液の組成は３．５分間の時限にわたって、水９０％、アセトニトリル５％、およびトリフルオロ酢酸溶液５％から、水０％、アセトニトリル９５％、およびトリフルオロ酢酸溶液５％に変化した。この勾配溶離時限の後に１．５分間の時限が続き、この間、組成は一定のままであった。次に移動相の組成を極めて急速にその開始時の組成（水９０％）に戻し、さらに１分間一定に保持した。３つの検出器の各々における噴霧室の温度を記録し、図５に示すが、ここで曲線１５は従来のＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０検出器に関し、曲線１６はＳｅｄｅｘ検出器に関し、および曲線１７は本発明による噴霧室を含む修正されたＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０検出器に関するものである。組成が変化する溶離液の霧状化によって噴霧室にかかる変化する熱負荷の結果として、３つの噴霧器すべての室温度が低下することになるが、本発明による検出器の温度変化（曲線１７）は、２つの従来の検出器のいずれの場合の温度変化（曲線１５および１６）よりも小さな量だけ低下する。
図５に示す時限が終った１分後、図５について説明した勾配溶離実験を繰り返した。図６は測定された温度変化を示す。溶離液の変化する組成によって変化する熱負荷は、やはり結果として３つの検出器すべての噴霧室温度の変化となるが、先の実験におけるように、変化は、本発明による検出器（曲線１８）の場合には、Ｓｅｄｅｘ検出器（曲線１９）および修正されていないＷａｔｅｒｓ（登録商標）検出器（曲線２０）におけるよりも小さかった。これは、溶離液の流れが存在しない状態で事前冷却された本発明による検出器は、約１５分間の安定化時間を必要とし、この間に溶離液を検出器の中に通さなければならない従来の検出器よりもはるかに迅速に使用準備ができることを意味する。
図７Ａ〜７Ｄはさらに、上に説明したような検出器では、従来の検出器のために必要な安定化時間よりも短い安定化時間の後に使用準備ができることを示す。これらの図は、元々の噴霧室の代りに上に説明したような噴霧室を嵌め合わせたＷａｔｅｒｓ（登録商標） ２４２０ ＥＬＳＤを使用して得られた４つのクロマトグラム２１〜２４（それぞれ図７Ａ〜７Ｄ）を示す。ジメチルスルホキサン（ＤＭＳＯ）の中に溶解した０．５ｍｇ／ｍｌのフラボンを含む試料を、続けて４回注入した。最初の注入（クロマトグラム２１）はＥＬＳＤへの溶離液流開始の３分後に行い、続く注入すなわちクロマトグラム２２〜２４は、それぞれ先の注入の分析が終った後に直ちに（その注入の約３．５分後に）行った。最初の移動相の組成は、水９０％、アセトニトリル５％、およびトリフルオロ酢酸１％の水溶液５％であり、組成を図５および６に関して上に説明した勾配にしたがって変化した。図７Ａ〜７Ｄでは、クロマトグラム２１〜２４それぞれのピーク２９〜３２は、フラボンの試料である。ピーク２５〜２８はＤＭＳＯ溶媒によるものである。ＤＭＳＯは揮発性であるから、これはＥＬＳＤの噴霧器とドリフトチューブにおける蒸発によって失われるはずである。したがって、どの残留ＤＭＳＯピークも不完全な脱溶媒を示すものであり、大きな場合には検出器が使用準備されていないことを示すものである。図７Ａ〜７Ｄにおけるクロマトグラム２１〜２４は、非常に小さなＤＭＳＯピークのみを示し、第１クロマトグラム２４の場合においても脱溶媒が実質的に完全であることを示唆している。これは、検出器が僅か３分間の安定化時間の後に使用準備ができることを確実にする。
説明したような検出器の安定性をさらに図８Ａ〜８Ｅに示す。これらの図は、ＤＭＳＯの中に溶解したフラボン０．５ｍｇ／ｍｌからなる試料の５回の異なる注入について得られた５つのクロマトグラム３３〜３７（それぞれ図８Ａ〜８Ｅ）を示す。注入された容積は、クロマトグラム３３〜３７についてそれぞれ２、４、６、８、および１０μｌであった。ＤＭＳＯピークはどの事例においてもほとんど検出できず、脱溶媒は、高容積の溶媒が注入されたにもかかわらず完全で安定性を保っていることを示していることがわかる。
図９Ａ〜９Ｃは、上記のような噴霧室を有する検出器によって、安定した動作と実質的に完全な脱溶媒がさまざまな溶媒について得られることを示す。クロマトグラム３８（図９Ａ）は、より高い検出器感度によるが、その他の点では図７Ａ〜７Ｄに示す実験と同一のクロマトグラフィー条件を用いて記録された純ＤＭＳＯ（すなわち検体を含まない）の注入の結果である。ＤＭＳＯピークによるただ１つの小さなピーク４１だけが見える。クロマトグラム３９（図９Ｂ）は、同じ量のイソプロピルアルコールが注入された同様な実験の結果であり、同様な小さなピーク４２を示す。クロマトグラム４０（図９Ｃ）は、アセトニトリルの同様な注入の結果であり、小さなピーク４３を示す。すべての事例において、溶媒ピークの小さなサイズは、実質的に完全な脱溶媒を伴う検出器の安定した動作を示すものである。
Claims (39)
