JP5735065B2 - 液体クロマトグラフィー用の移動相調整装置 - Google Patents
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Description
本発明は、液体クロマトグラフィー、特に高圧液体クロマトグラフィー (HPLC) 又は超高圧液体クロマトグラフィー (UHPLC) に使用するための移動相調整装置に関するものである。基本的に、液体クロマトグラフィー (LC) は、分離されるべき構成成分が、移動相が一定方向に浸透する経路において、移動相と固定相との間で分配される、物理的な分離方法である。
液体クロマトグラフィーの技術分野は、分子を分離するのに、重力の圧力を使用して、大きな粒子 (例えば平均粒径20〜50マイクロメートル) の固定相支持体を詰めたカラムに液体を通過させることから始まった。1970年代、小さな粒子 (3〜10マイクロメートル) を詰めたカラムに液体を最高6,000 psi (約4.1×107 パスカル) の圧力で通過させるのにポンプを用いることにより、より良い分解能とより迅速な分析を提供するため、高圧液体クロマトグラフィーが導入された。
James W. Jorgensonと共同研究者らによって1990年代末に開発された超高圧液体クロマトグラフィー (例えば非特許文献１を参照) は、この10年間で広く普及した。これは、更に高い分解能とスループットを提供するが、非常に小さな粒子 (2マイクロメートル未満) を詰めたカラムに液体を最高15,000 psi (約1.0×108 パスカル) 及びそれ以上の圧力で通過させるポンプが必要となる。UHPLCのメリットを最大限達成するためには、より高い圧力に耐えるよう機器を再設計する必要があるだけでなく、UHPLC圧力で分解能、スループット及び再現性に悪影響を与えるシステム容積を最小限に抑える必要がある。
現在市販されているHPLC及びUHPLCシステムは、マニフォルドで溶媒を合わせるより手前に、各溶媒供給ポンプの液体経路に圧力トランスデューサーとパージバルブを有する (図1の流路図を参照)。これらの構成要素、特に圧力トランスデューサーは、ポンプ出口とマニフォルド入口との間の流路に、通常500〜1000マイクロリットルという、かなりの容積を追加し得る。
該システムではソフトウェアを利用して、各ポンプに使用される異なる溶媒の圧縮率を補償すること、(例えば溶媒を圧縮するポンプを加速するなど) ができるが、このソフトウェア補償は、圧縮される溶媒の容積が大きくなるほど、正確に行うことが困難になる。溶出プロセス中の移動相組成の連続的又は段階的変化、例えば2液系において一方の溶媒が0〜5パーセント、及びこれに対応してもう一方の溶媒が100〜95パーセント、によって特徴付けられる勾配分離では、その両端において、より多い流量のポンプから流れる溶媒が、より少ない流量のポンプの圧縮領域に実際に流れ込んで、システム圧力に対してその溶媒を圧縮する可能性がある。この溶媒の交差流により、不正確な溶媒勾配が生じる可能性があり、及び／又は、勾配分析開始時に適切な溶媒混合物がミキサーに分配されるのを確実にするため検査間に実施する再平衡時間が長くなる可能性がある。
James W. Jorgenson and co-workers. Analytical Chemistry, 1997, Vol-69, pp. 983-989
多くのUHPLCシステムコンポーネントは、あらかじめ組み合わせられた溶媒圧縮を念頭に置いて設計されているが、この問題に適切に対処した多構成成分系を組み合わせたものはこれまでに開発されていない。
本発明の第1実施態様は、それぞれ溶媒源と流体連結するよう構成された複数の入口と、溶媒又は溶媒混合物からなる移動相を分析ラインに吐出するよう構成された移動相出口とを有するマニフォルド、溶媒をマニフォルドに供給するための少なくとも1つのポンプ、及び、圧力センサーとパージバルブのうち少なくとも1つに流体連結された複数の入口の下流地点に配置された分岐を含む。
溶媒混合装置内に圧力センサーとパージバルブのうち少なくとも1つを組み込むことで、UHPLCシステムの全体的な性能が改善される。これらのコンポーネントの少なくとも1つを、従来技術で知られるようにマニフォルドの手前に配置するのではなく、移動相を形成するため溶媒が合流する点に、あるいはその下流に配置することによって、ポストポンプ圧縮容積は10〜100分の1に低減することができ、これはシステム容積を大幅に低減し、溶媒圧縮率の問題を最小限に抑えることになる。溶媒は加圧下で圧縮され、この溶媒圧縮率は、すべての溶媒について異なっており、圧力が増加すると増大し、UHPLCポンプによって供給される溶媒の流量に大きな影響を与え得る。圧縮される溶媒の容積を最小限に抑えることにより、圧縮率補正のために適用するソフトウェア手順 (通常、勾配溶出UHPLC中にシステム圧力が変化するにつれて動的に実施するという困難な作業) を簡略化することができ、場合によっては完全に排除することができる。
