JP5906935B2 - ニードルとニードルポートの接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、分取精製装置のトラップカラム等に設けられるニードルポートとニードルとの接続構造に関する。

例えば製薬分野などにおいては、化学合成により得られた各種の化合物をライブラリとして保管したり或いは詳細に分析したりするためのサンプルを収集することを目的として、液体クロマトグラフを利用した分取精製装置が使用されている。こうした分取精製装置として、従来、特許文献１や特許文献２などに記載の装置が知られている。

これら従来の装置では、次のような方法で試料溶液から目的成分を回収している。まず、試料溶液中の目的成分（化合物）を液体クロマトグラフで時間的に分離することにより目的成分毎に別々のトラップカラムに導入して一旦捕集する。その後に各トラップカラムに溶媒を流して該カラム内に捕集していた成分を溶出させることで、目的成分を高い濃度で含有する溶出液を容器に回収する。こうして分取した各溶液について蒸発・乾固処理を行って溶媒を除去し、目的成分を固形物として回収する。

こうした分取精製装置では、各トラップカラムを液体の流路中に介装するために、ニードルとニードルポートを利用した接続機構が採用されている。ニードルは、内部に液体を通すための通路を備えており、該ニードルの基部（先端とは反対の端部）には液体導入用の配管又は液体排出用の配管が接続される。ニードルポートはトラップカラムの出口端と入口端にそれぞれ取り付けられており、その内部には液体を通すための通路（ポート内通路）が形成されている。トラップカラムを液体の流路中に介装する際には、液体導入用の配管が接続されたニードルの先端を前記入口端側のニードルポートに挿入すると共に、液体排出用の配管が接続されたニードルの先端を前記出口端側のニードルポートに挿入する。これにより、各ニードル内に形成された通路と各ニードルポートに形成されたポート内通路とが液密に接続され、トラップカラムの内部に液体を流すことが可能となる。

図６により、ニードルとニードルポートの接続方法を詳しく説明する。なお、同図では簡略化のためトラップカラムの出口端付近のみを示すが、入口端側も基本的に同一の構成となっている。

トラップカラム１２１は中空の円筒形状を有しており、その内部空間１２４には粒状の充填剤が充填されている。トラップカラム１２１の端部には充填剤の流出を阻止するためのメッシュ状のキャップ１２６と蓋１２９が設けられ、蓋１２９には液体を流通させるための開口１２７が形成されている。開口１２７の外側にはキャビティが設けられ、ニードルポート１２３はそのキャビティに固定される。ニードルポート１２３がキャビティに固定されたとき、ポート内通路１２８は前記開口１２７と連通する。ポート内通路１２８は漏斗状となっており、外部側のテーパー領域１２８ａと、真直な流路領域１２８ｂとから成る。また、ニードル１３０は、真直な本体１３０ａの先端にテーパー部１３０ｂが設けられており、内部には通路１３０ｃが形成されている。

ニードル１３０の先端をニードルポート１２３のポート内通路１２８に挿し込むと、テーパー部１３０ｂが流路領域１２８ｂの入口１２５に密着する。これにより、ニードル１３０内の通路１３０ｃとポート内通路１２８とが液密に接続される。

国際公開WO/2009/044427号 特開2003-149217号公報

多数の試料を自動的に分取・採取するため、上記のようなニードル１３０は、多くの場合、モータ等により駆動される。駆動機構は精密に動くように設計されているが、トラップカラム１２１の位置ずれ等により、ニードル１３０とニードルポート１２３の中心軸がずれた状態でニードル１３０がニードルポート１２３に挿し込まれるという事態も生じ得る。ニードルポート１２３のテーパー領域１２８ａは、そのような場合でもニードル１３０を正しく流路領域１２８ｂに導くために設けられているのであるが、その際、ニードル１３０の先端がテーパー領域１２８ａに当たり、ニードルが挿し込まれるにつれてその表面が削られてしまう。このような擦傷が流路領域１２８ｂの入口１２５付近に生じると、ニードル１３０のテーパー部１３０ｂが入口１２５と充分密着することができず、これらの隙間から液漏れが発生するという問題があった。

