JP5737215B2 - 試料冷却装置及びサンプリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液体クロマトグラフなど、液体試料を自動的に分析する分析装置において、分析前の液体試料を冷却しておくための試料冷却装置及びその試料冷却装置を備えたサンプリング装置に関するものである。

複数の試料を自動的に装置に注入して分析を行なう自動分析装置においては、試料の入った複数の試料容器を収容して設置するためのサンプルラック（以下、単にラックという。）が使用される（特許文献１参照。）。

例えば液体クロマトグラフにおける自動分析では、少量の試料の入った複数の試料容器を収容したラックをサンプリング装置に設置すると、サンプリング装置が予め設定された分析プログラムに従ってラック上の試料容器から試料を順次吸入し、液体クロマトグラフの分析流路に注入する。分析流路に注入された試料は移動相によって分析カラムに導入されて成分ごとに分離された後、分析カラムの下流側に設けられた検出器へ導かれて検出される。

ラックに収容されている試料容器のうち分析待ち状態にある試料の入った試料容器は一般的には室温下に置かれるが、入っている試料によってはその変質を防止するために低温に保つことが必要な場合もある。そのような場合には、試料冷却装置によってラックに収容されている試料容器を冷却することが行なわれる。

試料冷却装置には直冷式と空冷式の２方式がある。直冷式はラックを熱伝導性の良好な金属で構成し、ラックの底部にペルチェ素子などの冷却器を密接させて試料の温度を調節するものである。他方、空冷式は、ラックを含むサンプリング装置の要部を断熱性のケースで囲み、その内部の空気を冷却することで試料の温度を調節するものである。本発明は直冷式の試料冷却装置に関する。

従来の直冷式の試料冷却装置の構成の一例を図５に示す。
冷却器としてのペルチェ素子２が断熱材１０に取り付けられている。ペルチェ素子２の冷却面に熱伝導性の板状部材である伝熱部材６が取り付けられている。伝熱部材６はペルチェ素子２により略均一に冷却される。ペルチェ素子２の冷却面とは反対側の放熱面に放熱フィン４が取り付けられており、伝熱部材６から吸収した熱を放熱フィン４から放熱するようになっている。

伝熱部材６上にラック１４が載置される。ラック１４は下部がベース１４ａで構成され、上部がカバー１４ｂで構成されている。ベース１４ａはアルミニウムなど熱伝導性の良好な材質で構成されており、カバー１４ｂは樹脂で構成されている。ベース１４ａの底面は伝熱部材６の表面と直接的に接しており、ベース１４ａは伝熱部材６を介して伝えられるペルチェ素子２からの熱（冷熱）により一定温度に冷却される。

ラック１４は液体試料の入った試料容器１６を保持するための複数の凹部を備えており、その凹部に収容された試料容器１６はベース１４ａ及び伝熱部材６を介してペルチェ素子２により一定温度に冷却される。樹脂からなるカバー１４ｂはベース１４ａによって冷却された試料容器１６の保冷のために設けられている。

特開２０１１−９９７０５号公報

図５に示したような直冷式の試料冷却装置は、熱伝達効率が高く短時間で所定温度まで冷却することができ、ラック１４に収容されている複数の試料容器１６の温度制御にばらつきが生じにくいという利点がある。しかし、冷却過程で大気中の水分が試料容器１６やラック１４のベース１４ａ、伝熱部材６の表面に凝縮して結露水を生じるという問題点がある。結露水の付着したラック１４や試料容器１６を移動させる際に、結露水が垂れて周辺を汚したり、錆やカビを発生させたりすることがあるため、ラック１４や試料容器１６の取り扱いが不便である。

このような問題を解決するために、直冷式の試料冷却装置を採用したサンプリング装置では、伝熱部材６やラック１４を含む空間を筐体で囲って外気から隔離された閉鎖空間とし、さらにその筐体内に除湿用のペルチェ素子を設けて筐体内部の湿度を低下させるという対策が採用されていた。しかし、ラック１４の出し入れの際に筐体内に外気が混入することや、ニードル用の洗浄液の液槽が筐体内にあることなどから、ラック１４や伝熱部材６における結露を完全になくすことは極めて困難である。

以上のことから、従来の試料冷却装置では、ラック１４と伝熱部材６との間に常に結露水が介在した状態となっており、分析者が拭き取ったりしない限りはその結露水が除去されなかった。