本発明の原理に従って構成されたシステムを用いることで、圧縮容積は例えば10マイクロリットル未満にまで大幅に低減することができ、これは、プログラムされた流量に比較した実際のポンプ流量の溶媒圧縮の影響を大幅に低減する。
分析ライン又は分析導管は概ね、クロマトグラフィー実施に使用される移動相を通過させ、その末端において、直接的又は間接的にクロマトグラフィー分離カラムに到達させる。この途中で、液体検体が移動相に （好ましくは、クロマトグラフィー高分解能を可能にするよう狭い間隔分布のパルスで) 導入される箇所を通過する。
移動相は複数の溶媒の混合物を含み得、一般に、合流の結果、たとえ混合物中の液体容積中でその溶媒の分布が当初は均一でない場合であっても、異なる溶媒を組み合わせることによって形成される。しかしながら特定の条件下において、例えば勾配溶出予定のある点において、一方の溶媒をゼロパーセントまで減少させ、もう一方の相補的溶媒を100パーセントまで増加させることを含む場合には、移動相は1つだけの溶媒を含み得る。
様々な実施形態において、移動相調整装置は更に、分析ライン上で移動相出口に流体連結されて均一化を行うよう構成された分配ホモジナイザーを含み、また場合によっては、移動相において溶媒の不均一な分配を含む。分配ホモジナイザーは、例えばミキサーカートリッジを含み得る。
本発明の原理に従って構成された移動相調整装置により、圧力センサー、所望によりパージバルブ、及び／又は分配ホモジナイザーを、カスタマイズされた機械加工により溶媒混合装置などとして単一ブロック内に緊密に組み込むことができ、これによって各装置の容積を低減し、装置間の容積を排除し、また同時に超高圧流体接続の数を低減することができる。
様々な実施形態において、少なくとも1つのポンプが、単一ピストンポンプである。好ましくは、単一ピストンポンプは約15マイクロリットルの押しのけ容積を有する。ポンプが生成する合計吸引力が複数の異なる溶媒供給ラインに分配される場合は、溶媒源からマニフォルドへと複数の溶媒を供給するのに1つのポンプを採用することができる。しかしながら別の実施形態において、例えば各溶媒がそれぞれのポンプによって供給されるように、複数のポンプを使用することも可能である。
様々な実施形態において、圧力センサーは最高約20,000 psi (約1.4×108 パスカル) まで動作するよう構成され、超高圧液体クロマトグラフィー条件下での測定を促進する。好ましくは、パージバルブがある場合は、この圧力センサーの下流に流体連結される。
様々な実施形態において、圧力センサーは圧力トランスデューサーである。この圧力トランスデューサーは、液体押しのけ容積を測定するダイヤフラムセンサーを含み得る。この圧力センサーは、分析ラインから外れた分岐の枝において移動相の流れに流体連結され、好ましくは、異なる溶媒を合わせて移動相を形成する箇所から検体インジェクターまでの間のどこかで、混合装置内の全体的な圧力を監視する。分配ホモジナイザーが存在する場合は、合流点から分配ホモジナイザー入口までの間のどこかで分析ラインから分岐するよう配管することが好ましく、これにより、コンパクトで耐高圧性の装置構成が促進される。
様々な実施形態において、この分岐には、分析ラインから外れるマニフォルドの出口が含まれる。いくつかの実施形態において、このマニフォルドは、2つの溶媒を受け取るための2つの入口を有し、これによって2液勾配溶出システムを構成し、この2つの入口と2つの出口は交差接続で連結されている。交差接続は、交差継手であり得る。ただし、この記述は制限を意味するものではない。交差接続の4本の管、又は任意の他の多分岐マニフォルドの管は、同一平面上にある必要はない。むしろ、標準の交差接続とは異なる、4本のラインを接続する設計を考えることが可能である。
様々な実施形態において、移動相調整装置は更に、異なる溶媒の送出力を経時的に変化させて移動相の組成を変えるよう、少なくとも1つのポンプを操作するコントローラーを含む。そのような構成では、様々な分析検査において高い柔軟性を得るために、勾配溶出を伴う移動相調整装置を操作することが可能になる。
様々な実施形態において、移動相調整装置は更に、ポンプの出口とマニフォルドの入口を直接に流体接続する配管を含み、ここにおいてこの配管の長さは、ポンプとマニフォルドとの間の流体容積を低減するよう最小限に抑えられる。したがって、それぞれのポンプに伴う圧縮容積に対して容積を付加し得る圧力センサー及び／又はパージバルブは、ポンプ出口とマニフォルド入口との間の溶媒供給ラインには配置されない。これにより、システム性能は大幅に改善され得る。