このような問題は、上述したトラップカラムに設けられたニードルポートに限らず、分析カラムやインジェクションポート等に設けられたニードルポートについても当てはまるものである。また、分取精製装置に限らず、液体クロマトグラフ装置やオートサンプラ等において上記同様の場所に設けられたニードルポートについても当てはまるものである。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ニードルとニードルポートの接続部における液漏れの発生を確実に防止することのできる接続構造を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、本体の先端にテーパー部を有するとともに内部に液体が通る通路が形成されたニードルと、前記ニードルが挿入されるためのポート内通路を有するニードルポートとの接続構造であって、前記ポート内通路が、
a) 前記ニードルの本体の外径よりも大きい内径を有するガイド領域と、
b) 前記ニードルの本体の外径よりも小さく、前記ニードルのテーパー部の先端径よりも大きい内径を有する流路領域と、
c) 前記ガイド領域と前記流路領域を接続するテーパー状の領域であって、そのテーパー角が前記ニードルのテーパー部のテーパー角よりも大きく、その幅が前記ニードルの本体の外径と前記先端径の差の1/2よりも小さいテーパー領域と、
を有することを特徴とする。

上記のテーパー角とは、テーパー形状の面を延長してできる円錐の中心軸と前記テーパー形状の面との間の角度である。また、上記のテーパー領域の幅とは、テーパー領域の両端径の差（即ち最大内径と最小内径の差）の1/2である。

本発明に係る接続構造の構成について、図１を参照して以下に説明する。なお、図１はあくまで本発明の説明を容易にするための概念図であって、本発明の構成を限定するものではない。

本発明に係る接続構造において、図１（ａ）に示すように、ニードル１３１の本体１３１ａの外径をφa、ニードル１３１のテーパー部１３１ｂの先端径をφb、ポート内通路１６０のガイド領域１６２の内径をφc、流路領域１６４の内径をφdとする。また、ニードル１３１のテーパー部１３１ｂのテーパー角をθa、ポート内通路１６０のテーパー領域１６３のテーパー角をθbとする。

ニードルポートにニードルを接続する際には、まず、ニードル１３１をニードルポートの上方からポート内通路１６０に向かって降下させる。このとき、図１（ａ）に示すように、ニードル１３１がニードルポートに対して軸ずれを有する場合であっても、ニードル１３１のテーパー部１３１ｂの先端の外周がガイド領域１６２の内周よりも内側に位置していれば、ニードル１３１は、そのテーパー部１３１ｂ及び本体１３１ａがガイド領域１６２の内周面にガイドされ、降下してゆく。

更にニードル１３１が降下してゆき、ニードル１３１の先端がポート内通路１６０のテーパー領域１６３に達しても、本発明に係るニードルポートでは、ポート内通路１６０のテーパー領域１６３の幅xがニードル１３１の本体１３１ａの外径φaとテーパー部１３１ｂの先端径φbの差の1/2よりも小さく（x＜［(φa−φb)/2］）、また、ニードル１３１のテーパー部１３１ｂの方がポート内通路１６０のテーパー領域１６３よりもテーパー角が小さい（θa＜θb）ため、図１（ｂ）に示すように、テーパー部１３１ｂの先端がテーパー領域１６３の内周面に当たることがない。

その後、ニードル１３１を更に降下させると、ニードル１３１のテーパー部１３１ｂの外周面の一部がポート内通路１６０のテーパー領域１６３の内周面の一部と接触し、これによりニードル１３１がガイドされて軸ずれが修正される。そのため、最終的には図１（ｃ）に示すように、ニードル１３１のテーパー部１３１ｂがポート内通路１６０の流路領域１６４の入口１６５を密閉する。