そこで、本発明は、ラックとそのラックを載置する伝熱部材との間に発生する結露水を速やかに排除できるようにすることを目的とするものである。

本発明にかかる試料冷却装置は、冷却器とその冷却器に接して冷却される伝熱部材を備え、試料容器を保持した熱伝導性のラックを伝熱部材に接触して載置することでラックに保持された試料容器を冷却するものであって、伝熱部材のラックを載置する面に、伝熱部材とラックとの間に発生した結露水を毛細管力によって吸収する構造を有する熱伝導性の吸水部材が配置されていることを特徴とする。

本発明にかかるサンプリング装置は、内部に試料を収容する試料容器を保持した熱伝導性のラックを設置してラックに保持されている試料容器を冷却するための試料冷却装置及び試料冷却装置に設置されたラックに保持されている試料容器の位置に移動してその試料容器の試料を吸入するニードルを備えたものであって、試料冷却装置は本発明の試料冷却装置であることを特徴とする。

本発明の試料冷却装置では、伝熱部材のラックを載置する面に、伝熱部材とラックとの間に発生した結露水を毛細管力によって吸収する構造を有する熱伝導性の吸水部材が配置されているので、ラックと伝熱部材との間に発生した結露水を速やかに排除することができる。これにより、ラックを移動させる際に液が周辺に垂れることがなく、ラックや伝熱部材におけるカビなどの発生も防止できる。

本発明のサンプリング装置は、本発明の試料冷却装置を備えているので、ラックやその周辺に結露水が溜まることがなく、周辺の錆やカビの発生などの問題の発生を防止できる。

試料冷却装置の一実施例を概略的に示す断面構成図である。 試料冷却装置の他の実施例を概略的に示す断面図である。 試料冷却装置のさらに他の実施例を概略的に示す断面図である。 サンプリング装置の一実施例を概略的に示す断面構成図である。 従来の試料冷却装置の一例を概略的に示す断面図である。

本発明の試料冷却装置の好ましい実施形態では、吸水部材として毛細管力を作用させる大きさの内径をもつ複数の孔を備えた多孔質部材を使用する。

上記多孔質部材としては、アルミニウム焼結材、ステンレス焼結材又はニッケル焼結材が挙げられる。

また、吸水部材の端部の少なくとも一部が伝熱部材とラックとの間から外側まで延在して吸水部材の吸収した水分を吸水部材から排除するための排水部となっていることが好ましい。そうすれば、吸水部材により吸収されたラックと伝熱部材との間の結露水が吸水部材において溢れることなく外部へ排出され、吸水部材の吸水性能を維持することができる。

以下、本発明の試料冷却装置及びサンプリング装置の好ましい実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図１を用いて試料冷却装置の一実施例について説明する。
冷却器としてのペルチェ素子２が断熱材１０に取り付けられている。ペルチェ素子２の冷却面に熱伝導性の板状部材である伝熱部材６が取り付けられている。伝熱部材６はペルチェ素子２により略均一に冷却される。ペルチェ素子２の冷却面とは反対側の放熱面に放熱フィン４が取り付けられており、伝熱部材６から吸収した熱を放熱フィン４から放熱するようになっている。

伝熱部材６には温度センサ９が埋設されている。ペルチェ素子２の駆動を制御する温度制御部１１は温度センサ９から検出信号を取り込んで伝熱部材６の温度を検知し、伝熱部材６の温度と予め設定された目標温度との差がゼロになるような電流をペルチェ素子２に供給することで、伝熱部材６の温度を温度に制御する。

伝熱部材６上に吸水部材として５ｍｍ程度の厚みを有する熱伝導性の多孔質部材８が配置されている。多孔質部材８は板状の部材である。多孔質部材８は伝熱部材６を介してペルチェ素子２により一定温度に冷却される。

多孔質部材８の上面にラック１４が載置される。ラック１４は下部がベース１４ａで構成され、上部がカバー１４ｂで構成されている。ベース１４ａはアルミニウムなど熱伝導性の良好な材質で構成されており、カバー１４ｂは樹脂で構成されている。

