JP5915467B2

JP5915467B2 - 液体クロマトグラフ検出器用送液管及び液体クロマトグラフ

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Publication number: JP5915467B2
Application number: JP2012190484A
Authority: JP
Inventors: 渡邉　真人; 真人渡邉; 昌秀軍司
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: CN103675165A; JP2014048119A; US9835598B2; CN103675165B; US20140060163A1

Description

本発明は、液体クロマトグラフ検出器用の送液管及び液体クロマトグラフに関する。

液体クロマトグラフでは、試料をカラムに注入し、固定相と移動相の二つの相に対する試料の成分の分配状態の差を利用して試料の各成分を時間的に分離する。各成分はカラムから溶出された後、移動相とともに配管を通って検出器に導入され、分析が行われる。

検出器には様々な方式が用いられる。中でも吸光度検出器や蛍光検出器等の光学的検出器は、適用範囲が広い等の理由により、現在最も多く使用されている。

試料成分の吸光特性等は温度の影響を受けやすい。そのため、試料成分を含む移動相の温度が変化すると、検出器の出力も影響を受け、正しい分析結果が得られない。移動相が比較的長い周期による温度変動の影響を受ける場合等は、検出器出力のベースラインの変化として現れ、ベースラインの変化よりも短い周期による温度変動の影響を受ける場合等は、ノイズとして現れる。これらの影響を避けるためには、検出器で検出される時点での試料成分の温度（すなわち移動相の温度）を一定にする必要がある。

そのため、カラムから検出器までの液体クロマトグラフの各構成部分の温度制御が重要となる。液体クロマトグラフは通常、カラムと検出器をそれぞれモジュール化し、分析目的に応じたモジュールを選択して組み合わせ、両者を配管で接続して所期の性能を得るという構成がとられる。ここで、モジュール化したカラムと検出器ではそれぞれ個別に温度制御が行われる。

例えば特許文献１には、カラムの温度を制御する技術が開示されている。ここでは、カラムは恒温槽の内部に収容され、カラムの外面に温度センサが取り付けられている。この温度センサの値が目標温度となるように恒温槽内に設けたヒータに供給する電流を制御することで、カラムの温度（すなわち移動相の温度）を制御している。

また、特許文献２には、検出器の温度を制御する技術が開示されている。ここでは、光源から発せられた光をフローセルに照射し、光検出器で透過光量を検出する構成において、フローセルを収容する試料用温調ブロックと、光検出器を収容する光検出用温調ブロックを設け、両者に接する同時温調ブロックを設けている。そして、同時温調ブロックを一定温度に調整することで、フローセルに供給される移動相の温度と光検出器の温度を一定に維持している。

上記のように、試料を保持した移動相をカラムモジュールから検出器モジュールに送るために配管が必要であるが、移動相の温度はカラムモジュールと検出器モジュールの間の配管を通過する際にも周囲環境の影響を受けて変動する。そこで従来は、図４のように、検出器モジュール内において配管４１とは別に配管巻回部４２を設け、配管巻回部４２を温調ブロックの周囲に密着させて配置する構成としている。図４中の２つの二重波線で挟まれた領域は、温調ブロック４６の内部を示し、光源４５、フローセル４３及び光検出器４４はこの中に設けられている。

この構成では、カラムモジュール４８と検出器モジュール４０の間の配管４１を通過する際に周囲環境の影響によって移動相に温度変化が生じたとしても、配管巻回部４２を通過する間に、温調ブロック等との間の熱交換によって移動相の温度が一定となる。従って、フローセル４３に供給される移動相の温度も常に一定となり、光検出器４４の出力に影響を与えることを防止することができる。