このように、本発明に係る接続構造では、たとえニードルとニードルポートの間に軸ずれがあったとしても、その軸ずれは正しく修正されるとともに、その際にニードルの先端がニードルポートのテーパー領域を傷つけることがないため、常に両者間の液密性を確保することが可能となる。

なお、ニードルとニードルポートの間の軸ずれが更に大きい場合でも、ニードルをニードルポートに挿し込むことができるようにするために、ポート内通路のガイド領域の手前にテーパー状の開口領域を設けることが望ましい。この開口領域については、ニードルのテーパー部の先端が当たることによってその表面に擦傷が生じる可能性があるが、開口領域はニードルポートとニードル間の液密性に影響を与えるものではないため何ら問題はない。

本発明は、分取精製装置、液体クロマトグラフ装置及びオートサンプラ等といった、液体を流路に供給したり該流路を切り替えたりする際にニードルを用いる様々な装置におけるニードルポートに適用することができ、より具体的には、これらの装置内に設けられた各種カラムの出入口端やインジェクションポート等に適用することができる。

本発明に係る接続構造では、各部の寸法及び角度を適切に設定したことにより、ニードルがニードルポートに対して軸ずれを有する状態のままニードルポートに挿し込まれた場合であっても、ニードルのテーパー部の先端がポート内通路のテーパー領域に当たることがない。従って、従来の接続構造とは異なり、テーパー領域の表面に擦傷が生じることがなく、常にニードルとニードルポート間の液密性を確保することが可能となる。

本発明に係るニードルポートの構成を示す概念図。 本発明の一実施例に係るニードルポートを備えた分取精製装置の要部のブロック構成図。 本実施例におけるトラップカラムの縦断面拡大図。 （ａ）本実施例に係るニードルの先端付近を示す拡大図。（ｂ）本実施例に係るニードルポートが有するポート内通路の縦断面拡大図。 本実施例に係るニードルポートにニードルを挿入する様子を示した模式図。 従来のニードルポートを備えたトラップカラムの縦断面拡大図。

本発明に係る接続構造を用いた分取精製装置について図２〜図５を参照しつつ詳述する。図２は本発明の一実施例であるニードルポートを備えたトラップカラムを有する分取精製装置の要部のブロック構成図である。

この分取精製装置は、目的成分を含む溶液中の目的成分をトラップカラム２１に捕集した後に精製して固形物として取得するためのものである。本実施例に係るニードルポート２２、２３は、この分取精製装置に設けられたトラップカラム２１の入口端及び出口端にそれぞれ取り付けられている。なお、これらのニードルポート２２、２３は基本的に同一の構成を有している。

容器１１、１２、１３には目的成分を含む溶液、トラップカラム２１の洗浄液である純水、及び溶出用溶媒であるジクロロメタンがそれぞれ収容されている。流路切替バルブ１４及び送液ポンプ１６は、目的成分の捕集、トラップカラム２１の洗浄及び目的成分の溶出を順次行うために、これらの容器１１、１２、１３に収容された液体の何れかを導入側流路１５に送給し、選択的にトラップカラム２１内に導入するためのものである。導入側流路１５の途中には二方切替バルブ１７が設けられており、ニードル１８又は希釈流路１９へ流路を選択的に切り替えることができるようになっている。希釈流路１９の他端は、トラップカラム２１の下流に位置する排出側流路３２にＴ字型ジョイント３３を介して接続されており、これにより該希釈流路１９を流れてきた液体（即ち希釈液）を排出側流路３２内に流入させることができるようになっている。前記ニードル１８は三軸駆動機構５１によって移動可能となっている。