ラック１４のベース１４ａは多孔質部材８と直接的に接しており、多孔質部材８及び伝熱部材６を介してペルチェ素子２により一定温度に冷却される。ラック１４のベース１４ａは、液体試料の入った試料容器１６を収容するための複数の凹部を備えている。ラック１４の凹部に収容された試料容器１６はベース１４、多孔質部材８及び伝熱部材６を介してペルチェ素子２により冷却され、試料容器１６内に収容されている液体試料が冷却される。

カバー１４ｂはベース１４ａの凹部に対応する位置に貫通孔を備えており、凹部に収容された試料容器１６を試料容器１６の上部を露出させた状態で保持するようになっている。樹脂からなるカバー１４は冷却された試料容器１６を一定温度で保冷するために設けられている。なお、ベース１４ａに設けられている凹部の深さは凹部に収容される試料容器１６に収容された液体試料の液面の高さに応じたものになっていることで、液体試料を効率的に冷却することができる。

多孔質部材８は毛細管力を作用させる大きさの内径をもつ複数の孔を備えた吸水部材である。孔の内径は例えば平均で１０μｍ程度であり、毛細管力によって伝熱部材６とラック１４との間に介在する水を吸収する。このような多孔質部材８として、例えばアルミニウム焼結材やステンレス（ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４など）焼結材、ニッケル焼結材などを使用することができる。

多孔質部材８の一端部８ａは伝熱部材６上から外側の位置まで延在しており、その一端部８ａの下部にドレインチューブ１２の一端が接続されている。一端部８ａは多孔質部材８の孔に吸入された水が自重によってドレインチューブ１２の一端に集められるように下方へいくにしたがって収束する形状となっている。これにより、多孔質部材８に吸収された伝熱部材６とラック１４との間の結露水が多孔質部材８において溢れることなく外部へ排出され、多孔質部材８の吸水性能を維持することができる。

ドレインチューブ１２の他端側についての図示は省略されているが、ドレインチューブ１２の他端をこの試料冷却装置よりも低い位置に配置して多孔質部材８により吸収された結露水を自重により外部へ排出するようになっていてもよいが、ドレインチューブ１２の他端に小型のポンプを装着してポンプで多孔質部材８に吸収された結露水を強制的に排除するようになっていてもよい。ポンプを使用する場合には、定期的にポンプを駆動するようにしてもよいし、分析者が必要に応じてポンプを駆動するようにしてもよい。

伝熱部材６とラック１４との間に介在させる吸水部材が吸収した水を吸水部材から排除するための構造は図１の実施例に限定されるものではない。例えば図２に示した別の実施例では、図１の多孔質部材８と同じ材質である多孔質部材１８の一端部を伝熱部材６上から外側の位置まで延在させ、その延在部分の下部に多孔質部材１８に吸収された結露水を回収するためのトレイ２０を設けている。トレイ２０に回収された結露水はドレインチューブ（図示は省略）により定期的に排除されるようになっていてもよいし、トレイ２０に液面センサを取り付け、トレイ２０内の水位が一定以上になったことを液面センサが検知したときにドレインチューブによりトレイ２０内の結露水が排除されるようになっていてもよい。

図３に示したさらに別の実施例では、伝熱部材２２の上面２２ａを傾斜させるとともに多孔質部材２４の下面２４ａを伝熱部材２２の上面２２ａに合わせて傾斜させておくことで、多孔質部材２４に吸収された結露水が自重によって一端側に設けられたトレイ２６側へ回収されるようにしている。この実施例においても、トレイ２６に回収された結露水はドレインチューブ（図示は省略）により定期的に排除されるようになっていてもよいし、トレイ２６に液面センサを取り付け、トレイ２６内の水位が一定以上になったことを液面センサが検知したときにドレインチューブによりトレイ２６内の結露水が排除されるようになっていてもよい。

図１から図３に示した実施例では、多孔質部材８，１８，２４に吸収された結露水を排除するための構造が多孔質部材の一端部に設けられているが、このような構造は多孔質部材の全周を囲うように設けられていてもよい。

多孔質部材８，１８，２４などの吸水部材はラック１４が配置される範囲の全面に設けられていることで結露水の吸収効率が最もよくなる。しかし、吸水部材は多孔質の孔など、伝熱性の材質以外の部分が存在するため、仮に伝熱部材６，２２と同じ材質で構成したとしても、吸水部材は伝熱部材６，２２よりも熱伝導率が低くなる。そのため、ラック１４が配置される範囲の一部に配置し、それ以外の部分は熱伝導率の高い材質の部材を配置するようにしてもよい。一部分にだけ吸水部材を配置しても結露水を吸収する効果が得られるため有効である。