特開2010-48554号公報特開2008-256530号公報

近年、高速液体クロマトグラフ（HPLC）においては、移動相及び試料の消費を減らすため、移動相の低流量化が重要視されている。従来、最小流量は数μL/min程度であったが、近年ではその10分の1程度にまで流量を小さくすることが求められている。
移動相の流量を減らすと、カラムモジュールと検出部モジュールの間の配管を通過する移動相の熱容量も小さくなり、そこにおける周囲環境の影響がより大きくなるが、図４の構成では移動相の熱容量が小さいことにより、検出器で検出される際の移動相の温度はより安定することとなる。
しかし一方で、長い配管巻回部４２のために移動相の量が増え、分析時間が長くなり、試料成分が流路方向に拡散してピークが広がってしまう（ピークブロードニング）という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、モジュール化されたカラム部と検出部を用いる低流量分析において、検出器で検出される時点での試料成分の温度を常に一定にし、検出器の出力への影響を防止することを可能とする、液体クロマトグラフ検出器用送液管及び液体クロマトグラフを提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体クロマトグラフ検出器用送液管は、温度調節された恒温槽内にカラムが収容されたカラムモジュールと、温度調整された検出部モジュールとを備えた液体クロマトグラフに用いられる送液管であって、
a)前記カラムモジュールのカラムから溶出した試料を前記検出部モジュールに導入する接続管と、
b)前記接続管の全ての外周を覆う断熱部材であって、
b1)前記接続管の外周を覆う空気層と、
b2)該空気層を覆うチューブと、
b3)前記接続管の両端に設けられ、前記空気層を前記接続管と前記チューブの間に封止するための封止部材と、
を備える断熱部材と
を備えることを特徴とする。

前記断熱部材は、前記接続管の外周を覆う空気層と、該空気層を覆うチューブからなるものとすることができる。これにより、空気の優れた断熱効果を利用することができる。

前記断熱部材は、前記接続管と前記チューブの間に前記空気層を封止するための封止部材を備えるものとすることができる。これにより、接続管とチューブの間の空気が失われず、且つ、外部から新たな空気が入り込むこともないため、断熱効果が高まる。

また、前記断熱部材は、前記チューブの外周を覆うスポンジを備えることで、より優れた断熱効果を得ることができる。

また、本願発明に係る液体クロマトグラフは、温度調整された恒温槽内にカラムが収容されたカラムモジュールと、温度調整された検出部モジュールとを備えた液体クロマトグラフであって、
a)前記カラムモジュールのカラムから溶出した試料を前記検出部モジュールに導入する接続管と、
b)前記接続管の全ての外周を覆う断熱部材であって、
b1)前記接続管の外周を覆う空気層と、
b2)該空気層を覆うチューブと、
b3)前記接続管の両端に設けられ、前記空気層を前記接続管と前記チューブの間に封止するための封止部材と、
を備える断熱部材と
を備えることを特徴とする。

前記液体クロマトグラフは、測定範囲の最低流量が１μL/min以下であるようにすることができる。

本発明に係る液体クロマトグラフ検出器用送液管及び液体クロマトグラフによれば、接続管の外周を覆う断熱部材の断熱効果により、接続管の温度が周囲環境の影響を受けにくくなる。そのため、低流量分析において、従来のように配管巻回部を設けなくとも、検出器で検出される時点での試料成分の温度を常に一定にし、検出器の出力への影響を防止することができる。
また、配管巻回部を取り除くことで、カラム外容積（ここでは、「カラムから溶出した試料成分がフローセルに供給されるまでの間の流路の容積」をいう）を小さくできる。そのため、ピークブロードニング等のカラム外効果を低減し、液体クロマトグラフの高速化、高分解能化が可能となる。

本実施例に係る液体クロマトグラフの要部の構成図本実施例に係る液体クロマトグラフ検出器用送液管の構成図本実施例に係る液体クロマトグラフ検出器用送液管の詳細図従来の液体クロマトグラフ検出器の概略図本発明の送液管を用いない場合の実験結果を示すグラフ(a)と、本発明の送液管を用いた場合の実験結果を示すグラフ(b)