様々な実施形態において、移動相調整装置は更に、圧力センサーから圧力測定データを取得して少なくとも1つのポンプの動作をその圧力測定データの関数として調節するような、コントローラーを含む。
本発明の主な成果は、UHPLCシステムのスループット及び全体的な性能を改善する、システム容積全体の低減である。混合して移動相を形成する前に、UHPLC圧力で圧縮される溶媒の容積を低減することによって、このシステムはポンプからの望ましい流量をこれまでよりも迅速に達成することが可能になり、よって検査間に実施する平衡が迅速に達成される。溶媒圧縮の容積が低減されたことにより、異なる圧縮率の溶媒間での相互混入も最小限に抑えられ、これにより勾配分析のUHPLCのスループットと再現性の両方が改善される。
いくつかの実施形態において、移動相調整装置は更に、流体ラインの耐高圧性流体接続の数を最小限に抑えるメカニズムを含む。そのようなメカニズムを実現する好ましい方法は、マニフォルド、圧力センサー、所望によりパージバルブ、場合により分配ホモジナイザー、分析ラインの一部、及び一般的にその関連する流体ラインを、耐圧性材料の単一ブロック内に緊密に組み入れることである。よって、圧力センサー及び／又はパージバルブをUHPLCシステムに組み込むのに必要な接続の合計数を低減することができ、これは高圧での溶媒漏れの可能性を最小限に抑え、UHPLCシステムの全体的な信頼性を改善する。これらの高圧接続の視認検査と、必要に応じた締め直しのための直接アクセスも可能であり、知らないうちに溶媒漏れが進行したり、UHPLCシステムの電子部品部分に溶媒が漏れたりすることがない。
第2の態様において、本発明は、高圧液体クロマトグラフィー稼働中の移動相調整装置作動の方法に関連し、この方法は次の工程を含む：(i) 溶媒源からマニフォルド入口へ溶媒を送出する工程と、(ii) 溶媒がマニフォルド内の合流部分を通過し、ここで溶媒が少なくとも他の1種類の溶媒と合わせられ、別のライン及び入口を通ってマニフォルドへと供給されて、移動相を形成する工程と、(iii) 結果として得られた移動相がマニフォルドから分析ラインへと吐出される工程と、(iv) 圧力測定と排気ベントのうち少なくとも1つを実施するために、移動相流の一部分が、合流領域部分又はその下流で分岐する工程。
様々な実施形態において、圧力測定の結果は、ポンプ送出の制御に使用される。
様々な実施形態において、2液、3液、又は4液の使用構成で、第1溶媒が、1つ、2つ、及び3つの他の溶媒とそれぞれ混合されて、移動相を形成する。
第3の態様において、本発明は、複数の入口を有するマニフォルドを含む、高圧液体クロマトグラフィーと共に使用するための溶媒混合装置に関連し、ここにおいて各入口は溶媒源と流体連結するよう構成され、更に、溶媒又は溶媒混合物からなる移動相を分析ラインに吐出するよう構成された移動相出口とを有するマニフォルドと、圧力センサーとパージバルブのうち少なくとも1つに流体連結された複数の入口の下流地点に配置された分岐に配管された行き止まり導管とを含む。
様々な実施形態において、この溶媒混合装置は更に、ステンレススチール又はチタンなどの耐高圧性材料のブロックを含み、これに少なくともマニフォルド、行き止まり導管、分析導管の一部、圧力センサーとパージバルブのうち少なくとも1つ、及び対応する流体ラインが組み込まれ、これによって流体ラインの耐高圧性流体接続が不要になる。残っている耐高圧性流体接続は、ブロックが外部と流体連結される箇所のみであり、例えばマニフォルド入口、分析ライン出口、又は場合によりホモジナイザー出口である。
いくつかの実施形態において、溶媒混合装置は更に分配ホモジナイザーを含み、この流体ラインはブロック内に組み込まれ、分析導管の一部に配管される。
好ましくは、耐高圧性材料の単一ブロックを含む溶媒混合装置は、モジュール構成を有し、例えばメンテナンス及び／又はクリーニング目的のため、移動相調整装置から容易に取り外し、再挿入することができる。
本発明は、下記の図を参照することで、より良く理解することができる。図中の構成要素は必ずしも寸法比通りではなく、むしろ、本発明の原理を示すために強調されて配置されている (しばしば概略的である)。図中、同様の参照番号は一般に、異なる視野図にわたって対応する部品を示す。
本発明は、数多くの実施形態を参照して示され説明されているが、添付の請求項で定義される本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更を行い得ることが、当業者には理解されよう。
図1は、従来技術により構築された、2つの溶媒A及びBの流入を備えた、2液移動相調整装置の流路図を示す。各貯液槽はポンプ2A、2Bに流体連結され、このそれぞれが、対応する貯液槽から溶媒供給ライン4A、4Bを経て混合装置6へと溶媒を供給するよう構成及び制御される。この溶媒が更に通過する構成要素が、下記で詳しく説明される。