次に、サンプリング装置の一実施例について図４を用いて説明する。この実施例では、試料冷却装置として図１に示した試料冷却装置が使用されているが、図２又は図３に示したような構造をもつ試料冷却装置を使用することもできる。
図１に示した試料冷却装置の断熱部材１０よりも上の部分が筐体２７により囲われた閉鎖空間内に収容されている。試料冷却装置に設置されたラック１４に収容されている試料容器１６から試料を吸入して採取するためのニードル３２やニードル３２を駆動するための駆動部（図示は省略）のほか、液体クロマトグラフの分析流路に試料を注入するための試料注入部も筐体２７の内部に収容されている。

ニードル３２は駆動部により水平面内方向と上下方向へ移動する。ニードル３２は、試料冷却装置に設置されたラック１４に収容されている試料容器１６のうちサンプリング対象の試料容器１６上の位置へ移動し、そこから下降して試料容器１６の上面を封止しているセプタムなどの蓋を貫通し、試料容器１６内の試料を吸入する。試料を吸入したニードルは液体クロマトグラフの分析流路に通じる試料注入部の位置へ移動して試料を注入する。

筐体２７の外部にダクト３４が設けられており、ペルチェ素子２の冷却面に取り付けられた放熱フィン４がダクト３４内に配置されている。ダクト３４にはファン３６が設けられて通気されるようになっており、伝熱部材６から吸収した熱が放熱される。

筐体２７には、筐体２７の内部を冷却して除湿するためのペルチェ素子２８が設けられ、さらにペルチェ素子２８において発生した結露水を回収するためのドレイン３０がペルチェ素子２８の下方に設けられている。

本発明のサンプリング装置では、試料冷却装置に多孔質部材などからなる吸水部材が設けられているため、必ずしも伝熱部材６やラック１４が閉鎖空間内に収容されその密閉空間内が除湿される必要はない。しかし、図４のような構成にすることで、伝熱部材６とラック１４との間に発生する結露水の量を減らすことができるので、結露に関する効果をさらに高めることができる。

２ ペルチェ素子
４ 放熱フィン
６，１８ 伝熱部材
８，２４ 多孔質部材
９ 温度センサ
１０ 断熱部材１０
１１ 温度制御部
１２ ドレインチューブ
１４ ラック
１４ａ ベース
１４ｂ カバー
１６ 試料容器
２０，２６ トレイ
２７ 筐体
２８ 除湿用ペルチェ素子
３０ ドレインチューブ（除湿用）
３２ ニードル
３４ ダクト
３６ ファン

Claims (5)

1. 冷却器とその冷却器に接して冷却される伝熱部材を備え、試料容器を保持した熱伝導性のラックを前記伝熱部材に接触して載置することで前記ラックに保持された試料容器を冷却する試料冷却装置において、
   前記伝熱部材のラックを載置する面の少なくとも一部に、前記伝熱部材と前記ラックの両方に接触して、結露水を毛細管力によって吸収する構造を有する熱伝導性の吸水部材が配置されていることを特徴とする試料冷却装置。
2. 前記吸水部材は毛細管力を作用させる大きさの内径を有する複数の孔を備えた多孔質部材である請求項１に記載の試料冷却装置。
3. 前記多孔質部材はアルミニウム焼結材、ステンレス焼結材又はニッケル焼結材である請求項２に記載の試料冷却装置。
4. 前記吸水部材の端部の一部が前記伝熱部材と前記ラックとの間から外側まで延在して前記吸水部材の吸収した水分を前記吸水部材から排除するための排水部となっている請求項１から３のいずれか一項に記載の試料冷却装置。
5. 内部に試料を収容する試料容器を保持した熱伝導性のラックを設置して前記ラックに保持されている試料容器を冷却するための試料冷却装置及び前記試料冷却装置に設置されたラックに保持されている試料容器の位置に移動してその試料容器の試料を吸入するニードルを備えたサンプリング装置において、
   前記試料冷却装置は請求項１から４のいずれか一項に記載の試料冷却装置であることを特徴とするサンプリング装置。

Images