また、前記の排出側流路３２の上流端にはニードル３１が設けられている。該ニードル３１、排出側流路３２、及び後述する吐出ノズル３４は、分取ヘッド３５に取り付けられており、この分取ヘッド３５は三軸駆動機構５１によって移動可能となっている。前記ニードル１８、３１を移動させてトラップカラム２１の入口端及び出口端にそれぞれ接続することにより、送液ポンプ１６で吸引した液体を導入側流路１５を経てトラップカラム２１に導入することが可能になると共に、トラップカラム２１を通過した前記液体を排出側流路３２に排出することが可能となる。排出側流路３２の下流端には吐出ノズル３４が取り付けられており、該吐出ノズル３４が取り付けられた分取ヘッド３５を三軸駆動機構５１により移動させることによって、トラップカラム２１から排出側流路３２に排出された液体を吐出ノズル３４を経て回収容器４２に回収するか、或いは三軸駆動機構５１による分取ヘッド３５の移動範囲に設けられた廃液ポート３９に廃棄することができる。

ＣＰＵ等を含む制御部５２は予め設定されたプログラムに従って、切替バルブ１４、１７の切替動作、三軸駆動機構５１の駆動動作、及び送液ポンプ１６の動作（流量又は流速）などを制御することで、分取精製動作を遂行する。また、操作部５３はその分取精製動作のための条件などを入力設定するためのものである。

上述の通り、分取精製装置には目的成分を捕集するためのトラップカラム２１が設けられており、該トラップカラム２１の入口端及び出口端には本実施例に係るニードルポート２２及び２３がそれぞれ取り付けられている。以下、これらの構成について図３及び図４を参照して詳細に説明する。

トラップカラム２１は中空の円筒形状を有しており、その内部空間２４には粒状の充填剤が充填されている。トラップカラム２１の端部には充填剤の流出を阻止するためのメッシュ状のキャップ２６と蓋２９が設けられ、蓋２９には液体を流通させるための開口２７が形成されている。開口２７の外側にはキャビティが設けられ、ニードルポート２３はそのキャビティに固定される。ニードルポート２３がキャビティに固定されたとき、ニードルポート２３のポート内通路６０が前記開口２７と連通する。

ニードル３１は、真直な本体３１ａの先端にテーパー部３１ｂが設けられており、内部には液体が通る通路３１ｃが形成されている。また、ポート内通路６０は、外部側から順に、開口領域６１、ガイド領域６２、テーパー領域６３及び流路領域６４から成る。これらのうち、ガイド領域６２及び流路領域６４は真直な領域であるが、開口領域６１及びテーパー領域６３はニードル３１が挿入される方向に向かって径が狭まっている。

ここで、本実施例に係るニードルポート２２、２３における各部の大きさ及び角度を説明するために、図４に示すように、ニードル３１の本体３１ａの外径をφ1、ニードル３１のテーパー部３１ｂの先端径をφ2、ポート内通路６０のガイド領域６２の内径をφ3、流路領域６４の内径をφ4とする。また、ニードル３１のテーパー部３１ｂのテーパー角をθ1、ポート内通路６０のテーパー領域６３のテーパー角をθ2とする。更に、ポート内通路６０のテーパー領域６３の幅をwとする。

本実施例に係るニードルポート２２、２３では、上記φ1、φ2、φ3、φ4はそれぞれ2.1mm、1.25mm、2.20mm、1.4mmである。また、幅wは0.4mmである。また、上記テーパー角θ1及びθ2はそれぞれ15度及び60度であり、開口領域６１のテーパー角は60度である。更に、ポート内通路６０の全長は11.7mmであり、開口領域６１、ガイド領域６２、テーパー領域６３、及び流路領域６４の縦方向の長さはそれぞれ1mm、4.2mm、0.7mm、及び5.8mmである。

上述した各部の寸法及び角度は、上述した数値に限定されるものではなく、以下の条件を満たす範囲内で適宜変更することができる。即ち、ポート内通路６０のガイド領域６２の内径φ3を、ニードル３１の本体３１ａの外径φ1よりも大きく設定し、且つポート内通路６０のテーパー領域６３の幅wをニードル３１の本体３１ａの外径φ1とテーパー部３１ｂの先端径φ2の差の1/2よりも小さく設定する（w＜［(φ1−φ2)/2］）。更に、ニードル３１のテーパー部３１ｂの方がポート内通路６０のテーパー領域６３よりもテーパー角が小さくなるようにする（θ1＜θ2）。また、開口領域６１の最小内径はガイド領域６２の内径と等しくなるようにする。