圧力トランスデューサー8A、8Bは、各ポンプ出口で生じる圧力を監視する。ポンプ2A、2Bの動作を監視することに加え、このトランスデューサー8A、8Bの圧力出口は通常、ポンプ流に連結され、ポンプ2A、2Bにフィードバックを提供し、圧力が正常範囲内になるようにする。この構成要素は典型的に、液体排除量を測定するダイヤフラムセンサーを利用しており、この装置の体積が通常、圧力変化に伴って変化する。一部のHPLC及びUHPLCシステムは、圧力トランスデューサーに加え、パルスダンプナー (図示なし) を利用している。他の実施形態において、圧力トランスデューサー8A、8B自体がパルスダンプナーの役目も果たし、ダイヤフラムの大きな容量及び圧縮による短期的圧力変動を最小限に抑える。圧力トランスデューサー8A、8Bは一般に、ポンプ出口とマニフォルド入口との間の構成要素の中で最大の容積である。各ポンプ2A、2Bに対して個別の圧力トランスデューサー8A、8Bがあるため、これらそれぞれが各ポンプ2A、2Bの流路に対し内在的容積を付加することになるため、大きな容積が生じ、この容積は、各ポンプ2A、2Bの正しい流量を実現するために、圧縮しなければならない。
圧力トランスデューサー8A、8Bそれぞれは、下流でパージバルブ10A、10Bに流体連結されている。パージバルブ10A、10Bにより、ポンプ2A、2Bをプライミングすることができ、必要に応じて各ポンプ2A、2B内の溶媒を迅速に交換することができる。検査室の実務においては、これは通常1日で実施できる。パージバルブ10A、10Bの容積は典型的に、圧力トランスデューサー8A、8Bの容積ほど大きくはないが、これもポンプ出口とマニフォルド入口との間の流体容積全体にかなり寄与する。更に、バルブ10A、10Bでは、ポンプ出口とマニフォルドとの間に、2つの高圧接続が追加で必要になる。これらの高圧接続は高圧システムにおいて潜在的なウィークポイントであり、ここが破損すると、周囲の設備及び検査室作業者に対する脅威となり得る。
T字継手6は、ミキサーカートリッジ12の手前で、2つのポンプ2A、2Bからの流れを合流させる。作動中、ミキサーカートリッジ12は場合により、移動相において不均一に分配された溶媒があればそれを効果的に均一化し、なめらかなベースラインと、毎回のクロマトグラフィー分析における保持時間の再現性を確実なものにする。主にポンプ及びそれに伴う容積に応じて、いくつかの異なるミキサー設計が市販されており、したがってこれらは当業者に周知である。
ミキサーカートリッジ12から、均一化された移動相が、移動相流内に検体を注入するための注入モジュール (図示なし) を通過した後、通常、カラムの入口 (図示なし) へと供給され、このカラムでクロマトグラフィー分離が行われ、ここから検出器 (図示なし) へと供給される。
図2は、本発明の原理による2液移動相調整装置200の第1の実施形態を流路図で示す。図に示されているように、ポンプ202A、202Bの出口は介在部品 (例えば圧力トランスデューサー及び／又はパージバルブ) なしに直接、交差接続206のそれぞれの入口252に流体接続されている。もしそのような介在部品があると、ポンプ202A、202Bと交差206との間のシステム容積を増大させる可能性があり、前述の圧縮率の問題をもたらし得る。本実施形態は、それとは異なり、各ポンプ202A、202Bからミキサーカートリッジ212へと流れるラインから外れて (すなわち「分析ラインから外れて」) 配管されている圧力トランスデューサー208を1つだけ含む。これによりその圧力トランスデューサーの容積は、各ポンプ202A、202Bの圧縮容積に付加されるものとはならない。好ましくは、圧力トランスデューサー208の圧力測定値は、ポンプ202A、202Bの作動をコントローラーが調節するのに使用される。各ポンプ202A、202Bと交差206との間の圧縮容積が減少したことにより、異なる溶媒の圧縮率に対するソフトウェア補正の重要性が低下し、複雑さの少ない状態で実施することができる。
更に、本実施形態は単一のパージバルブ210を有しており、これも、ポンプ出口からミキサーカートリッジ212へと流れるラインから外れて配管されている。この単一パージバルブ210は、×印で示す通り、閉じられている。原理的に、これは個別のパージバルブと同じ機能 (例えばパージ及び排気のためのベント) を提供するが、ポンプ202A、202Bと交差206との間の溶媒供給ラインに対し、余分の容積及び追加の高圧継手が付加されない。