以下、本発明の一実施例である液体クロマトグラフ検出器用送液管について、添付図面を参照しつつ詳述する。図１は、本実施例に係る液体クロマトグラフの要部の構成図である。カラムモジュール２５は、温度調整された恒温槽２０内に、試料の各成分を分離するカラム２１を収容して成る。恒温槽２０の内部は撹拌用のファン２２や加熱用のヒータ２３を備える。カラム２１の表面には温度検知器２４が設けられ、温度が一定となるように温度調整されている。

検出部モジュール３０は温調ブロック３４を含み、温調ブロック３４は図示しないヒータ、温度センサ等により温度調整されている。図１中の２つの二重波線で挟まれ領域は、温調ブロック３４の内部を示し、光源３３、フローセル３１及び光検出器３２はこの中に設けられている。カラム２１から溶出した試料成分と移動相は接続管１１を通じて検出部モジュール３０に達した後、フローセル３１の内部に供給される。フローセル３１に光源３３の光を照射し、光検出器３２で透過光を検出し、これを試料成分の吸光特性に換算する。分析は吸光特性の測定に限られず、蛍光特性等の他の特性を測定しても良い。

本願発明の特徴的な構成は、カラムモジュール２５と検出部モジュール３０の間の接続管１１の外周をチューブ１２で覆った構成（送液管１０）である（図１）。すなわち、接続管１１とチューブ１２の間に空気層１５を形成し、空気層１５及びチューブ１２から成る断熱部材１３を接続管１１の外周に設ける（図２）。また、接続管１１の両端に、封止部材１４を設けて、空気層１５を接続管１１とチューブ１２の間に封止する（図３）。封止部材は、例えばチューブ１２を熱収縮チューブとし、その両端を加熱して収縮させることで形成してもよい。さらに断熱効果を高めるために、チューブ１２の外周をスポンジ等で覆う構成とすることでもできる。

本実施例の効果を確認するために、配管巻回部を設けない構成において、本願発明の送液管を用いた場合と、用いなかった場合（接続管のみの場合）の、液体クロマトグラフの検出器の出力に対する影響を実験で確認した。いずれの実験においても、接続管には、材料が樹脂であるＰＥＥＫ（登録商標）配管を用いた。従来、接続管の材料には熱交換機能を高めるため、比較的熱伝導率の大きいステンレス配管（16.7〜26.0W/(m・k)）等が用いられていたが、これよりも熱伝導率が10分の1程度のＰＥＥＫ配管（0.25〜0.92W/(m・k))を用いることで、断熱性を高めることができる。ＰＥＥＫ配管の内径は0.13mm、外形は1.6mm、配管の長さは430mmとした。さらに、本願発明の送液管のチューブには熱収縮チューブであるスミチューブ（登録商標）を用いた。スミチューブの内径は2.1mm、肉厚は0.2mmであり、ＰＥＥＫ配管とスミチューブの間には0.25mmの厚みの空気層が形成される。液体クロマトグラフの移動相の流量は0.6mL/minとした。また、従来技術と比較して、フローセルの容量及びカラムからフローセルまでの配管の容量も10分の1程度とした。

実験は室内で行った。実験中の室温は、空調のオン／オフのため、概ね30分の周期で緩やかに変化していた。そのときの室温の変動幅は約２℃であった。液体クロマトグラムの移動相には、アセトニトリルと水とトリエチルアミンを500対500対1の割合とした溶液を用いた。トリエチルアミンは230nm付近の短波長領域に大きな吸収を持ち、かつ吸収量が温度とともに増加する。そのため、今回の実験で用いた移動相では、230nmに吸収波長が存在する。移動相の吸収波長による分析感度への影響も確認するために、分析で用いる検出器の光の波長が350nm、300nm、250nm、230nmの４通りの場合についてそれぞれデータを取得した。