次に、本実施例のニードルポートを備えた分取精製装置の動作について説明する。まず制御部５２は、三軸駆動機構５１によりニードル１８及び分取ヘッド３５を移動させ、ニードル１８の先端をトラップカラム２１の入口端のニードルポート２２に挿入するとともに、ニードル３１の先端を出口端のニードルポート２３に挿入することにより、トラップカラム２１に導入側流路１５及び排出側流路３２を接続する。また、このとき吐出ノズル３４は廃液ポート３９に挿入する。

トラップカラム２１の出口端に設けられたニードルポート２３にニードル３１の先端を挿入する過程について、図５を参照して以下に説明する。なお、トラップカラム２１の入口端のニードルポート２２にニードル１８の先端を挿入する過程も、上下方向が逆になる点以外は以下に説明する過程と同一である。

まず、図５（ａ）に示すように、ニードル３１がニードルポート２３に対して軸ずれを有する場合、ニードル３１がニードルポート２３に向けて降下してゆくと、ニードル３１のテーパー部３１ｂの先端がポート内通路６０の開口領域６１の内周面に当たる。その後、ニードル３１は、そのテーパー部３１ｂの先端が前記開口領域６１のテーパー状の内周面にガイドされ、ガイド領域６２の入口に到達する。ガイド領域６２に到達したニードル３１は、その本体３１ａがガイド領域６２の内周面にガイドされ、降下してゆく。

ニードル３１が更に降下していき、ニードル３１のテーパー部３１ｂの先端がポート内通路６０のテーパー領域６３に達しても、本実施例に係るニードルポート２３では、上述したようにポート内通路６０のテーパー領域６３の幅wがニードル３１の本体３１ａの外径φ1とテーパー部３１ｂの先端径φ2の差の1/2よりも小さく（w＜［(φ1−φ2)/2］）、且つニードル３１のテーパー部３１ｂの方がポート内通路６０のテーパー領域６３よりもテーパー角が小さい（θ1＜θ2）ため、図５（ｂ）に示すように、テーパー部３１ｂの先端がテーパー領域６３の内周面に当たることがない。

その後、ニードル３１を更に降下させると、ニードル３１のテーパー部３１ｂの外周面の一部がポート内通路６０のテーパー領域６３の内周面の一部と当接するため、その状態でニードル３１を更に降下させることによりニードル３１の軸ずれが修正される。そして、最終的には図５（ｃ）に示すように、ニードル３１のテーパー部３１ｂが流路領域６４の入口６５を密閉し、ニードルポート２３にニードル３１が接続される。

なお、本実施例のニードルポート２３ではガイド領域６２の手前に開口領域６１を設けて、ニードル３１の大きい軸ずれを修正することを可能としているが、三軸駆動機構５１の精度が良い場合には、この開口領域６１は必ずしも設ける必要はない。

こうしてトラップカラム２１の入口端及び出口端のニードルポート２２、２３にニードル１８、３１がそれぞれ接続されると、制御部５２は、切替バルブ１４、１７の切替動作及び送液ポンプ１６の動作を制御することにより、まず容器１１に収容された目的成分を含む溶液をトラップカラム２１に導入するとともに、トラップカラム２１から排出された液体を排出側流路３２、吐出ノズル３４を経て廃液ポート３９に廃棄する。これにより、トラップカラム２１内に目的成分が捕集される。次に制御部５２は、トラップカラム２１を洗浄して塩類等の不所望な物質を除去するために、容器１２に収容された純水をトラップカラム２１に導入するとともに、トラップカラム２１から排出された使用済の純水を同じく廃液ポート３９に廃棄するように各部を制御する。