図示されている実施形態において、交差接続206が、図1の従来技術概略図に示されているT字継手に代わって使用されている。交差接続206で追加された第4の管256は、圧力トランスデューサー208からパージバルブ210へと通る行き止まりのラインである。この配置により、圧力トランスデューサー208とパージバルブ210がシステム内で適切に作動することができ、同時にポンプ出口と交差206との間の液流の外にあり続ける。この配置を用いることにより、高圧下で圧縮される液体の容積を10マイクロリットル未満に低減することが可能となる。これに対して、図1に概略図が示されている従来のHPLC及びUHPLCシステムにおいて、各ポンプについてこの液体圧縮容積は、500〜1,000マイクロリットル、又はそれ以上となり得る。
ミキサーカートリッジ212は、交差接続206の移動相出口254とクロマトグラフィーカラム (図示なし) との間、分析ライン上に配置され、好ましくはこれも低容積を有するよう選択される。これは、例えば毎分100〜5,000マイクロリットルの範囲の、典型的に分析LCシステムに使用される流量に好適であり、かつ良好なスイープアウト特性を有し得る。このような特性により、HPLC及びUHPLCシステムの良好な性能とスループットを達成することができる。
完全を期するために、本実施形態において、一般的にルアー継手214をパージバルブ210の廃液管258 (低圧側) に取り付けて、これによりユーザーがシリンジをここに取り付け、プライミングと溶媒交換のためにポンプ202A、202Bを通して新鮮な溶媒を急速に吸引することができる。しかしながらこれはライン外に配置されているため、ポンプ202A、202Bの決定的な圧縮容積に寄与することはない。
一般に、本発明は、ポンプ出口とマニフォルド250との間の溶媒流から、例えば一方の管を単一マニフォルド側に配管することなどにより、大きな溶媒容積のコンポーネントを除去する。これによって、図2に示すように、圧力トランスデューサーとパージバルブが1つだけ、移動相流ラインから外れて配管される。これらのコンポーネントは、従来技術の同等部分よりも下流側に配置され、従来技術の同等部分と同じようにかなりの容積を有しているが、ポンプからの全溶媒流によって圧縮され、ミキサーカートリッジの手前で2つ又は複数の溶媒流間での交差流は生じない。これにより非常に正確な溶媒組成と迅速なシステム再平衡が得られ、相対的な溶媒流及びシステム圧から独立した、高いスループットと再現性を備えた勾配分離が可能になる。
特に好ましい一実施形態において、交差接続206、圧力トランスデューサー208、所望によりパージバルブ210、及びミキサーカートリッジ212を流体ラインと合わせて、耐高圧性材料のブロック (破線図形240で示されている) に緊密に組み込んで、溶媒混合装置200を形成し、これによってこれらコンポーネントの流体継手での耐高圧接続を不要とすることができる。このブロック240は、例えばステンレススチール又はチタンで製造することができる。
図1の流路図で表わされる従来技術の設計と比較すると、この移動相調整装置200は、必要な耐高圧流体接続 (黒丸で表わされている) の個数が少なくなる。図2の実施形態では7つの接続があり (ポンプ入口に2つ、ポンプ出口に2つ、マニフォルド入口252に2つ、及びミキサーカートリッジ出口に1つ)、一方図1に示す従来技術は17の接続が必要となる (ポンプ入口に2つ、ポンプ出口に2つ、トランスデューサーに4つ、パージバルブに4つ、T字接続に3つ、及びミキサーカートリッジに2つ)。これにより、システム性能に悪影響を与える可能性があり、また周囲の設備や検査室作業者に危険をもたらし得る潜在的な漏出のリスクが低減される。流体接続の数は、前述のコンポーネント (例示の溶媒混合装置を構成する) が単一のブロックに組み込まれていない場合であっても低減されることは言うまでもない。ただし、17個から14個への低減 (図1と図2を比較した場合) となり、低減幅はあまり顕著ではなくなる。
上述の溶媒圧縮の低減は、特に、2つ以上の異なる溶媒を供給する2つ以上のポンプを用いる勾配溶出システムを改善する。しかしながら、本発明の原理は、複数の溶媒を供給するのにポンプを1つだけ使用する移動相分離装置に採用することもできる。勾配溶出において、溶媒圧縮容積が大きいと、一方の溶媒の交差流がもう一方の溶媒のポストポンプ容積に生じ、その結果、プログラムされたものに比べて溶媒組成に顕著な違いが生じる。これは、一方のポンプがもう一方のポンプよりも顕著に大きな流量で作動している、溶媒勾配の両端において、特に顕著である。この問題は、通常、検体化合物の保持時間の再現性の低さ、及び／又は良好な性能を確保するのに必要な再平衡時間が長くなることによって明らかとなるものであり、本発明の原理に従って構成された方法及び装置によって克服することが可能である。