- 溶離液中の検体の存在を示す信号が前記検体の脱溶媒された粒子による光の散乱によって発生する、液体クロマトグラフまたは超臨界流体クロマトグラフから前記溶離液を受け入れるための検出器であって、第１ヒートシンクと熱伝達する壁を有する室の中で前記溶離液からエーロゾルを発生させるための噴霧器と、前記室から前記エーロゾルを受け入れて脱溶媒するドリフトチューブとを備え、前記溶離液の分析中に前記壁の温度の変化が、第１ヒートシンクの熱容量が大きいことによって低減される、検出器。
- 前記壁と前記第１ヒートシンクが熱伝導性の単一材料片を含む、請求項１に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクが熱伝導性である、請求項１に記載の検出器。
- 前記壁が、少なくともその表面積のかなりの部分にわたって前記第１ヒートシンクと熱接触状態にある不活性材料を含み、不活性材料は第１ヒートシンクより熱容量が低い、請求項３に記載の検出器。
- 前記壁がステンレス鋼を含み、前記第１ヒートシンクがアルミニウムを含む、請求項４に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクから熱を除去するためのヒートポンプをさらに含む、請求項１に記載の検出器。
- 前記ヒートポンプが、熱を前記第１ヒートシンクから第２ヒートシンクへ移す１つまたは複数のペルチエ効果素子を含む、請求項６に記載の検出器。
- 前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンをさらに含む、請求項７に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器をさらに含む、請求項６に記載の検出器。
- 前記ヒートポンプに供給される電力を制御して前記第１ヒートシンクの温度を制御する温度制御装置をさらに含む、請求項６に記載の検出器。
- 前記ヒートポンプが熱を前記第１ヒートシンクから第２ヒートシンクへ移す、請求項１０に記載の検出器であって、
ａ）前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンと、
ｂ）前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器と
の１つまたは両方をさらに含み、
前記温度制御装置が、前記ヒートポンプ、前記ファン、または前記加熱器の少なくとも１つに供給される電力を制御する、
検出器。 - 前記ヒートポンプが１つまたは複数のペルチエ効果素子を含む、請求項１１に記載の検出器。
- 少なくとも前記エーロゾルが存在しない状態で、使用中に前記壁の温度を周囲環境の温度より下に低下させるために働くヒートポンプをさらに備える、請求項１に記載の検出器。
- 前記ヒートポンプが、熱を前記第１ヒートシンクから、前記壁から離れた第２ヒートシンクへ移す、請求項１３に記載の検出器。
- 前記ヒートポンプが１つまたは複数のペルチエ効果素子を含む、請求項１４に記載の検出器。
- 前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンをさらに含む、請求項１４に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器をさらに含む、請求項１３に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクの温度を制御し、これを少なくとも前記エーロゾルが存在しない状態で周囲温度より低く維持するための温度制御装置と、
ａ）前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンと、
ｂ）前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器と
の１つまたは両方をさらに含み、
前記温度制御装置が、前記ヒートポンプ、前記ファン、または前記加熱器の少なくとも１つに供給される電力を制御する
請求項１４に記載の検出器。 - 少なくとも前記エーロゾルが存在しない状態で、使用中に前記壁の温度を周囲環境の温度より下に低下させるために働くヒートポンプをさらに備え、前記溶離液の分析中に前記壁の温度の変化が、ヒートポンプによって低減される、請求項１に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクが熱伝導性である、請求項１９に記載の検出器。
- 前記壁が、少なくともその表面積のかなりの部分にわたって前記第１ヒートシンクと熱接触状態にある不活性材料を含み、不活性材料は第１ヒートシンクより熱容量が低い、請求項１９に記載の検出器。
- 前記壁がステンレス鋼を含み、前記第１ヒートシンクがアルミニウムを含む、請求項２１に記載の検出器。
- 前記ヒートポンプが、熱を前記第１ヒートシンクから、前記第１ヒートシンクから離れた第２ヒートシンクへ移す１つまたは複数のペルチエ効果素子を含む、請求項１９に記載の検出器。
- 前記第１ヒートシンクの温度を制御し、これを少なくとも前記エーロゾルが存在しない状態で周囲温度より低く維持するための温度制御装置と、