図５は横軸に時間（分）を、縦軸に検出器の検出強度から計算した吸光度（AU:absorbance unit）を示したグラフである。はじめに、本発明の送液管１０を用いない場合の実験データについて説明する。図５（a）のグラフでは、検出強度が比較的長い周期（約３０分）で変動している（ベースライン変動）。この周期は、室温の変動周期と一致しており、接続管１１の内部の移動相の温度が周囲環境（室温）の影響を受けていることがわかる。さらに、ベースライン変動よりも短い周期で、検出強度が変動していることもわかる。これは、液体クロマトグラフ装置内の局所的な空気対流の揺らぎ等により、接続管中の移動相の温度が影響を受けたために生じたノイズと考えられる。
また、移動相の吸収波長（230nm）においては、特にベースライン変動及びノイズが大きくなっていることがわかる。

次に、本発明の送液管１０を用いた場合の実験データについて説明する。図５（b）では、図５（a）と比較して、ベースライン変動及びノイズはいずれも小さくなっていることがわかる。表１には、図５（a）と(b）のベースライン変動とノイズの数値を記載している。ここでは、ベースライン変動の値の計算は、グラフ中の検出強度の極大値と極小値の差から求めている。また、ノイズの値については、ベース変動の影響を取り除くために、ＡＳＴＭ規格E1657-96に基づいて求めた。

表１中の、「対策前」は本願発明の送液管を用いなかった場合、「対策後」は本願発明の送液管を用いた場合の値を示している。本願発明の送液管を用いることで、ベースライン変動及びノイズはいずれも小さくなり、本願発明の送液管を用いることにより、検出器の出力への影響を抑えられることが確認できた。吸収波長である230nmにおいても、対策後は対策前と比較してノイズが5分の1以下、ベースライン変動が2分の1以下にまで改善しており、十分実用性に耐えうるものである。
上記実施例では液体クロマトグラフの移動相の流量は0.6mL/minとしたが、１μL/min以下において同様の作用効果が得られることを確認した。

１０…送液管
１１…接続管
１２…チューブ
１３…断熱部材
１４…封止部材
１５…空気層
２０、４７…恒温槽
２１…カラム
２２…冷却ファン
２３…加熱ヒータ
２４…温度検知器
２５、４８…カラムモジュール
３０、４０…検出部モジュール
３１、４３…フローセル
３２、４４…光検出器
４１…配管
４２…配管巻回部
３３、４５…光源
３４、４６…温調ブロック

Claims

温度調整された恒温槽内にカラムが収容されたカラムモジュールと、温度調整された検出部モジュールとを備えた液体クロマトグラフに用いられる送液管であって、
a)前記カラムモジュールのカラムから溶出した試料を前記検出部モジュールに導入する接続管と、
b)前記接続管の全ての外周を覆う断熱部材であって、
b1)前記接続管の外周を覆う空気層と、
b2)該空気層を覆うチューブと、
b3)前記接続管の両端に設けられ、前記空気層を前記接続管と前記チューブの間に封止するための封止部材と、
を備える断熱部材と
を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ検出器用送液管。
前記断熱部材が、前記チューブの外周を覆うスポンジを備えることを特徴とする請求項１に記載の液体クロマトグラフ検出器用送液管。
温度調整された恒温槽内にカラムが収容されたカラムモジュールと、温度調整された検出部モジュールとを備えた液体クロマトグラフであって、
a)前記カラムモジュールのカラムから溶出した試料を前記検出部モジュールに導入する接続管と、
b)前記接続管の全ての外周を覆う断熱部材であって、
b1)前記接続管の外周を覆う空気層と、
b2)該空気層を覆うチューブと、
b3)前記接続管の両端に設けられ、前記空気層を前記接続管と前記チューブの間に封止するための封止部材と、
を備える断熱部材と
を備えることを特徴とする液体クロマトグラフ。
測定範囲の最低流量が１μL/min以下であることを特徴とする請求項３に記載の液体クロマトグラフ。