図3A，図3Bは、液体クロマトグラフィー用の移動相を構成するための溶媒混合装置に3種類以上の溶媒が供給される、本発明の実施形態を示す。3つの溶媒A、B、Cを伴う場合 (図3A)、このシステムは3液構成である。4つの溶媒A、B、C、Dを伴う場合 (図3B)、このシステムは4液構成である。移動相調整装置の他のコンポーネントに関しては、同じ構成を採用することができる。マニフォルドは、3つ以上の溶媒流を受け取ることができるよう、例えば複数の放射状突起を有するハブのように、多少適合させる必要があることが理解されよう。組み合わせる溶媒の数は、原理的に4種類に制限されるものではないことは言うまでもない。この数を超えるシステムも想定可能であり、本開示を知った時点で当業者には容易に実施可能である。
図4は、本発明の原理による2液移動相調整装置400の一実施形態の別の流路図を示す。図2に示されている実施形態とは異なり、本実施形態は2つのT字接続406A、406Bを含む。第1のT字接続406Aは、ポンプ402A、402Bにより供給される2つの溶媒A、Bの流れを受け取るための2つの入口452と、2つの溶媒A、Bの合流から得られる移動相を吐出するための1つの移動相出口454とを有し、これが分析ライン上にある。溶媒A、Bの合流部分に分岐を提供する代わりに、第2のT字接続406Bで更に下流に分岐が実装されている。第2のT字接続406Bは、第1のT字接続406Aからの移動相流出を受け取るための入口1つと、その移動相を後続のミキサーカートリッジ412に送り出すための出口1つと、分析ラインから外れて単一圧力トランスデューサー408の入口に流体連結され、本質的に行き止まりであるラインに至るもう1つの出口456とを有する。
この例示的実施形態の利点は、図1の従来技術概略図に示されているセットアップを改造して、本発明の原理に従うようにすることが容易である点である。ここで、溶媒A、Bを合流させるT字接続6が装置にそのまま残り、同時に圧力トランスデューサー8A、8B及びパージバルブ10A、Bを除去する必要があり、別のT字接続406Bを第1のT字接続406Aとミキサーカートリッジ412との間に配管しなければならない。
2つのT字接続406A、406Bと、圧力トランスデューサー、所望によりパージバルブ、及びミキサーカートリッジを、それぞれの流体ラインと合わせて単一のブロック440に組み込むことにより、ブロック内の耐高圧性流体接続は不要になり、耐高圧性流体接続の合計数は7つとなり、図2に示す実施形態で見出された数と実際に同じになる。ブロック設計が予定されない場合でも、流体接続の合計数は低減するが、図1に示す構成に比べて1つ減るだけであり、最小限の数しか低減されない。
図5は、本発明の原理による移動相調整装置、及び／又は溶媒混合装置を採用し得る高圧液体クロマトグラフィー分離装置の概略図を示す。
溶媒A、B (C、D) が適切な貯液槽 (ガラス容器など) に供給され、この貯液槽のキャップを通る柔軟なチューブを介して迅速かつ容易に溶媒を補充することができる。2つの溶媒A、Bを合わせて移動相を形成する場合、2液勾配溶出システムを使用することができる。更に他の溶媒C、D (破線図形で図示) が必要な場合、それぞれ3液及び4液システムを実施することができる。脱気装置 (図示なし) を溶媒供給ラインに配管して、溶媒流に気泡があればそれを除去するようにすることができる。これは、気泡があると、明確に定義された溶媒比率の移動相の適切な組成が損われる可能性があるためである。
移動相調整装置520は、複数の溶媒供給源に接続されて、溶媒A、B (C、D) をミキサーに供給し、混合し、均一化し (溶媒A、B (C、D) が移動相として混合したばかりの時点で不均一である場合)、結果として得られた均一化された移動相を分析ラインへと吐出する責任を負う。移動相調整装置520の下流で、移動相には高圧がかけられる。これは、更に下流に配置されている密に詰められた分析カラムに通すためである。移動相調整装置520は、本発明の原理に従い、前出の図に示された具体的な実施形態に関連して説明されているように、実装することができる。特にこれは、上述で説明した溶媒混合装置を含み得る。分析ラインで移動相調整装置から移動相が吐出される際の流量は、毎分ミリリットルの桁である。
移動相調整装置520の出口の下流には、インジェクター522が配置され、連続的に流れる移動相流にここから液体検体が注入される。検体が注入されると、移動相がこれをLCカラム524へと運ぶ。カラム524には、当該技術分野で周知のように、分離の実施に必要なクロマトグラフィー充填材が含まれている。