さらに制御部５２は、トラップカラム２１から目的成分を回収するために、吐出ノズル３４を廃液ポート３９から抜去して、回収容器４２に挿入すると共に、容器１３に収容されたジクロロメタンをトラップカラム２１に導入する。そして、該カラム２１の出口端から排出された、目的成分を高濃度で含む液体を排出側流路３２、吐出ノズル３４を経て回収容器４２に回収する。このとき、トラップカラム２１の出口端から溶出用溶媒が排出され始めてから所定の時間が経過するまでの間、制御部５２が切替バルブ１７をニードル１８側（ｆポート）から希釈流路１９側（ｇポート）へと間欠的に切り替えるように制御を行うことにより、送液ポンプ１６で吸引されたジクロロメタンを、トラップカラム２１を介さずに排出側流路３２に直接流入させる。これにより、目的成分を高濃度で含む液体が希釈されるため、排出側流路３２内における目的成分の析出が起こりにくくなる。その後、回収容器４２に回収された液体に真空乾固処理等を施すことにより、目的成分が固形物として取得される。

以上述べたように、本実施例に係るニードルポート２２、２３では、各部の寸法及び角度を適切に設定したことにより、ニードル１８、３１がニードルポート２２、２３に対して軸ずれを有する状態のままニードルポート２２、２３に挿し込まれた場合であっても、ニードルのテーパー部の先端がポート内通路のテーパー領域に当たることがない。従って、従来のニードルポートとは異なり、テーパー領域の表面に擦傷が生じることがなく、常にニードルとニードルポート間の液密性を確保することが可能となる。

なお、本実施例に係るニードルポート２２、２３では、上述したようにテーパー領域の表面には擦傷が生じないものの、開口領域の表面には擦傷が生じる可能性がある。しかし、開口領域はニードルポート２２、２３とニードル１８、３１間の液密性に影響を与えるものではないため何ら問題はない。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を挙げて説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。

例えば、本実施例のニードルポートは上述した分取精製装置に限らず、液体クロマトグラフ装置及びオートサンプラ等といった、液体を流路に供給したり該流路を切り替えたりする際にニードルを用いる様々な装置におけるニードルポートに適用することができ、より具体的には、これらの装置内に設けられた各種カラムの出入口端やインジェクションポート等に適用することができる。

１１、１２、１３…容器
１４、１７…切替バルブ
１５…導入側流路
１６…送液ポンプ
１８、３１…ニードル
１９…希釈流路
２１…トラップカラム
２２、２３…ニードルポート
２４…内部空間
２６…キャップ
２７…開口
２９…蓋
３１ａ…本体
３１ｂ…テーパー部
３１ｃ…通路
３２…排出側流路
３３…Ｔ字型ジョイント
３４…吐出ノズル
３５…分取ヘッド
３９…廃液ポート
４２…回収容器
５１…三軸駆動機構
５２…制御部
５３…操作部
６０…ポート内通路
６１…開口領域
６２…ガイド領域
６３…テーパー領域
６４…流路領域
６５…入口

Claims (2)

1. 本体の先端にテーパー部を有するとともに内部に液体が通る通路が形成されたニードルと、前記ニードルが挿入されるためのポート内通路を有するニードルポートとの接続構造であって、前記ポート内通路が、
   a) 前記ニードルの本体の外径よりも大きい内径を有するガイド領域と、
   b) 前記ニードルの本体の外径よりも小さく、前記ニードルのテーパー部の先端径よりも大きい内径を有する流路領域と、
   c) 前記ガイド領域と前記流路領域を接続するテーパー状の領域であって、そのテーパー角が前記ニードルのテーパー部のテーパー角よりも大きく、その幅が前記ニードルの本体の外径と前記先端径の差の1/2よりも小さいテーパー領域と、
   を有することを特徴とする接続構造。
2. 前記ポート内通路の前記ガイド領域の手前にテーパー状の開口領域を有することを特徴とする請求項１に記載の接続構造。

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