ａ）前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンと、
ｂ）前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器と
の１つまたは両方をさらに含み、
前記温度制御装置が、前記ペルチエ効果素子、前記ファン、または前記加熱器の少なくとも１つに供給される電力を制御する
請求項２３に記載の検出器。 - 検体の乾燥粒子がドリフトチューブから中に入ることができる光散乱室と、ドリフトチューブの出口を取り囲み、前記出口の周りに環状空間を画定するマニホルドとをさらに含み、前記空間の中にシースガスを導入して、前記検体粒子が前記光散乱室の中に入ると、前記検体粒子を前記シースガスの環状流の中に閉じ込めることができる、請求項１に記載の検出器。
- 検体の乾燥粒子がドリフトチューブから中に入ることができる光散乱室と、ドリフトチューブの出口を取り囲み、前記出口の周りに環状空間を画定するマニホルドとをさらに含み、前記空間の中にシースガスを導入して、前記検体粒子が前記光散乱室の中に入ると、前記検体粒子を前記シースガスの環状流の中に閉じ込めることができる、請求項１１に記載の検出器。
- 検体の乾燥粒子がドリフトチューブから中に入ることができる光散乱室と、ドリフトチューブの出口を取り囲み、前記出口の周りに環状空間を画定するマニホルドとをさらに含み、前記空間の中にシースガスを導入して、前記検体粒子が前記光散乱室の中に入ると、前記検体粒子を前記シースガスの環状流の中に閉じ込めることができる、請求項１９に記載の検出器。
- 溶離液における検体の存在が、前記検体の脱溶媒された粒子による光の散乱によって示される、液体クロマトグラフまたは超臨界流体クロマトグラフからの前記溶離液における検体の存在を検出する方法であって、前記溶離液を霧状化して壁を有する室の中でエーロゾルを生成することと、前記壁と熱伝達する第１ヒートシンクを提供することによって前記溶離液の分析中における前記壁の温度変化を低減することとを含み、前記第１ヒートシンクは熱伝導性である、方法。
- 前記第１ヒートシンクから第２ヒートシンクへ前記熱をポンプ移送することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
- １つまたは複数のペルチエ効果素子を通じて前記熱をポンプ移送することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
- 前記第２ヒートシンクをファンによって冷却することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
- 前記第１ヒートシンクを加熱器によって加熱することを含む、請求項２９に記載の方法。
- ａ）前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンと、
ｂ）前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器と
の１つまたは両方を提供すること、および
前記ペルチエ効果素子、前記ファン、または前記加熱器の少なくとも１つに供給される電力を制御することによって前記第１ヒートシンクの温度を制御すること
をさらに含む請求項３０に記載の方法。 - 少なくとも前記溶離液の分析と前記エーロゾルの発生の前に、前記壁の温度を低下させることをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
- 前記温度が、前記壁と熱伝達する第１ヒートシンクから、前記壁から離れた第２ヒートシンクへ熱をポンプ移送することによって低下される、請求項３４に記載の方法。
- 前記熱を１つまたは複数のペルチエ効果素子を通じてポンプ移送することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
- 前記エーロゾルの発生が開始する前に、前記壁の温度を周囲温度より低く下げることをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
- 少なくとも前記エーロゾルを発生させ前記溶離液を分析している時間中に、前記壁の温度を周囲温度より低く維持することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
- 前記壁と良好な熱接触状態にあるヒートシンクから、前記壁から離れた第２ヒートシンクへ、１つまたは複数のペルチエ効果素子を通じて熱をポンプ移送することによって、前記温度を周囲温度より低く維持すること、および
ａ）前記第２ヒートシンクを冷却するためのファンと、
ｂ）前記第１ヒートシンクを加熱するための加熱器と
の１つまたは両方を提供すること、および
前記ペルチエ効果素子、前記ファン、または前記加熱器の少なくとも１つに供給される電力を制御すること
をさらに含む請求項３８に記載の方法。
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