更に、検出器526がカラム524の出口側に連結されており、分離された化合物帯が溶出されて出て来る際にこれを検出する。検出器526の可能な実装装置としては例えば、UV吸光度検出器、蛍光検出器、蒸発光散乱検出器が挙げられる。また、LCの溶離液をマススペクトロメーターに入力して、液体クロマトグラフィーで分離された化合物を分析することも可能である。これは例えば、関心対象の分析物を液相からマススペクトルに必要な気相へと変換するスプレーイオン化源を介して行われる。場合によっては更に、直列又は並列で複数の検出器を連結することが有用なこともある。例えば、UV吸光度検出器は、マススペクトロメーターと組み合わせて使用することができる。この場合、注入された検体は2つの異なる方法で検査することができ、これによって、上述の検出方法を単独で1つだけ使用した場合よりも徹底的な検査が可能になる。
検出プロセスの後、残った移動相は検出器526を出て廃棄528へと送られるようにでき、あるいは、回収し、例えばクリーニング及び再調整を行うか、あるいは別の検体として回収して更なる分析を行うことができる。原理的に、溶媒供給ライン、分析ライン、及び、圧力測定とパージに用いられる行き止まりラインにあるすべてのコンポーネントは、使用中にかかる高圧負荷に確実に耐えられるようにするため、耐高圧性の導管及び耐高圧性の継手を備えてこれらで接続されていなければならない。
通常、検出器526はコンピューター530と通信を行い、このコンピューターが検出器からの信号出力を記録し、クロマトグラムに変換する。これを画面に表示することができ、あるいは検体構成物質の同定と濃度定量などのための更なる検査を行うためにアクセス可能な状態で保持することができる。
高圧液体クロマトグラフィーの稼働中の移動相調整装置作動方法を、図6に示す。この方法は、工程600から始まり、次の工程602で、溶媒が溶媒源からマニフォルドの入口へとポンプで送り込まれる。次に工程604で、溶媒がマニフォルド内の合流部分を通過し、ここで溶媒が少なくとも他の1種類の溶媒と合わせられる。すなわち、別のライン及び入口を通ってマニフォルドへと供給されて、移動相を形成する。次に工程606で、結果として得られた移動相がマニフォルドから分析ラインへと吐出される。工程608において、圧力測定と排気ベントのうち少なくとも1つを実施するために、移動相流の一部分が、合流領域部分又はその下流で分岐する。工程610でこの工程は完了する。
上記の説明は、約6,000 psi (約4.1×107 パスカル) 及びそれ以上の超高圧条件下での用途に重点が置かれている。しかしながら、より低い圧力の用法 (一般に高圧液体クロマトグラフィーの一部と見なされる) においても、本発明によりもたらされる利益効果、例えばポンプ圧縮容積の低減、及び場合によっては耐高圧流体接続数の低減なども、有益であることが実証され得ることは言うまでもない。更に、今後の用途では、今日の超高圧液体クロマトグラフィーにおいて典型的に見られる超高圧限界を超えることがあり得る。本開示はよって、この点に関して制限されていると解釈されるべきではない。
本発明の様々な態様又は詳細は、本発明の範囲から逸脱することなく、変更可能であり、また異なる実施形態の様々な態様又は詳細は、実践可能であれば任意に組み合わせられることが理解されよう。一般に、上述の説明は説明のみを目的としたものであり、本発明を制限する目的ではない。本発明の制限範囲は添付の請求項でのみ定義される。
Claims (20)
- 高圧液体クロマトグラフィーシステムと共に使用するための移動相調整装置(200; 400)であって、
複数の入口(252; 452)を有し、各入口(252; 452)が溶媒源に流体連結され、該入口(252; 452)が移動相出口(254; 454)に流体連結され、該出口が複数の溶媒(A, B, C, D)を含む移動相を分析ラインに吐出する、マニフォルド(250; 450)と、
該マニフォルド(250; 450)に溶媒(A, B, C, D)を供給するための少なくとも1つのポンプ(202A, 202B; 402A, 402B)と、
前記各入口(252; 452)を通って供給された前記溶媒(A, B, C, D)が互いに混合して前記移動相を形成する位置に配置され、圧力センサー(208; 408)とパージバルブ(210; 410)のうち少なくとも1つに流体連結されている、マニフォルド分岐(256; 456)と、を含む、装置。 - 前記移動相出口(254; 454)で前記分析ラインに流体連結されており、前記移動相中の溶媒(A, B, C, D)の不均一な分配を均一化する、分配ホモジナイザー(212; 412)を更に含む、請求項１に記載の装置。
- 前記分配ホモジナイザー(212; 412)が、ミキサーカートリッジを含む、請求項2に記載の装置。
- 少なくとも1つの前記ポンプ(202A, 202B; 402A, 402B)が単一ピストンポンプである、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記圧力センサー(208; 408)が、最高約20,000 psi (約1.4×108 パスカル) で作動するよう構成されている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の装置。
- 前記パージバルブ(210; 410)が、前記圧力センサー(208; 408)に流体連結されている、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記圧力センサー(208; 408)が圧力トランスデューサーである、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記圧力トランスデューサーが、液体の押しのけ容積を測定するダイヤフラムセンサーを含む、請求項7に記載の装置。
- 前記分岐(256; 456)が、前記移動相出口に連結されている第1出口(254, 454)と、第2出口(258; 458)とを含む、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記マニフォルド(250)が、2つの溶媒(A, B)を受け取るための2つの入口(252)を有し、該2つの入口(252)並びに前記第1及び第2出口(254, 258)がそれぞれ交差接続(206)で連結されている、請求項9に記載の装置。
- 異なる溶媒(A, B, C, D)の送出力を経時的に変化させて前記移動相の組成を変えるよう、少なくとも1つの前記ポンプ(202A, 202B; 402A, 402B)を操作するコントローラーを更に含む、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の装置。
- 少なくとも1つの前記ポンプ(202A, 202B; 402A, 402B)の出口と前記マニフォルド(250; 450)の入口(252; 452)とを直接に流体接続する配管を更に含み、ここにおいて該配管の長さは、ポンプ(202A, 202B; 402A, 402B)とマニフォルド(250; 450)との間の流体容積を低減するよう最小限に抑えられる、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の装置。
- 前記圧力センサー(208; 408)から圧力測定データを取得して少なくとも1つの前記ポンプ(202A, 202B; 402A, 402B)の動作を該圧力測定データの関数として調節するような、コントローラーを更に含む、請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の装置。
- 前記マニフォルド(250; 450)が、流体ライン上の耐高圧性流体接続を最小限に抑えるため、機械加工された材料ブロック(240; 440)として構成される、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の装置。
- 高圧液体クロマトグラフィーの稼働中の移動相調整装置の作動方法であって、次の工程：
(a) 溶媒源からマニフォルド入口へ溶媒を送出する工程、
(b) 該溶媒が該マニフォルド内の合流部分を通過し、ここで該溶媒が少なくとも他の1種類の溶媒と合わせられ、別のライン及び入口を通って該マニフォルドへと供給されて、移動相を形成する工程、
(c) 結果として得られた該移動相が該マニフォルドから分析ラインへと吐出される工程、及び
(d) 圧力測定と排気ベントのうち少なくとも1つを実施するために、該移動相流の一部分が、合流領域部分で分岐する工程、を含む、方法。 - 前記圧力測定の結果が、前記ポンプ送出の制御に使用される、請求項15に記載の方法。
- 2液、3液、又は4液の使用構成で、第1溶媒が、1つ、2つ、及び3つの他の溶媒とそれぞれ混合されて、前記移動相を形成する、請求項15又は請求項16に記載の方法。
- 高圧液体クロマトグラフィーシステムと共に使用するための溶媒混合装置であって、
複数の入口を有し、ここにおいて各入口が溶媒源と流体連結するよう構成され、更に、溶媒又は溶媒混合物からなる移動相を分析ラインに吐出するよう構成された移動相出口とを有するマニフォルドと、
圧力センサーとパージバルブのうち少なくとも1つに流体連結され、前記溶媒どうしが混合して前記移動相を形成する地点に配置された分岐に配管された行き止まり導管と、を含む、溶媒混合装置。 - 耐高圧性材料のブロックを更に含み、これに少なくとも前記マニフォルド、前記行き止まり導管、分析導管の一部、前記圧力センサーとパージバルブのうち少なくとも1つ、及び対応する流体ラインが組み込まれ、これによって該流体ラインの耐高圧性流体接続が不要になる、請求項18に記載の溶媒混合装置。
- 分配ホモジナイザーを更に含み、この流体ラインが前記ブロック内に組み込まれ、前記分析導管の一部に配管される、請求項19に記載の溶媒混合装置。
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